电子元器件知识(3)

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1、§3.3功率晶体管GTR1、晶体管工作三种状态晶体管（transistor）由三层半导体组成（构成两个PN结），有PNP和NPN两种，从三块半导体上各自接出一根引线就是三极管的三个电极，B为基极，C为集电极，E为发射极，符号和结构如图3-5所示。虽然发射区和集电区都是N型半导体（对NPN而言），但是发射区的N型半导体比集电区的N型半导体掺的杂质多，因此它们并不对称。晶体管可以工作在三种状态，即放大状态、饱和状态和截止状态。在现代电力电子技术中，晶体管只作为开关使用，工作于截止和饱和两种状态。 1）放大状态无论是共基极接法还是共射极接法，只要集电结反偏电压达到一定值、发射结正偏，就工作于放大状

2、态。2）饱和状态工作于饱和状态时集电结、发射结均正向偏置。以共射极接法为例，随着基极电流增加，负载上电压增加，而电源电压不变，因此集电结反偏电压必须下降。当负载上电压增加到集电结反偏电压为零时，晶体管进入临界饱和状态，基极电流再增加时，晶体管的饱和加深，晶体管进入饱和时，集电极电流就不再明显增加了。饱和状态时发射结和集电结都正偏置，饱和压降很小。3）截止状态工作于截止状态时，即发射结正向偏置电压为零或反偏。图3-6为NPN晶体管共射极接法的输出特性2、功率晶体管GTR的特点   习惯上将耗散功率大于1W的晶体管称为功率晶体管，简称GTR（GiantTransistor）。由于GTR在大耗散功

3、率下工作，当工作电流和工作电压变化时会导致管子的温度急剧变化，这样又引起管子的工作状态急剧变化，还会在管子内部产生大的机械引力，引起GTR损坏。因此，GTR应有下列性能要求或参数：     具有高的极限工作温度；     小的热阻；     小的饱和导通压降或饱和电阻；     工作稳定可靠；     大电流容量；     高耐压；     快的开关速度。3、GTR开关特性GTR主要应用于开关工作方式，采用一定的正向基极电流去驱动GTR导通，采用一定的反向基极电流去关断GTR。由于GTR不是理想开关而是真实的器件，因此在开关过程中存在着延迟时间和存储时间，如图3-7所示。在t0时刻加一个正激

4、励脉冲，GTR经过延迟和上升阶段才进入饱和区，定义开通时间为：式中：td为延迟时间，tr为上升时间。在t3时刻反向信号加到基极，GTR经过存储和下降时间才返回到截止区，定义关断时间为：式中：ts为存储时间，tf为下降时间。 在应用中，增大基极电流，使充电加快，  、  都可以缩小，但不宜过大，否则将增大储存时间。因此在基极电路中采用加速电容是解决这一问题的一种办法。为了加速GTR关断，缩短关断时间   ，基极驱动电路必须提供具有一定幅值的反向驱动电流，即加反向基极电压有助于加快电容上电荷的释放，从而减小    和 。但基极反向电压不能过大，否则会将发射结击穿，还会增大延迟时间。右图是GTR的

5、理想驱动波形，IB1’是正向过充驱动电流，加速GTR导通，  维持GTR处于临界饱和状态；关断时初始  是负值过冲量，可缩短关断时间，防止二次击穿。在应用中，一般在基极驱动电阻上并联电容器来实现理想驱动。4、GTR的主要参数   β值；反向漏电流；最大集电极电流；饱和电压；结温；最高耐压；集电结最大耗散功率（注意温度条件）；    集电结消耗的功率比发射结大的多，因此晶体管总的消耗功率近似认为是集电结消耗的功率。耗散功率要产生热量，热量使集电结结温升高，结温升高使集电极电流增大，又使集电结结温升高，这是一个正反馈的过程，因此必须有良好的散热条件，才能保证晶体管可靠工作。GTR的耗散功率主要来

6、自三个方面：   1）导通损耗，即管子处于导通状态的损耗；   2）截止损耗；   3）开关损耗，即开关过程中管子的损耗。导通损耗PON，即管子处于导通状态的损耗。主要取决于导通时的集电极电流和晶体管的饱和压降：式中ton为GTR导通时间，T为开关频率。截止损耗POFF，截止时的功率损耗为：一般讲截止损耗比导通损耗要小的多，通常忽略不计。开关损耗PSW，即开关过程中管子的损耗。由于晶体管不能瞬间导通和关断，在开关过程中管子上同时存在电压和电流，因此产生开关损耗。假定在开通和关断过程中电压和电流线形变化 图3-9为集电极耗散功率示意图。5、二次击穿二次击穿是GTR损坏的主要原因，是影响GTR变

7、流装置可靠性的一个重要因素。  时，当集电结的反偏电压   逐渐增大到某一值时，集电极电流急剧增大，这就是通常的雪崩击穿，即一次击穿现象。一次击穿的特点是：在急剧增加的过程中，集电结的维持电压保持不变，如图所示。当再增大时，上升到某一临界点（     ）时， 突然下降，  继续增长，出现了负阻效应（  减少，  增大），这种现象称为二次击穿现象。二次击穿的电压和电流（         ）称为二次击穿的临界电压