半导体器件的开关特性
简述IGBT的主要特点和工作原理
简述IGBT的主要特点和工作原理一、简介IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，是一种复合全控电压驱动功率半导体器件。
由BJT（双极晶体管）和IGFET（绝缘栅场效应晶体管）组成。
IGBT兼有MOSFET 的高输入阻抗和GTR 的低导通压降的优点。
GTR 的饱和电压降低，载流密度大，但驱动电流更大。
MOSFET的驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT结合了以上两种器件的优点，驱动功率小，饱和电压降低。
非常适合用于直流电压600V及以上的变流系统，如交流电机、逆变器、开关电源、照明电路、牵引驱动等领域。
IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极晶体管）和FWD（续流二极管）通过特定的电路桥封装而成的模块化半导体产品。
封装后的IGBT模块直接应用于逆变器、UPS不间断电源等设备。
IGBT模块具有节能、安装维护方便、散热稳定等特点。
一般IGBT也指IGBT模块。
随着节能环保等理念的推进，此类产品将在市场上越来越普遍。
IGBT是能量转换和传输的核心器件，俗称电力电子器件的“CPU”，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源设备等领域。
二、IGBT的结构下图显示了一种N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构。
N+区称为源极区，其上的电极称为源极（即发射极E）。
N基区称为漏区。
器件的控制区为栅极区，其上的电极称为栅极（即栅极G）。
沟道形成在栅区的边界处。
C 极和E 极之间的P 型区域称为子通道区域。
漏极区另一侧的P+ 区称为漏极注入器。
它是IGBT独有的功能区，与漏极区和子沟道区一起构成PNP双极晶体管。
它充当发射极，将空穴注入漏极，进行传导调制，并降低器件的通态电压。
《N沟道增强型绝缘栅双极晶体管》IGBT的开关作用是通过加正栅电压形成沟道，为PNP（原NPN）晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向栅压消除沟道，切断基极电流，就会关断IGBT。
晶体管继电器工作原理
晶体管继电器工作原理
晶体管继电器是一种电子开关，它可以将小电流控制大电流的开关。
晶体管继电器的工作原理是基于晶体管的放大和开关特性。
晶体管是一种半导体器件，它由三个区域组成：P型区、N型区和P型区。
当P型区和N型区之间加上正向电压时，电子会从N型区流向P型区，同时空穴从P型区流向N型区。
这种流动形成了一个电流，称为漂移电流。
当P型区和N型区之间加上反向电压时，电子和空穴会被阻挡，电流不会流动。
晶体管继电器利用晶体管的放大特性，将小电流放大到足以控制大电流的程度。
当控制电路中的小电流流过晶体管的基极时，晶体管的漂移电流会被放大，从而控制晶体管的集电极和发射极之间的电流。
这种电流可以控制外部电路中的大电流，从而实现开关的功能。
晶体管继电器还利用晶体管的开关特性，将电路中的电流开关控制。
当控制电路中的小电流流过晶体管的基极时，晶体管的漂移电流会被放大，从而使晶体管的集电极和发射极之间形成一个导通通路。
这种导通通路可以控制外部电路中的大电流，从而实现开关的功能。
晶体管继电器具有许多优点，例如：它可以控制高电压和高电流，具有快速响应时间和长寿命。
此外，晶体管继电器还可以在高温和低温环境下工作，具有较高的可靠性和稳定性。
晶体管继电器是一种基于晶体管的放大和开关特性的电子开关。
它
可以将小电流控制大电流的开关，具有许多优点，是现代电子技术中不可或缺的一部分。
晶体管的开关特性
上海电子信息职业技术学院
半导体器件物理
第五章 晶体管的开关特性
5.1 二极管的开关作用和反向恢复时间
利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特 性，可以把二极管作开关使用。当开关K打向 A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接 有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路 处于接通状态（开态）；若把K打向B，二极 管处于反向，反向电流很小，相当于外回路的 开关断开，回路处于断开状态（关态）。
练习
P106 1，4，5
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半导体器件物理
第五章 晶体管的开关特性
开关晶体管的工作状态
晶体管的工作状态完全由直流偏置情况决定。从共射输出
特性曲线上可以看出，随着偏置电压的不同，晶体管的工作区域 可以分为饱和区、放大区和截止区三个区域。
此外，当晶体管的发射极和集电极相互交换，晶体管处于倒 向运用状态时，也应该同样存在上述三个区域。
随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增 加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。 此时，二极管就工作在导通状态。
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半导体器件物理
第五章 晶体管的开关特性
当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲， 此时，正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压 拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向 电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分 通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复 到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流 子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过 程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这 段时间就称为储存时间ts。在ts之后，P-N结上的电流到 达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结 的反向电流由I2下降到0.1 I2时所需的时间为下降时间tf。 储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为P-N结的关断时 间（反向恢复时间）。
半导体器件基础
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
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N型半导体和P型半导体
多余电子
N型半导体
硅原子
【Negative电子】
+4
+4 +4
在锗或硅晶体内
掺入少量五价元素
杂质，如磷；这样
+4
在晶体中就有了多 磷原子 余的自由电子。
+4
+5 +4 +4 +4
多数载流子——自由电子
少数载流子——空穴
不失真——就是一个微 弱的电信号通过放大器 后，输出电压或电流的 幅度得到了放大，但它 随时间变化的规律不能 变。
放大电路是模拟电路中最主要的电路,三极管是 组成放大电路的核心元件。
具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、
手机、扩音器等等。
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利用三极管组成的放大电路，最常用的接法是：基 极作为信号的输入端，集电极作为输出端，发射极 作为输入回路、输出回路的共同端（共发射极接法）
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饱和工作状态
调节偏流电阻RP的阻值， 使基极电流充分大时，集电 极电流也随之变得非常大， 三极管的两个PN结则都处于 正向偏置。集电极与发射极 之间的电压很小，小到一定 程度会削弱集电极收集电子 的能力，这时Ｉb再增大， Ｉc也不能相应地增大了， 三极管处于饱和状态，集电 极和发射极之间电阻很小， 相当开关接通。
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▪ 几种常见三极管的实物外形
大功率三极管
功率三极管
普通塑封三极管
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▪ 三极管的分类
① 按频率分
高频管 低频管
硅管 ③ 按半导
体材料分 锗管
② 按功率分
三极管的开关特性
三极管的开关特性在脉冲与数字电路中，三极管作为最基本的开关元件得到了普遍的应用。
三极管工作在饱和状态时，其UCES≈0，相当于开关的接通状态；工作在截止状态时，IC≈0，相当于开关的断开状态，因此，三极管可当做开关器件使用。
结型场效应管场效应管（Fjeld Effect Transistor简称FET ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。
场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。
与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。
图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。
一、结构与分类图 Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。
它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。
下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。
电路如图Z0123所示。
由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。
漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流ID。
1．栅源电压UGS对导电沟道的影响（设UDS＝0）在图Z0123所示电路中，UGS ＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，ID=0。
若|UGS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|UGS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。
2-1半导体元器件的开关特性
当输入信号为高电平，即 VI=VCC 时， D 截止， VO=VCC为高电平； 当输入信号为低电平，即 VI=0时， D导通， VO=0.7V为低电平。
主 题 半 导 体 元 器 件 的 开 关 特 性
二、晶体管的开关特性
当半导体三极管工作在饱和状态时，三极管的集电极与发射极之间的压降近似 等于0.3V，相当于开关闭合；当半导体三极管工作在截止状态时，三极管的 集电极与发射极之间的电阻近似等于无穷大，相当于开关断开。。 当输入信号为高电平，即VI=3V 时，三极管工 作在饱和状态，这时三极管c和e间相当于一个 闭合的开关，VO≈0.3V为低电平；
当输入信号为低电平，即VI=0V时，三极管工作 在截止状态，这时三极管 c 和 e 间相当于一个断 开的开关，VO=5V为高电平。
主 题 半 导 体 元性
当 时，MOS管工作在截止区，这时MOS管D和S间 相当于一个断开的开关，只要负载电阻 （MOS管截止 内阻）， ，输出为高电平； 当 ，且 持续升高以后，MOS管的导通内阻 变 得很小（在1千欧以内），只要 ，则开关电路的 输出端将变为低电平，这时MOS管D和S间相当于一个 闭合的开关。
门电路是构成数字电路的基本逻辑单元 ，常用的基本门电路在逻辑功能上
本次课主要内容
二极管的开 关特性
晶体管的开 关特性
MOS管的 开关特性
第一点
第二点
第三点
主 题 半 导 体 元 器 件 的 开 关 特 性
一、二极管的开关特性
半导体二极管的单向导电性：即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止， 所以它就相当于一个受外加电压极性控制的开关。
半导体元器件的开关特性
数字电子技术之
主讲教师：谢永超
湖南铁道职业 技术学院作品
功率半导体器件工作原理
流。因此两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig 流入时就会形成强烈
的正反馈，造成两晶体管饱和导通，即晶闸管饱和导通。
设 PNP 管和NPN 管的集电极电流相应为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia 和Ik，电
流放大系数为α1＝IC1 / Ia，α2＝ IC2 / Ik，并设J 流过J2结的反向漏电流为Ico。
电力电子事业部
릦싊냫떼쳥웷볾릤ퟷ풭샭
1．基本开关过程： 功率半导体器件除极少数特殊应用情况外，其余绝大多数都是应用在开关状态
下。应用在所有这些电力电子线路总的器件，它们的基本原理和工作方式都是相同的， 我们所有对半导体器件和应用电力电子线路的研究，都是要使其尽可能的工作在低损 耗状态。也就是说应使器件工作在开关状态。这是因为器件工作在开关状态时，其工 作状态是最佳的，通态损耗是最小的。
施加正向电压时，它具有阻断和导通两个稳定的工作状态。由图1－2 所示的电流－
-1-
电力电子事业部
电压特性曲线可以看出，它有一个阻断区和一个导通区。这一特性可以用于电流的接 通和关断。
为了使晶闸管由阻断状态变为动态状态，两种途径，其一，使用脉冲电流使其通过门极而加于两个 中间区的一个来实现。其二，不断的提高阳极电压，使其超过转折电压（UBO）。
-4-
电力电子事业部
2.1.2.开通条件
首先我们来讨论这两个晶体管在满足怎样的条件下才能使晶闸管导通。晶闸管是
一种四层三端器件，它有J1，J2，J3三个PN结，如图1－4 所示。前已述及，当晶闸
管承受正向电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN 结J2结失去阻断作
用。图1－4c清楚的表明：每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电
半导体的三个特性
反向特性
击穿特性
当反向电压增大到某一数值时，反向 电流急剧增大，称为二极管的击穿现 象。此时二极管失去单向导电性。
在反向电压作用下，随着电压的增大，反向 电流基本保持不变，称为反向饱和电流。反 向伏安特性曲线是一条近似水平的直线。
二极管主要参数及性能指标
最大整流电流IF
最高反向工作电压UR
指二极管长期连续工作时允许通过的最大 正向平均电流值。该值决定了二极管的功 耗和散热设计。
指二极管两端允许施加的最大反向电压。 若超过此值，则反向电流急剧增大，二极 管的单向导电性被破坏。
反向电流IR
最高工作频率fM
指在规定的反向电压下流过二极管的反向 电流。该值越小，说明二极管的单向导电 性越好。
指二极管能正常工作的最高频率。超过此 值时，由于结电容的作用，二极管的性能 将下降。
03
劣环境。
柔性电子器件
基于柔性基板的半导体器件， 可弯曲、折叠，适用于可穿戴
设备等领域。
生物半导体器件
利用生物材料与半导体技术结 合，制造具有生物兼容性的电
子器件。
未来发展趋势预测与挑战
发展趋势
随着人工智能、物联网等技术的快速发展，半导体器件将朝着更高性能、更低功耗、更小体积的方向 发展。同时，柔性电子、生物电子等新兴领域也将为半导体器件带来新的发展机遇。
半导体材料分类与特点
01
02
03
元素半导体
如硅（Si）、锗（Ge）等， 具有独特的 化铟（InP）等，具有优 异的电学、光学和热力学 性质。
有机半导体
如聚乙炔、聚苯胺等，具 有低成本、可弯曲和轻质 等优点。
半导体能带结构与载流子
能带结构
半导体的能带结构包括价带、导带和禁带。价带中的电子被束缚在原子周围， 导带中的电子可以自由移动，禁带则是价带和导带之间的能量间隔。
常见功率半导体器件及其主要特点
常见功率半导体器件及其主要特点一、概述功率半导体器件是现代电子电气设备中不可或缺的组成部分，它承担着电能的调节、放大和转换任务。
在众多功率半导体器件中，普遍应用的包括晶闸管、场效应管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率二极管等。
这些器件各自具有不同的特点和应用范围，下文将对其进行详细介绍。
二、晶闸管晶闸管是最早出现的功率半导体器件之一，其主要特点包括：1. 器件结构简单，工作可靠。
2. 具有单向导电性。
3. 具有双向触发能力。
4. 适用于高压、大电流场合。
5. 效率高、损耗小。
晶闸管广泛应用于直流调速、大功率变频器、交流电能控制等领域。
三、场效应管场效应管又称为MOSFET，其主要特点包括：1. 体积小、重量轻。
2. 导通电阻小、功率损耗小。
3. 开关速度快、可靠性高。
4. 控制电路简单、使用方便。
场效应管广泛应用于开关电源、电力电子设备、汽车电子系统等领域。
四、绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是由绝缘栅双极晶体管和场效应管结合而成的器件，其主要特点包括：1. 具有MOSFET的输入特性和GTR的输出特性。
2. 导通压降低、导通电阻小。
3. 具有高开关速度。
4. 具有大功率、高频率的特点。
IGBT广泛应用于变频调速、逆变器、电动汽车驱动等领域。
五、功率二极管功率二极管是一种常见的半导体器件，其主要特点包括：1. 低开启电压、低通态电压降。
2. 热稳定性好、动态特性好。
3. 寿命长、可靠性高。
4. 具有快速恢复特性。
功率二极管广泛应用于整流器、逆变器、交流稳压电源等领域。
六、结语功率半导体器件在现代工业生产和生活中发挥着重要作用，不同的器件具有不同的特点和应用范围，能够满足各种电能调节、转换的需求。
随着科技的不断发展，功率半导体器件的性能和应用范围将会不断扩大，为人类创造更加便利和高效的生活和工作环境。
七、功率半导体器件的发展趋势随着现代电子技术的发展和能源的需求不断增长，功率半导体器件的应用也愈发广泛。
半导体分立器件
半导体分立器件半导体分立器件是现代电子工业中非常重要的一类元器件。
它们广泛应用于各种电子设备和系统中，包括通信设备、计算机、家用电器、汽车等。
本文将详细介绍半导体分立器件的概念、分类、特性以及应用领域。
半导体分立器件是指以半导体材料为基础，通过物理或化学的方法制造出来的电子器件。
与集成电路不同，分立器件是单个器件，具有独立的电气性能和功能。
半导体分立器件广泛应用于各种电子电路中，可以实现信号放大、开关控制、信号调整等功能。
半导体分立器件可以根据其功能和结构进行分类。
主要的分类包括二极管、三极管、场效应管、光电器件等。
二极管是最简单的一种分立器件，它具有只允许电流在一个方向上通过的特性。
三极管是一种三端器件，可以实现电流放大和开关控制功能。
场效应管是一种控制输出电流的器件，其输入电阻很高，可以应用在信号放大和开关控制电路中。
光电器件可以将光信号转换为电信号，广泛应用于光通信和光电传感器等领域。
半导体分立器件具有多种特性，这些特性决定了它们在电子电路中的应用。
首先，半导体分立器件具有高速开关特性，可以快速响应输入信号并控制输出信号。
其次，它们具有高电压和高电流承载能力，可以满足不同应用场景下的需求。
第三，半导体分立器件具有低功耗和高效传输特性，可以提高电子设备的性能和效率。
此外，它们还具有稳定性好、体积小、可靠性高等优点。
半导体分立器件在各个领域都有广泛的应用。
在通信设备领域，分立器件可以实现信号放大、开关控制、滤波器等功能，用于信号的传输和处理。
在计算机领域，分立器件用于逻辑电路和存储电路中，实现数据的处理和存储。
在家用电器领域，分立器件可以应用于电源控制、电机驱动、温度控制等方面。
在汽车电子领域，分立器件可以应用于发动机控制、车载电源、车载通信等系统。
总之，半导体分立器件是现代电子工业不可或缺的一部分。
它们在各个领域中扮演着重要的角色，实现了电子设备和系统的功能和性能。
随着科技的不断进步和创新，半导体分立器件将会继续发展和应用，为人类创造更多的福利和便利。
开关二极管和肖特基二极管
开关二极管和肖特基二极管
x
开关二极管和肖特基二极管是电子电路中常见的元件，构成了重要的基础，因此认识他们的基本性质和特性非常重要。
以下分别介绍二者的基本特性：
开关二极管：
开关二极管是一种半导体器件，由一个p型半导体和一个n型半导体组成，它可以用来控制电路中的电流。
开关二极管具有高度可靠性、高耐受压，并且功耗极小，即使在极低的电压和电流时也能稳定工作。
开关二极管可以在变高温、低温或恶劣的环境条件下稳定工作，因此常被用于汽车电子，发动机控制，仪器仪表，测控、航空航天等需要高可靠性的领域。
肖特基二极管：
肖特基二极管是一种比开关二极管更先进的二极管，它采用半导体技术，可以将较小的电流变换成较大的电流。
它的输入电压非常小，只需要几千伏而不需要更高的电压，并且具有高输出电流，高稳定性，低噪声等特性。
肖特基二极管可以用来处理高频电路，并且可以抵消外部负载和干扰。
因此，肖特基二极管常用于电源管理和高频信号放大应用，如GPS，车载导航，无线网络，电视，蓝牙等等。
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MOSFET的原理特性作用及应用
MOSFET的原理特性作用及应用MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种电子器件，它在现代电子技术中具有重要的应用。
MOSFET是一种三端器件，由金属氧化物半导体结构组成，主要包括栅极、漏极和源极。
MOSFET具有许多突出的优点，包括低功耗、高速度、可靠性和高噪声容限。
其原理、特性、作用和应用在以下方面进行详细介绍：一、原理MOSFET的原理可以简单地理解为当栅极施加一定的电压时，栅极和漏极之间形成了一个电场。
这个电场可以控制沟道区域的导电性，从而实现对电流的调控。
MOSFET的栅极由金属导体构成，漏极和源极由具有特定掺杂的半导体材料组成，中间通过氧化层连接。
二、特性1.开关特性：MOSFET具有良好的开关特性，可以实现高速的开关速度和较低的开关损耗。
2.放大特性：MOSFET在放大电流时具有较大的增益，可以用于模拟电路的放大功能。
3.抑制特性：MOSFET具有良好的抑制特性，可以有效地抑制来自输入信号的噪声。
三、作用1.开关功能：MOSFET可以通过调节栅极电压来控制电流的通断。
通过连续不断的开关操作，可以实现信息处理和控制电路的功能。
2.放大功能：在模拟电路中，MOSFET可以用作放大器，通过改变栅极电压来调整输出电流的大小，实现信号的放大。
四、应用1.数字电路：MOSFET可以用作逻辑门的关键组成部分，实现数字信号的处理和控制。
2.模拟电路：MOSFET可以用作放大器、开关和电源调节器等功能，广泛应用于音频放大器、功率放大器、振荡器等模拟电路中。
3.通信系统：MOSFET可以用于射频功率放大器和低噪声放大器等关键部件，用于增强信号的传输和接收能力。
4.电源管理：MOSFET可以用作电源开关，实现电源的控制和管理，提高电源的效率和稳定性。
5.高频应用：在射频和微波系统中，MOSFET可以用于设计高频开关和放大器，实现高速数据传输和无线通信等应用。
总结：MOSFET作为一种重要的电子器件，在现代电子技术中具有广泛的应用。
晶闸管的应用场景
晶闸管的应用场景晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有开关特性和放大特性，广泛应用于各个领域。
本文将介绍晶闸管在不同场景下的应用。
1. 电力控制领域晶闸管在电力控制领域的应用是最为广泛和重要的。
它可以用于电压和电流的控制，实现对电力系统的稳定运行。
在交流电路中，晶闸管可以用作开关，实现对电流的调节。
例如，在交流电机的启动过程中，通过控制晶闸管的触发时机和导通时间，可以实现电机的平稳起动。
此外，晶闸管还可以用于电压调节器、电力调光器等设备中，实现对电力的精确控制。
2. 变频调速晶闸管在变频调速领域也有广泛的应用。
变频调速是指通过改变电机的供电频率，来实现电机转速的调节。
晶闸管作为电力控制元件，可以实现对电机供电频率的调整。
在工业生产中，通过变频调速可以实现对电机转速的精确控制，提高生产效率和产品质量。
同时，变频调速还可以节约能源，降低生产成本。
3. 电子设备领域晶闸管在电子设备领域也有重要的应用。
例如，在电源电路中，晶闸管可以用来实现过载保护和短路保护。
当电路中出现过载或短路时，晶闸管可以迅速断开电路，保护其他电子元件的安全运行。
此外，晶闸管还可以用于电源的开关控制，实现对电路的开启和关闭。
4. 光控领域晶闸管在光控领域的应用也非常广泛。
晶闸管可以用于光控开关、光控调光等设备中。
例如，在照明系统中，通过晶闸管的控制，可以实现对灯光的亮度调节和开关控制。
此外，晶闸管还可以用于红外传感器、光电耦合器等光控设备中，实现对光信号的检测和控制。
5. 高压直流输电晶闸管在高压直流输电领域也有重要的应用。
高压直流输电是指将交流电转换为直流电，通过输电线路进行长距离传输。
在高压直流输电系统中，晶闸管可以用来实现电流的可控整流和逆变。
通过晶闸管的控制，可以实现高压直流输电系统的稳定运行。
晶闸管在电力控制、变频调速、电子设备、光控和高压直流输电等领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展，晶闸管的应用将会越来越广泛，为各个领域的发展和进步提供强大的支持和推动力量。
PNP三极管工作原理
PNP三极管工作原理一、概述PNP三极管是一种常用的半导体器件，它具有放大和开关功能。
本文将详细介绍PNP三极管的工作原理，包括结构、工作模式、电流流动方向以及放大和开关特性。
二、结构PNP三极管由三个掺杂不同的半导体层构成，分别是N型基底、P型发射极和N型集电极。
发射极和集电极之间夹着一层薄的N型基底。
三、工作模式PNP三极管有两种工作模式：放大模式和截止模式。
1. 放大模式当基极电压VBE为正，即基极比发射极电压高时，发射极与基极之间形成正向偏置。
此时，发射结和集电结都处于正向偏置状态。
电子从发射极注入基极，同时由于集电极与基极之间的反向偏置，电子会被集电极吸收。
这样，发射极注入的电子会被放大，形成电流放大效应。
2. 截止模式当基极电压VBE为负，即基极比发射极电压低时，发射极与基极之间形成反向偏置。
此时，发射结和集电结都处于反向偏置状态。
电子无法从发射极注入基极，也无法被集电极吸收。
因此，PNP三极管处于截止状态，没有电流流动。
四、电流流动方向在放大模式下，PNP三极管的电流流动方向如下：1. 发射电流（IE）：电子从发射极注入基极，流入基极。
2. 基极电流（IB）：由外部电路提供，用于控制发射极注入的电子数量。
3. 集电电流（IC）：电子从基极流入集电极。
五、放大特性PNP三极管的放大特性是其重要的应用之一。
在放大模式下，当输入信号施加在基极上时，输出信号将通过集电极获得放大。
这种放大效应是由于发射极注入的电子数量受到基极电流的控制。
六、开关特性除了放大特性，PNP三极管还可以用作开关。
在截止模式下，没有电流流动，PNP三极管处于关闭状态。
而在放大模式下，当基极电流足够大时，PNP三极管将打开，允许电流流动。
七、应用领域PNP三极管在电子电路中有广泛的应用，如放大电路、开关电路、振荡电路等。
它可以用于放大弱信号、控制电流和电压以及实现逻辑门电路等。
八、总结PNP三极管是一种常用的半导体器件，具有放大和开关功能。
数电第二章 门电路
ROFF ＝0，电压UAK ＝0.
2.1.2 二极管的开关特性
二极管符号：
阳极
＋ uD －
阴极
伏安特性曲线：
Ui<0.5V时， 二极管截止， iD=0
UBR
0
iD(mA)
IF
0.5 0.7
uD(V)
伏安特性 Ui>0.7V时， 二极管导通
关门电阻Roff=0.7kΩ
以上分析说明： 悬空的输入端相当于接高电平。为了 防止干扰，一般将悬空的输入端接高电平。
TTL与非门在使用时多余输入端处理：
1. 若悬空，UI=“1”。 2. 接+5V。 3. 输入端并联使用。
讨论：TTL与门、或门、或非门 多余输入端如何处理
四、输入伏安特性——
反映输入电流iI和输入电压uI关系的曲线 1. 输入低电平，即uI＝0V时
逻辑符号：
B
Y
二、二极管或门
A D1
Y
B D2
-12V
uA
uB
uY
0V 0V -0.3V
0V 3V 2.7V
3V 0V 2.7V
3V 3V 2.7V
uA
uB
uY
AB
Y
0V 0V -0.3V 0 0
0
0V 3V 2.7V
01
1
3V 0V 2.7V 1 0
1
3V 3V 2.7V 1 1
1
逻辑式：Y=A+B
R2
b1 c1 T1
T2
逻辑关系：全1则0。
R3
+5V
uO =0.3V Y
半导体二极管的等效电路与开关特性
一、二极管的电容效应二极管具有电容效应。
它的电容包括势垒电容C B和扩散电容C D。
1．势垒电容C B（C r）前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质；而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。
从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。
事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。
这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。
势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。
当外加反向电压增大时，势垒电容减小；反向电压减小时，势垒电容增大。
目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN结电容随外加电压变化的特性制成的。
2．扩散电容C DPN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。
显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷；同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数即正电荷。
当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。
相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。
因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。
总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容C j相当于两者的并联，即C j＝C B + C D。
二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容C j≈C D；而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，C j≈C B。
二、二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。
为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。
名词解释三极管的开关特性
名词解释三极管的开关特性三极管是一种重要的电子器件，常用于电子电路中的开关和放大功能。
它由三个控制层、基本层和输出层组成，具有灵活的开关特性。
在电子技术领域中，三极管的开关特性是指在特定电压和电流条件下，三极管可以实现开关的状态转换，即在低电压输入情况下传导电流，而在高电压输入情况下截断电流。
三极管的开关特性是由其特殊的结构和材料性质所决定的。
它包括两种常见类型：NPN型和PNP型。
NPN型三极管由两个P型半导体夹着一个N型半导体构成，而PNP型三极管则相反，由两个N型半导体夹着一个P型半导体构成。
这种结构可以实现电流的双向流动，并且通过控制基极电流可以实现开关的状态变化。
在三极管的开关特性中，主要存在两种工作状态：饱和状态和截止状态。
饱和状态是当三极管的输入电压高于一定阈值时，经过适当的基极电流驱动后，三极管的集电极与发射极之间的电压非常低，导致电流流过。
这种状态下，三极管相当于一个导通的开关，电流可以在电路中流动。
而截止状态则是当三极管的输入电压低于一定阈值时，三极管的集电极与发射极之间的电阻非常高，导致电流无法流过。
此时，三极管相当于一个断开的开关，电路中的电流被截断。
三极管的开关特性在电子电路中起到了重要的作用。
它可以实现逻辑门、计时器、振荡器等电路的构建。
通过控制三极管输入电压的变化，可以改变电路中的电流流向，实现不同的功能。
在数字电路中，三极管的开关特性被广泛应用于逻辑门的设计和实现。
通过组合不同的逻辑门，可以构建出各种复杂的电路，用于处理和操作数字信号。
除了在数字电路中的应用，三极管的开关特性在模拟电路中也有广泛的应用。
在放大器电路中，三极管可以作为信号放大的关键元件，通过控制输入电压的变化，实现对输入信号的放大和处理。
在功率放大电路中，三极管可以承受高电流和高功率的输入，实现对功率信号的放大和转换。
总结起来，三极管的开关特性在电子电路中起着重要的作用。
通过控制输入电压和电流条件，三极管可以实现开关的状态转换，从而实现电路功能的改变。
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2．二极管开关的动态特性
给二极管电路加入 一个方波信号，电流的 波形怎样呢？
D +
i RL
i IF 0 IR ts tt
0.1 I R
vI
－
ts为存储时间，tt称为渡越时间。
tre＝ts十tt称为反向恢复时间
(c)
t1
t
反向恢复时间：tre＝ts十tt
产生反向恢复过程的原因： 反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。
VI
－
100kΩ
VO
-
Rb
RC
即在VI一定（要保证发射结正偏）和VCC一定的条件下，Rb越小，β 越大，RC越大，三极管越容易饱和。在数字电路中总是合理地选择这
几个参数，使三极管在导通时为饱和导通。
2．三极管的动态特性（略）
vI
（1）延迟时间td——从vi正跳变 的瞬间开始，到iC上升到 0.1ICS所需的时间 （2）上升时间tr——iC从0.1ICS 上升到0.9ICS所需的时间。 （3）存储时间ts——从vi下跳变 的瞬间开始，到iC下降到 0.9ICS所需的时间。 （4）下降时间tf——C从0.9ICS 下降到0.1ICS所需的时间。
CE
b
c3
T 2
VI
－
iB
VCE
e
-
三种工作状态比较
工作状态 条 件 截 止 放 大 饱 和
IB 0
发射结电压＜ 死区电压
0＜I B＜I BS
发射结正偏 集电结反偏
I B＞I BS
发射结正偏 集电结正偏
偏置情况
工 集电极电 流
IC 0 VCE VCC
c b e
I C I B
VCE VCC I C RC
2.1 半导体器件的开关特性 （二极管与三极管） 一、二极管的开关特性
1．二极管的静态特性 2．二极管开关的动态特性
二、三极管的开关特性
1．三极管的三种工作状态 2．三极管的动态特性
2.1.1 二极管的开关特性
1．二极管的静态特性
(1)加正向电压VF（ VF >0.5V）时，二极管导通，管压降VD 可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。
饱和时的VCE电压称为饱和压降VCES，其典型值为：VCES≈0.3V。
三极管工作在饱和状态的电流条件为：IB＞IBS 电压条件为：集电结和发射结均正偏
+VCC RC iC Rb
+ 1
iC VCC/RC ICS
+
IB5 E D C B A 0.7V V IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB= 0 v
零偏，称为临界饱和状态，对应E点。此时的集电极电流用ICS表示，基极 电流用IBS表示，有: VCC - VCE VCC - 0.3V VCC I I CS VCC BS I CS RC R R R
C C C
饱和状态
再减小Rb ， IB 会继续增加，但IC 不会再增加，三极管进入饱和状态。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VCC uCES 12 - 0.3 0.029( mA) RC 60 6.8 +VCC （+12V）
I C I CS
VCC 12 1.76( mA) RC 6.8
+
RC 10kΩ Rb
1 3 T 2 +
VO VCES 0.3 V
由此可见， Rb 、 RC 、β等参数都 能决定三极管是否饱和。 饱和条件可写为：VI u BE ＞VCC uCES
VO VCE VCC - I C RC 12 -1.4 6.8 2.48( V)
（ 3 ）将 RC改为 6.8kW ，再将 Rb 改为 60kW ，重复以上计算。
V uBE 3 - 0.7 IB I 0.038( mA) Rb 60
I BS
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
P区 耗尽层 N 区
+
－
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
Ln
x
Lp
同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时 间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般 可以忽略不计。
2.1.2
+VCC RC iC Rb
+ 1
三极管的开关特性
iC VCC/RC ICS
+
1．三极管的三种工作状态（截止状态）
100kΩ
VO
-
VI
－
VO VCES 0.3 V
（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。
IB不变，仍为0.023mA
I BS
VCC uCES 12 - 0.3 0.029( mA) RC 60 6.8
∵IB＜IBS ∴三极管处在放大状态。
IC I B 60 0.023 1.4(mA)
三极管工作在放大状态的条件为： 0<IB<IBs（此时IB＝IC÷β，) 发射结
正偏，集电结反偏
iC
+VCC RC iC Rb
+ 1
VCC/RC ICS
+
IB5 E D C B A 0.7V VCC IB4 = IBS IB3 IB2 IB1 IB= 0 v
CE
b
c 3
T 2
VI
－
iB
VCE
e
-
（3）饱和状态：VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.3V时，集电结变为
V1
0 V2 iC
t
ICS
ICEO
I CS 0.9ICS iC
t
开通时间ton= td +tr
0.1ICS
t
关断时间toff= ts +tf
tr td
tS
tf
IB5 E D C IB4 = IBS IB3 IB2 B A 0.7V VCC IB1 IB=0 v
CE
b
c3
T 2
U0
VI
－
iB
VCE
e
-
（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压（约为0.5v），即VBE <0.5v
时，IB≈0，IC≈0，VCE≈VCC=U0，三极管工作在截止区，对应图中的A点。 三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压
V uBE 3 - 0.7 IB I 0.023( mA) Rb 100 V uCES 12 - 0.3 I BS CC 0.0195( mA) RC 6010
+VCC （+12V） RC 10kΩ Rb
1 + 3 T 2 +
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。 V 12 I C I CS CC 1.2(mA) RC 10
IB b 0.7V e c IC
I C I CS VCC / RC VCE VCES 0.3V
IB b 0.7V e c ICS
作
管压降
特
近似的等 效电路
β IB
点 C、E间等 效电阻
很大 相当开关断开
可变
很小 相当开关闭合
举例
例1.4.1 电路及参数如图所示，设输入电压VI=3V，三极管的VBE=0.7V。 （1）若β＝60，试判断三极管是否饱和，并求出IC和VO的值。 解：依题意可得IB（基极电流） 、IBS（三极管临界饱和时的基极电流）
放大状态
（2）放大状态：当VI为正值且大于死区电压时，三极管导通。有 V VBE V IB I I Rb Rb
此时，若调节 Rb↓，则 IB↑， IC↑， VCE↓，工作点沿着负载线由 A 点 →B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，其特点 为 I C ＝ β I B。
数字电子技术
第
第一小节
二
章
半导体器件的开关特性
第七讲
逻辑门电路（二极管、 三极管的开关特性）
第二章 逻辑门电路
由分立的二极管、 三极管或MOS管等 元件组成的门电路
以半导体器件为基本单元， 集成在一块硅片上，并具有 一定逻辑功能的电路
在逻辑代数中，逻辑变量的取值不是0就是1，是一 种二值量。它对应于数字电路中电子元件的开关（即电 子开关的断开、闭合）两种状态。能实现开、关状态的 电子元件称为电子开关。 二极管、三极管和场效应管在数字电路中就是构成 这种电子开关的基本开关元件。 理想的开关： 闭合时：开关两端电压为0； 断开时：流过开关的电流为0； 两种状态的转换瞬间完成。
D
K
V
F
IF
RL
VF
IF
RL
(2)加反向电压VR或正向电压<0.5V时，二极管截止，反向 电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。
D
K
V
R
IS
RL
V
R
RL
可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的 开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电 压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就 是二极管开关的动态特性。