晶体管及其基本电路

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1、第十章晶闸管及其基本电路半导体器件向两个方向发展：微电子和电力电子1：微电子向微观发展---集成电路。主要实现信号的变换和传递。2：电力电子向大功率发展---晶闸管。主要实现电功率的变换和控制；即实现强电的传输，但用弱电控制。电力变换的种类：输出输入交流直流直流整流直流斩波交流变频逆变电力电子学的定义：由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的学科，是研究采用功率半导体器件进行功率变换、控制以及大功率电路开关的技术及其应用范围的学科。晶闸管的优点：1）用弱电信号控制大功率的电能传输。2）控制灵敏，反应快。控制时导通及截止快（

2、微秒级）。3）损耗小，效率高（压降仅1V）。4）体积小，重量轻。晶闸管的缺点：1）过载能力差。过电流，过电压时容易损坏，要采用保护措施，使用的电压及电流要留余量。2）抗干扰能力差，易受冲击电压的影响。3）导致电网电压波形畸变，产生高次谐波分量，对电网产生干扰。4）控制电路复杂。目前的许多大功率器件已经克服了这些缺点。10.1电力半导体器件分类：1.不可控器件，例如功率二极管2.半控型器件，例如可控硅（SCR)3.全控型器件，GTO，GTR，功率MOSFET，IGBT10.1.1晶闸管（SiliconControlledRect

3、ifier—SCR)1.晶闸管的结构和符号：是可控制的硅整流元件----可控硅。3个PN结的四层三端元件2.晶闸管的工作原理：晶闸管具有可控的单向导电性。1）可控性：既当控制极（G）加电压才导通。2）单向导通：反向电压时不导通。将晶闸管等效地看成是两只晶体管的组合:一只为PNP型晶体管,另一只为NPN型晶体管.中间的PN结为两管共用.在A-K和G-K之间加上正向电压,会形成强烈的正反馈,循环下去,晶闸管就导通了.思考题:什么是闸流特性?晶闸管的特性：1）起始时若控制极不加电压，则无论阳极加正向电压或反向电压，晶闸管均不导通。2

4、）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压晶闸管才导通，晶闸管导通同时具备的两个条件。3）晶闸管导通后，控制极就失去了作用；要使晶闸管由导通变为关断，就要将晶闸管的正向电压降到一定值（正向电压关断或正向电压反向）。晶闸管PN结间可通过几十A~几千A的电流。3.晶闸管的伏安特性：(1)伏安特性:晶闸管阳极电压与阳极电流的关系曲线.(2)伏安特性上几个点:正向转折电压UBO(正向不重复峰值电压UDSM);正向重复峰值电压UDRM;UDRM约为UBO的80%.4)晶闸管的主要参数(1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM

5、它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%.一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压的2倍.(2)额定电流----通态平均电流IT晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.(3)维持电流IH----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关断.额定电流IT的选取：正弦半波电流的平均值其有效值故式中，K为波形系数为确保安全可靠地工作，一般按下式来选晶闸管，即式中，为实际通过晶闸管的电流有效值，为晶闸管允许的电流平均值，为实际流过晶闸管的电流平均值。显然，波形系数K值是与电路结构和

6、导通角有关的，可查手册选取。10.1.２其他电力半导体器件１.双向晶闸管：用于交流电路。相当于两只普通的晶闸管的反并联，或叫交流晶闸管。控制极对电源的两个半周均有触发控制作用。２.可关断晶闸管（GTO)(1)GTO的控制极可以控制元件的导通和关断，而晶闸管控制极只能控制元件的导通。优点：（1）只要在GTO的控制极加不同极性的脉冲触发信号就可以控制其导通与断开。（2）动态特性比晶闸管好，导通时间差不多，而关断时间短。不足：GTO所需的控制电流远较晶闸管大，例如，额定电流相同的GTO与晶闸管相比较，如果晶闸管需要30μA的控制触发

7、电流．则GTO约需要20mA才能动作。３.功率晶体管：适用于高电压和高电流的晶体管。优点：（1）正向压降小，功耗小。（2）当基极电流消失或反相时，晶体管立即截止，因而不存在关断问题。缺点：（1）电压和电流额定值低；（2）基极功耗较大。10.1.3电力半导体器件的发展现状五个阶段：（1）二极管和晶闸管（2）功率MOSFET，GTO，GTR（3）绝缘栅双极晶体管（IGBT）（4）新的大功率型器件：对称栅极换流晶体管（SGCT），集成门极换向晶体管（IGCT）。高集成度模块化是另一个发展方向，如智能功率模块（IPM)。（5）功率集成

8、电路（PIC）及其派生器件将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路集成在同一芯片上。10.２单相可控整流电路可组成单相半波，单相桥式，三相零式和三相桥式整流电路。10.２.1单相半波可控整流电路1.带电阻负载的可控整流电路：２.带电感性负载的可控整流