思考与练习答案

思考与练习答案第一章 一、判断题1、✗；2、✓；3、✗；4、✗；5、✓；6、✓；7、✓；8、✗；9、✗；10、✓；11、✗；12、✓二、单项选择题1、A ；2、A ；3、B ；4、A ；5、C ；6、D ；7、C ；8、B ；9、C ；10、D三、多项选择题1、B 、C ；2、A 、B 、C 、D ；3、C 、D ；4、A 、D ；5、A 、B 、C ；6、A 、D ；7、B 、C ；8、A 、B ；9、B 、C 、D 、E ；10、A 、D ；11、A 、B 、C四、思考题1、答：当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上足够功率的正向触发电压，晶闸管导通，这就是晶闸管闸流特性，即可控特性。

晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，门极对管子不再具有控制作用。

使导通的晶闸管承受反向电压或者增大回路电阻，使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流，晶闸管关断。

2、答：K 表示闸流特性；P 表示普通；额定电流为100A ；额定电压等级为6，及额定电压600V 。

3、答：在断态不重复峰值电压和反向不重复峰值电压两个电压中取小的作为计算标准，即：V U RSM 940=；然后计算反向重复峰值电压U RRM ：0.89400.8752RRM RSM U U V V =⨯=⨯=，所以该管子的额定电压应当标为700V 或者为7级。

4、答：从结构看：晶闸管又称为可控硅，是一种由硅单晶材料制成的大功率半导体元器件，简称SCR 。

晶闸管是一种大功率半导体变流器件，它具有三个PN 结的四层结构，由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A 和阴极K ，由中间P2层引出的电极是门极G （也称控制极）。

可关断晶闸管（GTO ）具有4层PNPN 结构，有阳极A ，阴极K ，门极（控制极）G 三个电极，在实际应用中每个GTO 器件都是由数十个甚至数百个共阳极的小GTO 单元组成，这些GTO 单元的阳极A ，门级G ，和阴极K 都分别在器件内部并联在一起。

从工作远离看：当晶闸管承受正向阳极电压时，门极加上足够功率的正向触发电压，晶闸管导通，晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，门极对管子不再具有控制作用；使导通的晶闸管承受反向电压或者增大回路电阻，使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流，晶闸管关断。

GTO 导通的必要条件是121>+αα。

121=+αα时的阳极电流为临界导通电流，称为GTO 的擎住电流。

当门极加足够大的正触发信号，使阳极电流大于擎住电流之后，GTO 才能维持大面积饱和导通；GTO 导通后21αα+略大于1；GTO 由断态转入通态的必要条件是，门极加上足够大的反向脉冲电流。

5、答：门极可关断晶闸管GTO ，是通过门极对器件的导通和关断状态进行控制的，属于全控型电力电子器件。

GTO 管子具有耐压高、电流大、耐浪涌能力强、使用方便和价格低等优点，同时又具有门级控制关断功能，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。

电力晶体管GTR 中存在电子和空穴两种载流子，所以又称之为双极型功率晶体管。

GTR 具有自关断能力，属于电流控制型自关断器件。

GTR 可通过基极电流信号方便地对集电极-发射极的通断进行控制，并具有饱和压降低、开关性能好、电流较大、耐压高、大功率、高反压等优点，在耗散功率一瓦以上的到数百千瓦的电子设备中使用广泛。

功率场效应晶体管MOSFET （Metal-Oxide Semiconductor Field-effect Transistor ），也称之为电力场效应晶体管，输出工作电流大约在几安到几十安范围，由于FET 仅是由一种多数载流子参与导电，故也称为单极型电压控制器件。

MOSFET 具有自关断能力，不存在二次击穿问题，安全工作区宽，噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、容易驱动、输入阻抗高、驱动功率小，热稳定性好、工作频率可以达到1M 赫兹，但其电压和电流容量较小。

所以被广泛的应用于高频中小功率电力电子装置中。

绝缘栅双极型晶体管IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor ）综合了GTR 和MOSFET 的优点，具有输入阻抗高，工作速度快，通态电压低，阻断电压高，承受电流大，驱动功率小且驱动电路简单的特性。

目前，IGBT 的容量水平达（1200~1600A ）/（1800~3330A ），其频率特性介于MOSFET 与功率晶体管之间，达40kHz 以上，非常适合应用于直流电压为600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域的较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位，并应用于逆变器、直流斩波、感应加热、不停电电源UPS 以及家用电器等多个方面。

6、答：二次击穿是指在一次击穿后，如果继续增高外接电压，则I C 将继续增大，当C I 增大到一定值时，CE U 会突然降低到一个较小的值，C I 迅速增大，这种现象为二次击穿。

二次击穿是由于集电极电压升高到一定值（未达到极限值）时，发生雪崩效应造成的。

保护方法：1、采用缓冲电路：与GTO 的缓冲电路相同，由于电路中有电感的存在，在半导体器件关断时，往往会在期间上产生很高的过电压，反向偏置二次击穿，缓冲电路将起到重要的保护作用，并可减小关断损耗；2、（2）过流、短路保护：GTR 承受浪涌电流能力较弱，工作频率高，快速熔断器不能对其进行有效的保护，在驱动电路中采用过流、短路保护是最有效的方法之一。

GTR 在饱和导通时管压降ce U 很小，当过流时，基极提供的电流不足，将使晶体管推出饱和，ce U 增高，晶体管电压电流都很大，容易发生二次击穿，损坏GTR ，此时若能对ce U 进行检测，当其升高到一定值时，关断GTR 可有效的起到保护作用；当b I 一定时，be U 随c I 的增大而升高，在当发生短路时，对be U 的监控将起到比ce U 更有效地作用。

7、答：1）出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装。

也可用细铜线把各个引脚连接在一起，或用锡纸包装应放在具有屏蔽性能的容器中，取用时工作人员要通过腕带良好接地，取出的器件时不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件；2）在焊接电路前，焊接前应把电路板的电源线与地线短接，并使工作台和烙铁良好接地，且烙铁必须断电后进行焊接；3）测试器件时，仪器和工作台都必须良好接地。

8、答：MOSFET 有栅极G 、源极S 和漏极D 三个电极，根据载流子的性质，可分为P 沟道和N 沟道两大类；根据零栅压时器件的导电状态，又可分为耗尽型和增强型两类：栅极电压为零时已存在导电沟道的称为耗尽型，栅极电压大于零时才存在导电沟道的称为增强型，这两类MOSFET 的工作原理相同，功率场效应晶体管一般为N 沟道增强型。

当漏极接电源正极，源极接电源负级，栅源极间的电压为零时，P 基区与N 区之间的PN 结反偏，漏源极之间无电流通过。

如在栅源极间加一正电压GS U ，则栅极上的正电压将其下面的P 基区中的空穴推开，而将电子吸引到栅极下的P 基区的表面，当GS U 大于开启电压T U 时，栅极下P 基区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P 型半导体反型成N 型半导体，成为反型层，由反型层构成的N 沟道使PN 结消失，漏极和源极间开始导电。

GS U 数值越大，P-MOSFET 导电能力越强，D I 也就越大。

9、答：IGBT 的等效电路图和符号为：工作原理为：IGBT 与MOSFET 一样也是电压控制型器件，在它的栅极—发射极间施加十几伏的直流电压，只有微安级的漏电流流过，基本上不消耗功率。

当IGBT 门极加上正电压时，MOSFET 内形成导电沟道，并为PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。

当IGBT 门极加上负电压时，MOSFET 内沟道消失，切断PNP 晶体管的基极电流，IGBT 关断。

第二章 一、判断题1、✓；2、✗；3、✗；4、✓；5、✗；6、✗；7、✗；8、✓；9、✗；10、✓；11、✗；12、✗；13、✓；14、✗二、单项选择1、A ；2、D ；3、B ；4、B ；5、C ；6、C ；7、C ；8、A ；9、B ；10、A ；11、D ；12、B ；13、D ；14、C三、思考题1、答：在单相整流电路中，把晶闸管从承受正向阳极电压起到受触发脉冲触发而导通之间的电角度α称为控制角，亦称为触发延迟角或移相角。

晶闸管在一个周期内导通时间对应的电角度用θ表示，称为导通角，且απθ-=。

2、解：根据已知条件得：当o0=α时：21cos 1cos00.450.452209922od U U V α++==⨯⨯=999.910d d U V I A R ===Ω当60o α=时：21cos 1cos600.450.4522074.2522od U U V α++==⨯⨯=74.257.410d d U V I A R ===Ω3、解：根据已知条件得：单相全控桥式整流电路电阻性负载输出电压平均值公式为：2cos 19.02α+=U U d22260cos 110.3930.90.9220d U U α⨯∴=-=-=-⨯ 113o α∴=301522d dT I A I A ===4、解：根据已知条件得： 1）、输出电压和负载的电流的大小20.9cos 0.9220cos6099o d U U V V α==⨯⨯=；999.910d d U V I A R ===Ω2)、流过晶闸管的电流9.9 4.9522d dT I A I A === 3）、晶闸管两端承受的最大电压TM U2220311TM U V V =选择晶闸管（考虑2倍的裕量） 23112622Tn TM U U V ∴==⨯=又因为选择管子的电流参数因考虑电路中的做大电流，即0o α=状态下。

所以：020.90.9220198d U U V V ==⨯=；19819.810d d U V I A R===Ω19.814T d I A A ∴==； Tn T(AV)142217.81.57 1.57I I A =⨯=⨯=即：所选管子的型号为：KP20-10型晶闸管。

5、分别画出单相全控桥式整流，电阻性负载和电感性负载，控制角o30=αo 60、o 90时的输出平均电压d u 、晶闸管两端VT1u 的波形。

答：1）、电阻性tt30=αt=αt60oα=tα=t90oα=2）、电感性：tt30=αtα=ttα=t6、解：根据已知条件得： 1）、输出电压和负载的电流的大小21cos 1cos600.90.9220148.522o d U U V V α++==⨯⨯=148.51510d d U V I A R ==≈Ω2)、流过晶闸管的电流157.522d dT I A I A === 3）、晶闸管两端承受的最大电压TM U2220311TM U V V =7、解：根据已知条件得： 1）、输出电压和负载的电流的大小21cos 1cos600.90.9220148.522o d U U V V α++==⨯⨯=148.51510d d U V I A R ==≈Ω2)、流过晶闸管和续流二极管的电流平均值和有效值是多少？1806011552o o dT d o I I A A παπ--===⨯=;158.66T d I A A ===60155180o dD d o I I A A απ==⨯=; 158.66D d I A A === 3）、晶闸管两端承受的最大电压TM U2220311TM U V V =选择晶闸管（考虑2倍的裕量） 23112622Tn TM U U V ∴==⨯=又因为选择管子的电流参数因考虑电路中的做大电流，即0oα=状态下。