Rekomend.id – Pengertian Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) dan Cara Kerjanya. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) adalah jenis transistor bipolar yang dikendalikan oleh gate isolasi.
Transistor IGBT adalah perangkat elektronik daya tinggi yang memiliki karakteristik yang mirip dengan MOSFET dan kemampuan pengerasan seperti transistor bipolar. Transistor IGBT digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik daya tinggi seperti inverter, motor kontrol, sistem tenaga surya, dan banyak lagi.
Transistor IGBT memiliki tiga lapisan utama: emitter, basis, dan kolektor. Lapisan basis terdiri dari silikon tipe p, dan lapisan emitter dan kolektor terdiri dari silikon tipe n. Seperti transistor bipolar, IGBT juga memiliki dua jenis operasi, yaitu mode jenuh dan mode pintu terbuka.
Cara kerja Transistor IGBT dimulai dengan pengaktifan gate oleh sinyal kontrol. Saat gate aktif, arus dapat mengalir melalui daerah N+ emitter ke daerah P+ basis. Kemudian, arus akan menyebar di dalam basis dan kemudian melalui daerah N+ kolektor. Proses ini terus berlanjut hingga sinyal kontrol dihilangkan atau gate dinonaktifkan.
Dalam mode pintu terbuka, Transistor IGBT berperilaku seperti sumber arus konstan dan dapat digunakan sebagai pengontrol arus. Sedangkan dalam mode jenuh, IGBT berperilaku seperti saklar on/off dan dapat digunakan sebagai pengontrol tegangan.
Karena IGBT memiliki karakteristik dan kemampuan pengerasan yang mirip dengan MOSFET dan transistor bipolar, IGBT digunakan dalam berbagai aplikasi daya tinggi yang memerlukan kestabilan dan efisiensi yang tinggi.
Konstruksi Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Transistor IGBT dapat dirancang dengan menggunakan rangkaian setara yang terdiri dari dua transistor dan MOSFET. Hal ini disebabkan karena IGBT memiliki output yang terbentuk dari kombinasi transistor PNP, transistor NPN, dan MOSFET.
Karakteristik IGBT adalah hasil dari kombinasi sifat-sifat komponen tersebut. IGBT memiliki tegangan saturasi transistor yang rendah, resistansi input yang tinggi, dan kecepatan switching MOSFET. Kombinasi ini menghasilkan karakteristik switching dan konduksi output yang serupa dengan transistor bipolar, namun tegangannya dapat dikendalikan seperti MOSFET.
Karena IGBT merupakan gabungan dari MOSFET dan BJT, maka IGBT juga dikenal dengan beberapa nama lain seperti Insulated Gate Transistor (IGT), Metal Oxide Insulated Gate Transistor (MOSIGT), Gain Modulated Field Effect Transistor (GEMFET), dan Conductively Modulated Field Effect Transistor (COMFET).
Baca dulu: Daftar Persamaan Transistor Mosfet
Cara Kerja Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Transistor IGBT memiliki tiga terminal yang tersambung pada tiga lapisan logam yang berbeda. Lapisan logam pada terminal gate diisolasi dari bahan semikonduktor menggunakan lapisan silikon dioksida (SiO2).
IGBT dibangun dengan empat lapisan semikonduktor yang diapit bersama-sama. Keempat lapisan tersebut adalah lapisan substrat p+, lapisan n, lapisan p, dan lapisan n+. Persimpangan antara lapisan p+ dan lapisan n disebut persimpangan J2, sedangkan pertemuan antara lapisan n dan lapisan p disebut persimpangan J1.
Untuk memahami cara kerja IGBT, kita dapat melihat sumber tegangan VG yang terhubung positif ke terminal gate IGBT dan sumber tegangan VCC yang terhubung melintasi emitor dan kolektor. Kolektor tetap positif terhadap emitor.
Karena VCC memberikan bias maju pada persimpangan J1, sedangkan persimpangan J2 diberi bias mundur, maka tidak akan ada aliran arus melalui IGBT (dari kolektor ke emitor) karena J2 berada dalam bias mundur.
Karakteristik Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Transistor IGBT adalah perangkat semikonduktor yang dikontrol oleh tegangan. Perangkat ini dapat mempertahankan konduktansi listriknya hanya dengan tegangan kecil yang diberikan ke gate-nya. Hal ini berbeda dengan transistor bipolar (BJT) yang harus secara terus-menerus memasok arus basis yang cukup besar untuk mempertahankan saturasinya.
IGBT juga merupakan perangkat searah, yang memungkinkan arus mengalir hanya dalam kondisi bias maju, yaitu dari kolektor ke emitor. Karakteristik IGBT berbeda dengan MOSFET yang mampu mengalirkan arus di kedua arah (bias maju dan bias mundur).
Prinsip operasi dan rangkaian driver gate IGBT sangat mirip dengan MOSFET daya N-channel. Perbedaan utama antara IGBT dan MOSFET adalah resistansi konduktor yang rendah saat arus mengalir melalui perangkat dalam keadaan ON. Oleh karena itu, aliran arus jauh lebih tinggi dibandingkan dengan MOSFET dengan daya setara.
Dalam IGBT, saat sinyal gate ON, lapisan n pada struktur IGBT menjadi konduktif, sehingga memungkinkan aliran arus yang besar dari kolektor ke emitor. Saat sinyal gate OFF, lapisan n menjadi tidak konduktif, sehingga arus tidak mengalir dan perangkat menjadi mati.
Sebagai perangkat semikonduktor yang dikontrol oleh tegangan, IGBT juga dapat dikontrol melalui rangkaian driver gate yang mirip dengan MOSFET. Namun, perlu diingat bahwa IGBT memiliki karakteristik yang berbeda dengan MOSFET, terutama dalam hal konduktansi dan arus maksimum yang dapat ditangani oleh perangkat.
Kelebihan dan Kekurangan IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT secara keseluruhan memiliki kelebihan dan keunggulan dari BJT maupun MOSFET. Berikut adalah kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh IGBT transistors.
Kelebihan
Berikut adalah kelebihan-kelebihan yang dimiliki oleh IGBT:
* Kemampuan penanganan tegangan dan arus yang lebih tinggi
* Impedansi input yang sangat tinggi
* Kemampuan menswitcing arus yang sangat tinggi menggunakan tegangan yang sangat rendah
* Voltage-controlled yaitu tidak memiliki arus input dan kerugian input rendah
* Rangkaian driver IGBT sederhana dan murah
* Kemudahan dalam proses on-off dengan menerapkan tegangan positif dan OFF dengan menerapkan tegangan nol atau sedikit negatif
* Resistansi ON-state yang sangat rendah
* Kerapatan arus yang tinggi, sehingga memungkinkannya memiliki ukuran chip yang lebih kecil
* Penguatan daya yang lebih tinggi daripada BJT dan MOSFET
* Kecepatan switching yang lebih tinggi daripada BJT.
Kekurangan
* Memiliki kecepatan switching yang lebih lambat daripada MOSFET
* Beroperasi dalam mode searah
* Tidak dapat menahan tegangan balik yang lebih tinggi
* Harga IGBT lebih mahal dibandingkan dengan BJT dan MOSFET
Penggunaan IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Transistor IGBT adalah perangkat semikonduktor yang sangat berguna dan memiliki banyak aplikasi dalam rangkaian AC dan DC. Berikut adalah beberapa penggunaan utama dari Insulated Gate Bipolar Transistor:
- Digunakan di SMPS (Switched Mode Power Supply) untuk memasok daya ke peralatan medis dan komputer yang sangat sensitif. Dalam SMPS, IGBT digunakan untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan ke peralatan elektronik yang memerlukan daya listrik yang stabil dan akurat.
- Digunakan dalam sistem UPS (Uninterruptible Power Supply) untuk menjaga pasokan daya listrik yang konstan ke peralatan elektronik yang memerlukan ketepatan dan ketahanan yang tinggi. IGBT digunakan dalam UPS untuk mengontrol pengaliran daya listrik ke peralatan saat terjadi gangguan atau pemadaman listrik.
- Digunakan dalam pengendali motor AC dan DC yang memberikan kontrol kecepatan. IGBT digunakan sebagai saklar daya yang digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor dengan presisi dan efisiensi yang tinggi.
- Digunakan dalam inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC. Dalam inverter, IGBT digunakan untuk mengubah arus DC menjadi pulsa arus AC yang dapat digunakan dalam aplikasi seperti mesin penggerak listrik, motor, dan lampu.
Dalam keseluruhan, penggunaan Transistor IGBT pada rangkaian AC dan DC sangat luas dan penting dalam industri listrik dan elektronik, karena kemampuan IGBT yang dapat mengendalikan tegangan dan arus yang tinggi, serta kemampuan switching yang cepat dan daya tahan yang tinggi.
Baca juga:
- Cara Memparalel Transistor 2N3055 yang Benar
- Skema Transistor BD139 Sebagai Saklar
- Transistor NPN, Fungsi dan Karakteristik
Penutup
Dalam artikel ini, rekomend.id telah membahas tentang Pengertian Transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) yang merupakan perangkat semiconductor yang penting dalam aplikasi daya tinggi. Kita telah membahas tentang kelebihan dan kekurangan dari IGBT serta penggunaannya dalam berbagai aplikasi seperti SMPS, UPS, drive motor, dan inverter.
Sebagai salah satu komponen penting dalam rangkaian daya tinggi, Transistor IGBT memiliki banyak manfaat dan keunggulan yang membuatnya sangat diminati oleh banyak industri. Namun, IGBT juga memiliki beberapa keterbatasan yang perlu dipertimbangkan sebelum memilih untuk menggunakannya.
Dalam penggunaannya, penting untuk memperhatikan spesifikasi dan karakteristik Transistor IGBT yang akan digunakan untuk memastikan kinerjanya yang optimal dan aman. Dengan memahami kelebihan, kekurangan, dan aplikasi dari IGBT, kita dapat memilih dan menggunakan perangkat ini dengan bijak dan efektif.
