元器件知識-雙極型功率晶體管-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-11-10
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，內含數十至數百個晶體管單元。
如圖是功率晶體管的符號，其上e、b、c分別代表發射極、基極和集電極。按半導體的類型，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型器件局部結構的剖面。圖中1為發射區，2為基區，3為集電區，4為發射結，5為集電結。
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（數十至數百伏）。
發射結通過的電流，是由發射區注入到基區的電子形成的，這些電子的小部分在基區與空穴復合成為基極電流Ib，其余大部分均能擴散到集電結而被其電場收集到集電區，形成集電極電流Ic。
圖4是與圖3相對應的器件的共發射極輸出特性，它反映了器件的基極控制作用及不同的Ib下，Ic與Vce之間的關系。從圖4中看出，特性曲線明顯分成3個區。
在線性區，Ic與Ib成比例并受其控制，器件具有放大作用（倍數β=Ic/Ib）；在截止區，器件幾乎不導電；在飽和區，器件的飽和壓降僅在1～2V上下(因飽和區VCE太小，集電結電子收集效率很低，器件失去放大作用)。
20世紀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的開關頻率上限大致為100千赫。
功率晶體管廣泛應用于各種中小型電力電子電路作開關使用。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。
未采用復合晶體管結構時，GTR的放大倍數較低（10倍上下）。比起容量較低的功率場效應晶體管，GTR的開關頻率較低（采用復合結構時，頻率僅為1千赫左右）。所以，功率晶體管的應用受到一些限制。
自80年代中期以來，GTR正向大容量、復合管及模塊組件化等方向發展，將在幾百千瓦或更大容量的裝置中取代晶體管。
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