Transistores de Potência Explicados: Principais Características, Benefícios e Aplicações

Pense em um sistema de fonte de alimentação que fornece altos níveis de potência. Tal unidade requer amplificadores de potência para fornecer a quantidade certa de corrente. Aqui é onde um transistor de potência entra em cena.

Na OurPCB, temos todos os insights principais sobre qualquer tipo de transistor. No entanto, a ênfase será nos transistores de potência para este guia. Além disso, explicará o princípio operacional, prós e contras, entre outros insights principais.

O que é o Transistor de Potência?

Fig 1: Um Engenheiro Eletrônico Trabalhando em uma Placa de Circuito

É um tipo de transistor que é chave na comutação e amplificação de sinais eletrônicos e potência elétrica. Você encontrará este transistor em sistemas de fontes de alimentação e amplificadores de alta potência. Primariamente, é um transistor de junção, mas você pode considerá-lo como um transistor de efeito de campo semicondutor.

Enquanto sua estrutura é diferente de outros transistores, ele opera sob o mesmo princípio.

No entanto, para o transistor de potência, você encontrará características controladas únicas. Por exemplo, o fornecimento de corrente de entrada ao terminal de base o liga. Por outro lado, remover o sinal de controle desligará o transistor de potência.

Tipos de Transistores de Potência

Fig 2: Diferentes Tipos de Transistores

Os seguintes são os diferentes transistores que são comuns em circuitos de controle de potência:

Transistor de junção bipolar (BJTs)

Este tipo de transistor tem lacunas e elétrons como portadores de carga. Assim, podemos considerá-lo como tendo duas polaridades; daí o nome - transistores bipolares. É útil como chave e amplificador, tornando-o um importante dispositivo de controle de corrente.

Características do BJT de potência incluem:

• É essencial em uso de alta potência.
• Apresenta uma queda de tensão on-state maior que outros tipos de transistores.
• Uma maior capacidade de transporte de corrente.
• Tem uma alta tensão de ruptura.
• Também é maior que o transistor médio. É imperativo para permitir o fluxo de corrente máxima.

Transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFETs)

Fig 3: Transistor Eletrônico MOSFET DPAK

O MOSFET é um tipo de transistor de efeito de campo com três terminais. Eles incluem a base, fonte e dreno. A operação de um MOSFET de potência depende principalmente da largura de seu canal. Por exemplo, em uma largura de canal ampla, o desempenho do transistor será ótimo.

As características de MOSFETs de potência incluem:

• O transistor é útil como controlador de tensão
• Durante a operação, não precisa de corrente de entrada
• Também caracterizado por uma alta impedância de entrada

Transistor de Indução Estática

Fig 4: Transistores de Potência

O transistor tem três terminais. Adicionalmente, tem uma frequência orientada verticalmente e transmite alta potência. Tem uma tensão de ruptura maior que FETs convencionais - transistores de efeito de campo.

Suas propriedades principais incluem:

• Menos ruído que outros FETs
• Baixa resistência terminal
• Liga e desliga em segundos
• Apresenta um canal relativamente curto

Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBTs)

Fig 5: Transistores IGBT Potentes

É uma amálgama de um FET e um transistor BJT. A função deste transistor depende de sua porta a partir da qual você pode ligá-lo ou desligá-lo. Você os encontrará comumente em gadgets de eletrônica de potência como sistemas de fonte de alimentação, inversores e conversores.

São caracterizados por:

• Um ganho de potência relativamente alto,
• Perdas significativamente limitadas na entrada do circuito.

Operação do Transistor de Potência

Fig 6: Transistores BJT

Qualquer Transistor Bipolar de Potência (BJT) típico apresentará quatro zonas de operação. Elas incluem:

• Região ativa
• Zona de quase saturação
• Zona de saturação dura
• Região de corte

Você pode ter o transistor na zona de corte se polarizá-lo reversamente sob duas condições. Elas incluem:

• Conectando seu terminal de base ao terminal negativo e o terminal de emissor ao terminal positivo,
• Conectando seu terminal de coletor ao terminal negativo e o terminal de base ao terminal positivo.

Em segundo lugar, o transistor está em estado inativo se você alcançar:

• Uma junção emissor-base polarizada diretamente e uma região coletor-base polarizada reversamente.

Em seguida, seu transistor estará no status de quase saturação quando você polarizar diretamente a base-emissor e coletor-base. Por fim, estará nas regiões de saturação dura quando você polarizar diretamente a base-emissor e coletor-base.

Prós e Contras do Uso de Transistor de Potência

Fig 7: Diferentes Tipos de Transistores

Vantagens dos transistores de potência

• Alta densidade de corrente
• Baixa tensão direta
• Alto ganho de tensão
• Grande ganho de largura de banda

Desvantagens dos transistores de potência

• Mais ruidosos que outros tipos de transistores
• São relativamente mais complexos de controlar
• Baixa estabilidade térmica

Aplicações

Fig 8: Painel de Controle de Amplificador

• São úteis em relés
• Essenciais em amplificadores de potência
• Você também os encontrará em Conversores DC-DC
• Úteis em circuitos de controle de potência
• Por fim, também encontram uso em Fontes de alimentação de modo de chaveamento (SMPS)

Diferença Entre um Transistor e um Transistor de Potência?

Um transistor é um dispositivo eletrônico com três ou quatro terminais na estrutura. Aplicar uma tensão de alimentação a um de seus terminais causa uma mudança de corrente em outro terminal. Assim, sua operação é sinônima do funcionamento de um amplificador ou chave.

Por outro lado, um transistor de potência é como um dissipador de calor. É significativo na proteção do circuito contra danos. Além disso, é relativamente maior que o transistor normal médio.

Conclusão

Como você viu, quase todos os sistemas digitais devem ter um transistor de potência. Eles são especialmente significativos em circuitos de chaveamento, sistemas de potência e aplicações de áudio. Além disso, para quaisquer perguntas, entre em contato conosco.