电力电子器件介绍(1)
特殊二极管
1. 光电二极管是一种将光能转换为电能的半 导体器件，其结构与普通二极管相似，只是管 壳上留有一个能入射光线的窗口。
converteam 作者：周宇
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2. 发光二极管是一种将电能转换为光能 的半导体器件。它由一个PN结构成,当发 光二极管正偏时，注入到N区和P区的载 流子被复合时，会发出可见光和不可见光。
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稳压二极管及应用
1. 稳压管的工作原理
稳压管的符号
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2. 稳压管的主要参数
①稳定电压UZ UZ是指击穿后在电流为规定值时，管子两端的电压值。
②稳压电流IZ IZ是稳压二极管正常工作时的参考电流。工作电流小 于此值时，稳压二极管将失去稳压作用。
• (1) 由于UBC<0,集电结处于反偏状态，形成 反向饱和电流ICBO从N区流向P区。
• (2) 由于UBE>0,发射结处于正偏状态，P区的 多数载流子空穴不断地向N区扩散形成空穴
电流IPE,N区的多数载流子电子不断地向P区
co扩nvert散eam 形作者成：周电子电流INE。
宇
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三极管工作状态 判断方法：
RB
+ v iB
i
-
VCC RC
+
iC
vO
-
v ①当 BE
＜0.7V时，截止
≥0.7V时，放大或饱和
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1.4 晶闸管
• 晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通 晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一 种具有开关作用的大功率半导体器件。目 前，晶闸管的容量水平已达8kV／6kA。
1. 输入特性
IB(A) 80
60
死区电 压，硅管
40
0.5V，锗 20
管0.2V。
工作压降： 硅管 UBE0.6~0.7V,锗管 UBE0.2~0.3V。
0.4 0.8
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UBE(V)
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2. 输出特性
此区域满4 足IC=IB 称为线性3 区（放大 区）。 2
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1.1.2 杂质半导体
一、N型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入五价元素 （如磷），使之取 代晶格中硅原子的 位置，就形成了N 型半导体。
电子----多子; 空穴----少子.
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1.1.2 杂质半导体 二、P型半导体
在纯净的硅晶体 中掺入三价元素 （如硼），使之取 代晶格中硅原子的 位置，就形成了P 型半导体。
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1.4.1 晶闸管的结构和工作原理
1. 晶闸管的结构
• 晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线 (A、K、G)的器件。常见晶闸管的外形有两 种：螺栓型和平板型。
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注意
空杂穴质-半-导--体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
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1.1.3 PN结
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作 在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。PN结 具有单向导电性。
IC(mA )
IICC只=1与I0B0。IB有A 关， 80A 60A 40A
1
20A
IB=0
3 69
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12 UCE(V)
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2. 输出特性
4 3 2
IC(mA
) 此区域中UC1E00UBAE,
集电结正偏，
IB>IC，UCE800.3VA 称为饱和区。
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• BJT的开关响应特性
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二、 晶体管的电流放大作用
放大是对模拟信号最基本的处理。晶体管是放大电路的核 心元件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失 真的放大输出，放大的对象是变化量。
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§1.3 双极型晶体管
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§1.3 双极型晶体管
一、晶体管的结构和类型
发射区 基区 集电区
NPN型
e 发射极
c
集电极
发射结 b
集电结
基极
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发射极箭头的方向 为电流的方向
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功率二极管的工作原理
• 由于PN结具有单向导电性，所以二极管 是一个正方向单向导电、反方向阻断的 电力电子器件。
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1. 功率二极管的特性
(1) 功率二极管的伏安特性
• 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必 须克服一定的门坎电压Uth(又称死区电压)，当外 加电压小于门坎电压时，正向电流几乎为零。硅 二极管的门坎电压约为0.5V，当外加电压大于Uth 后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极 管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压 超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿， 反向电流迅速增加。
IB
流IB
3.集电结加反向电压，漂 移运动形成集电极电流IC
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IE
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晶体管的电流分配关系
IC
IB 共射直流电流放大系数
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IE
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晶体管的电流分配关系
共射直流电流放大系数
共射交流电流放大系数
通常认为：
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输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区：发射结正偏，集电结反偏。
即： IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。
即：UCEUBE ， IB>IC，UCE0.3V
(3) 截止区： UBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0
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二、PN结的单向导电性
1. PN结外加正向电压时处于导通状态
加正向电压是指P端加正电压，N端加负电压， 也称正向接法或正向偏置。
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外电场
内电场
外电场抵消内电场的作用，使耗尽层变 窄，形成较大c的onve扩rteam散作电者：流周宇。
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集电极 c
b
基极
P N P
e
发射极
PNP型
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• 双极型功率晶体管BJT的容量水平已达 1.8kV／lkA，频率为20kHz。
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• 双极型功率晶体管的工作原理
• 以NPN型双极型功率晶体管为例，若外电 路电源使UBC<0,则集电结的PN结处于反偏 状态；UBE>0,则发射结的PN结处于正偏状 态。此时晶体管内部的电流分布为：
晶体管工作在放大状 态的外部条件是发射结 正向偏置且集电结反向 偏置。晶体管的放大作 用表现为小的基极电流 可以控制大的集电极电 流。
共射放大电路
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晶体管内部载流子的运动
IC
1. 发射结加正向电压，扩散运 动形成发射极电流IE
2. 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极电
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1.1.1 本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
一、半导体 二、本征半导体的导电情况
金属导电是由于其内部有自由电子存在(载流子), 在外电场的作用下,自由电子定向移动,形成电流.
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空穴
自由电子
半导体中有两种载流子:自由电子和空穴
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一、PN结的形成
PN结
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PNc结onve。rteam 作者：周宇
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总结
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
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晶体管的电流分配关系
IC IB
IE
IC
IB IE
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三、晶体管的共射特性曲线
IC
IB
A
+
RB
V UBE
-
mA
R
C
+ EC
V UCE -
EB
实验线路
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