ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำขนาดเล็กที่ขยายหรือเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าและพลังงานไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของวงจรไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ IGBT และ MOSFET เป็นทรานซิสเตอร์สองประเภทที่มีสามขั้วที่ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน ให้เรามาดูกันว่าทรานซิสเตอร์เหล่านี้คืออะไรและมีความแตกต่างกันอย่างไร
IGBT กับ MOSFET
ความแตกต่างระหว่าง IGBT และ MOSFET คือขั้วของ IGBT คือตัวปล่อย ตัวรวบรวม และเกต ในขณะที่ MOSFET ประกอบด้วยขั้วต่อต้นทาง ท่อระบายน้ำ และเกท MOSFET อาจมีขั้วของตัวเครื่องในแต่ละครั้ง แม้ว่าอุปกรณ์ทั้งสองจะถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้า
IGBT เป็นอุปกรณ์สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์สามขั้วที่ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อขยายหรือสลับระหว่างสัญญาณไฟฟ้าต่างๆ ขั้วของมันคือ Collector, emitter และ gate "collector" และ "emitter" เป็นขั้วเอาท์พุทและ "gate" เป็นขั้วอินพุต เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งเซมิคอนดักเตอร์ในอุดมคติ เนื่องจากเป็นการข้ามระหว่างไบโพลาร์จังก์ชั่นทรานซิสเตอร์ (BJT) และ MOSFET
MOSFET เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าสี่ขั้วซึ่งใช้ในการขยายหรือเปลี่ยนสัญญาณวงจร MOSFETS เป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุด สามารถทำได้โดยใช้สารกึ่งตัวนำชนิด p หรือชนิด n ขั้วของมันคือต้นทาง ท่อระบายน้ำ ประตู และลำตัว บางครั้งเทอร์มินัลของร่างกายเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลต้นทาง ทำให้เป็นอุปกรณ์สามขั้ว
ตารางเปรียบเทียบระหว่าง IGBT และ MOSFET
| พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ | IGBT | MOSFET |
| เทอร์มินัล | ขั้วของมันคือตัวสะสมอีซีแอลและเกต | ขั้วของมันคือต้นทาง ท่อระบายน้ำ ประตู และลำตัว |
| ผู้ให้บริการชาร์จ | อิเล็กตรอนและรูทั้งสองเป็นพาหะของประจุ | อิเล็กตรอนเป็นตัวนำหลัก |
| ทางแยก | มีทางแยก PN | มันไม่มีทางแยก PN |
| การสลับความถี่ | มีความถี่สวิตชิ่งต่ำกว่า MOSFET | มีความถี่การสลับที่สูงกว่า |
| การคายประจุไฟฟ้าสถิต | ทนทานต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิตได้เป็นอย่างดี | การคายประจุไฟฟ้าสถิตอาจเป็นอันตรายต่อชั้นโลหะออกไซด์ |
IGBT คืออะไร?
Insulated Gate Bipolar Transistor หรือ IGBT เป็นทรานซิสเตอร์ที่เป็นจุดตัดระหว่าง BJT และ MOSFET มีคุณสมบัติสวิตชิ่งเอาต์พุตและการนำไฟฟ้าของ BJT แต่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเหมือนกับ MOSFET เนื่องจากเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า จึงต้องใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเพื่อรักษาการนำไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์
IGBT รวมแรงดันความอิ่มตัวต่ำของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่เรียกว่าทรานซิสเตอร์ และอิมพีแดนซ์สูงและความเร็วสวิตช์ของ MOSFET อุปกรณ์นี้มีความสามารถในการจัดการกับกระแสสะสม-อิมิตเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีไดรฟ์กระแสไฟเกตเป็นศูนย์ ในบรรดาขั้วทั้งสามขั้วนั้น ขั้วต่อตัวรวบรวมและตัวปล่อยจะสัมพันธ์กับเส้นทางการนำไฟฟ้า และขั้วต่อเกตจะเชื่อมโยงกับการควบคุมอุปกรณ์
IGBT เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในสถานการณ์ที่มีแรงดันสูงและกระแสสูง ใช้สำหรับการสลับอย่างรวดเร็วที่มีประสิทธิภาพสูงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด IGBT ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไดรฟ์มอเตอร์ AC และ DC, อุปกรณ์จ่ายไฟโหมดสวิตช์ (SMPS), อินเวอร์เตอร์, แหล่งจ่ายไฟที่ไม่ได้รับการควบคุม (UPS), การควบคุมมอเตอร์ฉุดและการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ และอื่นๆ อีกมากมาย
ข้อดีของการใช้ IGBT คือมีการทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ลดการสูญเสียอินพุต และกำลังรับที่มากขึ้น แม้ว่าจะสามารถสลับกระแสได้ในทิศทาง "ไปข้างหน้า" เท่านั้น เป็นอุปกรณ์ทางเดียว
MOSFET คืออะไร?
ทรานซิสเตอร์ภาคสนามของ MOSFET หรือ Metal Oxide Semiconductor เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในการขยายหรือเปลี่ยนสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ เป็นอุปกรณ์ 4 ขั้วที่มีต้นทาง ท่อระบายน้ำ ประตู และตัวเครื่องเป็นขั้ว ในบางกรณี ขั้วต่อของร่างกายและต้นทางจะเชื่อมต่อกัน ทำให้เทอร์มินัลนับถอยหลังเหลือ 3
ตัวนำประจุ (อิเล็กตรอนหรือรู) เข้า MOSFET ผ่านขั้วต่อต้นทางเข้าไปในช่องและออกทางขั้วต่อท่อระบายน้ำ ความกว้างของช่องสัญญาณถูกควบคุมโดยเทอร์มินัลเกท ประตูตั้งอยู่ระหว่างต้นทางและปลายทางระบายน้ำ และแยกออกจากช่องโดยใช้ชั้นโลหะออกไซด์บางๆ เป็นที่รู้จักกันในนาม Insulated Gate Field Effect Transistor หรือ IGFET เนื่องจากขั้วประตูถูกหุ้มฉนวน
MOSFET มีประสิทธิภาพสูงแม้ในขณะที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ มีความเร็วในการเปลี่ยนสูงและแทบไม่มีกระแสไฟเกต ใช้ในวงจรอนาล็อกและดิจิตอล เซ็นเซอร์ MOS เครื่องคิดเลข เครื่องขยายเสียง และระบบโทรคมนาคมดิจิทัล
แม้ว่า MOSFET จะไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ระดับไฟฟ้าแรงสูง เนื่องจากทำให้เกิดความไม่เสถียรในอุปกรณ์ และเนื่องจากมีชั้นของโลหะออกไซด์ จึงมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายจากการเปลี่ยนแปลงของไฟฟ้าสถิต
ความแตกต่างหลักระหว่าง IGBT และ MOSFET
IGBT และ MOSFET มีทั้งแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า แต่ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจนอย่างหนึ่งคือ IGBT เป็นอุปกรณ์แบบ 3 ขั้ว และ MOSFET เป็นอุปกรณ์แบบ 4 ขั้ว แม้ว่าจะคล้ายกันมาก แต่ก็มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างทรานซิสเตอร์ทั้งสอง
บทสรุป
IGBT และ MOSFET สามารถแทนที่ทรานซิสเตอร์รุ่นเก่าและอุปกรณ์ทางกลอื่นๆ ที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพสูงและความถี่สวิตชิ่งสูงทำให้วงจรเป็นส่วนสำคัญของวงจร เนื่องจากทั้งคู่ถูกควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ทางเลือกระหว่างพวกเขาจึงมักเป็นเรื่องยาก
แม้ว่า IGBT จะเป็นการผสมผสานระหว่าง MOSFET และ BJT แต่ก็ไม่ใช่คำตอบที่ดีที่สุดในทุกสถานการณ์ MOSFET ยังได้รับการปรับปรุงอย่างมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา และได้แสดงให้เห็นว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีไดนามิกมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก IGBT ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพที่แรงดันไฟฟ้าสูงและ MOSFET ทำงานได้ดีอย่างน่าอัศจรรย์ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ ทางเลือกจึงมักขึ้นอยู่กับเอาต์พุตที่ต้องการของอุปกรณ์
อ้างอิง
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
