雙極型功率晶體管

通常簡稱功率晶體管。其中大容量型又稱巨型晶體管，簡稱GTR。功率晶體管一般為功率集成器件，內含數十至數百個晶體管單元。如圖1是功率晶體管的符號，其上e、b、c分別代表發射極、基極和集電極。按半導體的類型，器件被分成NPN型和PNP型兩種，硅功率晶體管多為前者。 ^[1] 

如圖2是普通NPN型器件局部結構的剖面。圖中1為發射區，2為基區，3為集電區，4為發射結，5為集電結。

圖3是其工作原理（對於PNP型器件，則需要將兩組電源極性反接），其中基極加0。6V左右的正向偏壓，集電極加高得多的反向偏壓（數十至數百伏）。發射結通過的電流，是由發射區注入到基區的電子形成的，這些電子的小部分在基區與空穴複合成為基極電流I_b，其餘大部分均能擴散到集電結而被其電場收集到集電區，形成集電極電流I_c。

圖4是與圖3相對應的器件的共發射極輸出特性，它反映了器件的基極控制作用及不同的I_b下，I_c與Vce之間的關係。從圖4中看出，特性曲線明顯分成3個區。在線性區，I_c與I_b成比例並受其控制，器件具有放大作用（倍數β=I_c/I_b）；在截止區，器件幾乎不導電；在飽和區，器件的飽和壓降僅在1～2V上下(因飽和區V_CE太小，集電結電子收集效率很低，器件失去放大作用)。 ^[1] 

晶體管的直流安全工作區邊界一般由三部分組成，即最大額定電流I_CM,最高電壓V_CEO。和峯值結温等於最高允許結温(例如200℃)時的V_CE~I_C曲線組成,如圖1所示。

其中一、二兩部份意義是明顯的,人們主要關心的是第三部份。這一部份曲線上的V_CEI_C乘積一般都隨V_CE提高而下降。人們通常用二次擊穿來解釋這現象。我們觀察正常功率晶體管的紅外掃描温度分佈曲線,一般都看到很規律的温度分佈,且隨集電極電壓升高,同樣功耗時紅外熱象儀上的熱區逐漸向器件中心收縮,四周温度逐步降低,中心温度逐步升高,因此也可從計算峯值結温隨工作點變化來解釋安全區的這一段曲線。 ^[2] 

20世紀50～60年代，功率晶體管主要是鍺合金管。它製作簡單，但耐壓不高（幾十伏），開關頻率也較低（十幾千赫）。80年代的大功率高壓器件大都為硅平面管，用二次擴散法制得。其中GTR的容量是所有功率晶體管中最大的，80年代中期已有600A/150V、400A/550V、50A/1000V等幾種。GTR的開關頻率上限大致為100千赫。

功率晶體管廣泛應用於各種中小型電力電子電路作開關使用。GTR可用在如變頻器、逆變器、斬波器等裝置的主迴路上。由於GTR無須換流回路，工作頻率也可比晶閘管至少高10倍，因此它能簡化線路，提高效率，在幾十千瓦的上述裝置中可以取代晶閘管。但GTR的過載能力較差，耐壓也不易提高，容量較小。未採用複合晶體管結構時，GTR的放大倍數較低（10倍上下）。比起容量較低的功率場效應晶體管，GTR的開關頻率較低（採用複合結構時，頻率僅為1千赫左右）。所以，功率晶體管的應用受到一些限制。

自80年代中期以來，GTR正向大容量、複合管及模塊組件化等方向發展，將在幾百千瓦或更大容量的裝置中取代晶體管。 ^[1]