2.3.2. Igbt-транзисторы

IGBT, БТИЗ (от англ. Insulated Gate Bipolar Transistor – биполярный транзистор с изолированным затвором) – трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами. Условное обозначение IGBT приведено на рис. 2.14.

П о своей внутренней структуре IGBT представляет собой каскадное включение двух электронных ключей: входной ключ на МДП-транзисторе управляет мощным оконечным ключом на биполярном транзисторе. Управляющий электрод называется затвором (З), как у ПТ, два других электрода – эмиттером (Э) и коллектором (К), как у биполярного транзистора. Такое составное включение полевого и биполярного транзисторов позволяет сочетать в одном устройстве достоинства обоих типов полупроводниковых приборов:

высокое входное сопротивление, низкий уровень управляющей мощности – от МДП-транзисторов;

низкое значение остаточного напряжения во включенном состоянии – от биполярных транзисторов.

В ыходные харак­теристики IGBT (зависимости тока коллек­тора I_к от напряжения коллектор – эмиттер U_кэ при заданных напряжениях затвор – эмиттер U_зэ) для схемы ОЭ приведены на рис. 2.15.

Выпускаются как отдельные IGBT, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.

3. Программа лабораторной работы

3.1. Описание лабораторной установки

В данной лабораторной работе используются следующие элементы лабораторного стенда “Электротехника”: модуль “Блок питания” (источник постоянного напряжения + 12 В, источник трехфазного переменного напряжения 6 В частотой 150 Гц), модуль “Нелинейные элементы”, аналоговый вольтметр постоянного тока, а также лучевой осциллограф.

В модуле “Нелинейные элементы”, схема которого нарисована на лицевой панели стенда (см. рис. 3.1), имеются переменный резистор R2, постоянные резисторы R3R5, диод VD1, транзистор VT, гнезда Х1Х15.

Соединение компонентов модуля “Нелинейные элементы” с источниками “Блока питания” и измерительными приборами осуществляется проводами со штыревыми разъемами.

3.2. Предварительное задание

Повторить раздел “Элементы электронных схем” [1].

3.3. Программа работы

3.3.1. Исследование выпрямительного диода

Включить питание лучевого осциллографа (ЛО) и касанием к выводам его измерительных шнуров определить сигнальные выводы 1, 2, соответственно, первого и второго каналов, и выводы 3, 4, соединенные с корпусом осциллографа.

Для получения на экране осциллографа вольтамперной характеристики (ВАХ) диода необходимо обеспечить периодическое изменение тока через исследуемый диод. Кроме того, сигналы, пропорциональные напряжению и току диода, должны отклонять луч осциллографа соответственно по горизонтали и вертикали. При этом линия, которую высвечивает луч на экране, отобразит в определенном масштабе зависимость между напряжением на диоде и током через диод.

Получение ВАХ диода на лабораторном стенде “Электротехника” обеспечивает схема, приведенная на рис. 3.2, где ИТПН – источник трехфазного переменного напряжения.

При отсутствии напряжения (выключенном “Блоке питания”) собрать схему в соответствии с рис. 3.2. Вывод ~ A источника трехфазного переменного напряжения присоединить к аноду диода VD1, а нейтральную точку N – к резистору R2. Вывод 3 или 4 осциллографа соединить с катодом диода, вывод 1 – с его анодом, а вывод 2 – со вторым гнездом N. Между гнездами Х2, Х3 установить перемычку.

После проверки схемы преподавателем подать напряжение (включить “Блок питания”), получить на экране осциллографа вольтамперную характеристику полупроводникового диода и зарисовать ее. Аппроксимируя ее прямую ветвь двумя прямыми, определить напряжение отсечки U_отс и дифференциальное сопротивление r_диф диода. Измерить обратный ток диода при максимальном обратном напряжении.

Амплитуда прямого тока через диод определяется сопротивлением R₂ и амплитудой напряжения источника. Масштабы для изображения ВАХ определяются масштабами отклонения луча по вертикали и горизонтали (В/дел) и величиной сопротивления R₂.

3.3.2. Исследование биполярного транзистора

Получение ВАХ транзистора на лабораторном стенде “Электротехника” обеспечивает схема, приведенная на рис. 3.3, где ИПН – источник постоянного напряжения +12 В.

При отсутствии напряжения (выключенном “Блоке питания”) собрать схему исследуемой цепи (рис. 3.3). К резистору R4 подключить вывод источника постоянного напряжения +12 В. К гнездам Х7, Х9 подключить аналоговый вольтметр постоянного тока. Вывод ~ A источника трехфазного переменного напряжения присоединить к аноду диода VD1, а нейтральную точку N – к эмиттеру транзистора VТ. Вывод 3 или 4 осциллографа соединить с коллектором транзистора VТ, вывод 1 – с его эмиттером, а вывод 2 – с катодом диода VD1.Между гнездами Х13 – Х14, Х15 – Х3 установить перемычки.

После проверки схемы преподавателем подать напряжение (включить “Блок питания”), получить на экране осциллографа выходную ВАХ транзистора и зарисовать ее. Изменить с помощью сопротивления R3 напряжение на базе, получить новую характеристику. Таким образом снять семейство выходных ВАХ транзистора при различных напряжениях на базе.

Амплитуда тока коллектора определяется сопротивлением R₅ и амплитудой напряжения источника. Масштабы для изображения ВАХ определяются масштабами отклонения луча по вертикали и горизонтали (В/дел) и величиной сопротивления R₅.

Оформить отчет, который должен содержать: схемы исследуемых цепей, выполненные расчеты, экспериментальные данные.