Tranzistorul Bipolar de Putere și Tensiune Mare

Lucrarea de laborator numărul 2

Tranzistorul bipolar de putere şi tensiune mare

1. Scopul lucrării

Lucrarea îşi propune o analiză experimentală a caracteristicilor de comutaţie pentru tranzistorul bipolar de putere corelată cu tipul circuitului de comandă şi respectiv tipul circuitului de protecţie. Sunt analizate de asemenea fenomenele specifice comutaţiei tranzistorului bipolar pentru tensiuni mari (High Voltage bipolar Tranzistor - HVT). Rezultatele experimentale obţinute se vor compara cu cele obţinute prin simulare cu SPICE.

2. Introducere teoretică

2.1. Structura tranzistorului bipolar

pentru tensiuni mari

Elementele constructive ale unui HVT în capsula SOT 186F sunt prezentate în figura 2.1. O secţiune transversală printr-o structură de HVT este dată în figura 2.2.

Fig. 2.2 Fig. 2.3

Grosimea stratului n- determină valoarea maximă a tensiunii colector-emitor susţinută în blocare. Pentru a menţine această valoare se face o pasivizare a cipului cu sticlă specială (figura 2.2). Această structură se poate obţine tehnologic în mai multe moduri (aceste tehnologii numindu-se "planare").

Un HVT şi un tranzistor de tensiune mică diferă prin grosimea stratului n- care determină şi alţi parametri electrici ai tranzistorului (figura 2.3). În figura 2.3 s-au folosit următoarele notaţiile (care vor fi definite mai jos):

ts - timpul de stocare ;

tf - timpul de cădere a curentului.

HVT-urile sunt utilizate aproape în exclusivitate în circuite electronice de comutaţie pentru conversia energiei, comanda motoarelor (d.c. şi a.c.) etc.

2.2. Comutaţia tranzistorului bipolar ( HVT )

Pentru un tranzistor în conducţie se pot distinge trei zone în care se acumulează sarcina electrică ( fig. 2.4).

Fig. 2.4 Fig. 2.5

Sarcina Qb localizată în regiunea bazei este esenţială pentru conducţia curentului de colector. Sarcina Qc localizată în zona colectorului, în dreptul emitorului, determină o rezistenţă scăzută pentru colector, deci o tensiune colector emitor scăzută. Sarcina Qd este localizată în zona colectorului în dreptul contactului de bază.

Pentru o valoare fixată a curentului de colector valoarea sarcinilor Qb , Qc şi Qd depinde de tensiunea colector-emitor (figura 2.5). În condiţii normale de comandă se obţine pentru o valoare satisfăcătoare (punctul N în figura 2.5), obţinându-se valori moderate pentru Qc şi Qd. Când se aplică un curent de bază mai mare, tranzistorul se saturează profund valoarea sarcinilor Qc şi Qd, crescând (punctul O - overdriven - în figura 2.5). Dacă se aplică o reţea pentru desaturarea tranzistorului (denumită Baker Clamp - vezi figura 2.7, punctul D în figura 2.5) valoarea timpului de stocare şi timpul de cădere scade.

Blocarea tranzistorului prin aplicarea unui curent de bază negativ se face în patru etape, în care se evacuează sarcinile Qb, Qc şi Qd; durata primelor două determină timpul de stocare ts , iar celelalte determină timpul de cădere tf (figura 2.6).

În acest caz la saturaţie incipientă avem (figura 2.7):

supracurentul de comandă fiind preluat de dioda D3. Dioda D2 asigură calea de evacuare a sarcinii stocate, iar dioda D1 fixează pragul saturaţiei incipiente (eventual pot fi conectate două diode în serie).