تُستخدم أنابيب MOS وأنابيب IGBT بكثرة في الدوائر الإلكترونية، حيث يمكن استخدام كليهما كعناصر تحويل. كما أن مظهر وخصائص أنابيب MOS وأنابيب IGBT متشابهة نسبيًا. فلماذا تستخدم بعض الدوائر أنابيب MOS بينما تستخدم دوائر أخرى أنابيب IGBT؟  
دعونا نلقي نظرة على الفرق بين أنابيب MOS وأنابيب IGBT!  
                 

ما هو أنبوب MOS؟

هناك نوعان رئيسيان من ترانزستورات التأثير الميداني ، وهما ترانزستور تأثير مجال الوصلة (JFET) وترانزستور تأثير مجال البوابة المعزول (أنبوب MOS).  
أنبوب MOS هو ترانزستور MOSFET، واسمه الكامل باللغة الصينية هو ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة. ولأن بوابة هذا الأنبوب معزولة بطبقة عازلة، يُطلق عليه أيضًا اسم ترانزستور تأثير المجال ذو البوابة المعزولة.  
   
يمكن تقسيم MOSFET إلى أربع فئات: نوع الاستنزاف والتحسين للقناة N؛ نوع الاستنزاف والتحسين للقناة P.  
    أنواع MOSFET ورموز الدوائر  
تحتوي بعض ترانزستورات MOSFET على صمام ثنائي داخلي، وهو صمام ثنائي للجسم، أو صمام ثنائي طفيلي، أو صمام ثنائي حر الحركة.  
  هناك تفسيران لدور الثنائيات الطفيلية:  

• يُستخدم الصمام الثنائي الطفيلي لترانزستور MOSFET لمنع احتراق أنبوب MOS عند حدوث زيادة في جهد VDD، لأنه قبل أن تتسبب زيادة الجهد في تلف أنبوب MOS، ينهار الصمام الثنائي عكسيًا أولاً ويوجه تيارًا كبيرًا إلى الأرض، وبالتالي يمنع احتراق أنبوب MOS.
• يمنع هذا التصميم احتراق أنبوب MOS عند توصيل مصدره ومصبّه بشكل عكسي. كما يوفر مسارًا للجهد المستحث العكسي في حال وجوده في الدائرة، مما يمنع انهيار أنبوب MOS.

يتميز ترانزستور MOSFET بخصائص مثل مقاومة الإدخال العالية، وسرعة التبديل السريعة، والاستقرار الحراري الجيد، والتحكم في التيار بالجهد، وما إلى ذلك. في الدائرة، يمكن استخدامه كمضخم، ومفتاح إلكتروني، وما إلى ذلك.  
                 

ما هو IGBT؟

IGBT (ترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة) هو جهاز أشباه موصلات مركب يتكون من ترانزستور وأنبوب MOS.    
باعتبارها نوعًا جديدًا من أجهزة أشباه الموصلات الإلكترونية، تتميز IGBT بخصائص مقاومة الإدخال العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض للتحكم في الجهد، ودائرة التحكم البسيطة، ومقاومة الجهد العالي، وتحمل التيار الكبير، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في مختلف الدوائر الإلكترونية.  
   
لم يتم توحيد رموز دوائر الترانزستور ثنائي القطب المعزول (IGBT) بعد. عند رسم المخطط التوضيحي، تُستخدم عادةً رموز الترانزستورات الثلاثية وترانزستورات MOS. في هذه الحالة، يمكنك تحديد ما إذا كان الترانزستور ثنائي القطب المعزول (IGBT) أو ترانزستور MOS من خلال النموذج الموضح على المخطط التوضيحي.  
في الوقت نفسه، يجب الانتباه إلى ما إذا كان الترانزستور ثنائي القطب المعزول (IGBT) مزودًا بثنائي داخلي. إذا لم يكن مُشارًا إليه في الصورة، فهذا لا يعني عدم وجوده. ما لم تنص البيانات الرسمية صراحةً على خلاف ذلك، فإن هذا الثنائي موجود.  
   
لا يُعدّ الصمام الثنائي الموجود داخل الترانزستور ثنائي القطب المعزول (IGBT) طفيليًا، ولكنه مصمم خصيصًا لحماية الترانزستور من جهد التحمل العكسي الحساس. ويُطلق عليه أيضًا اسم صمام ثنائي التحرر (FWD).  
ليس من الصعب تحديد ما إذا كان هناك صمام ثنائي داخلي في الترانزستور ثنائي القطب ذي البوابة المعزولة (IGBT). يمكنك استخدام جهاز قياس متعدد لقياس قطبي C و E. إذا كان الترانزستور سليمًا وكانت قيم المقاومة المقاسة عند قطبي C و E لانهائية، فهذا يعني أنه لا يحتوي على صمام ثنائي داخلي.  
تعتبر تقنية IGBT مناسبة جدًا للتطبيقات في مجالات مثل محركات التيار المتردد، ومحولات التردد، ومصادر الطاقة التبديلية، ودوائر الإضاءة، ومحركات الجر، وما إلى ذلك.  
                 

الخصائص الهيكلية لأنابيب MOS و IGBTs

يظهر الشكل أدناه التركيب الداخلي لأنبوب MOS وأنبوب IGBT.  
   
يتم تصنيع IGBT عن طريق إضافة طبقة إضافية إلى مصرف MOSFET.  
يُظهر الشكل أدناه الدائرة المكافئة المثالية لترانزستور IGBT. يتكون IGBT في الواقع من مزيج من ترانزستور MOSFET وترانزستور عادي. يتميز ترانزستور MOSFET بمقاومة عالية في حالة التشغيل، بينما يتغلب IGBT على هذا العيب. ويظل IGBT يتمتع بمقاومة منخفضة في حالة التشغيل حتى عند الجهد العالي.    
بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لترانزستورات IGBT و MOSFET ذات القدرات المتشابهة، قد تكون سرعة IGBT أبطأ من سرعة MOSFET، نظرًا لوجود فترة توقف طويلة في IGBT. وبسبب هذه الفترة الطويلة، يزداد زمن التوقف أيضًا، مما يؤثر على تردد التبديل.  
                 

اختر أنبوب MOS أو IGBT

في الدوائر الكهربائية، يُعدّ اختيار استخدام أنابيب MOS أو أنابيب IGBT كمفاتيح طاقة سؤالًا يواجهه المهندسون كثيرًا. وإذا أخذنا في الاعتبار عوامل مثل الجهد والتيار وقدرة التبديل للنظام، فيمكن تلخيص النقاط التالية:
 

يمكنك أيضًا الاطلاع على شروط استخدام كليهما من الشكل أدناه. تشير المنطقة المظللة إلى إمكانية اختيار كل من MOSFET وIGBT، وتشير علامة الاستفهام "؟" إلى مستوى لا يمكن تحقيقه بالعملية الحالية.  
   
بشكل عام، تتميز ترانزستورات MOSFET بخصائصها الجيدة عند الترددات العالية، حيث يمكنها العمل بترددات تصل إلى مئات الكيلوهرتز وحتى الميغاهرتز. أما عيوبها فتتمثل في مقاومتها العالية في حالة التشغيل واستهلاكها الكبير للطاقة في تطبيقات الجهد والتيار العاليين. في المقابل، تتميز ترانزستورات IGBT بأدائها الجيد في تطبيقات الترددات المنخفضة والطاقة العالية، مع مقاومة منخفضة في حالة التشغيل وجهد تحمل عالٍ.  
يُستخدم MOSFET في مصادر الطاقة التبديلية، والموازنات، والتسخين بالحث عالي التردد، وآلات اللحام العاكسة عالية التردد، ومصادر طاقة الاتصالات، وغيرها من مجالات مصادر الطاقة عالية التردد؛ بينما يُستخدم IGBT بشكل أساسي في آلات اللحام، والعاكسات، ومحولات التردد، ومصادر الطاقة الإلكتروليتية للطلاء الكهربائي، والتسخين بالحث فوق الصوتي، وغيرها من المجالات.

ملاحظة: هذه المقالة مُعاد نشرها من "شبكة القرن الحادي والعشرين الإلكترونية"، التي تدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.