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  • 元器件知識,雙極型功率晶體管介紹
    • 發(fā)布時間:2022-05-30 20:08:53
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    元器件知識,雙極型功率晶體管介紹
    雙極型功率晶體管
    雙極型功率晶體管(bipolar power transistor)最普及的一種功率晶體管,通常簡稱功率晶體管。其中大容量型又稱巨型晶體管,簡稱GTR。雙極型功率晶體管一般為功率集成器件,內(nèi)含數(shù)十至數(shù)百個晶體管單元。
    雙極型功率晶體管
    如圖是功率晶體管的符號,其上e、b、c分別代表發(fā)射極、基極和集電極。按半導(dǎo)體的類型,器件被分成NPN型和PNP型兩種,硅功率晶體管多為前者。
    如圖2是普通NPN型器件局部結(jié)構(gòu)的剖面。圖中1為發(fā)射區(qū),2為基區(qū),3為集電區(qū),4為發(fā)射結(jié),5為集電結(jié)。
    雙極型功率晶體管
    圖3是其工作原理(對于PNP型器件,則需要將兩組電源極性反接),其中基極加0。6V左右的正向偏壓,集電極加高得多的反向偏壓(數(shù)十至數(shù)百伏)。
    發(fā)射結(jié)通過的電流,是由發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子形成的,這些電子的小部分在基區(qū)與空穴復(fù)合成為基極電流Ib,其余大部分均能擴(kuò)散到集電結(jié)而被其電場收集到集電區(qū),形成集電極電流Ic。
    雙極型功率晶體管
    輸出特性
    圖4是與圖3相對應(yīng)的器件的共發(fā)射極輸出特性,它反映了器件的基極控制作用及不同的Ib下,Ic與Vce之間的關(guān)系。從圖4中看出,特性曲線明顯分成3個區(qū)。
    在線性區(qū),Ic與Ib成比例并受其控制,器件具有放大作用(倍數(shù)β=Ic/Ib);在截止區(qū),器件幾乎不導(dǎo)電;在飽和區(qū),器件的飽和壓降僅在1~2V上下(因飽和區(qū)VCE太小,集電結(jié)電子收集效率很低,器件失去放大作用)。
    雙極型功率晶體管
    20世紀(jì)50~60年代,功率晶體管主要是鍺合金管。它制作簡單,但耐壓不高(幾十伏),開關(guān)頻率也較低(十幾千赫)。80年代的大功率高壓器件大都為硅平面管,用二次擴(kuò)散法制得。
    其中GTR的容量是所有功率晶體管中最大的,80年代中期已有600A/150V、400A/550V、50A/1000V等幾種。GTR的開關(guān)頻率上限大致為100千赫。
    功率晶體管廣泛應(yīng)用于各種中小型電力電子電路作開關(guān)使用。GTR可用在如變頻器、逆變器、斬波器等裝置的主回路上。
    由于GTR無須換流回路,工作頻率也可比晶閘管至少高10倍,因此它能簡化線路,提高效率,在幾十千瓦的上述裝置中可以取代晶閘管。但GTR的過載能力較差,耐壓也不易提高,容量較小。
    未采用復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)時,GTR的放大倍數(shù)較低(10倍上下)。比起容量較低的功率場效應(yīng)晶體管,GTR的開關(guān)頻率較低(采用復(fù)合結(jié)構(gòu)時,頻率僅為1千赫左右)。所以,功率晶體管的應(yīng)用受到一些限制。
    自80年代中期以來,GTR正向大容量、復(fù)合管及模塊組件化等方向發(fā)展,將在幾百千瓦或更大容量的裝置中取代晶體管。
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