两种大功率双极型晶体管(带有保护元器件的功率bjt)

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1、两种大功率双极型晶体管(带有保护元器件的功率BJT)微电子器件2010-12-0718:49:46阅读132评论0  字号：大中小 订阅XieMeng-xian. (电子科大，成都市)        一般，功耗大于1W的晶体管称为功率晶体管。现在大量生产的两种大功率双极型晶体管就是开关BJT和达林顿BJT。双极型晶体管虽然具有良好的大电流、高功率等特性，但由于它的电流具有正的温度系数，因此往往在使用过程中会由于发热而导致性能的不稳定，并影响到可靠性；同时，还往往由于负载的不良影响而导致晶体管失效。所以，为了使得功率BJT的性能稳定

2、和可靠，就必须要对于功率BJT采取一定的保护性措施——加上一些保护的元器件。这些用作为保护的元器件往往就设置在功率晶体管的内部，构成一个整体。（1）大功率开关BJT：作为功率开关BJT，主要的要求就是工作的电压高、电流大和开关速度快。为了达到这些要求，原则上都可以在器件的材料、结构和工艺设计等多方面来加以考虑。例如，为了增大工作电压，就需要提高一次雪崩击穿电压和二次击穿电压；为了增大工作电流，就需要减小Kirk效应（基区展宽效应）和发射极电流集边效应等；为了提高开关速度，主要是需要减短关断时间、特别是少子存储时间，这可通过引入复合

3、中心来实现。但是，尽管晶体管本身设计和制作得很好，但是若要能够长期稳定、可靠地工作，还往往需要附加一些保护元器件。 ①抗饱和措施：由于晶体管在开关工作过程中难免出现的损耗，将会发热而导致温度升高，使电流增大，从而引起晶体管性能的不稳定，甚至失效。而晶体管产生损耗最大的过程是开启与关断的过程，特别是存储时间的过程。因此，减短晶体管的少子存储时间是增强功率晶体管热稳定性的重要措施。在减短少子存储时间方面，除了在制造过程中引入复合中心以外，也可以在使用过程中采取措施来限制晶体管的饱和深度，这就是抗饱和措施。常用的有两种抗饱和措施：一是在

4、BJT的基极-集电极之间连接一个正向电压较低的Schottky二极管，以限制BJT集电结的正向电压（这就是所谓SCT——Schottky二极管箝位的晶体管）；二是在BJT的基极输入回路中连接一个型号相反的晶体管来分流，以限制BJT集电结的正偏程度。在图1中示出的是抗饱和的npn-BJT的结构（pnp-BJT是用作抗饱和的晶体管）。在此，抗饱和晶体管（pnp）的发射结与主体晶体管（npn）的集电结并联。当主体晶体管截止时，pnp管的发射结即承受很大的反向电压，所以该抗饱和晶体管的发射结必须要能够承受很高的反向电压。而当主体晶体管进入

5、饱和导通状态时，其集电结正偏，则相应地抗饱和晶体管的发射结也正偏，于是pnp管就转变为放大的导通状态，这就对主体npn管的基极电流产生分流作用，从而起到了限制主体晶体管的饱和深度，避免了过长的存储时间，提高了开关速度。对于npn主体晶体管而言，为了增强pnp管的分流、抗饱和性能，就应当提高pnp管的电流增益，特别是小电流下的电流增益。②阻尼二极管：主体晶体管在开关工作时，当关断（截止）的一瞬间，负载（如继电器线圈）即突然断电，会产生很大的反向电动势，这就将有可能引起主体晶体管的击穿。为了避免这种反向电动势的不良影响，往往在晶体管的

6、C-E电极之间反向并联一个所谓阻尼二极管（又称为续流二极管），如图1中的D所示；该二极管D的作用就是用来泄放反向电动势的，从而可防止主体晶体管被击穿。该阻尼二极管应该具有较高的耐压和能够通过较大的电流。（2）大功率达林顿BJT：如图2所示，达林顿晶体管是由两个BJT（T1和T2）构成的一种复合管，它等效为一个同极性的晶体管。因为达林顿晶体管具有电流增益很大（总增益等于两个BJT的电流增益的乘积）、输入电阻很高、可以简化电路设计等优点，所以达林顿晶体管得到了广泛的应用。作为大功率的达林顿晶体管，现在其工作电压和电流可分别达到数百伏和

7、数十安培，功耗也达到了数百瓦。 ①均衡电阻：这种具有高放大系数的达林顿晶体管，在小功率使用时问题还不大；但是若在大功率使用时，则由于功耗而引起发热，使漏电流增大，并且前级BJT的漏电流经过放大之后，就会导致整个器件的热稳定性变差，所以必须要采取一些提高其温度稳定性的措施才能保证晶体管能够稳定、可靠地长期工作。常用的一种措施就是在达林顿晶体管的两个BJT输入回路中加设均衡电阻，如图2中的R1和R2。实际上，均衡电阻R1和R2的作用就是为晶体管的基极漏电流提供一个泄放通路，使得漏电流不会被逐级放大而影响到整个器件的温度稳定性。因为前级

8、T1晶体管基极的漏电流较小，所以R1的电阻值可以较大一些（R1=Veb/I漏电），一般为数kΩ；而T2基极的漏电流较大（因为T1的漏电流经过放大以后也加入进来了），则R2的电阻值就需要较小一些，一般为数十Ω，满足R1>>R2。②阻尼二极管：