Transistor di potenza

Cos'è un transistor di potenza?

Lui Transistor di potenza È un dispositivo elettronico attivo che viene utilizzato come interruttore, interruttore o come amplificatore del segnale. A differenza del transistor comune, la potenza è in grado di funzionare con alte tensioni e correnti.

A causa della grande corrente e della tensione operativa elevata di transistor di potenza, è necessario che il loro incapsulate abbia parti metalliche che consentono di unirsi dissipatori di calore. Ciò è essenziale per mantenere le temperature di lavoro tollerabili, senza che le prestazioni o la durata del dispositivo siano interessate.

Transistor di potenza di tipo MOSFET attaccato al suo dissipatore. Fonte: Wikimedia Commons.

Esistono tre tipi di transistor, a bassa o alta potenza: bipolare (BJT), effetto sul campo (FET) o porta isolata bipolare (IGBT).

La differenza più notevole tra il tipo di BJT e il FET è che questi ultimi hanno una frequenza operativa molto più alta, cioè hanno una risposta più rapida ai cambiamenti del segnale. IGBT sono una specie di ibrido che offre alcuni dei vantaggi dei due precedenti.

Indipendentemente dal tipo o dalla potenza, ogni transistor ha tre terminali noti come: EMisor, Base e Colettore nel caso di Bjt, o DRenaje, GMangiato e SIl nostro tipo nel tipo FET.

Applicazioni a transistor

Il transistor come controller di corrente

Al fine di controllare la corrente principale di un circuito o interromperlo, il transistor viene intervallato in modo tale da circolare tra il collettore e l'emettitore, quindi un circuito secondario fa una circolare di corrente tra la base e l'emettitore. 

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Se la tensione tra base e emettitore è inferiore a un determinato valore di soglia, non fa circolare la corrente tra collettore ed emettitore. Sopra questa soglia base di tensione di base, la corrente passa tra collettore e emettitore inizia ad essere consentita.

Man mano che la tensione è aumentata nella base, la corrente tra collezionista ed emettitore aumenta fino a raggiungere un valore di saturazione, da cui la corrente non aumenta di più.

Il transistor come amplificatore

La corrente tra collezionista e emettitore è generalmente tra dieci e cento volte la corrente tra la base e l'emittente. D'altra parte, nell'intervallo di funzionamento appropriato, la piccola corrente della base è in grado di modulare il grande flusso di corrente che passa attraverso il collettore, in modo che un piccolo segnale di intensità funga da modulatore a un altro di grande intensità.

Questo è il principio di funzionamento di base di un amplificatore: ad esempio il segnale di uscita di un microfono è dell'ordine di milliamps e quindi non è in grado di spostare le membrane di un altoparlante.

Tuttavia, questa piccola corrente modula la corrente dell'ordine degli AMP che circola tra collezionista ed emettitore, rendendo possibile che l'altoparlante si muova seguendo il segnale del microfono debole.

Il rapporto o il quoziente tra la corrente del collettore e la corrente di base, fornisce il guadagno di corrente ed è noto come parametro beta (β), che dipende dal design del transistor. Questo valore è pubblicato sulla scheda tecnica di ciascun modello di transistor.

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Transistor bipolari di tipo NPN e tipo PNP

Nella configurazione descritta nella sezione precedente, in cui il transistor viene utilizzato come interruttore o amplificatore, è necessario conoscere la polarizzazione dei terminali. Ciò dipenderà dal tipo di transistor utilizzato.

Per sapere che tipo è consultare la scheda tecnica del modello in uso.

Il transistor NPN è come un sandwich in cui le parti esterne sono un semiconduttore (generalmente silicio), contaminato da qualche elemento che produce un eccesso di elettroni di valenza (ad esempio fosforo).

Il muro esterno con doppio alto è il collettore, mentre l'altro muro moderatamente dopda è il mittente. 

Tra le pareti del sandwich c'è un semiconduttore leggermente datato con un elemento che produce un deficit elettronico (di solito in alluminio). Quindi, il collettore è un elettrodo che si lega a una parete esterna e all'emettitore all'altro. La base si collega alla parte interna del sandwich.

Nel caso di un transistor NPN, la corrente circola nella direzione del collettore al mittente, ovvero il collettore deve polarizzare positivamente, mentre l'emettitore polarizza il terminale positivo della sorgente. Allo stesso modo, in un transistor NPN la corrente circola dalla base all'emettitore, cioè la base è polarizzata positivamente.

Viene mostrato il simbolo dei due tipi di transistor dell'Unione bipolare, la simbologia include il senso della circolazione attuale nell'emittente. Fonte: Wikimedia Commons.

Nel transistor di tipo PNP, tutte le correnti sono investite e quindi anche le rispettive polarità.

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In entrambi i tipi di transistor è soddisfatto che la corrente che circola dall'emettitore è uguale alla somma della corrente nel collettore più la corrente di base.

Transistor MOSFET

La denominazione di questo tipo di transistor è in parte dovuta ai materiali con cui è costruito, nonché al suo principio di funzionamento.

La prima sillaba si riferisce al fatto che la porta (cancello) è realizzata in metallo e substrato a semiconduttore. La seconda sillaba FET è perché il canale di guida tra drenare il drenaggio e la sorgente. In particolare FET mezzi "Transistor dell'effetto campo".

Rispetto all'unione bipolare tradizionale, questi transistor hanno il vantaggio che il gate (G), che nei transistor convenzionali è la base (B), viene gestito con tensione e non con corrente, che riduce drasticamente la dissipazione del calore. 

D'altra parte, consente una maggiore integrazione, motivo per cui questo è il tipo di transistor è quello utilizzato nei circuiti integrati della CPU e della GPU in computer e cellulari, che compongono miliardi di transistor MOSFET.