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電力晶體管（GTR）
術(shù)語用法：
電力晶體管（Giant Transistor—GTR，直譯為巨型晶體管）
耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction Transistor—BJT），英文有時候也稱為Power BJT在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和功率MOSFET取代
1. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理
基本原理與普通的雙極結(jié)型晶體管是一樣的主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成分為NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)，一般為NPN結(jié)構(gòu)，PNP結(jié)構(gòu)耐壓低，
2. GTR的基本特性
（1）靜態(tài)特性
共發(fā)射極接法時的典型輸出特性分為：截止區(qū)、有源區(qū)（放大區(qū)）和飽和區(qū)
電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過有源區(qū)
UCEO為基極開路時集、射極之間的擊穿電壓；UCES為基極和發(fā)射極短接時集、射極之間的擊穿電壓；UCEX為發(fā)射極反偏時集、射極之間的擊穿電壓；UCBO為發(fā)射極開路時集電極與基極之間的擊穿電壓
（a）GTR共射接法（b）共射接法輸出特性
（a）截止區(qū)（又稱阻斷區(qū)）
iB＝0，開關(guān)處于斷態(tài)
GTR承受高電壓而僅有極小的漏電流存在
集電結(jié)反偏UBC<0，發(fā)射結(jié)反偏UBE<0 ；或集電結(jié)反偏UBC<0 ，發(fā)射結(jié)偏壓為零UBE=0
（b）有源區(qū)（又稱放大區(qū)或線性區(qū)）
iC與iB之間呈線性關(guān)系，特性曲線近似平直
UBC<0， UBE>0
對于工作于開關(guān)狀態(tài)的GTR來說，應(yīng)當(dāng)盡量避免工作于有源區(qū)，否則功耗很大，要快速通過有源區(qū)，實(shí)現(xiàn)截止與飽和之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
（c）飽和區(qū)
開關(guān)處于通態(tài)，iB變化時，iC不再隨之變化
導(dǎo)通電壓和電流增益均很小
UBC>0， UBE>0
（d）準(zhǔn)飽和區(qū)
指有源區(qū)與飽和區(qū)之間的一段區(qū)域，即特性曲線明顯彎曲的部分
iC與iB之間不再呈線性關(guān)系，UBC<0， UBE>0
（e）失控區(qū)
當(dāng)UCE 超過一定值時，晶體管進(jìn)入失控區(qū)，會導(dǎo)致雪崩擊穿。
UCEO：基極開路，對應(yīng)的反向擊穿電壓；
UCEs ：基極和發(fā)射極短路所對應(yīng)的電壓；
UCEx : 基極負(fù)偏所對應(yīng)的電壓。
（2）動態(tài)特性?????????????
開通過程
延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間tontd主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。增大IB1的幅值并增大diB/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程
GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形
關(guān)斷過程
儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff
ts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分
減小導(dǎo)通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流IB2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度
減小導(dǎo)通時的飽和深度的負(fù)面作用是會使集電極和發(fā)射極
????? 間的飽和導(dǎo)通壓降UCES增加，從而增大通態(tài)損耗
GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多
3. GTR的主要參數(shù)
?????? 電流放大倍數(shù)? 、直流電流增益hFE（一般可認(rèn)為hFE ）、集射極間漏電流ICEO、集射極間飽和壓降UCES、開通時間ton和關(guān)斷時間toff? ;? 之外有：
1）最高工作電壓UCEM?
GTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿
擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)如圖所示，有UCBO> UCEX> UCES> UCEO，實(shí)際使用時，為
?????? 確保安全，最高工作電壓要比UCEO低得多?
2）?集電極最大允許電流ICM
通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應(yīng)的IC實(shí)際使用時要留有裕量，只能用到ICM的一半或稍多一點(diǎn)
3） 集電極最大耗散功率PCM
最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說明書中給PCM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度
4. GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)
一次擊穿
集電極電壓升高至擊穿電壓時，IC迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿
特點(diǎn)：在IC增大過程中，集電結(jié)電壓基本不變，只要IC不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變；
二次擊穿
一次擊穿發(fā)生時IC增大到某個臨界點(diǎn)時會突然急劇上升，并伴隨集電極電壓的陡然下降，即出現(xiàn)了負(fù)阻效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。
二次擊穿的持續(xù)時間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，必需避免。
安全工作區(qū)（Safe Operating Area——SOA）最高電壓UCEM、集電極最大電流ICM、最大耗散功率PCM、
二次擊穿臨界線PSB
限定（GTR特有）
電力電子器件都有安全
???? 工作區(qū)，通常由最大工作電流、最大耗散功率、最高工作電壓構(gòu)成。實(shí)際應(yīng)用時器件必須工作于安全工作區(qū)的范圍內(nèi)，以免損壞。???????????????????????????
工商網(wǎng)監(jiān)
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