功率晶体管是用于处理高功率信号的半导体器件。
双极结型晶体管(BJT)通过基极电流控制集电极 - 发射极电流,电流增益高,适用于音频功率放大等低频高功率场景,但开关速度相对慢些。
结型场效应晶体管(JFET)利用电场控制沟道电流,输入阻抗高,噪声低,可用于信号放大和开关电路,不过功率处理能力有限。
金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)通过栅极电压控制源极 - 漏极电流,输入阻抗极高、开关速度快,用于高频功率应用和电源管理,如电脑主板电源。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结合了 BJT 和 MOSFET 的优点,具有高输入阻抗、低导通压降和高耐压能力,常用于电机控制、逆变器等大功率工业应用。
功率晶体管的主要参数如下:
- 电压参数25:
- 击穿电压:包括集电极 - 发射极击穿电压、集电极 - 基极击穿电压、发射极 - 基极击穿电压等。这些电压值决定了功率晶体管能够承受的最大电压上限,超过该电压可能会导致晶体管损坏。例如,在高压电源电路中,就需要选择击穿电压较高的功率晶体管。
- 电流参数:
- 集电极最大电流:指功率晶体管的集电极能够允许通过的最大电流值。实际使用中,通常要留一定的裕量,一般只用到该值的 1/3 到 1/2,超过此电流会使晶体管过热甚至损坏2。
- 饱和电流:在饱和状态下,晶体管集电极和发射极之间的电流。对于功率晶体管在开关电路中的应用,饱和电流是一个重要的参数,影响着晶体管的开关性能。
- 功率参数:
- 最大耗散功率:是指在最高工作温度下,功率晶体管允许的耗散功率。功率晶体管在工作时会产生热量,若耗散功率超过该值,会导致晶体管温度过高而损坏。产品手册中给出该参数时,通常会同时给出壳温,间接表示最高工作温度。
- 频率参数:
- 特征频率:当晶体管的电流放大倍数下降到 1 时所对应的频率。它反映了功率晶体管在高频信号下的放大能力,对于工作在高频电路中的功率晶体管,特征频率是一个重要的参数。
- 放大倍数参数:
- 电流放大倍数:对于双极型功率晶体管,定义为集电极电流与基极电流之比,体现了基极电流对集电极电流的控制能力。
- 跨导:对于场效应功率晶体管,跨导是衡量栅极电压对漏极电流控制能力的参数,即漏极电流的变化量与栅极电压变化量之比。
- 开关时间参数:
- 开通时间:从控制信号使功率晶体管开始导通到完全导通所需要的时间。
- 关断时间:从控制信号使功率晶体管开始关断到完全关断所需要的时间。开关时间参数对于功率晶体管在高频开关电路中的应用非常重要,影响着电路的工作效率和性能。
- 极间电容参数:包括栅源电容、栅漏电容、漏源电容等。极间电容会影响功率晶体管的开关速度和高频性能,在高频电路设计中需要考虑这些电容的影响。
- 最大允许结温:功率晶体管的结温过高时会导致热击穿而烧毁,该参数是功率晶体管能够正常工作的最高允许结温