「MMBTA42」電力晶體管分類|結構|原理|特點

型號：MMBTA42(500mA,300V)

封裝：SOT-89/TO-92

品牌：壹芯微|類型：晶體管TRANSISTORS

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電力晶體管按英文Giant Transistor--GTR，是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor-BJT)，所以有時也稱為Power BJT;但其驅動電路復雜，驅動功率大；GTR和普通雙極結型晶體管的工作原理是一樣的。

一、電力晶體管分類及圖形符號

電力晶體管分類

目前常用的電力晶體管的單管、達林頓管和模塊這3種類型。

1. 單管電力晶體管

NPN三重擴散臺面型結構是單管電力晶體管的典型結構，這種結構可靠性高，能改善器件的二次擊穿特性，易于提高耐壓能力，并易于散出內部熱量。

2. 達林頓電力晶體管

達林頓結構的電力晶體管是由2個或多個晶體管復合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性質取決于驅動管，它與普通復合三極管相似。達林頓結構的電力晶體管電流放大倍數很大，可以達到幾十至幾千倍。雖然達林頓結構大大提高了電流放大倍數，但其飽和管壓降卻增加了，增大了導通損耗，同時降低了管子的工作速度。

3. 電力晶體管模塊

目前作為大功率的開關應用還是電力晶體管模塊，它是將電力晶體管管芯及為了改善性能的1個元件組裝成1個單元，然后根據不同的用途將幾個單元電路構成模塊，集成在同一硅片上。這樣，大大提高了器件的集成度、工作的可靠性和性能/價格比，同時也實現了小型輕量化。目前生產的電力晶體管模塊，可將多達6個相互絕緣的單元電路制在同一個模塊內，便于組成三相橋電路。

電力晶體管圖形符號

電力晶體管通常用GTR表示，GTR是巨型晶體管Giant Transis tor的縮寫。電力晶體管的電流是由電子和空穴兩種載流子運動而形成的，故又稱為雙極型電力晶體管。

在各種自關斷器件中，電力晶體管的應用最為廣泛。在數百千瓦以下的低壓電力電子裝置中，使用最多的就是電力晶體管。

電力晶體管的結構和工作原理都和小功率晶體管非常類似。電力晶體管是由三層硅半導體、兩個PN結構成的。它和小功率晶體管一樣，也有PNP和NPN兩種結構。因為在同樣結構參數和物理參數的條件下，NPN晶體管比PNP晶體管性能優越得多，所以高壓大功率電力晶體管多用NPN結構，本節主要研究這種結構的器件。

圖1-a是NPN型電力晶體管的結構圖，圖1-b是其電氣圖形符號。大多數電力晶體管是用三重擴散法制作的，或者是在集電區高摻雜的N+硅襯底上用外延生長法生長一層N漂移層，然后在上面擴散P基區，接著擴散高摻雜的N+發射區。基極和發射極在一個平面上制成叉指式，以減少電流集中，提高器件的通流能力。

二、電力晶體管結構及工作原理

電力晶體管有與一般雙極型晶體管相似的結構、工作原理和特性。它們都是3層半導體，2個PN結的三端器件，有PNP和NPN這2種類型，但GTR多采用NPN型。

在應用中，GTR一般采用共發射極接法。集電極電流i c與基極電流i b的比值為β=i c/i b 式中，β稱為GTR的電流放大系數，它反映出基極電流對集電極電流的控制能力。單管GTR的電流放大系數很小，通常為10左右。

在考慮集電極和發射極之間的漏電流時，i c=βi b+I c e o （2）GTR的結構和工作原理與普通的雙極結型晶體管基本原理是一樣的。

最主要的特性是耐壓高、電流大、開關特性好。

三、電力晶體管特點

1. 輸出電壓

可以采用脈寬調制方式，故輸出電壓為幅值等于直流電壓的強脈沖序列。

2. 載波頻率

由于電力晶體管的開通和關斷時間較長，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. 電流波形

因為載波頻率較低，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生電磁力而振動，并產生噪音。又因為載波頻率處于人耳對聲音較為敏感的區域，故電動機的電磁噪音較強。

4. 輸出轉矩

因為電流中高次諧波的成分較大，故在50Hz時，電動機軸上的輸出轉矩與工頻運行時相比，略有減小。

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