Як визначити який розмір резистора використовувати

Що потрібно знати про резистори?

Резистор: шматочок матеріалу, що чинить опір проходженню електричного струму. До обох кінців приєднані клеми. І все. Що може бути простішим?

Виявляється, це зовсім не просто. Температура, ємність, індуктивність та інші параметри відіграють роль у перетворенні резистора на досить складний компонент. І використовувати його в схемах можна по-різному, але ми сконцентруємося на різних видах резисторів фіксованого номіналу, на тому, як їх роблять і як вони можуть стати в нагоді в різних випадках.

Почнемо з найпростішого та найстарішого.

Вуглецеві композиційні резистори

Вуглецевий композит у програвачі

Їх часто називають "старими" резисторами. Вони широко застосовувалися в 1960-х, але з появою інших типів резисторів і завдяки досить великій собівартості їх використання зараз обмежене. Вони складаються із суміші керамічного порошку з вуглецем, пов'язаних за допомогою смоли. Вуглець добре проводить струм, і чим більше його в суміші, тим менший опір. Провід приєднуються з кінців. Вони покриваються фарбою або пластиком, що є ізоляцією, а опір і допуск позначаються кольоровими смужками.

Опір таких резисторів можна перманентно змінити, піддавши їх високій вологості, високій напругі або перегріву. Допуск становить 5% або більше. Це просто твердий циліндр із хорошими високочастотними характеристиками. Також вони добре переносять перегрів, незважаючи на свій малий розмір, і все ще використовуються в блоках живлення та зварювальних контролерах.

Проте їхній вік не зупинив мене від використання мішка таких резисторів, куплених мною в комісійці з метою виготовлення різних опорів, які були потрібні мені для мого проекту муз. програвача 555. На фото якраз мій виріб.

Вуглецево-плівкові резистори

Виробляються нанесенням шару чистого вуглецю на керамічний циліндр та подальшого видалення вуглецю з метою формування спіралі. Підсумок покривається кремнієм. Товщина шару і ширина вуглецю, що залишився, управляють опором, а допуск таких резисторів буває від 2%, краще, ніж у попередніх. Завдяки чистому вуглецю опір менше змінюється із температурою.

Температурний коефіцієнт опору вуглецево-плівкових резисторів становить від 200 до 500 ppm/C – мільйонних часток на градус Цельсія. 200 ppm/C означає, що з кожним градусом опір не зміниться більше ніж на 200 Ом на кожен МОм загального опору. У відсотках це можна сказати як 0,02%/C. Якщо температура зміниться на 80 С, за показника 200 ppm/C опір резистора зміниться на 1,6%, або 16 кОм.

Такі резистори випускаються номіналом від 1 Ом до 10 кОм, потужністю від 1/16 Вт до 5 Вт і витримують напругу кілька кіловольт. Зазвичай використовуються у високовольтних блоках живлення, рентгенівських апаратах, лазерах та радарах.

Металева плівка

Металева плівка робиться схожим з вуглецевим чином, шляхом розміщення металевого шару (часто це нікель хром) на кераміці, з наступним вирізуванням спіралі. Згідно з документацією від виробника Vishay, після приєднання клем спіраль раніше обробляли шліфуванням, але зараз для цього використовують лазери. Результат покривається лаком і позначається кодуванням кольору або текстом.

Опір резисторів із металевої плівки змінюється менше, ніж у вуглецево-плівкових. ТКС знаходиться у районі 50-100 ppm/C. 50 ppm/C аналогічні 0,005%/C. Використовуючи аналогічний наведений вище приклад з резистором в 1 МОм, зміна температури на 80 С призведе у разі резистора 50 ppm/C до зміни опору на 0,4%, або на 4 ком.

Допуск у них менший, близько 0,1%. Також мають хороші шумові характеристики, низьку нелінійність і хорошу стабільність за часом, і використовуються для безлічі цілей.

Плівка із оксиду металу

Випадок схожий на металеву плівку, тільки зазвичай використовується оксид олова з домішкою оксиду сурми. Поводяться такі резистори краще, ніж вуглецеві або металеві плівки, якщо говорити про напругу, перевантаження, стрибки і високі температури. Резистори на вуглецевій плівці працюють до 200°С, на металевій – до 250-300°С, а резистори на плівці з оксиду – до 450°С. При цьому їхня стабільність дуже кульгає.

Дротові резистори

Виготовляються намотуванням дроту на пластиковий, керамічний або скловолоконний циліндр. Оскільки провід можна відрізати досить точно, номінал їхнього опору можна вибрати з великою точністю з допуском не гірше за 0,1%. Щоб отримати резистор із високим опором, потрібно використовувати дуже тонкий та довгий провід. Провід можна зробити тоншим для меншої потужності або товщим для більшої потужності. Його можна виготовляти з великої кількості металів та сплавів, включаючи нікель хром, мідь, срібло, хромистої сталі та вольфраму.

Розробляються з прицілом можливість роботи при високих температурах: вольфрамові витримують температури до 1700 З, срібні – від 0 до 150 З.ТКС у високоточних дротяних резисторів становить близько 5 ppm/C. У резисторів, призначених для високих потужностей, ТКС вищі.

Працюють на потужностях від 0,5 до 1000 Вт. Резистори на кілька сотень Вт можуть бути покриті високотемпературним кремнієм або склоподібною емаллю. Для збільшення тепловідведення можуть бути обладнані алюмінієвим кожухом із пластинами, що працюють як радіатор.

Оскільки це практично котушки, у них є індуктивність і ємність, через що на високих частотах вони поводяться погано. Для зменшення цих ефектів застосовуються різні хитрі схеми намотування, наприклад, біфілярна, намотування на плоскому носії, і намотування Аертона-Перрі.

У біфілярного намотування відсутня індукція, але висока ємність. Намотування на плоскому та тонкому носії зближує дроти та зменшує індукцію. Намотування Аертона-Перрі завдяки тому, що проводи йдуть у різних напрямках і знаходяться близько один від одного, зменшує самоіндукцію та ємність, оскільки в місцях перетину напруга однакова.

Потенціометри роблять на основі дротяних резисторів завдяки їх надійності. Також вони використовуються у переривниках та запобіжниках. Їх індукцію можна збільшити і використовувати як датчики струму, вимірюючи індуктивний опір.

Фольгові резистори

Використовують фольгу завтовшки кілька мікрон, зазвичай з нікель хрому з додаваннями, розташовану на керамічній підкладці. Вони найбільш стабільні і точні з усіх, що існують з 1960-х. Необхідний опір досягається фототравленням фольги. Не мають індуктивності, мають низьку ємність, хорошу стабільність і швидку теплову стабілізацію. Допуск може бути не більше 0,001%.

ТКС становить 1 ppm/C.При зміні температури на 80 С мегаомний резистор змінить опір лише на 0.008% або 80 Ом. Цікавим є спосіб, яким досягається подібна точність. При збільшенні температури зростає і опір. Але резистор робиться так, що підвищення температури призводить до стиснення фольги, через що опір падає. Сумарний ефект призводить до того, що опір майже не змінюється.

Добре підходять для аудіопроектів із струмами високих частот. Також підходять для проектів, що вимагають високої точності, наприклад, електронних ваг. Звичайно, використовуються в областях, де очікуються великі коливання температури.

Товстоплівкові та тонкоплівкові резистори

В основному використовуються для поверхневого монтажу. Плівка в товстоплівкових резисторах у 1000 разів товщі, ніж у тонкоплівкових. Це найдешевші резистори, тому що товста плівка дешевша.

Тонкооплівкові резистори виготовляються іонним напиленням нікель хрому на ізолюючу підкладку. Потім застосовується фототравлення, абразивне або лазерне чищення. Товстоплівкові виготовляються печаткою по трафарету. Плівка являє собою суміш сполучної речовини, носія та оксиду металу. Наприкінці процесу застосовується абразивне чи лазерне чищення.

Допуск тонкоплівкових резисторів становить 0,1%, а ТКС – від 5 до 50 ppm/C. У товстоплівкових допуск буває 1%, а ТКС – 50 до 200 ppm/C. Тонкоплівкові резистори менше шумлять.

Тонкоплівкові резистори застосовуються там, де потрібна висока точність. Товстоплівкові можна використовувати практично скрізь - в деяких ПК можна нарахувати до 1000 резисторів товстоплівкових поверхневого монтажу.

Існують і інші види резисторів постійного номіналу, але в шухлядках для резисторів ви, швидше за все, зустрінете один з перерахованих.

Як визначити, який розмір резистора використовувати

Походження назви Резистор від латинського resisto – опираюсь.

Резисторам ми присвятимо більше місця з двох причин: резистори часто і багато використовуються в електричних схемах (показано на малюнку 1.1, компоненти у червоних прямокутниках) і вони мають велику конструктивну різноманітність.

Історичний образ резистора – шматок металевого дроту (показаний малюнку 1.2), від характеристик якого залежить основний параметр його – електричний опір (далі – опір): що довше і тонше провід, тим опір вище.

Примітка – Більш правильна, але довга назва терміна – електричний опір постійному струму.

При цьому важливо, з якого металу дріт виготовлений.

Опір шматка дроту можна розрахувати:

де ρ («ро») – електрична густина, Ом мм 2 /м;

S – площа перерізу, мм 2

Примітка – У довідниках для проводів, що серійно виготовляються - мають відоме значення S, для зручності розрахунку наводиться інша характеристика, виражена в одиницях Ом/м. Маючи її, легко розрахувати необхідну довжину дроту, якщо відомо необхідне R.

Таблиця 1.1 – Порівняльні приклади електричної щільності для дротів, виготовлених із різних металів

Метал

Електрична щільність, мкОм*м

Таким чином, резистор можна виготовити своїми руками із дроту, який є під рукою. При цьому слід мати на увазі, що провід повинен бути покритий емаллю так, щоб при намотуванні не виникало замикань між витком.

Приклад розрахунку. Потрібно розрахувати довжину емальованого мідного дроту діаметром 0,01 мм для створення резистора з електричним опором 10 кОм.

З довідника знаходимо значення опору метра такого дроту – (192…275) Ом/м. Вибираємо середнє значення: (275+192)/2 = 467 Ом/м.

Остаточно маємо: 10 кОм/467 Ом/м = 21,4 м-коду.

Т.к. з довідника ми вибрали середнє значення опору погонного метра дроту, очікуємо можливого відхилення від необхідного значення опору. При виготовленні штучних резисторів точність номіналу можна підігнати, додавши або зменшивши довжину дроту.

На важливих електричних схемах резистори позначаються графемою (представлена малюнку 1.3 зліва):

Примітка Графема - це графічний символ. У деяких випадках загальноприйняту в принципових схемах графему замінюють складнішою моделлю (представлена на малюнку 1.3 праворуч). Така заміна обґрунтована для дротяних резисторів і може бути справедливою для резисторів інших конструктивних рішень.

Нині постійні резистори мають, зазвичай, інші конструктивно-технологічні рішення. Їх називають товстоплівковими, тонкоплівковими, металопленочними; для поверхневого монтажу (чіп-резистори) та для монтажу в отвори; низькоомними, високоомними, прецизійними, високотемпературними, високовольтними тощо.(Подано на малюнку 1.4).

Електротехнічне визначення резистора виглядає як відношення R = U/I (закону Ома), де U – падіння напруги на резисторі, I – струм, що протікає через резистор.

На практиці застосовують постійні, змінні та підстроювальні резистори (представлені на малюнку 1.5).

Змінні та підстроювальні резистори мають конструктивні особливості, що дозволяють змінювати вручну опір резистора.

Постійні резистори

Основний параметр постійного резистора – номінальний опір, що може змінюватися під час експлуатації під впливом різних факторів.

Ця зміна має відбуватися у контрольованих межах. Іншими словами, така зміна має бути прорахована ще на стадії проектування.

Можливих причин такої штатної зміни кілька: похибка округлення та виготовлення, температурна дія навколишнього середовища, саморозігрів резистора, старіння, зміна параметра після навантаження. Дамо деякі пояснення.

Резистор це серійний виріб і виробляється він обмеженою кількістю номінальних значень опору. Вибір номіналу здійснюється відповідно до таблиць (наведено далі). При виборі ми вимушено округляємо потрібне значення до найближчого серійного, тим самим вносимо на цій стадії деяку похибку. Друга складова похибки – неточність виготовлення резистора, про яку заявляє виробник у технічних документах.

Але цього мало: опір резистора змінюється під впливом довкілля. Найбільш сильним фактором, що дестабілізує, при цьому є температура. Прописані в технічних документах характеристики резистора дозволяють розрахувати та врахувати таку зміну.Слід мати на увазі, що резистор сам нагрівається при протіканні через нього струму.

При використанні прецизійних (особливо точних) резисторів такий саморозігрів може призводити до суттєвих метрологічних помилок. Інший випадок, менш контрольований: опір змінюється після навантаження резистора. Перевантаження це таке явище, коли електрична (електронна) схема короткочасно працює в позаштатному режимі при підвищених робочих напругах та/або струмах.

Такі режими ще не призводять до руйнації схеми, але параметри компонентів у своїй дещо змінюються. Часткова деградація прецизійних резисторів може призводити до суттєвих метрологічних спотворень. Її можна зменшити на стадії виробництва.

Для цього виробник для деяких партій або на замовлення проводить термотренування резисторів.

Отже, розглянемо докладніше основні характеристики постійних резисторів.

Точність виготовлення номінальних значень резисторів

Точність виготовлення описується відносною похибкою виготовлення (допуском), що виражається у відсотках: δ=100ΔRном/Rном.

Серійні резистори виготовляються в широкому діапазоні точностей: від грубих ±20% (рідко використовуються; зазвичай для змінних резисторів) до прецизійних ±0,01% (використовуються в засобах вимірювань). Найбільш широко використовуються резистори з допуском ±5%. Вони випускаються з номінальними значеннями, які відповідають ряду Е24 (наведені в таблиці 1.2).

Число 24 у назві ряду це число помітних виробничих номіналів серед відповідно одиниць, десятків та сотень Ом, а також ком, МОм … .

Наприклад, з помітним значенням 2,4 випускаються резистори наступних номіналів: … 2,4 Ом; 24 Ом; 240 Ом; 2,4 кОм; 24 ком, 240 ком; 2,4 МОм і т.д.

Таблиця 1.2 – Ряд Е24 номінальних значень резисторів

Резистори з допуском ±1% і менш прийнято відносити до точних та прецизійних. Вони випускаються відповідно до інших рядів: Е48, Е96 та/або Е192 (подано в таблиці 1.3).

Таблиця 1.3 - Ряди Е48, Е96, Е192 номінальних значень точних резисторів

Маркування резисторів

Сучасні резистори мають відносно малі габаритні розміри. На їхній поверхні важко проставляти ідентифікаційні мітки (номінальний опір, допуск, ТКС, тип).

Для широко використовуваних циліндричних резисторів було введено і широко використовується міжнародний спосіб позначень. Так для маркування резисторів малої точності застосовують чотири кольорові смужки, кільця або точки (показано малюнку 1.6): перші дві смужки задають двозначне номінальне значення з ряду Е24.

Третя смужка – десятковий множник, а п'ята – допуск у відсотках. У маркування точних та прецизійних резисторів додають п'яту кольорову смужку (не показано). Існують маркування із сімома смужками.

Для чипрезисторів, розміри яких ще менше циліндричних, застосовують три- або чотиризначне цифрове маркування, яке може відрізнятися у різних виробників. Типове маркування чипрезисторів малої точності (2%, 5%, 10%) здійснюється за допомогою трьох цифр, де номінал розраховується множенням перших двох цифр, взятих з ряду Е24, на 10 ступеня, що дорівнює третій цифрі.

Наприклад, число 273 означає номінал 27 ком, число 270 означає 27 Ом, а код 2R7 означає 2,7 Ом.

Номінальна потужність розсіювання

Це така потужність, яку можна розсіювати на резисторі нескінченно довго. Резистор при цьому не вийде з ладу під впливом теплової енергії, що виділяється.Виробники випускають резистори в широких діапазонах потужностей. Для наших завдань цікаві резистори із діапазоном потужностей від 2 Вт до 0,062 Вт.

Потужність, що розсіюється в резисторі, розраховується за формулами P=U 2 /R = I 2 R. З потужністю, що розсіюється, пов'язані і габаритні розміри резисторів: за інших рівних умов розміри більш потужних резисторів більші. У таблиці 1.4 порівняння представлені розміри вітчизняних циліндричних резисторів С2-29В.

Таблиця 1.4 - Габаритні розміри резисторів С2-29В

Параметр

Номінальна потужність розсіювання, Вт

При виборі потужності резистора слід мати на увазі такі зауваження та рекомендації:

при використанні резисторів у ланцюгах змінного струму потужність розсіювання та номінальна потужність вважаються за середньоквадратичним значенням прикладеної напруги;
вибирати номінальну потужність резистора необхідно з 20% запасом, щоб не знижувати функціональну надійність резистора. Якщо резистор під час роботи розсіює номінальну потужність, термін служби резистора знижується;
у ряді випадків номінальна потужність прецизійних резисторів вибирається із 10-кратним запасом. Тільки в цьому випадку саморозігрівання резистора не призведе до неприпустимих похибок номіналу;
у разі зростання температури навколишнього середовища допустима потужність розсіювання резистором знижується. У технічній документації дається графік залежності допустимої потужності температури середовища;
при розсіюванні потужності, близької до номінальної, резистор на дотик може бути досить гарячим - це ще не є ознакою аварійної роботи;
за інших рівних умов слід вибирати більш високоомні резистори, маючи на увазі, що вони будуть розсіювати меншу потужність, підвищуючи економічність схеми.

З метою підвищення інформативності принципових схем часто використовують графеми резисторів, у тілі яких позначені їх номінальні потужності відповідно до ГОСТ 2728-74 (показано на малюнку 1.7).

Гранична робоча напруга

Цей параметр, який слід враховувати зазвичай у випадку використання високоомних резисторів. =1 Вт і Rном=1 МОм маємо з розрахунку U=1000.

Якщо вибраний резистор відноситься до групи резисторів широкого застосування (не спеціальних), то помилково вважати, що така напруга може до неї прикладатися без наслідків – резистор обов'язково вийде з ладу в результаті діелектричного пробою. пробою не виникне, але виникне пробою саме діелектричний (міжвитковий).

Гранична робоча напруга як і номінальна потужність залежить від габаритів резистора (представлено в таблиці 1.5).

Таблиця 1.5 - Гранична робоча напруга резисторів С2-29В

Параметр

Номінальна потужність розсіювання, Вт

Температурний коефіцієнт опору

Цей параметр дозволяє розрахувати граничну зміну номінального опору під впливом температури.

Нехай ТКС деякого резистора дорівнює ±100 ppm/ºC. Це означає, що при зміні температури на 1ºС його номінальний опір змінюється (збільшується або зменшується) на сто мільйонних частин. ±0,01%/ºС.

Формула для розрахунку граничної зміни номінального значення резистора під впливом температури ΔRT.п = KT × Rном × ΔT, де ΔT = | 20ºС – нормальна температура (температура, за якої задається номінальне значення).

Приклад: нехай Rном = 10 кОм, T = 20-5 = 15ºС, KT = ±100 ppm/ºC.

Маємо: ΔRT.п= (100/10 6 )× 10 000 × 15 = ±15 Ом.

Типові розрахункові співвідношення

Закон Ома: R=U/I (1.1)
Узагальнений закон Ома (закон Ома для ділянки ланцюга): I = (Uba + E1 - E2) / (R1 + R3 + R2) (1.2)

3. Послідовне з'єднання резисторів Rе = R1+R2+R3

4. Паралельне з'єднання резисторів Rе = R1*R2/(R1+R2)

5 Корисні вирази для спрощення обчислення Rе для низки практичних випадків:

Rab = Ra + Rb + Ra * Rb / Rc; Ra = Rca * Rab / (Rca + Rab + Rbc)

Змінні регулювальні резистори

Змінні (регулюючі) резистори призначені для інтенсивного регулювання так, як це робиться за зміни гучності в аудіопідсилювачах.

Основна характеристика таких резисторів – тип залежності опору від регулюючої дії (кута повороту валу або переміщення двигуна). Реалізуються три типи залежності (показано малюнку 1.8): А – лінійна, Б – логарифмічна і У – обратно-логарифмическая.

Змінні резистори мають різні конструктивні рішення. Але вони повинні забезпечувати виведення регулюючого стрижня (валу) крізь корпус приладу. Принцип влаштування змінних резисторів та функціональний прототип (реостат) представлені на малюнках 1.9а, 1.9б.

а) - принцип влаштування змінних резисторів;

б) - функціональний прототип (реостат);

в) – і) – відмінності змінних резисторів за способом кріплення у приладі за допомогою гайки та різьблення на корпусі приладу;

к) – н) – відмінності змінних резисторів за способом впаювання у друковану плату та додаткового закріплення також за допомогою накидної гайки;

д) – змінний резистор як конструктивна імітація реостату при впаювання в плату.

Малюнок 1.9 – Конструктивні види змінних резисторів

Конструктивні відмінності пов'язані зі способом кріплення змінних резисторів у приладі:

одні кріпляться за допомогою гайки та різьблення на корпусі приладу, зв'язок із електричною схемою реалізується за допомогою навісних провідників (представлені на малюнках 1.9в … 1.9і);
інші впаюються у друковану плату та додатково закріплюються також за допомогою накидної гайки (представлені на малюнках 1.9к … 1.9н);
треті впаюються у плату і конструктивно імітують реостат (представлені малюнку 1.9п), у якому зміна опору здійснюється не обертанням валу, а поступальним рухом движка, виведеним назовні.

Інші можливі відмінності – тип резистивного матеріалу: провід чи шар зносостійкого провідника.

Примітка – Зазвичай регулювання опору здійснюється за лінійним законом: рівномірне переміщення якоря (движка) призводить до рівномірного зміни опору.

Для регулювання гучності в аудіопідсилювачах здійснюється регулювання за логарифмічним законом. У наших пристроях другий спосіб не застосовується.

Характеристики змінних резисторів.

Характеристики аналогічні характеристикам постійних резисторів:

номінальний опір, номінальна потужність, гранична робоча напруга, ТКС, конструктивні особливості та габаритні розміри. Але є й специфічні параметри:
діапазон зміни (регулювання) та мінімальне встановлюване значення;
точність встановлення опору;
гарантована кількість повних оборотів без зміни характеристик та ін.

Як приклад розглянемо загальний вигляд та основні характеристики регулювального резистора типу PTD901-2015K-B103, які наведені на малюнку 1.10.

Схеми підключення змінних резисторів

Розрізняють два способи підключення змінних резисторів: реостатне та потенціометричне (показано на малюнку 1.11).

Підстроювальні резистори

Підстроювальний резистор (потенціометр) це змінний резистор, який зазвичай використовується в контрольно-вимірювальних приладах для точного налаштування режиму роботи або корекції метрологічних характеристик вимірювальних каналів. Зазвичай, підстроювальний резистор використовується одноразово - під час процедури налаштування, або зрідка - іноді.

Після маніпуляцій налаштування регулювальний гвинт контриться (наприклад, зафарбовується), щоб під час подальшої експлуатації виробу його положення не зрушило від випадкових механічних впливів (вібрацій, ударів). Кількість підбудов у таких резисторів лімітована кількома десятками повних обертів.

Підстроювальні резистори (потенціометри), як правило, встановлюються всередині корпусу приладу. Вони мають різні конструктивні рішення.

Також як змінні, підстроювальні резистори бувають дротяними або на основі зносостійкого напиленого провідника. Розрізняють однооборотні (показані малюнки 1.12а – 1.12г) і многооборотные (показані малюнки 1.12д – 1.12к) потенціометри. Потенціометри можуть бути відносно потужними з регулювальним елементом, який можна виводити на зовнішню сторону приладу (показані на малюнках 1.12л, 1.12м, 1.12н).

Як приклад розглянемо характеристики типового багатооборотного потенціометра типу Bourns 3296W-1-472LF (показано малюнку 1.13)

Порівняльні характеристики альтернативних типів підстроювальних резисторів представлені в таблиці 1.6, позначення підстроювальних резисторів - на рисунку 1.15.

Таблиця 1.6 - Порівняльні характеристики підстроювальних багатооборотних резисторів з номіналом 330 Ом

Схемні приклади використання підстроювальних резисторів

Схемні варіанти для підстроювання коефіцієнта розподілу вимірювального перетворювача напруги (дільника) у типовому каналі вимірювача змінної напруги представлені на малюнку 1.16.

Вимірювання електричного опору постійному струму

Найзручніше вимірювати опори резисторів за допомогою цифрових багатофункціональних вимірювальних приладів – мультиметрів (показано на малюнку 1.17).

До або після підключення резистора секторний перемикач режимів мультиметра перевести в таке положення для вимірювання опір (у нашому прикладі їх п'ять), при якому результат вимірювання матиме найбільшу кількість розрядів (у нашому прикладі – три).

Біполярний резистор із ізольованим затвором IGBT.

Біполярний транзистор з ізольованим затвором (від англ. Insulated-gate bipolar transistor) – триелектродний силовий електронний прилад, який використовується в основному як потужний електронний ключ в імпульсних джерелах живлення, інверторах, системах управління електричними приводами.

За своєю внутрішньою структурою БТІЗ є каскадне включення двох електронних ключів: вхідний ключ на польовому транзисторі управляє потужним кінцевим ключем на біполярному транзисторі.

Керуючий електрод називається затвором, як у польового транзистора, два інших електроди – емітером та колектором, як у біполярного. Таке складове включення польового та біполярного транзисторів дозволяє поєднувати в одному пристрої переваги обох типів напівпровідникових приладів.

Випускаються як окремі БТІЗ, так і силові зборки (модулі) на їх основі, наприклад, для керування ланцюгами трифазного струму.

БТІЗ поєднує переваги двох основних видів транзисторів:

високий вхідний опір, низький рівень керуючої потужності – від польових транзисторів із ізольованим затвором;
низьке значення залишкової напруги у включеному стані – від біполярних транзисторів;
малі втрати у відкритому стані при великих струмах та високих напругах;
характеристики перемикання та провідність біполярного транзистора;
управління як у МОП - напругою.

Діапазон використання – від десятків до 1200 ампер струму, від сотень вольт до 10 кВ за напругою. У діапазоні струмів до десятків ампер і напруги до 500 В доцільно застосування звичайних МОП- (МДП-) транзистори, а не БТІЗ, так як при низьких напругах польові транзистори мають менший опір.

Основне застосування БТІЗ - це інвертори, імпульсні регулятори струму, частотно-регульовані приводи.

Широке застосування БТІЗ знайшли у джерелах зварювального струму, в управлінні потужним електроприводом, у тому числі на міському електричному транспорті.

Застосування БТІЗ-модулів у системах керування тяговими двигунами дозволяє (порівняно з тиристорними пристроями) забезпечити високий ККД, високу плавність ходу машини та можливість застосування рекуперативного гальмування практично на будь-якій швидкості.

БТІЗ застосовують при роботі з високими напругами (понад 1000 В), високою температурою (понад 100 °C) і високою вихідною потужністю (понад 5 кВт). БТІЗ використовуються у схемах управління двигунами (при робочій частоті менше 20 кГц), джерелах безперебійного живлення (з постійним навантаженням та низькою частотою) та зварювальних апаратах (де потрібний великий струм і низька частота – до 50 кГц).

БТІЗ та МОП займають діапазон середніх потужностей та частот, частково «перекриваючи» один одного. Загалом, для високочастотних низьковольтних каскадів найбільше підходять МОП, а високовольтних потужних – БТІЗ.

У деяких випадках БТІЗ і МОП повністю взаємозамінні, цоколівка приладів і характеристики сигналів обох пристроїв, що управляють, зазвичай однакові. БТІЗ і МОП вимагають 12-15В для повного включення і не потребують негативної напруги для вимкнення.

Але «керований напругою» значить, що схемою управління непотрібен джерело струму. Затвор БТІЗ або МОП для керуючої схеми є конденсатором з величиною ємності, що досягає тисяч пікофарад (для потужних пристроїв). Драйвер затвора повинен бути здатним швидко заряджати та розряджати цю ємність, щоб гарантувати швидке перемикання транзистора.