電力晶體管的工作原理與結(jié)構(gòu)介紹

電力晶體管(英文：Giant Transistor，簡(jiǎn)稱GTR)是是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT)，所以有時(shí)也稱為Power BJT;具有自關(guān)斷能力，并有開關(guān)時(shí)間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。下面將介紹其的結(jié)構(gòu)外形、原理以及特點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)

電力晶體管(Giant Transistor)簡(jiǎn)稱GTR又稱BJT(Bipolar Junction Transistor)，GTR和BJT這兩個(gè)名稱是等效的，結(jié)構(gòu)和工作原理都和小功率晶體管非常相似。電力晶體管由三層半導(dǎo)體、兩個(gè)PN結(jié)組成。和小功率三極管一樣，有PNP和NPN兩種類型，電力晶體管通常多用NPN結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)外形與等效迪那路圖如圖1、圖2所示：

圖1 結(jié)構(gòu)與外形圖

圖2 等效電路圖

2.工作原理

在電力電子技術(shù)中，電力晶體管主要工作在開關(guān)狀態(tài)。通常工作在正偏(Ib>0)時(shí)大電流導(dǎo)通;反偏(Ib<0=時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。因此，給電力晶體管的基極施加幅度足夠大的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它將工作于導(dǎo)通和截止的開關(guān)狀態(tài)。

圖3 正向?qū)娐穲D

在應(yīng)用中，電力晶體管一般采用共發(fā)射極接法，如圖3所示。集電極電流ic與基極電流ib的比值為：

β=ic/ib (1)

式中，β稱為電力晶體管的電流放大系數(shù)，它反映出基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。

考慮漏電流Iceo時(shí)，Ic和Ib的關(guān)系為：

ic=βib+Iceo (2)

單管電力晶體管的β值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右。采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。

3.特點(diǎn)

3.1輸出電壓

可以采用脈寬調(diào)制方式，故輸出電壓為幅值等于直流電壓的強(qiáng)脈沖序列。

3.2輸出轉(zhuǎn)矩

因?yàn)殡娏髦懈叽沃C波的成分較大，故在50Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩與工頻運(yùn)行時(shí)相比，略有減小。

3.3載波頻率

由于電力晶體管的開通和關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，故允許的載波頻率較低，大部分變頻器的上限載波頻率約為1.2～1.5kHz左右。

3.4電流波形

因?yàn)檩d波頻率較低，故電流的高次諧波成分較大。這些高次諧波電流將在硅鋼片中形成渦流，并使硅鋼片相互間因產(chǎn)生電磁力而振動(dòng)，并產(chǎn)生噪音。又因?yàn)檩d波頻率處于人耳對(duì)聲音較為敏感的區(qū)域，故電動(dòng)機(jī)的電磁噪音較強(qiáng)。

以上就是個(gè)電力晶體管的工作原理與結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)介紹了。由于電力晶體管實(shí)現(xiàn)了高頻化、模塊化、廉價(jià)化，因此被廣泛用于交流電機(jī)調(diào)速、不停電電源和中頻電源等電力變流裝置中，并且將在中小功率應(yīng)用方面取代傳統(tǒng)的晶閘管。?

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