【文章內容簡介】 b) 電氣圖形符號 c) 內部載流子的流動 142 電力晶體管 (GTR) 空穴流 電 子 流 c) E b E c i b i c = ? i b i e =(1+ ? ) i b 1） GTR的結構和工作原理 143 電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性 截止區(qū) 放大區(qū) i b3 i b2 i b1 i b1 i b2 i b3 O I c U ce 共發(fā)射極接法時 GTR的輸出特性 2） GTR的基本特性 144 電力晶體管 90% I b1 10% I b1 i b I b1 I b2 0 t 0 90% I cs 10% I cs I cs i c t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t t off t s t f t on t r t d GTR的開通和關斷過程電流波形 (2) 動態(tài)特性 145 電力晶體管 前已述及：電流放大倍數(shù) ?、 直流電流增益hFE、 集射極間漏電流 Iceo、 集射極間飽和壓降Uces、 開通時間 ton和關斷時間 toff (此外還有 )： 3） GTR的主要參數(shù) (1) 最高工作電壓 擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關，還與外電路接法有關。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 146 電力晶體管 通常規(guī)定為 hFE下降到規(guī)定值的 1/2~1/3時所對應的 Ic 。實際使用時要留有裕量 ， 只能用到 IcM的一半或稍多一點 。 (2) 集電極最大允許電流 IcM (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 。 147 電力晶體管 一次擊穿 ： 集電極電壓升高至擊穿電壓時 ， Ic迅速增大 。 只要 Ic不超過限度 ， GTR一般不會損壞 ， 工作特性也不變 。 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、二次擊穿臨界線限定 。 SOA O I c I cM P SB P cM U ce U ceM GTR的安全工作區(qū) (4) GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū) 二次擊穿 ： 一次擊穿發(fā)生時， Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。 常常立即導致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。 148 電力場效應晶體管 (1)電力 MOSFET的結構 N+GSDP 溝道b)N+NSGDP PN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9電力 MOSFET的結構和電氣圖形符號 1） 電力 MOSFET的結構和工作原理 149 電力場效應晶體管 截止 ： 漏源極間加正電源 ， 柵源極間電壓為零 。 – P基區(qū)與 N漂移區(qū)之間形成的 PN結 J1反偏 ， 漏源極之間無電流流過 。 N +GSDP 溝道b)N +N SGDP PN +N +N +溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9電力 MOSFET的結構和電氣圖形符號 (2)電力 MOSFET的工作原理 導電 ： 在柵源極間加正電壓 UGS –當 UGS大于 UT時， P型半導體反型成 N型而成為 反型層 ，該反型層形成 N溝道而使 PN結 J1消失，漏極和源極導電 。 150 電力場效應晶體管 (1) 靜態(tài)特性 0 10 20 30 50 40 2 4 6 8 a) I D / A U T U GS / V 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 飽和區(qū) 非 飽 和 區(qū) 截止區(qū) U DS / V U GS = U T =3V U GS =4V U GS =5V U GS =6V U GS =7V U GS =8V I D / A 電力 MOSFET的轉移特性和輸出特性 a) 轉移特性 b) 輸出特性 2）電力 MOSFET的基本特性 漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。 通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。 151 電力場效應晶體管 關斷過程 a ） R s R G R F R L i D u GS u p i D 信號 + U E O u p t b ) i D O O t t u GS u GSP u T t d (on) t r t d (off) t f 電力 MOSFET的開關過程 a) 測試電路 b) 開關過程波形 (2) 動態(tài)特性 開通過程 152 電力場效應晶體管 3) 電力 MOSFET的主要參數(shù) —— 電力 MOSFET電壓定額 (1) 漏極電壓 UDS (2) 漏極直流電流 ID和漏極脈沖電流幅值 IDM —— 電力 MOSFET電流定額 (3) 柵源電壓 UGS —— ?UGS?20V將導致絕緣層擊穿 。 除跨導 Gfs、開啟電壓 UT以及 td(on)、 tr、 td(off)和 tf之外還有： (4) 極間電容 —— 極間電容 CGS、 CGD和 CDS 153 絕緣柵雙極晶體管 1) IGBT的結構和工作原理 E GCN+Na)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J 3 J2J1GEC+++IDRNICVJ1IDRonb )GCc ) IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號 a) 內部結構斷面示意圖 b) 簡化等效電路 c) 電氣圖形符號 154 絕緣柵雙極晶體管 驅動原理與電力 MOSFET基本相同 ， 場控器件 ， 通斷由柵射極電壓 uGE決定 。 導通： uGE大于開啟電壓 UGE(th)時 ， MOSFET內形成溝道 ，為晶體管提供基極電流 ， IGBT導通 。 通態(tài)壓降 ： 電導調制效應 使電阻 RN減小 ， 使通態(tài) 壓降減小 。 關斷 ： 柵射極間施加 反壓或不加信號時 ， MOSFET內的溝道消失 ， 晶體管的基極電流被切斷 ， IGBT關斷 。 IGBT的原理 155 a ) b ) O 有源區(qū) 飽 和 區(qū) 反向阻斷區(qū) 正向阻斷區(qū) I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 絕緣柵雙極晶體管 2) IGBT的基本特性 (1) IGBT的靜態(tài)特性 IGBT的轉移特性和輸出特性 a) 轉移特性 b) 輸出特性 轉移特性 —— IC與UGE間的關系 (開啟電壓 UGE(th)) 輸出特性 ?分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū) 、 有源區(qū)和飽和區(qū) 。 156 絕緣柵雙極晶體管 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t