Mikä on tehopuolijohde?

Tehopuolijohde on kytkimen kaltainen laite, jota käytetään pääasiassa sähkötehon ohjaamiseen ja muuntamiseen elektronisissa piireissä. Yleensä nämä laitteet hyödyntävät puolijohde -elementtien, kuten gallium -arsenidin, germaniumin ja piin, elektronisia ominaisuuksia. Näitä laitteita, joita kutsutaan myös teholaitteiksi, voivat tyypillisesti poistaa enemmän kuin yhden watin tehon normaalikäytön aikana. Niitä kutsutaan yleensä teho -IC: ksi, kun niitä käytetään integroiduissa piireissä, jotka voivat sisältää miljoonia laitteita, jotka on yhdistetty yhteen puolijohteeseen.

Suurimmaksi osaksi puolijohdelaitteen perusmuoto kehitettiin 1950 -luvulla. Insinööri Robert N. Hall on saanut kiitoksen laitteen keksimisestä. Germaniumista valmistettujen varhaisten laitteiden virrankulutus oli yleensä noin 35 ampeeria ja jännitekapasiteetti noin 200 volttia. Vertaa sitä nykyaikaisiin tehopuolijohteisiin, jotka käsittelevät usein tuhansia ampeereja ja tuhansia voltteja.

On olemassa useita eri tyyppisiä tehopuolijohdelaitteita, mukaan lukien tehodiodi, metallioksidipuolijohdekenttävaikutransistori (MOSFET), tyristori ja eristetty portin bipolaarinen transistori (IGBT). Virtadiodit koostuvat yleensä kaksinapaisista elektronisista komponenteista. Ne kuljettavat tyypillisesti sähkövirtoja eteenpäin ja estävät virran tulon vastakkaiseen suuntaan. Toisin kuin pienitehoiset puolijohdekomponentit, ne pystyvät siirtämään huomattavan määrän virtaa.

Power MOSFET -laitteet ovat yksi laajimmin käytetyistä pienjännitepuolijohdesovelluksista. Tyypillisesti ne ovat alle 200 volttia ja niitä käytetään moottorin ohjaimissa, virtalähteissä ja DC -DC -muuntimissa. Tehodiodin tavoin myös MOSFET on tavallisesti varustettu kuljettamaan suuria määriä sähköä. Ne ovat usein tehokkaampia pienemmillä jännitteillä ja niillä on suuret kommutointinopeudet kuin muilla tehopuolijohteilla.

Tyristori on eräänlainen tehopuolijohde, jota käytetään kaikessa valokytkimen himmentimistä ja paineenhallintajärjestelmistä moottorin nopeuden säätöihin ja nestetason säätimiin. Ne koostuvat neljästä kerroksesta, ne koostuvat vuorottelevista P- ja N -tyyppisistä materiaaleista, ja niissä on yleensä kolme elektrodia. Ne on usein suunniteltu ohjaamaan huomattavaa tehoa pienellä laukaisuvirralla tai -jännitteellä.

Eristetty portin bipolaarinen transistori (IGBT) -tehopuolijohde on laite, joka on suunniteltu sammumaan ja käynnistymään nopeasti. IGBT: itä pidetään erittäin tehokkaina tehopuolijohteina, ja niitä käytetään usein ilmastointijärjestelmissä ja sähköautoissa. Stereojärjestelmät, jotka sisältävät kytkentävahvistimia, käyttävät joskus myös IGBT: tä monimutkaisten aaltomuotojen syntetisoimiseksi.