元器件知識(shí)-雙極型功率晶體管-KIA MOS管

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(jiǎn)稱功率晶體管。其中大容量型又稱巨型晶體管，簡(jiǎn)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(gè)晶體管單元。

如圖是功率晶體管的符號(hào)，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)。

圖3是其工作原理（對(duì)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(guò)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(chǎng)收集到集電區(qū)，形成集電極電流Ic。

輸出特性

圖4是與圖3相對(duì)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(gè)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)。

20世紀(jì)50～60年代，功率晶體管主要是鍺合金管。它制作簡(jiǎn)單，但耐壓不高（幾十伏），開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(jiǎn)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(guò)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(shí)，GTR的放大倍數(shù)較低（10倍上下）。比起容量較低的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，GTR的開(kāi)關(guān)頻率較低（采用復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，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(lái)，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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