Kaj je bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati?

Na svoji najpreprostejši ravni je bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati (IGBT) stikalo, ki se uporablja za dovoljenje pretoka moči, ko je vklopljen, in za zaustavitev pretoka moči, ko je izklopljen. IGBT je polprevodniška naprava, kar pomeni, da nima gibljivih delov. Namesto odpiranja in zapiranja fizične povezave deluje tako, da se na polprevodniško komponento, imenovano osnova, dovede napetost, ki spremeni svoje lastnosti, da ustvari ali blokira električno pot.

Najbolj očitna prednost te tehnologije je, da ni gibljivih delov, ki bi se lahko obrabili. Vendar pa polprevodniška tehnologija ni popolna. Še vedno obstajajo težave z električnim uporom, zahtevami po moči in celo s časom, ki je potreben za delovanje stikala.

Bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati je izboljšan tip tranzistorja, ki je zasnovan tako, da zmanjša nekatere pomanjkljivosti običajnega polprevodniškega tranzistorja. Ponuja nizko upornost in hitro hitrost pri vklopu, ki jo najdemo v močnem tranzistorju s polnim učinkom kovina–oksid–polprevodnik (MOSFET), čeprav se izklopi nekoliko počasneje. Prav tako ne potrebuje stalnega vira napetosti, kot to počnejo druge vrste tranzistorjev.

Ko je IGBT vklopljen, se napetost dovaja na vrata. To tvori kanal za električni tok. Nato se napaja osnovni tok in teče skozi kanal. To je v bistvu identično načinu delovanja MOSFET. Izjema pri tem je, da konstrukcija bipolarnega tranzistorja z izoliranimi vrati vpliva na to, kako se vezje izklopi.

Bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati ima drugačen substrat ali osnovni material kot MOSFET. Podlaga zagotavlja pot do električne ozemljitve. MOSFET ima substrat N+, medtem ko je substrat IGBT P+ z N+ pufrom na vrhu.
Ta zasnova vpliva na način, kako se stikalo izklopi v IGBT, tako da omogoča, da se pojavi v dveh fazah. Prvič, tok zelo hitro pade. Drugič, pride do učinka, imenovanega rekombinacija, med katerim pufer N+ na vrhu substrata odstrani shranjeni električni naboj. Ko se stikalo za izklop izvede v dveh korakih, traja nekoliko dlje kot pri MOSFET-u.

Njihove lastnosti omogočajo izdelavo IGBT-jev, ki so manjši od običajnih MOSFET-jev. Standardni bipolarni tranzistor zahteva nekoliko več polprevodniške površine kot IGBT; MOSFET zahteva več kot dvakrat več. To znatno zmanjša stroške proizvodnje IGBT-jev in omogoča, da se več njih integrira v en sam čip. Potreba po moči za delovanje bipolarnega tranzistorja z izoliranimi vrati je tudi nižja kot pri drugih aplikacijah.