電力晶體管

電力晶體管按英文Giant Transistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT)，所以有時(shí)也稱(chēng)為Power BJT;其特性有：耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，但驅動(dòng)電路復雜，驅動(dòng)功率大;GTR和普通雙極結型晶體管的工作原理是一樣的。

光晶體管

光晶體管(phototransistor)由雙極型晶體管或場(chǎng)效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類(lèi)器件的有源區內被吸收，產(chǎn)生光生載流子，通過(guò)內部電放大機構，產(chǎn)生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實(shí)現電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵(GaAs)，主要分為雙極型光晶體管、場(chǎng)效應光晶體管及其相關(guān)器件。雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，放大系數可大于1000，響應時(shí)間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場(chǎng)效應光晶體管響應速度快(約為50皮秒)，但缺點(diǎn)是光敏面積小，增益小(放大系數可大于10)，常用作極高速光探測器。與此相關(guān)還有許多其他平面型光電器件，其特點(diǎn)均是速度快(響應時(shí)間幾十皮秒)、適于集成。這類(lèi)器件可望在光電集成中得到應用。

雙極晶體管

雙極晶體管(bipolar transistor)指在音頻電路中使用得非常普遍的一種晶體管。雙極則源于電流系在兩種半導體材料中流過(guò)的關(guān)系。雙極晶體管根據工作電壓的極性而可分為NPN型或PNP型。

雙極結型

“雙極”的含義是指其工作時(shí)電子和空穴這兩種載流子都同時(shí)參與運動(dòng)。雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT)又稱(chēng)為半導體三極管，它是通過(guò)一定的工藝將兩個(gè)PN結結合在一起的器件，有PNP和NPN兩種組合結構;外部引出三個(gè)極：集電極，發(fā)射極和基極，集電極從集電區引出，發(fā)射極從發(fā)射區引出，基極從基區引出(基區在中間);BJT有放大作用，重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區傳輸到達集電區而實(shí)現的，為了保證這一傳輸過(guò)程，一方面要滿(mǎn)足內部條件，即要求發(fā)射區雜質(zhì)濃度要遠大于基區雜質(zhì)濃度，同時(shí)基區厚度要很小，另一方面要滿(mǎn)足外部條件，即發(fā)射結要正向偏置(加正向電壓)、集電結要反偏置;BJT種類(lèi)很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半導體材料分，有硅管和鍺管等;其構成的放大電路形式有：共發(fā)射極、共基極和共集電極放大電路。

場(chǎng)效應晶體管

“場(chǎng)效應”的含義是這種晶體管的工作原理是基于半導體的電場(chǎng)效應的。場(chǎng)效應晶體管(field effect transistor)利用場(chǎng)效應原理工作的晶體管，英文簡(jiǎn)稱(chēng)FET。場(chǎng)效應晶體管又包含兩種主要類(lèi)型：結型場(chǎng)效應管(Junction FET，縮寫(xiě)為JFET)和金屬-氧化物半導體場(chǎng)效應管(Metal-Oxide Semiconductor FET，縮寫(xiě)為MOS-FET)。與BJT不同的是，FET只由一種載流子(多數載流子)參與導電，因此也稱(chēng)為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優(yōu)點(diǎn)。

場(chǎng)效應就是改變外加垂直于半導體表面上電場(chǎng)的方向或大小，以控制半導體導電層(溝道)中多數載流子的密度或類(lèi)型。它是由電壓調制溝道中的電流，其工作電流是由半導體中的多數載流子輸運。這類(lèi)只有一種極性載流子參加導電的晶體管又稱(chēng)單極型晶體管。與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應晶體管具有輸入阻抗高、噪聲小、極限頻率高、功耗小，制造工藝簡(jiǎn)單、溫度特性好等特點(diǎn)，廣泛應用于各種放大電路、數字電路和微波電路等。以硅材料為基礎的金屬0-氧化物-半導體場(chǎng)效應管(MOSFET)和以砷化鎵材料為基礎的肖特基勢壘柵場(chǎng)效應管(MESFET )是兩種最重要的場(chǎng)效應晶體管，分別為MOS大規模集成電路和MES超高速集成電路的基礎器件。

靜電感應

靜電感應晶體管SIT(StaticInductionTransistor)誕生于1970年，實(shí)際上是一種結型場(chǎng)效應晶體管。將用于信息處理的小功率SIT器件的橫向導電結構改為垂直導電結構，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一種多子導電的器件，其工作頻率與電力MOSFET相當，甚至超過(guò)電力MOSFET，而功率容量也比電力MOSFET大，因而適用于高頻大功率場(chǎng)合，目前已在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等某些專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域獲得了較多的應用。

但是SIT在柵極不加任何信號時(shí)是導通的，柵極加負偏壓時(shí)關(guān)斷，這被稱(chēng)為正常導通型器件，使用不太方便。此外，SIT通態(tài)電阻較大，使得通態(tài)損耗也大，因而SIT還未在大多數電力電子設備中得到廣泛應用。

單電子晶體管

用一個(gè)或者少量電子就能記錄信號的晶體管。隨著(zhù)半導體刻蝕技術(shù)和工藝的發(fā)展，大規模集成電路的集成度越來(lái)越高。以動(dòng)態(tài)隨機存儲器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每?jì)赡暝黾铀谋兜乃俣劝l(fā)展，預計單電子晶體管將是最終的目標。目前一般的存儲器每個(gè)存儲元包含了20萬(wàn)個(gè)電子，而單電子晶體管每個(gè)存儲元只包含了一個(gè)或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。

1989年斯各特(J.H.F.Scott-Thomas)等人在實(shí)驗上發(fā)現了庫侖阻塞現象。在調制摻雜異質(zhì)結界面形成的二維電子氣上面，制作一個(gè)面積很小的金屬電極，使得在二維電子氣中形成一個(gè)量子點(diǎn)，它只能容納少量的電子，也就是它的電容很小，小于一個(gè)F(10~15法拉)。當外加電壓時(shí)，如果電壓變化引起量子點(diǎn)中電荷變化量不到一個(gè)電子的電荷，則將沒(méi)有電流通過(guò)。直到電壓增大到能引起一個(gè)電子電荷的變化時(shí)，才有電流通過(guò)。因此電流-電壓關(guān)系不是通常的直線(xiàn)關(guān)系，而是臺階形的。這個(gè)實(shí)驗在歷史上第一次實(shí)現了用人工控制一個(gè)電子的運動(dòng)，為制造單電子晶體管提供了實(shí)驗依據。為了提高單電子晶體管的工作溫度，必須使量子點(diǎn)的尺寸小于10納米，目前世界各實(shí)驗室都在想各種辦法解決這個(gè)問(wèn)題。有些實(shí)驗室宣稱(chēng)已制出室溫下工作的單電子晶體管，觀(guān)察到由電子輸運形成的臺階型電流——電壓曲線(xiàn)，但離實(shí)用還有相當的距離。

IGBT

絕緣柵雙極晶體管(Insulate-GateBipolarTransistor—IGBT)綜合了電力晶體管(GiantTransistor—GTR)和電力場(chǎng)效應晶體管(PowerMOSFET)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應用領(lǐng)域很廣泛;IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。

功率開(kāi)關(guān)管

功率開(kāi)關(guān)管的種類(lèi)很多，如巨型晶體管GTR、快速晶閘管SCR、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO、功率場(chǎng)效應晶體管P- MOSFET和絕緣柵雙極型晶體管IGBT等。其中，開(kāi)關(guān)電源中經(jīng)常使用的是P - MOSFET和IGBT。

選擇功率開(kāi)關(guān)管時(shí)，應根據變換器類(lèi)型、功率和可靠性等性能，確定功率開(kāi)關(guān)管的耐壓值和導通電流等參數。

雙極結型晶體管

雙極結型晶體管( BJT)是一種艤極型半導體器件，其中大容量的雙極結型晶體管義稱(chēng)巨型晶體管( GTR)，其內部有電子和空穴兩種載流子。根據半導體類(lèi)型的不同，BJT可以分為NPN型和PNP型兩種，其中硅功率晶體管多為NPN型。在開(kāi)關(guān)電源中1，BJT工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區或飽和區。BJT的開(kāi)關(guān)時(shí)間對它的應用有較大的影n向，因此選用BJT時(shí)，應注意其開(kāi)關(guān)頻率。為了使BJT快速導通，縮短開(kāi)通時(shí)間toff驅動(dòng)電流必須具有—定幅值，且前沿足夠陡峭并有。定過(guò)沖的止向驅動(dòng)電流為加速BJT關(guān)斷，縮短關(guān)斷時(shí)間TOFF在關(guān)斷前使BJt'處于臨界飽和狀態(tài)，基極反偏電流幅值足夠大，并且加反向截止電壓。

此外，BJT的工作點(diǎn)是隨電壓和電流的不同而變化的，而一般廠(chǎng)家給出的參數是在特定條件且環(huán)境溫度為+25度數值。當環(huán)境溫度高于+25℃時(shí)，BJT的功率應適當降低。增大電壓和電流余量，同時(shí)改善散熱條件，可以提高BJT的可靠件：BJT應盡量避免靠近發(fā)熱元件，以保證管殼散熱良好。當BJT的耗散功率大于SW時(shí)，應加散熱器。焊接BJT時(shí)，應采用熔點(diǎn)不超過(guò)150℃的低熔點(diǎn)焊錫，且電烙鐵以60W以卜為宜，焊接時(shí)間不超過(guò)5，。為防止BJT（MOS管擊穿）二次擊穿，應盡量避免采用電抗成分過(guò)大的負載，并合理選擇工作點(diǎn)及工作狀態(tài)，使之不超過(guò)BJT的安全工作區.

參數

晶體管的主要參數有電流放大系數、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。

放大系數

直流電流放大系數也稱(chēng)靜態(tài)電流放大系數或直流放大倍數，是指在靜態(tài)無(wú)變化信號輸入時(shí)，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或β表示。

交流放大倍數

交流放大倍數，也即交流電流放大系數、動(dòng)態(tài)電流放大系數，是指在交流狀態(tài)下，晶體管集電極電流變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。hFE或β既有區別又關(guān)系密切，兩個(gè)參數值在低頻時(shí)較接近，在高頻時(shí)有一些差異。

耗散功率

耗散功率也稱(chēng)集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數變化不超過(guò)規定允許值時(shí)的最大集電極耗散功率。耗散功率與晶體管的最高允許結溫和集電極最大電流有密切關(guān)系。晶體管在使用時(shí)，其實(shí)際功耗不允許超過(guò)PCM值，否則會(huì )造成晶體管因過(guò)載而損壞。通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱(chēng)為小功率晶體管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱(chēng)為中功率晶體管，將PCM等于或大于5W的晶體管稱(chēng)為大功率晶體管。

最高頻率fM

最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時(shí)所對應的頻率。通常，高頻晶體管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率fα，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率fα、低于共集電極截止頻率fβ。

最大電流

集電極最大電流(ICM)是指晶體管集電極所允許通過(guò)的最大電流。當晶體管的集電極電流IC超過(guò)ICM時(shí)，晶體管的β值等參數將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會(huì )損壞。

最大反向電壓

最大反向電壓是指晶體管在工作時(shí)所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極—基極反向擊穿電壓和發(fā)射極—基極反向擊穿電壓。

集電極——集電極反向擊穿電壓

該電壓是指當晶體管基極開(kāi)路時(shí)，其集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓，一般用VCEO或BVCEO表示?；鶚O—— 基極反向擊穿電壓該電壓是指當晶體管發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或BVCBO表示。

發(fā)射極——發(fā)射極反向擊穿電壓

該電壓是指當晶體管的集電極開(kāi)路時(shí)，其發(fā)射極與基極與之間的最大允許反向電壓，用VEBO或BVEBO表示。

集電極——基極之間的反向電流ICBO

ICBO也稱(chēng)集電結反向漏電電流，是指當晶體管的發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極之間的反向電流。ICBO對溫度較敏感，該值越小，說(shuō)明晶體管的溫度特性越好。

集電極——發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEO

ICEO是指當晶體管的基極開(kāi)路時(shí)，其集電極與發(fā)射極之間的反向漏電電流，也稱(chēng)穿透電流。此電流值越小，說(shuō)明晶體管的性能越好

功率晶體管的性能。如

(1)開(kāi)關(guān)晶體管有效芯片面積的增加，

(2)技術(shù)上的簡(jiǎn)化，

(3)晶體管的復合——達林頓，

(4)用于大功率開(kāi)關(guān)的基極驅動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。

直接工作在整流380V市電上的晶體管功率開(kāi)關(guān)

晶體管復合(達林頓)和并聯(lián)都是有效地增加晶體管開(kāi)關(guān)能力的方法

在這樣的大功率電路中，存在的主要問(wèn)題是布線(xiàn)。很高的開(kāi)關(guān)速度能在很短的連接線(xiàn)上產(chǎn)生相當高的干擾電壓

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