双极型功率晶体管

  双极型功率晶体管(bipolar power transistor)通常简称功率晶体管,是最普及的一种功率晶体管。其中大容量型又称巨型晶体管,简称GTR。功率晶体一般为功率集成器件,内含数十至数百个晶体管单元。按半导体的类型,元件被分成NPN型和PNP型两种,硅功率晶体管多为前者。

参数

  型号:2SD1258

  厂家:松下

  结构:NPN

  用途:High-hFE

  VCBO(V)200(V)

  VCEO(V)150(V)

  hFE最小值:500

  hFE值:2000

  包装类型:N-A1、N-G1

结构及原理

  图1是功率晶体管的符号,其上e、b、c分别代表发射极、基极和集电极。

功率晶体管的符号

  图2是普通NPN型器件局部结构的剖面。图中1为发射区,2为基区,3为集电区,4为发射结,5为集电结。

普通NPN型器件局部结构的剖面

  图3示其工作原理(对于PNP型器件,则需要将两组电源极性反接), 其中基极加0.6V左右的正向偏压,集电极加高得多的反向偏压(数十至数百伏)。发射结通过的电流,是由发射区注入到基区的电子形成的,这些电子的小部分在基区与空穴复合成为基极电流Ib,其余大部分均能扩散到集电结而被其电场收集到集电区,形成集电极电流Ic。图4是与图3相对应的器件的共发射极输出特性,它反映了器件的基极控制作用及不同的Ib下,Ic与Vce之间的关系。从图4中看出,特性曲线明显分成3个区。在线性区,Ic与Ib成比例并受其控制,器件具有放大作用(倍数β=Ic/Ib);在截止区,器件几乎不导电;在饱和区,器件的饱和压降仅在1~2V上下(因饱和区妭CE太小,集电结电子收集效率很低,器件失去放大作用)。

工作原理

图4

进展

  20世纪50~60年代,功率晶体管主要是锗合金管。它制作简单,但耐压不高(几十伏),开关频率也较低(十几千赫)。80年代的大功率高压器件大都为硅平面管,用二次扩散法制得。其中GTR的容量是所有功率晶体管中的,80年代中期已有600A/150V 、400A/550V、50A/1000V等几种。GTR的开关频率上限大致为100千赫。

应用

  功率晶体管广泛应用于各种中小型电力电子电路作开关使用。GTR可用在如变频器、逆变器、斩波器等装置的主回路上。由于GTR无须换流回路,工作频率也可比晶闸管至少高10倍,因此它能简化线路,提高效率,在几十千瓦的上述装置中可以取代晶闸管。但GTR 的过载能力较差,耐压也不易提高,容量较小。未采用复合晶体管结构时,GTR的放大倍数较低(10倍上下)。比起容量较低的功率场效应晶体管,GTR的开关频率较低(采用复合结构时,频率仅为1千赫左右)。所以,功率晶体管的应用受到一些限制。

  自80年代中期以来,GTR正向大容量、复合管及模块组件化等方向发展,将在几百千瓦或更大容量的装置中取代晶闸管。

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