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  • 電力晶體管的工作原理和結構解析
    • 發布時間:2024-09-07 22:05:13
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    電力晶體管的工作原理和結構解析
    電力晶體管具有自關斷能力,并有開關時間短、飽和壓降低和安全工作區寬等優點。下面將介紹其的結構外形、原理以及特點:
    1.結構
    電力晶體管(Giant Transistor)簡稱GTR又稱BJT(Bipolar Junction Transistor),GTR和BJT這兩個名稱是等效的,結構和工作原理都和小功率晶體管非常相似。電力晶體管由三層半導體、兩個PN結組成。和小功率三極管一樣,有PNP和NPN兩種類型,電力晶體管通常多用NPN結構。結構外形與等效迪那路圖如圖1、圖2所示:
    電力晶體管工作原理
    圖1 結構與外形圖
    電力晶體管工作原理
    圖2 等效電路圖
    2.工作原理
    在電力電子技術中,電力晶體管主要工作在開關狀態。通常工作在正偏(Ib>0)時大電流導通;反偏(Ib<0=時處于截止狀態。因此,給電力晶體管的基極施加幅度足夠大的脈沖驅動信號,它將工作于導通和截止的開關狀態。
    電力晶體管工作原理
    圖3 正向導通電路圖
    在應用中,電力晶體管一般采用共發射極接法,如圖3所示。集電極電流ic與基極電流ib的比值為:
    β=ic/ib (1)
    式中,β稱為電力晶體管的電流放大系數,它反映出基極電流對集電極電流的控制能力。
    考慮漏電流Iceo時,Ic和Ib的關系為:
    ic=βib+Iceo (2)
    單管電力晶體管的β值比小功率的晶體管小得多,通常為10左右。采用達林頓接法可有效增大電流增益。
    3.特點
    3.1輸出電壓
    可以采用脈寬調制方式,故輸出電壓為幅值等于直流電壓的強脈沖序列。
    3.2輸出轉矩
    因為電流中高次諧波的成分較大,故在50Hz時,電動機軸上的輸出轉矩與工頻運行時相比,略有減小。
    3.3載波頻率
    由于電力晶體管的開通和關斷時間較長,故允許的載波頻率較低,大部分變頻器的上限載波頻率約為1.2~1.5kHz左右。
    3.4電流波形
    因為載波頻率較低,故電流的高次諧波成分較大。這些高次諧波電流將在硅鋼片中形成渦流,并使硅鋼片相互間因產生電磁力而振動,并產生噪音。又因為載波頻率處于人耳對聲音較為敏感的區域,故電動機的電磁噪音較強。
    以上就是個電力晶體管的工作原理與結構、特點介紹了。由于電力晶體管實現了高頻化、模塊化、廉價化,因此被廣泛用于交流電機調速、不停電電源和中頻電源等電力變流裝置中,并且將在中小功率應用方面取代傳統的晶閘管。
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