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    [導讀]BJT是所有電子元件之王,它改變了電子技術的進程。晶體管_也可以是一個功率元件,并允許重要的電流值通過。功率 BJT 雖然采用與信號晶體管不同的技術制造,但具有非常相似的工作特性。主要區別在于較高的耐受電壓和電流值以及較低的電流增益。為此,需要以相當高的基極電流驅動功率晶體管。

    BJT是所有電子元件之王,它改變了電子技術的進程。晶體管_也可以是一個功率元件,并允許重要的電流值通過。功率 BJT 雖然采用與信號晶體管不同的技術制造,但具有非常相似的工作特性。主要區別在于較高的耐受電壓和電流值以及較低的電流增益。為此,需要以相當高的基極電流驅動功率晶體管。

    功率晶體管的開關速度不是很高,因此,在最新一代的設計中,不再使用這些組件。功率 BJT 由三個端子組成:集電極 (C)、發射極 (E) 和基極 (B)。發射極-基極結遠小于集電極-基極結?;鶚O很薄,電子可以很容易地穿過它,到達集電極區,它攜帶更多的電荷。功率晶體管用于放大器、電源和開關電路。

    當一個小信號被饋送到基極時,BJT 會傳導大量電流。只要在底座上有控制信號,該組件就保持在 ON 狀態。功率晶體管可以用作放大器、線性區域或開關。如果它用作放大器,那么小的輸入電流會產生大的輸出電流。相反,作為開關,它工作在遮斷 (OFF) 或飽和 (ON) 狀態,耗散更少的功率。圖 5 顯示了晶體管的一般操作。該方案包括輝煌的 2N3055 晶體管,具有以下特性的示例:

    集電極-基極電壓 (VCBO):100 V;

    集電極-發射極電壓 (VCEO):60 V;

    發射極-基極電壓 (VEBO):7 V;

    集電極電流 (Ic):15 A;

    基極電流 (Ib):7 A;

    總功耗(Pd,TC=25°C):115 W;

    直流電流增益 (hfe):70。

    示例電路的特點是直流電源電壓為 48 V,燈為 3 A,基極電阻為 220 Ohm。在飽和條件下,約 200 mA 的基極電流足以使約 3 A 的電流通過集電極和負載,晶體管的總功耗約為 1.5 W。為確保良好的飽和度,它足以讓比理論電流高 4-5 倍的電流通過基極,顯然是考慮到組件的增益。圖“a”顯示了集電極電流隨基極電流變化的趨勢。在電路采用的配置中,比例集電極電流對應于 0 mA 和 200 mA 之間的基極電流。一旦超過這個門檻,晶體管處于飽和狀態,基極電流的進一步增加不再影響集電極電流。下一個模擬涉及通過兩種不同的技術以一半功率打開燈泡:

    · 提供基極電流以使集電極達到 VCC / 2;

    · PWM信號的使用

    在第一種情況下,使用了一個 850 歐姆的電阻,以使僅 56 mA 的電流通過基極,使晶體管進入線性區域,并在集電極上流過 1.5 A 的電流。這種技術有效并且允許燈泡以一半的光亮起,但晶體管耗散(以及隨之而來的功率損耗)太高(參見圖表“b”的結果)。事實上,測量產生了以下結果:

    IB:56毫安;

    Ic:1.58 安;

    Pd(電池):75.8 W;

    Pd(燈):37.4 W;

    Pd(BJT):38.4 瓦;

    Pd(R_base):2.6W;

    效率:只有49.3%。

    超過 50% 的功率因晶體管不必要地因熱量而損失,為了使其無危險地工作,必須使用良好的散熱器對其進行充分冷卻。然而,使用 PWM 技術,在獲得與燈相同的照明時,耗散和功率損耗要低得多。該技術包括使晶體管的基極經受一系列適當寬度的開-關脈沖。負載由所有可用能量供電,并且半導體組件耗散非常低的功率。對 PWM 解決方案進行的測量返回以下結果:

    信號:矩形 50 Hz,占空比 25 %;

    Ib:53毫安(平均);

    Ic:0.8 A(平均);

    Pd(電池):38.1 W;

    Pd(燈):37.7 W;

    Pd(BJT):385.6 毫瓦;

    Pd(R_base):2.54 W;

    效率:99%。

    您會立即注意到兩種解決方案在效率和功耗方面的差異。圖“c”顯示了晶體管導通開始時的功率損耗。在這種僅持續幾微秒的情況下,電流和電壓不再彼此同相,并產生耗散功率的高峰值。在元件導通結束期間也會重復相同的峰值。所有電源設備都存在同樣的問題。


    電力電子課程:第 6 部分 -  BJT圖 5:晶體管可以使用多種技術驅動大負載

    結論

    在本文中,我們研究了一些更常用的功率元件。

    在一些解決方案中,它們仍然被使用。

    其他功率元件類型將在下一篇文章中進行探討;其中一些是近年來電子技術開發的設備,代表了該行業的未來。


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