پاور ٹرانزسٹر

پاور ٹرانجسٹر کی اہم کلاسیں۔

ٹرانزسٹر ایک سیمی کنڈکٹر ڈیوائس ہے جس میں دو یا زیادہ پی این جنکشن ہوتے ہیں اور یہ بوسٹ اور سوئچ دونوں طریقوں سے کام کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔

پاور الیکٹرانکس میں، ٹرانزسٹر کو مکمل طور پر قابل کنٹرول سوئچ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ کنٹرول سگنل پر منحصر ہے، ٹرانجسٹر بند (کم ترسیل) یا کھلا (اعلی ترسیل) ہوسکتا ہے۔

آف سٹیٹ میں، ٹرانزسٹر بیرونی سرکٹس کے ذریعے متعین فارورڈ وولٹیج کو برداشت کرنے کے قابل ہوتا ہے، جبکہ ٹرانزسٹر کرنٹ کی قدر کم ہوتی ہے۔

کھلی حالت میں، ٹرانزسٹر بیرونی سرکٹس کے ذریعے طے شدہ براہ راست کرنٹ چلاتا ہے، جبکہ ٹرانزسٹر کے سپلائی ٹرمینلز کے درمیان وولٹیج چھوٹا ہوتا ہے۔ ٹرانزسٹر ریورس کرنٹ چلانے سے قاصر ہیں اور ریورس وولٹیج کو برداشت نہیں کر سکتے۔

آپریشن کے اصول کے مطابق، پاور ٹرانجسٹروں کی مندرجہ ذیل اہم کلاسوں کو ممتاز کیا جاتا ہے:

• دوئبرووی ٹرانجسٹر،

• فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر، جن میں سب سے زیادہ وسیع پیمانے پر میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر (MOS) ٹرانزسٹر (MOSFET — میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر)،

• کنٹرول پی-این-جنکشن یا سٹیٹک انڈکشن ٹرانزسٹرز (SIT) (SIT-static انڈکشن ٹرانزسٹر) کے ساتھ فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز،

• موصل گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹر (IGBT)۔

دوئبرووی ٹرانجسٹر

بائی پولر ٹرانزسٹر ایک ٹرانجسٹر ہے جس میں دو کریکٹرز یعنی الیکٹران اور ہولز کے چارجز کی حرکت سے کرنٹ پیدا ہوتے ہیں۔

دوئبرووی ٹرانجسٹر مختلف چالکتا کے ساتھ سیمی کنڈکٹر مواد کی تین تہوں پر مشتمل ہے۔ ڈھانچے کی تہوں کے ردوبدل کی ترتیب پر منحصر ہے، pnp اور npn کی قسموں کے ٹرانجسٹروں کو ممتاز کیا جاتا ہے۔ پاور ٹرانزسٹرز میں، n-p-n قسم کے ٹرانزسٹرز وسیع ہیں (تصویر 1، اے)۔

ڈھانچے کی درمیانی پرت کو بیس (B) کہا جاتا ہے، بیرونی تہہ جو داخل کرتی ہے (ایمبیڈ) کیریئرز کو ایمیٹر (E) کہتے ہیں، اور کیریئرز کو جمع کرتا ہے — کلیکٹر (C)۔ ہر ایک تہہ — بیس، ایمیٹر، اور کلیکٹر — میں سرکٹ عناصر اور بیرونی سرکٹس سے جڑنے کے لیے ایک تار ہوتا ہے۔ MOSFET ٹرانجسٹر۔ ایم او ایس ٹرانزسٹر کے آپریشن کا اصول الیکٹرک فیلڈ کے زیر اثر ڈائی الیکٹرک اور سیمی کنڈکٹر کے درمیان انٹرفیس کی برقی چالکتا میں تبدیلی پر مبنی ہے۔

ٹرانزسٹر کی ساخت سے، مندرجہ ذیل آؤٹ پٹ ہیں: گیٹ (G)، سورس (S)، ڈرین (D)، نیز سبسٹریٹ (B) سے ایک آؤٹ پٹ، عام طور پر ماخذ سے منسلک ہوتا ہے (تصویر 1، ب)۔

ایم او ایس ٹرانجسٹرز اور بائی پولر ٹرانزسٹرز کے درمیان بنیادی فرق یہ ہے کہ وہ کرنٹ کے بجائے وولٹیج (اس وولٹیج کے ذریعہ تیار کردہ فیلڈ) سے چلتے ہیں۔ MOS ٹرانجسٹروں میں اہم عمل ایک قسم کے کیریئرز کی وجہ سے ہوتے ہیں، جو ان کی رفتار کو بڑھاتے ہیں۔

MOS ٹرانجسٹروں کے سوئچ شدہ کرنٹ کی قابل اجازت قدریں نمایاں طور پر وولٹیج پر منحصر ہیں۔50 A تک کرنٹ پر، قابل اجازت وولٹیج عام طور پر 100 kHz تک سوئچنگ فریکوئنسی پر 500 V سے زیادہ نہیں ہوتا ہے۔

ایس آئی ٹی ٹرانجسٹر

یہ فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز کی ایک قسم ہے جس میں کنٹرول پی-این-جنکشن (تصویر 6.6، سی) ہے۔ SIT ٹرانزسٹروں کی آپریٹنگ فریکوئنسی عام طور پر 100 kHz سے زیادہ نہیں ہوتی ہے جس میں سوئچڈ سرکٹ وولٹیج 1200 V تک اور کرنٹ 200 - 400 A تک ہوتا ہے۔

آئی جی بی ٹی ٹرانجسٹر

ایک ٹرانجسٹر میں دو قطبی اور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹروں کی مثبت خصوصیات کو یکجا کرنے کی خواہش نے IGBT — ٹرانزسٹر (تصویر 1.، d) کی تخلیق کا باعث بنا۔

IGBT - ٹرانجسٹر اس میں کم ٹرن آن پاور کا نقصان ہوتا ہے جیسے بائپولر ٹرانزسٹر اور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹر کی طرح ایک ہائی کنٹرول سرکٹ ان پٹ مائبادی۔

چاول۔ 1. ٹرانزسٹروں کے روایتی گرافک عہدہ: a)-بائپولر ٹرانزسٹر ٹائپ p-p-p؛ b) ایک این قسم کے چینل کے ساتھ MOSFET-ٹرانزسٹر؛ c) SIT-ٹرانزسٹر پی این جنکشن کو کنٹرول کرنے کے ساتھ؛ d) — IGBT ٹرانجسٹر۔

پاور IGBT ٹرانزسٹرز کے سوئچ شدہ وولٹیجز، نیز دوئبرووی والے، 1200 V سے زیادہ نہیں ہیں، اور موجودہ حد کی قدریں 20 kHz کی فریکوئنسی پر کئی سو ایمپیئر تک پہنچ جاتی ہیں۔

مندرجہ بالا خصوصیات جدید پاور الیکٹرانک آلات میں مختلف قسم کے پاور ٹرانزسٹروں کے استعمال کے شعبوں کی وضاحت کرتی ہیں۔ روایتی طور پر، دوئبرووی ٹرانزسٹرز استعمال کیے جاتے تھے، جس کا بنیادی نقصان ایک اہم بیس کرنٹ کا استعمال تھا، جس کے لیے ایک طاقتور حتمی کنٹرول مرحلے کی ضرورت ہوتی تھی اور مجموعی طور پر ڈیوائس کی کارکردگی میں کمی واقع ہوتی تھی۔

اس کے بعد فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز تیار کیے گئے، جو زیادہ تیز ہیں اور کنٹرول سسٹم سے کم بجلی استعمال کرتے ہیں۔ایم او ایس ٹرانزسٹرز کا بنیادی نقصان پاور کرنٹ کے بہاؤ سے بجلی کا بڑا نقصان ہے، جس کا تعین جامد I - V کی خصوصیت سے ہوتا ہے۔

حال ہی میں، ایپلی کیشن کے میدان میں سرکردہ مقام پر IGBTs - ٹرانزسٹرز جو بائپولر اور فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز کے فوائد کو یکجا کرتے ہیں۔ ایس آئی ٹی - ٹرانجسٹرز کی محدود طاقت نسبتاً چھوٹی ہے، یہی وجہ ہے کہ اس میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے۔ پاور الیکٹرانکس انہوں نے اسے نہیں پایا.

پاور ٹرانجسٹروں کے محفوظ آپریشن کو یقینی بنانا

پاور ٹرانزسٹروں کے قابل اعتماد آپریشن کے لیے بنیادی شرط یہ ہے کہ مخصوص آپریٹنگ حالات سے متعین جامد اور متحرک وولٹ-ایمپیئر خصوصیات دونوں کے حفاظتی آپریشن کے ساتھ تعمیل کو یقینی بنایا جائے۔

پاور ٹرانجسٹروں کی حفاظت کا تعین کرنے والی حدود ہیں:

• کلیکٹر کی زیادہ سے زیادہ قابل اجازت کرنٹ (نکاسی آب)؛

• ٹرانزسٹر کے ذریعے ضائع ہونے والی بجلی کی قابل اجازت قیمت؛

• وولٹیج جمع کرنے والے کی زیادہ سے زیادہ قابل اجازت قیمت — ایمیٹر (ڈرین — ماخذ)؛

پاور ٹرانجسٹروں کے آپریشن کے نبض کے طریقوں میں، آپریشنل حفاظت کی حدوں کو نمایاں طور پر بڑھایا جاتا ہے۔ یہ تھرمل عمل کی جڑت کی وجہ سے ہے جو ٹرانجسٹروں کے سیمی کنڈکٹر ڈھانچے کو زیادہ گرم کرنے کا سبب بنتا ہے۔

ٹرانزسٹر کی متحرک I — V خصوصیت کا تعین زیادہ تر سوئچ شدہ لوڈ کے پیرامیٹرز سے ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک فعال - انڈکٹو لوڈ کو بند کرنے سے کلیدی عنصر پر اوور وولٹیج ہوتا ہے۔ ان اوور وولٹیجز کا تعین سیلف انڈکٹیو EMF Um = -Ldi/dt سے ہوتا ہے، جو لوڈ کے انڈکٹیو جزو میں اس وقت ہوتا ہے جب کرنٹ صفر پر گر جاتا ہے۔

ایکٹیو - انڈکٹو لوڈ کی سوئچنگ کے دوران اوور وولٹیج کو ختم کرنے یا محدود کرنے کے لیے، مختلف سوئچنگ پاتھ فارمنگ (CFT) سرکٹس استعمال کیے جاتے ہیں، جو مطلوبہ سوئچنگ پاتھ کو تشکیل دینے کے قابل بناتے ہیں۔ سب سے آسان صورت میں، یہ ایک ڈایڈڈ ہو سکتا ہے جو فعال طور پر انڈکٹو بوجھ کو ختم کر رہا ہو، یا MOS ٹرانجسٹر کے ڈرین اور ماخذ کے متوازی طور پر منسلک RC سرکٹ۔