大家都知道

三极管,MOS管、、IGBT的标准定义,但是很少有人详细地、系统地从这句话抽丝剥茧,一层一层地分析为什么定义里说IGBT是由BJT和MOS组成的,它们之间有什么区别和联系,
在应用的时候,什么时候能选择IGBT、什么时候选择BJT、什么时候又选择MOSFET管。这些问题其实并非很难,你跟着我看下去,就能窥见其区别及联系。

1. 三极管工作原理

三极管由三层半导体材料构成,形成两个PN结,其结构一般为NPN或PNP型。以NPN型为例,它由左至右依次是:发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。

在没有加偏置电压的情况下,发射结(发射极与基极之间)和集电结(基极与集电极之间)都会形成耗尽层,阻止电流通过。

当给发射结加正向偏置(即BE间加电),大量发射极中的自由电子会被推动进入基区。然而,由于基区极薄且空穴浓度低,这些电子中只有少部分与空穴复合,

大部分电子会在尚未复合前扩散到集电结处。

此时,如果在集电结上加反向偏置(即CE间加电),集电极的正电压会进一步吸引这些电子穿越集电结的耗尽层,进入集电极,从而形成主电流。

整个导通过程的关键在于:

最终,从发射极注入的每个电子,大约有β倍的数量被集电极收集,形成放大效应。

由上我们可以看出三极管的优缺点

缺点:控制功耗大

优点:导通功耗低

2:Mos管工作原理

以NPN型为例,两边是高浓度N型掺杂,底部P型掺杂除了正电空穴,还会带有少数负电的自由电子,

中间会有耗尽层上面黄色是绝缘层,蓝色是金属基板,底部蓝色区域也有一块金属衬底和P区贴在一起。

当给栅极G施加电压,两块基板之间形成电场,会吸引自由电子向上。当电压达到一定值时,中间形成的自由电子铺满形成沟道,此时沟道与N区相连。当给S和D通电,电子就能通过实现导通。

引电子离开,负极填充空穴,会使右边耗尽层增大,随着电流越大耗尽层会影响导通,所以导通的电阻值较大

假设还是用100A的电流,DS之间导通功耗也不小,所以MOS管的优点是栅极控制功耗很低

 由上我们可以看出MOS的优缺点

缺点:导通功耗大

优点:控制功耗低

3.IGBT工作原理

上面我们聊到了,三极管和MOS管的工作原理,也清楚了它们的优缺点,那么能否中和它们的优缺点点?把两者的优势结合到一起呢,这就是IGBT啦。

IGBT是将高浓度N型掺杂放在中间,再包围P型掺杂(其中含有少数自由电子),底部是多层掺杂,顶部基板是源极S,底部基板是漏极D,

加上电源,现在PN结增大无法直接导通,下一步在两侧P区和N区的交汇处,加上绝缘层和金属基板,这就是栅极。

当施加电压形成电场会吸引电子移动形成沟道,此时中心N区和外部N区相连,那么源极电子可以进入,沟道最终导通通过。其中控制功耗很低,同时导通大电流时功耗也很低

4.IGBT电路符号

5.总结

三极管:优点是导通电阻小功耗低,缺点是电流控制功耗大

MOS管:导通电阻比较高功耗大,但优点是电压控制功耗低

IGBT:则是两者优点的结合:导通电阻小,电压控制功耗低。