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电力晶体管按英文直译为巨型晶体管（Giant Transistor，GTR），是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT），所以英文有时候也称为Power BJT。在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称是等效的。它与晶闸管不同，具有线性放大特性，但在电力电子应用中却工作在开关状态，从而减小功耗。GTR可通过基极控制其开通和关断，是典型的自关断器件。
GTR与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。但是对GTR来说，最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好，而不像小功率的用于信息处理的双极结型晶体管那样注重单管电流放大系数、线性度、频率响应以及噪声和温漂等性能参数。因此，GTR通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，同GTO晶闸管一样采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。单管的GTR结构与普通的双极结型晶体管是类似的。GTR是由三层半导体（分别引出集电极、基极和发射极）形成的两个PN结（集电结和发射结）构成的，有PNP和NPN这两种类型，但GTR多采用NPN型。GTR的结构、电气符号和基本工作原理如图2-16所示。图2-16a和b分别给出了NPN型GTR的内部结构断面示意图和电气图形符号。注意，表示半导体类型字母的右上角标“+”表示高掺杂浓度，“-”表示低掺杂浓度。
图2-16 GTR内部结构、电气符号和基本原理
从图中可以看出，与信息电子电路中的普通双极结型晶体管相比，GTR多了一个N -漂 移区（低掺杂N区），是用来承受高电压的。而且，GTR导通时也是靠从P区向N -漂 移区注入大量的少子形成的电导调制效应来减小通态电压和损耗的。
在应用中，GTR一般采用共发射极接法，如图2-16c所示，图中给出了在此接法下GTR内部主要载流子流动情况。集电极电流 i c 与基极电流 i b 的比值为
式中， β 称为GTR的电流放大系数，它反映出基极电流对集电极电流的控制能力。单管GTR的电流放大系数比处理信息用的小功率晶体管小得多，通常为10左右。采用达林顿接法可以有效地增大电流增益。
在考虑集电极和发射极之间的漏电流 I ceo 时，有
1.静态特性
静态特性可分为输入特性和输出特性。在此仅介绍GTR在共射极接法时的输出特性。GTR共射极接法时的输出特性曲线如图2-17所示。由图明显看出，静态特性分为三个区域，即人们所熟悉的截止区、放大区及饱和区。GTR在电力电子电路中，需要工作在开关状态，因此它是在饱和区和截止区之间交替工作的。但在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，一般要经过放大区。
2.动态特性
GTR是用基极电流控制集电极电流的，器件开关过程的瞬态变化反映出其动态特性。GTR的动态特性曲线如图2-18所示，图中给出了GTR开通和关断过程中基极电流和集电极电流波形的变化关系。
图2-17 GTR共射极接法时输出特性曲线
图2-18 GTR开通和关断过程中基极和集电极电流波形
与GTO晶闸管类似，GTR导通时需要经过延迟时间 t d 和上升时间 t r ，二者之和为导通时间 t on ；关断时需要经过储存时间 t s 和下降时间 t f ，二者之和为关断时间 t off 。延迟时间主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。增大基极驱动电流 i b 的幅值并增大d i b /d t ，可以缩短延迟时间，同时也可以缩短上升时间，从而加快导通过程。储存时间是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大基极抽取负电流的幅值和负偏压，可以缩短储存时间，从而加快关断速度。当然，减小导通时的饱和深度的负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降增加，从而增大通态损耗，这是相互矛盾的。
GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管短很多，也短于GTO晶闸管。
除了信息电子技术中经常涉及和前述提及的一些参数，如电流放大倍数 β 、直流电流增益 h FE 、集电极与发射极间漏电流 I ceo 、导通时间 t on 、关断时间 t off 、最高结温以外，人们对GTR主要关心的还包括以下参数。
1.最高工作电压 U CEM
GTR上所加的电压超过规定值时，就会发生击穿。击穿电压值不仅因器件不同而不同，而且会因外电路接法不同而不同。击穿电压有：① BU CBO 为发射极开路时，集电极-基极的击穿电压；② BU CEX 为基极-发射极施加反偏压时，集电极-发射极的击穿电压；③ BU CES 为基极-射极短路时，集电极-发射极的击穿电压；④ BU CER 为基极-发射极间并联电阻时，基极-发射极的击穿电压，并联电阻越小，其值越高；⑤ BU CEO 为基极开路时，集电极-发射极的击穿电压。各种不同接法时的击穿电压的关系如下：
BU CBO > BU CEX > BU CES > BU CER > BU CEO
实际使用GTR时，为了保证器件工作安全，最高工作电压应比最小击穿电压 BU CEO 低得多。
2.饱和压降 U CES
GTR处于深饱和区的集电极与发射极之间的电压称为饱和压降，在大功率应用中它是一项重要指标，因为它关系到器件导通的功率损耗。单个GTR的饱和压降一般不超过1～1.5V，它随集电极电流的增加而增大。
3.集电极连续直流电流额定值 I C
集电极连续直流电流额定值是指只要保证结温不超过允许的最高结温，晶体管允许连续通过的直流电流值。
4.集电极最大允许电流 I CM
集电极最大允许电流 I CM 是指在最高允许结温下，不造成器件损坏的最大电流。超过该额定值必将导致晶体管内部结构的烧毁。通常规定电流放大倍数 β 下降到规定值的1/2～1/3时，所对应的 I C 为集电极最大允许电流。实际使用时要留有较大裕量，只能用到 I CM 的一半或稍多一点。
5.基极电流最大允许值 I BM
基极电流最大允许值比集电极最大电流额定值要小得多，通常 I BM =（1/10～1/2） I CM ，而基极发射极间的最大电压额定值通常也只有几伏。
6.最大耗散功率 P CM
最大耗散功率是指GTR在最高允许结温时，所对应的耗散功率。它受结温限制，其大小主要由集电结工作电压和集电极电流的乘积决定。一般是在环境温度为25℃时测定，如果环境温度高于25℃，允许的 P CM 值应当减小。由于这部分功耗全部变成热量使器件结温升高，因此散热条件对GTR的安全可靠十分重要，如果散热条件不好，则器件就会因温度过高而烧毁；相反，如果散热条件越好，则在给定的范围内允许的功耗也越高。产品说明书中在给出 P CM 时总是同时给出壳温 T c ，间接表明了最高工作温度。
7.二次击穿现象
当GTR的集电极电压升高至前面所述的击穿电压时，集电极电流迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，称为一次击穿。出现一次击穿后，只要 I C 不超过与最大允许耗散功率相对应的限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不会有什么变化。但是实际应用中常常发现一次击穿发生时若不有效地限制电流，则 I C 增大到某个临界点后集电极电流急剧增加，同时伴随着电压的陡然下降，这种现象称为二次击穿。二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变，因而对GTR危害极大。二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一，成为影响其是否安全可靠使用的一个重要因素。
8.安全工作区
将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成了二次击穿临界线，临界线上的点反映了二次击穿功率 P SB 。这样，GTR工作时不仅不能超过最高电压 U CEM 、集电极最大电流 I CM 和最大耗散功率 P CM ，也不能超过二次击穿临界线。这些限制条件就规定了GTR的安全工作区（Safe Operating Area，SOA），如图2-19的阴影部分所示。安全工作区是在一定的温度下得出的，例如环境温度25℃或管子壳温75℃等。使用时，如果超出上述指定的温度值，则允许功耗和二次击穿耐能都必须降低额定使用。
图2-19 GTR的安全工作区
目前常用的GTR有单管、达林顿管和GTR模块这三种类型。
1.单管GTR
NPN三重扩散台面型结构是单管GTR的典型结构，这种结构可靠性高，能改善器件的二次击穿特性，易于提高耐压能力，并易于散出内部热量。单管GTR的电流放大系数很小，通常为10左右。
2.达林顿GTR
达林顿结构的GTR是由两个或多个晶体管复合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性质取决于驱动管，它与普通复合晶体管相似。达林顿结构的GTR电流放大倍数很大，可以达到几十至几千倍。虽然达林顿结构大大提高了电流放大倍数，但其饱和管压降却增加了，增大了导通损耗，同时降低了管子的工作速度。
3.GTR模块
它是将GTR管芯根据不同的用途将几个单元电路集成在同一硅片上，这样大大提高了器件的集成度、工作的可靠性和性价比，同时也实现了小型轻量化。目前生产的GTR模块，可将多达六个相互绝缘的单元电路制在同一个模块内，便于组成三相桥电路。