什么是功率晶体管：类型及其工作
晶体管是一种半导体器件，由William Shockley、John Bardeen和Walter Houser Brattain于1947年在贝尔实验室发明。它是任何数字组件的基本组成部分。发明的第一个晶体管。。。
晶体管是一种半导体器件，由William Shockley、John Bardeen和Walter Houser Brattain于1947年在贝尔实验室发明。它是任何数字组件的基本组成部分。发明的第一个晶体管是点接触晶体管晶体管的主要功能是放大弱信号并相应地对其进行调节。晶体管由硅、锗或砷化镓等半导体材料组成。根据其结构分为两种类型，BJT双极结型晶体管（如结型晶体管、NPN晶体管、PNP晶体管等晶体管）和FET场效应晶体管（如结点功能晶体管和金属氧化物晶体管、N沟道MOSFET、P沟道MOSFETs等晶体管），以及其他功能（如小信号晶体管、小开关晶体管、功率晶体管、高频晶体管、光电晶体管、单结晶体管）。它由发射极（E）、基极（B）和集电极（C）三个主要部分组成，或者由源极（S）、漏极（D）和栅极（G）组成。
什么是功率晶体管？
功率晶体管是专门设计用于控制高电流-电压额定值并处理设备或电路中大量功率电平的三端设备。这个功率晶体管的分类包括以下内容。
- 双极结型晶体管
- 金属氧化物半导体场效应晶体管
- 静电感应晶体管
- 绝缘栅双极晶体管（IGBT）。
双极结晶体管
BJT是一种双极结晶体管，能够处理两种极性（空穴和电子），它可以用作开关或放大器，也被称为电流控制器件。以下是晶体管，它们是
- 它有一个更大的尺寸，这样最大的电流可以流过它
- 击穿电压高
- 它具有更高的载流能力和高功率处理能力
- 它具有更高的导通状态电压降
- 高功率应用。
MOSFET是FET晶体管的一个子类，它是一种包含源极、基极和漏极端子的三端器件。MOSFET的功能取决于沟道的宽度。也就是说，如果通道宽度很宽，它就能有效地工作。以下是MOSFET的特性，
- 它也被称为电压控制器
- 不需要输入电流
- 高输入阻抗。
静电感应晶体管
它是一种具有三个端子的设备，具有垂直定向的高功率和高频率。与场效应晶体管相比，静电感应晶体管的主要优点是具有更高的击穿电压。以下是静态感应晶体管的特性，
- 通道长度较短
- 噪音较小
- 开关只需几秒钟
- 端子电阻低。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
顾名思义，IGBT是FET和BJT晶体管的组合，其功能基于其栅极，晶体管可以根据栅极导通或截止。它们通常应用于电力电子设备，如逆变器、转换器和电源。以下是绝缘栅双极晶体管（IGBT）的特性，
- 在电路的输入端，损耗较小
- 更高的功率增益。
功率晶体管的结构
功率晶体管BJT是具有大截面面积的垂直取向器件，交替的P型和N型层连接在一起。它可以使用P-N-P或N-P-N晶体管来设计。
以下结构显示了P-N-P型，它由发射极、基极和集电极三个端子组成。在发射极端子连接到高掺杂n型层和1014 cm-3浓度的轻掺杂n层（也称为集电极漂移区）的情况下，在高掺杂n层之下存在1016cm-3浓度的中等掺杂p层，其中集电极漂移区域决定器件的击穿电压，并且在底部，它有一个n+层，该层是浓度为1019cm-3的高掺杂n型层，其中集电极被蚀刻掉以用于用户界面。
功率晶体管的操作
功率晶体管BJT工作在四个工作区域
- 截止区域
- 活动区域
- 准饱和区
- 硬饱和区域。
如果n-p-n功率晶体管以反向偏压连接，则功率晶体管被称为处于截止模式，其中
案例（i）：晶体管的基极端子连接到负极，晶体管的发射极端子连接至正极，以及
情况（ii）：晶体管的集电极端子连接到负极，晶体管的基极端子连接到作为基极-发射极的正极，集电极-发射极处于反向偏置。
因此，在IBE＝0的情况下，将不会有输出电流流到晶体管的基极，并且由于IC＝IB＝0，指示晶体管处于作为截止区域的截止状态，因此也不会有通过集电极流到发射极的输出电流。但漏电流的一小部分将晶体管从集电极扔到发射极，即ICEO。
只有当基极-发射极区域是正向偏置而集电极-基极区域是反向偏置时，晶体管才被称为非激活状态。因此，在晶体管的基极中将存在电流IB的流动，并且电流IC通过晶体管的集电极到发射极的流动。当IB增加时，IC也会增加。
如果基极-发射极和集电极-基极以正向偏置连接，则晶体管被称为处于准饱和阶段。如果基极-发射极和集电极-基极以正向偏置连接，则晶体管被称为处于硬饱和。
功率晶体管的V-I输出特性
输出特性可以如下图所示进行图形校准，其中x轴表示VCE，y轴表示IC。
- 下图表示各种区域，如截止区域、活性区域、硬饱和区域、准饱和区域。
- 对于不同的VBE值，存在不同的电流值IB0、IB1、IB2、IB3、IB4、IB5、IB6。
- 每当没有电流流动时，就意味着晶体管关断。但很少有电流流动，这就是ICEO。
- 对于增加的IB值=0、1、2、3、4、5。其中IB0是最小值，IB6是最大值。当VCE增加时，ICE也略有增加。其中IC=ßIB，因此该设备被称为电流控制设备。这意味着设备处于活动区域，活动区域存在一段特定的时间。
- 一旦IC达到最大值，晶体管就切换到饱和区域。
- 其中它有两个饱和区——准饱和区和硬饱和区。
- 当且仅当从导通到截止或从截止到导通的开关速度快时，晶体管才被称为处于准饱和区域。在中频应用中可以观察到这种类型的饱和。
- 而在硬饱和区域中，晶体管需要一定的时间才能从导通状态切换到截止状态或从截止状态切换到导通状态。在低频应用中可以观察到这种类型的饱和。
优势
功率BJT的优点在于，
- 电压增益高
- 电流密度高
- 正向电压低
- 带宽的增益很大。
缺点
功率BJT的缺点是，
- 热稳定性低
- 噪音更大
- 控制有点复杂。
应用
功率BJT的应用是，
- 开关电源（SMPS）
- 继电器
- 功率放大器
- 直流-交流转换器
- 电源控制电路。
常见问题解答
1). 晶体管和功率晶体管之间的区别？
晶体管是一种三端或四端电子设备，当将输入电流施加到晶体管的一对端子时，可以观察到该晶体管另一个端子的电流变化。晶体管的作用就像开关或放大器。
而功率晶体管的作用就像一个散热器，可以保护电路免受损坏。它的尺寸比普通晶体管大。
2). 晶体管的哪个区域使其从导通到截止或从截止到导通切换得更快？
当功率晶体管处于准饱和状态时，它会更快地从导通切换到截止或从截止切换到导通。
3). NPN或PNP晶体管中的N是什么意思？
NPN和PNP型晶体管中的N表示所使用的电荷载流子的类型，在N型中，大多数电荷载流子是电子。因此，在NPN中，两个N型电荷载流子被P型夹在中间，而在PNP中，单个N型电荷载体被夹在两个P型电荷载流子之间。
4). 晶体管的单位是什么？
用于电气测量的晶体管的标准单位分别为安培（a）、伏特（V）和欧姆（Ω）。
5). 晶体管工作在交流还是直流？
晶体管是一种可变电阻器，既可以工作在交流电上，也可以工作在直流电上，但不能从交流电转换为直流电或从直流电转换为交流电。
晶体管是数字系统的基本组件，根据其结构和功能可分为两种类型。用于控制大电压和大电流的晶体管是功率BJT（双极晶体管）是功率晶体管。它也被称为电压-电流控制装置，基于提供给晶体管的电源，在截止、有源、准饱和和硬饱和四个区域中操作。功率晶体管的主要优点是它可以作为电流控制装置。