电力晶体管--GTR的结构和工作原理

　　电力晶体管（Giant Transistor——GTR）按英文直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar JunctionTransistor——BJT）

　　GTR的结构和工作原理与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。

　　最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好。

　　GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动

　　a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动

　　GTR的结构

　　1.采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，并采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。

　　2.GTR是由三层半导体（分别引出集电极、基极和发射极）形成的两个PN结（集电结和发射结）构成，多采用NPN结构。

　　3.在应用中，GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流ib之比为

　　称为GTR的电流放大系数，它反映了基极电流对集电极电流的控制能力。当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为

　　4.单管GTR的

　　值比处理信息用的小功率晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可以有效地增大电流增益。

　　内部载流子的流动

　　一、GTR的基本特性

　　（1）静态特性

　　1.在共发射极接法时的典型输出特性分为截止区、放大区和饱和区三个区域。

　　2.在电力电子电路中，GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区。

　　3.在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，一般要经过放大区。

　　共发射极接法时GTR的输出特性

　　（2）动态特性

　　1.开通过程

　　需要经过延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。

　　增大基极驱动电流ib的幅值并增大dib/dt，可以缩短延迟时间，同时也可以缩短上升时间，从而加快开通过程。

　　2.关断过程

　　需要经过储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。

　　减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可以缩短储存时间，从而加快关断速度。

　　3.GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。

　　GTR的开通和关断过程电流波形

　　二、GTR的主要参数

　　1.电流放大倍数

　　、直流电流增益hFE、集电极与发射极间漏电流Iceo、集电极和发射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff

　　2.最高工作电压

　　GTR上所加的电压超过规定值时，就会发生击穿。

　　击穿电压不仅和晶体管本身的特性有关，还与外电路的接法有关。

　　发射极开路时集电极和基极间的反向击穿电压BUcbo

　　基极开路时集电极和发射极间的击穿电压BUceo

　　发射极与基极间用电阻联接或短路联接时集电极和发射极间的击穿电压BUcer和BUces

　　发射结反向偏置时集电极和发射极间的击穿电压BUcex

　　且存在以下关系：

　　实际使用GTR时，为了确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。

　　3.集电极最大允许电流IcM

　　规定直流电流放大系数hFE下降到规定的1/2~1/3时所对应的Ic。

　　实际使用时要留有较大裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。

　　4.集电极最大耗散功率PcM

　　指在最高工作温度下允许的耗散功率。

　　产品说明书中在给出PcM时总是同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度。

　　三、GTR的二次击穿现象与安全工作区

　　1.当GTR的集电极电压升高至击穿电压时，集电极电流迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，被称为一次击穿。

　　2.发现一次击穿发生时如不有效地限制电流，Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，同时伴随着电压的陡然下降，这种现象称为二次击穿。

　　3.出现一次击穿后，GTR一般不会损坏，二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变，因而对GTR危害极大。

　　4.安全工作区（Safe Operating Area——SOA）

　　将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成了二次击穿临界线。

　　GTR工作时不仅不能超过最高电压UceM，集电极最大电流IcM和最大耗散功率PcM，也不能超过二次击穿临界线。

　　GTR的安全工作区