二极管与晶闸管
电力电子技术(第4版)第3讲 电力电子器件
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
⑵ GTO的动态特性
iG
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t s ，使等效晶体退出饱 和 。 下降时间 t f ，
O t
尾部时间 t —残存载流子复
t
iA IA 90%合。
10%IA 0
电力电子器件
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 电力电子技术
A 强 G K O U AK 光强度 弱
a)
b)
因此目前在高压大功率 的场合。
图1-10 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
1.6
典型全控型器件
1.6.0 引言
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。
20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时 代。
第1章：
电力电子器件
1.6.2
术语用法：
电力晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为 巨型晶体管） 。
耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 （ Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称 为Power BJT。 应用:
串联二极管式晶闸管逆变电路
串联二极管式晶闸管逆变电路晶闸管逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路，广泛应用于工业控制、电力变频、电动机调速等领域。
而串联二极管式晶闸管逆变电路是一种常见的晶闸管逆变电路拓扑结构，本文将对其原理和特点进行详细介绍。
一、串联二极管式晶闸管逆变电路的原理串联二极管式晶闸管逆变电路由晶闸管、二极管和负载组成。
晶闸管是一种具有控制性的电子开关器件，能够实现对电流的精确控制。
而二极管则起到了保护晶闸管的作用，防止其反向击穿。
负载则是电路的输出部分，可以是电动机、灯泡等。
在串联二极管式晶闸管逆变电路中，晶闸管和二极管以串联的方式连接，形成一个闭合的回路。
当外部施加正向电压时，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管和负载，实现直流到交流的转换。
而当外部施加反向电压时，晶闸管会自动断开，二极管则开始导通，防止电流反向流入晶闸管，保护其不被击穿。
二、串联二极管式晶闸管逆变电路的特点1. 简单可靠：串联二极管式晶闸管逆变电路的结构简单，元件较少，故而可靠性较高。
2. 输出电压稳定：晶闸管作为开关器件，其控制性能良好，能够实现对输出电压的精确控制，保证输出电压的稳定性。
3. 适用范围广：串联二极管式晶闸管逆变电路能够适应不同功率和电压等级的负载，具有较大的适应性。
4. 转换效率高：晶闸管作为开关器件，其导通和截止状态切换速度快，转换效率高。
5. 可实现双向电流：串联二极管式晶闸管逆变电路的输出电流可以实现正反向流动，可适应不同工作条件的需求。
三、串联二极管式晶闸管逆变电路的应用串联二极管式晶闸管逆变电路广泛应用于工业控制领域。
其主要应用包括：电力变频调速系统、电动机调速系统、无级调速系统、电压调节系统等。
在这些应用中，晶闸管逆变电路能够将直流电源转换为交流电源，满足电机的不同转速要求，实现精确控制。
串联二极管式晶闸管逆变电路还可用于电力电子调光系统、电力电子补偿系统、电力电子制冷系统等领域。
在这些应用中，晶闸管逆变电路能够实现对电能的精确调节和控制，提高系统的效率和稳定性。
晶闸管二极管主要参数及其含义
晶闸管二极管主要参数及其含义IEC标准中用来表征晶闸管二极管性能特点的参数有数十项但用户经常用到的有十项左右本文就晶闸管二极管的主要参数做一简单介绍1、正向平均电流IF(AV)(整流管)通态平均电流IT(AV)(晶闸管)是指在规定的散热器温度THS 或管壳温度 TC时,允许流过器件的最大正弦半波电流平均值此时器件的结温已达到其最高允许温度Tjm仪元公司产品手册中均给出了相应通态电流对应的散热器温度THS 或管壳温度 TC值用户使用中应根据实际通态电流和散热条件来选择合适型号的器件2、正向方均根电流IFRMS(整流管)通态方均根电流ITRMS(晶闸管)是指在规定的散热器温度THS 或管壳温度 TC时,允许流过器件的最大有效电流值用户在使用中须保证在任何条件下流过器件的电流有效值不超过对应壳温下的方均根电流值3、浪涌电流IFSM (整流管)ITSM(晶闸管)表示工作在异常情况下器件能承受的瞬时最大过载电流值用10ms底宽正弦半波峰值表示仪元公司在产品手册中给出的浪涌电流值是在器件处于最高允许结温下施加80% VRRM条件下的测试值器件在寿命期内能承受浪涌电流的次数是有限的用户在使用中应尽量避免出现过载现象4、断态不重复峰值电压VDSM反向不重复峰值电压VRSM指晶闸管或整流二极管处于阻断状态时能承受的最大转折电压一般用单脉冲测试防止器件损坏用户在测试或使用中应禁止给器件施加该电压值以免损坏器件5、断态重复峰值电压VDRM反向重复峰值电压VRRM是指器件处于阻断状态时断态和反向所能承受的最大重复峰值电压一般取器件不重复电压的90%标注高压器件取不重复电压减100V标注用户在使用中须保证在任何情况下均不应让器件承受的实际电压超过其断态和反向重复峰值电压6、断态重复峰值漏电流IDRM反向重复峰值漏电流IRRM为晶闸管在阻断状态下承受断态重复峰值电压VDRM 和反向重复峰值电压VRRM时流过元件的正反向峰值漏电流该参数在器件允许工作的最高结温Tjm下测出7、通态峰值电压VTM(晶闸管)正向峰值电压VFM(整流管)指器件通过规定正向峰值电流IFM (整流管)或通态峰值电流ITM(晶闸管)时的峰值电压也称峰值压降该参数直接反映了器件的通态损耗特性影响着器件的通态电流额定能力点图进入相册点图进入相册点图进入相册点图进入相册点图进入相册。
晶闸管课件.
A2 ～
O
α
α
A1
＋
G
uo
－
2
t
α
可关断晶闸管及其直流调压管相同。
不同之处在于：普通晶闸管在导通后，控制极不再
起作用，只有在阳极电压为零时，晶闸管才会关断
（截止）。而可关断晶闸管
在uA＞0, uG＞0时，由截止变为导通
A
，而在uA＞0, uG＜0时，即加负脉冲
A
形成正反馈过程
T1
R
G EG
T2
EA
+ _
K EA > 0、EG > 0
在极短时间内使两个 三极管均饱和导通，此 过程称触发导通。
晶闸管导电实验
（1）晶闸管截止时，
若uA>0, uG≤0，晶闸管 仍然 截止；
（2）晶闸管截止时，
若uA>0, uG>0,晶闸管由 截止变为导通；
＋
EA
－
S
EG
－＋
（3）晶闸管导通时，若uA>0, uG≤0，晶闸管仍然 导通；
(2) 有源逆变。有源逆变是指把直流电变换成与 电网同频率的交流电，并将电能返送给交流电源。例 如, 目前采用的高压输电工程，将三相交流电先变换 成高压直流电，再进行远距离的输送，到目的地后， 再利用有源逆变技术把直流电变成与当地电网同频率 的交流电供给用户。
(3) 交流调压。 交流调压是指把不变的交流电压 变换成大小可调的交流电压。例如，用于灯光控制、 温度控制及交流电动机的调压调速。
–
D2 –
3.工作波形
t
uO为一个 2O
π+α
α
不完整的全
波脉动电压，
t
它相当于从 O
第1章--电力晶体管和晶闸管
一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高， 则IH越小
3) 擎住电流 IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发 信号后， 能维持导通所需的最小电流。 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
IG2 > IG1 > IG =0
UBO UA
雪崩 击穿
图1-5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
16
IA
四、晶闸管的阳极伏安特性
正向 导通
1) 正向特性
URSM URRM -UA
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻
断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向
J1 J2 J3
K
a)
b)
图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
K G
A c)
11
晶闸管的管耗和散热：
管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压
管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超 过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热 和冷却。
冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风 扇）、水冷
雪崩 击穿
UDSM
电电压流超急过剧临增界大极，限器即件开正通向。转折电压Ubo，则漏
-IA
图1-5 晶闸管的伏安特性
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降
IG2>IG1>IG
低。
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相 仿。
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
电力二极管和晶闸管
——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变 换或控制任务的电路。
2）分类: 电真空器件
(汞弧整流器、闸流管等)
半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅）
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
处理电功率的能力，一般远大于处理信息的 电子器件。
其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至 兆瓦级, 多都远大于处理信息的电子器件。
驱动
路
电路
V2 主电路
电气隔离 电力电子器件在实际应用中的系统组成
3、电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就
不需要驱动电路。
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控
制其关断。
一、 晶闸管的结构
外形结构： 塑封形
平板形
螺栓形
外形有塑封形、螺栓形和平板形三种封装。
塑封形 —— 额定电流10A以下。 螺栓型 —— 额定电流10～200A。 平板形 —— 额定电流200A以上。
阴极 K
门极 G
晶闸管的外形及电气图形符号
A 阳极
有三个联接端。 螺栓形封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。 平板形晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力二级管和晶闸管
补充内容：电力电子器件概述 1.1 电力二极管 1.2 晶闸管 1.3 双向晶闸管及其他派生晶闸管 本章小结
电子技术的基础 ——电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——电力电子器件
本章主要内容： 概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍电力二极管、晶闸管的工作原理、基本特性、主 要参数、选择和使用中应注意问题。
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
二极管、三极管、晶闸管简介
5、 二极管作用： 整流：将交流电信号转换成直流电信号。 检波：用于高频信号的调解（信号转换）。 发光：用于装饰或各种信号指示。 变容：用于各种自动调谐电路。 光电：用于光的测量；当制成大面积的光电二极管，可当做一种能源，称为光电池。
整流（利用单向导电性）
把交流电变为直流电，称为整流。一个简单的二极管半波整流电路如图(a)所示。若二极管为理想二极管，当输入一 正弦波时，由图可知：正半周时，二极管导通(相当开关闭合)，vo=vi；负半周时，二极管截止(相当开关打开)， vo =0。其输入、输出波形见图(b)。整流电路是直流电源的一个组成部分。
vi
＋
D
＋
0
t
vi
RL
vo
vo
－
－
0
t
(a)
(b)
稳压
稳压二极管的特点就是反向通电尚未击穿前，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接 入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压 将基本保持不变。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示
1、正常二极管
二极管、三极管、晶闸管简介
晶体二极管(Diode)
1、二极管的构成 核心是PN结， P性材料和N性材料结合， 有2个出线 端，即二极管有正、负两个极
应用电路
整
稳
流
压
正极
positive
PN
负极
negative
限
幅
(a)
正极
负极
(b)
2、二极管的电路符号： D VD 3、 基本特性：单向导电性
4、分类： 根据材质分为：1）硅二极管（导通电压：0.5~0.7V） 2) 锗二极管(导通电压：0.2~0.3V) 根据用途分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
电力电子技术_洪乃刚_第二章电力电子器件
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2、晶闸管的电流参数 通态平均电流和额定电流 通态平均电流IAV国际规 定是在环境温度为40°C和在规定冷却条件下，稳定结 温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半 波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定 电流。 当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定 电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值IT折算为 正弦半波电流的平均值，其折算过程如下： 通过晶闸管正弦半波电流的平均值 ：
晶闸管开通和关断过程
晶闸管在受反向电压关断时，反向阻断恢复时间 trr，正向电压阻断能力恢复的这段时间称为正向阻断 恢复时间tgr，晶闸管的关断时间toff=trr+tgr，约为 数百微秒。 （2）dv/dt和di/dt限制 晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上 升率dv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正 向电压的dv/dt需要作一定的限制。 晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dt很 大 会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸 管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。
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二、电力二极管的伏安特性
当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时， 二极管导通。当二极管受反向电压时，二极管仅 有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。
二极管的伏安特性
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三、电力二极管的主要参数
A、额定电压 B、额定电流 C、结温
电力二极管实物图
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A、电力二极管的额定电压 反向重复峰值电压和额定电压： 额定电压即是能够反复施加在二极管上，二极 管不会被击穿的最高反向重复峰值电压URRM，该电压 一般是击穿电压UB的2/3。在使用中额定电压一般取 二极管在电路中可能承受的最高反向电压（在交流 电路中是交流电压峰值），并增加一定的安全裕量。
二极管,晶体管,晶闸管的符号
一、引言二极管、晶体管、晶闸管作为电子元件，在现代电子科技中具有重要的作用。
它们的符号不仅仅是标识其外形，更是代表着其内部结构和工作原理。
本文将深入探讨二极管、晶体管、晶闸管的符号，帮助读者更全面地理解这些电子元件的特点和应用。
二、二极管的符号二极管是一种只能导通一个方向的半导体器件，常用于电子电路中的整流、变频和限幅等功能。
在电子元件的图纸或电路图中，二极管的符号通常由一个三角形和一条水平线组成。
其中，三角形一端的角表示二极管的P端，即阳极；另一端的水平线表示二极管的N端，即阴极。
这个符号简单直观，清晰地表示了二极管的工作原理。
三、晶体管的符号晶体管是一种放大信号的半导体器件，其符号通常由一组相互连接的箭头组成。
箭头的方向表示了晶体管中电流的流向，以及控制端与电流流向之间的关系。
晶体管分为NPN型和PNP型两种，对应的符号也有所不同。
NPN型晶体管的符号中，两个朝向晶体管内部的箭头表示了从基极到发射极的电流流向；而PNP型晶体管的符号中，两个背向晶体管内部的箭头表示了从发射极到基极的电流流向。
这种符号设计能够直观地反映晶体管的输电性质和工作原理。
四、晶闸管的符号晶闸管是一种可控硅器件，具有开关功能和放大功能，被广泛应用于电力电子等领域。
其符号通常由一个由两个箭头组成的三角形和一个控制极组成。
三角形的两个箭头表示了晶闸管中的PN结，控制极则表示了晶闸管的触发电路。
晶闸管的符号设计简单明了，能够清晰地表示其内部结构和工作原理。
五、总结通过深入探讨二极管、晶体管、晶闸管的符号，我们可以更全面地理解这些电子元件的特点和应用。
二极管的符号由三角形和水平线组成，简洁直观；晶体管的符号由一组箭头表示，能够清晰地反映其输电性质和工作原理；晶闸管的符号由三角形和控制极组成，简单明了。
这些符号设计不仅帮助工程师们更方便地理解电路图，也为电子元件的应用提供了便利。
六、个人观点和理解在我看来，电子元件的符号设计是非常重要的，它直接影响着工程师们对电路图的理解和设计。
晶闸管及其触发电路简介
C3
12
13
14 15
R1 2
16
(1~ 6脚为6路单脉冲输入)
16
1
15
2
14
3
4
5
6
7
8
13
12
KJ0 4 1
11
10
9
(1 5 ~1 0脚为6路双脉冲输出)
至VT1 至VT2 至VT3 至VT4 至VT5 至VT6
电力电子技术 第5章
晶闸管的触发电路
交流开关及其应用电路
常规的电磁式开关在断开负载时往往有电弧产生， 触头易烧损、开断时间长；在运行过程中会产生噪音 污染环境等等。由电力电子器件组成的交、直流开关 具有无触头、开关速度快、使用寿命长等优点，因而 获得广泛的应用。
A
P1
N1
G
P2
N2
K
A
IA α1
P1N1P2
IC1
IC2
G
α2
N1P2N2
IK
K
A
G K
电力电子技术 第5章 晶闸管的触发电路
门极关断（GTO）晶闸管
2. 导通关断条件
A
G K
A
R
IA
P1N1P2
IG
α1
IC1
IC2
EA
G N1P2N2 α2
EG
IK
K
导通过程等效电路
导 通 与晶闸管相同，AK正偏，GK正偏。
电力电子技术 第5章 晶闸管的触发电路
第一节 单结晶体管触发电路
b2
e
VD Rb2 A
UD Rb1
UA
Rb2U bb Rb1 Rb2
Ubb
单元七 半导体器件及应用
补充，因此，自由电子和空穴总是成对产生，同时又不断复合，二者数量始终相
等。 在一定温度条件下，电子空穴对的产生和复合达到动态平衡，半导体中维
持一定数目的载流子。当温度升高时，电子空穴对的数目增多，导电性能增强。
所以温度对半导体器件性能影响极大。
PN结
1 . 1半导体基础知识
在正常情况下，原子是电中性的。 当价电子成为自由电子后，原子
或反向饱和电流。
晶体二极管
２. 2 二极管的伏安特性
二极管具有反向击穿特性：
当加在二极管两端的反向电压大于某一数值(击穿电压)后，反向电流突然
急剧增大，此时称二极管反向击穿。
二极管的反向击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种。
齐纳击穿:在高掺杂浓度的情况下，反向电压较大时，使价电子脱离共价
键束缚，产生电 子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。 如
2023/5/21
“ 十 二 五” 职业教育国家规划教材
经 全 国 职 业 教育教 材审定 委员会 审定
汽车电工与电子基础
（第4版）
三相交流电路
磁路与变压器
交流电动机及控制
直流电动机
半导体器件及应用
三极管及放大电路
数字电路基础
电子电力技术
汽车微机控制系统介绍
2023/5/21
单元七 半导体器件及应用
光敏二极管
光敏二极管，又称光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是
类似的，其管芯是一个具有光敏特征的ＰＮ结，具有单向导电性，因此工作
时需加上反向电压。无光照时， 有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时
光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，
它随入射光强度的变化而变化。 当光线照射ＰＮ结时，可以使ＰＮ结中产生
晶闸管、二极管主要参数及其含义
在规定条件下，不会导致晶闸管从断态转换到通态所允许的最大正向电压上升速度。一般制造商产品手册中给出了所有品种晶闸管的最小dv/dt值。
11．门极触发电压VGT
门极触发电流IGT
在规定条件下，能使晶闸管由断态转入通态所需的最小门极电压和门极电流。晶闸管开通过程中的开通时间、开通损耗等动态性能受施加在其门极上的触发信号强弱影响很大。如果在应用中采用较临界的IGT去触发晶闸管，将不能让晶闸管得到良好的开通特性，某些情况下甚至会引起器件提前失效或损坏。因此我们建议用户应用中采用强触发方式，触发脉冲电流幅值：IG≥10IGT；脉冲上升时间：tr≤1μs。为了保证器件可靠工作，IG必须远大于IGT。
12．结壳热阻Rjc
指器件在规定条件下，器件由结至壳流过单位功耗所产生的温升。结壳热阻反映了器件的散热能力，该参数也直接影响着器件的通态额定性能。一般制造商产品手册中对平板式器件给出了双面冷却下的稳态热阻值，对半导体功率模块，给出了单面散热时的热阻值。用户须注意，平板式器件的结壳热阻直接受安装条件的影响，只有按手册中推荐的安装力安装，才能保证器件的结壳热阻值满足要求。
4．断态不重复峰值电压VDSM
反向不重复峰值电压VRSM
指晶闸管或整流二极管处于阻断状态时能承受的最大转折电压，一般用单脉冲测试防止器件损坏。用户在测试或使用中，应禁止给器件施加该电压值，以免损坏器件。
5．断态重复峰值电压VDRM
反向重复峰值电压VRRM
是指器件处于阻断状态时，断态和反向所能承受的最大重复峰值电压。一般取器件不重复电压的90%标注（高压器件取不重复电压减100V标注）。用户在使用中须保证在任何情况下，均不应让器件承受的实际电压超过其断态和反向重复峰值电压。
电力电子题库(第一章~第四章)
《电力电子技术》机械工业出版社命题人马宏松第一章功率二极管和晶闸管知识点：●功率二极管的符号，特性，参数●晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、工作原理一、填空题1、自从_1956__ __ 年美国研制出第一只晶闸管。
2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。
3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。
4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺一不可。
5、晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。
6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
7、双向晶闸管的四种触发方式：I+ 触发方式 I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。
8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。
9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。
10、功率二极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截止。
11、对同一晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L在数值大小上有I L___>_____I H。
12、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM__<______U BO13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。
14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管，50表示额定电流50A，7表示额定电压700V。
17、只有当阳极电流小于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
18、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小。
二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。
（错）2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。
直流电路中的电力电子元件
直流电路中的电力电子元件直流电路是电流方向保持稳定的电路，其中使用的电力电子元件起着重要的作用。
电力电子元件是在电力电子技术的基础上发展起来的，具有稳定性好、高效率、节能等特点。
本文将介绍直流电路中常见的电力电子元件，包括二极管、晶闸管和MOSFET三个方面。
一、二极管二极管是一种简单且常用的电力电子元件，在直流电路中扮演着整流和稳压的重要角色。
1. 半导体材料二极管的核心是半导体材料。
半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的物质，如硅和锗等。
它们能够在一定条件下导电，也可以被控制地变成绝缘体。
2. 工作原理二极管由P型半导体和N型半导体组成。
当接入电路时，P型半导体的空穴和N型半导体的电子互相扩散，形成一个p-n结。
当正向偏置（即正极连接在P区，负极连接在N区）时，电流可以顺利通过二极管，实现电路的导通。
而当反向偏置（即正极连接在N区，负极连接在P区）时，由于p-n结的形成，电流无法通过二极管，实现电路的截流。
3. 应用二极管广泛应用于直流电源的整流电路中。
它将交流电转换为直流电，确保电子设备正常工作。
另外，在稳压电路中，二极管也起到了重要的作用，可以实现对电压的稳定控制。
二、晶闸管晶闸管是一种控制型的电力电子元件，主要用于直流电路的开关控制和功率调节。
1. 结构和工作原理晶闸管由P区、N区和控制端组成。
正向偏置时，P区的空穴和N区的电子扩散，形成p-n结。
在无控制信号下，晶闸管处于关断状态。
然而，当控制端施加一个正脉冲信号时，晶闸管突然变为导通状态。
此时，只有当正向电流大于一定值时，晶闸管才能始终保持导通状态。
而当电流降至零时，晶闸管会自动断开。
2. 功能晶闸管可以实现高速开关控制，可以用作直流电机的调速装置、可靠地实现电源开关，并有效地保护电路免受过电流和过压的损害。
三、MOSFETMOSFET是一种现代化的电力电子元件，具有高效率、低电阻和高速开关等特点，广泛应用于直流电路中。
1. 结构MOSFET由金属-氧化物-半导体结构组成，主要有N沟道MOSFET和P沟道MOSFET两种类型。
电力电子第一章
0
I m d (ωt ) =
3
当考虑2倍的安全余量时， 当考虑2倍的安全余量时，Im的允许值为
《电力电子技术》
Im =
3 × 78.5 A = 68A 2
4．晶闸管的其他参数 ．
维持电流I 在室温和门极断开时， (1)维持电流 H 在室温和门极断开时，器件从较大的通态电流 最小电流称为维持电流。 降至维持通态所必需的 最小电流称为维持电流 。 它一般为 几毫安到几百毫安。 几毫安到几百毫安。 擎住电流I 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号， (2)擎住电流 L 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号，能 使器件保持导通所需要的最小阳极电流。 使器件保持导通所需要的最小阳极电流。 断态电压临界上升率du／ 在额定结温和门极开路情况下， (3)断态电压临界上升率 ／dt 在额定结温和门极开路情况下， 不使器件从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态 电压临界上升率。 电压临界上升率。 通态电流临界上升率d ／ 在规定条件下， ( 4 ) 通态电流临界上升率 di／dt 在规定条件下 ， 晶闸管在门极 触发开通时所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为 通态电流临界上升率。 通态电流临界上升率。
《电力电子技术》
六、晶闸管的门极伏安特性及主要参数
和门极不触发电流I 1.门极不触发电压UGD和门极不触发电流 GD 门极不触发电压 不能使晶闸管从断态转入通态的最大门极电压称为门极 不触发电压U 相应的最大电流称为门极不触发电流I 不触发电压 GD，相应的最大电流称为门极不触发电流 GD。 门极触发电压U 和门极触发电流I 2.门极触发电压 GT和门极触发电流 GT 在室温下，对晶闸管加上6V 正向阳极电压时， 使器件由 在室温下， 对晶闸管加上 6 正向阳极电压时， 极电流称为门极触发电流I 断态转入通态所必须的最小门 极电流称为门极触发电流 GT， 相应的门极电压称为门极触发电压U 相应的门极电压称为门极触发电压 GT。 门极正向峰值电压U 门极正向峰值电流I 3.门极正向峰值电压 GM、门极正向峰值电流 GM和门极峰值功 率PGM 在晶闸管触发过程中， 在晶闸管触发过程中 ， 不致造成门极损坏的最大门极电 压 、 最大门极电流和最大瞬时功率分别称为门极正向峰值电 门极正向峰值电流I 和门极峰值功率P 压 UGM、 门极正向峰值电流 GM 和门极峰值功率 GM。 使用时 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。
晶闸管的构造和工作原理
晶闸管的构造和工作原理晶闸管（Thyristor）是一种功率电子器件，由晶体管和二极管组成。
它具有三个引脚，分别是控制极（Gate），阳极（Anode）和阴极（Cathode）。
晶闸管常用于高电流、高电压和高功率的控制电路中。
本文将详细介绍晶闸管的构造和工作原理。
1.构造：晶闸管的基本结构是由PNPN四层结构的晶体管与二极管串联而成。
这四层结构分别是P型材料、N型材料、P型材料和N型材料。
这个结构可以用一个“门”、“阳”和一个“阴”桥线来形象地表示。
2.工作原理：（1）正向偏压放电：当正向电压施加在晶闸管上时，由于正偏压的存在，P1-N1结和P3-N2结都形成了电反向势垒。
只有阳极（A）与阴极（K）之间的N2芯片的电势压降可以克服势垒电位，晶闸管处于开路状态。
（2）开关行为：当一个触发脉冲施加到控制极（G）时，晶闸管的NPNP四层结的N1区电流被注入，从而降低了N1-P2结区的耐压。
晶闸管的二极管为N1结和P2结，开关电压达到断开电压时，晶闸管会开始导电。
（3）负向偏压阻断：当负偏电压施加在晶闸管上时，P3-N2结和P1-N1结都会产生电反向势垒。
这些势垒会使结区的电压无法降低到低电压状态的门极Vg，从而保持了晶闸管的封闭状态。
（4）关断行为：为了在晶闸管中实现关断行为，需要通过应用一个消除或减小持续导电的电流的方法来降低控制脉冲的电流。
一种常用的方式是直接短路晶闸管间的阳极电流。
晶闸管是一个双向导电的器件，一个触发脉冲可以打开它，而只有当阴极和阳极之间的电压掉落为零时，它才能关闭。
这使得晶闸管适用于许多应用，如照明调光、变频器、交流传动和交流电压控制等。
晶闸管有很多特点，包括电流放大、高开关速度、可靠性、耐压性好、反向电压稳定性等。
因此，晶闸管在现代电力电子器件中广泛应用。
总的来说，晶闸管是一种特殊的PNPN结构器件，具有双向导电性能。
控制极通过触发脉冲可以打开晶闸管，同时只有当阴极和阳极之间的电压为零时，晶闸管才会关闭。
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外电场
内电场
I正
实用文档
23
PN结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强 ，多子的扩散受 抑制。少子漂移 加强，但少子数
N量成有较限小，的只反能向形电+
流。
内电场 外电场
I反
实用文档
24
归纳
PN结的单向导电性
◆ 正向特性
P（+），N（-），外电场削弱内电场，结导通，I大； I的大小与外加电压有关；
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键
中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱
离共价键成为自由电子，因此本征半导体中
的自由电子很少，所以本征半导体的导电能
力很弱。
实用文档
4
3）在绝对0度和没 有外界激发时,价电子完 全被共价键束缚着，本 征半导体中没有可以运 动的带电粒子（即载流 子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
实用文档
6
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是
同时成对出现的，称为电子空穴对。
实用文档
7
归纳
本征半导体的导电机理
❖ 本征半导体中存在数量相等的两种载流
子，即自由电子和空穴。
❖ 本征半导体的导电能力取决于载流子的
浓度。
❖温度越高载流子的浓度越高本征半导
体的导电能力越强。
实用文档
8
2. 杂质半导体
发光二极管
实用文档
37
发光二极管常用作照明或显示器件，除单个使用外，也 可制成七段式或点阵显示器，显示数字或图形文字，甚至用 成千上万个发光二极管点阵制成超大面积的户外电视屏幕。
a）汽车尾灯 b）交通信号灯 c）点阵显示屏
LED灯应用示例
实用文档
38
4．光敏二极管
光敏二极管也称光电二极管，是一种将光信号变成电信 号的半导体器件。
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力
明显改变。
实用文档
2
1. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗
本征半导体的导电机理 1）最外层四个价电子。
2）共价键结构
Ge
Si
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原实子用文档 共价键共用电子对 3
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
2．稳压二极管
稳压二极管是利用二极管反向击穿特性工作的半导体 器件。
a） 常见外形
b）电路图形符号
稳实压用二文极档管
35
稳压二极管的正向特性与普通硅二极管相似，但它的 反向击穿特性很陡。
稳压二极管的伏安特性曲线 实用文档
最简单的串联稳压电路 36
3．发光二极管
a)内部结构图 b)普通发光二极管 c)贴片式发光二极管 d)图形符号
电称流为，反P向N饱结和呈电现流高。阻性。
实用文档
20
❖空间电荷区中没有载流子。
❖空间电荷区中内电场阻碍多子（ P中的 空穴、N中的电子） 的扩散运动。
❖空间电荷区中内电场推动少子（ P中的 电子、N中的空穴） 的漂移运动。
❖ P中的电子和N中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的漂移电流 很小。
外加的反向电压有一部分
降落在PN结区，方向与
PN结内电场方向相同，加
强了内在电一场定。的内温电度场条对件多
子下扩，散由运本动征的激阻发碍决增定强的，少
扩子散浓电度流是大一大定减的小，。故此少时子
P形N成结的区漂的移少电子流在是内恒电定场的的
作，用基下本形上成与的所漂加移反电向流电大压
于的扩大散小电无流关，，可这忽个略电扩流散也
a）外形
b）内部结构 光实敏用二文极档管
c）图形符号
39
5．开关二极管
开关二极管一般用于接通或切断电路，它是利用PN结 的正向偏置导电、反向偏置截止的特性完成工作的。
开关二实极用文管档
40
6．变容二极管
变容二极管是利用PN结电容效应的一种特殊二极管。
a) 外形
b)图形符号
c) C-u关系曲线
变容二极管
内电场E
N型半导 体
+ +++++ 内电场越强，就使漂
+ + + 移+ 运+动越+ 强，而漂移
+ + + 使+ 空+间电+ 荷区变薄。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽。
扩实用散文运档 动
16
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
N型半导体
实用文档
13
5.1.2 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和 N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面 处就形成了PN结。
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
实用文档
14
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
内电场E N型半导体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩实散用文运档 动
15
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
4）在热或光激发 下，使一些价电子获 得足够的能量而脱离 共价键的束缚，成为 自由电子，同时共价 键上留下一个空位， 称为空穴。
+4
+4
空
穴
+4
+4
自由 电子
+4
+4
+4
+4
束缚 电子
实用文档
5
5）自由电子和空穴的运动形成电流
+4 +4 +4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。
◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
实用文档
12
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼， 使空穴浓度大大增加。
多数载流子（多子）：空穴。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：电子。取决于温度。
+4
+4
空穴
+3
+4
硼原子
实用文档
11
归纳
◆
1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为多 数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。
◆
2、杂质半导体中多数载流子的数量取决于掺杂 浓度，少数载流子的数量取决于温度。
P型区
空间
N型区
电荷
区
实用文档
18
1） PN结加正向电压时的导电情况
外加的正向电压有一 部分降落在PN结区 ，方向与PN结内电 场方向相反，削弱了 内电场。于是,内电场 对多子扩散运动的阻 碍减弱，扩散电流加 大。扩散电流远大于 漂移电流，可忽略漂 移电流的影响，PN 结呈现低阻性。
实用文档
19
2. PN结加反向电压时的导电情况
在本征半导体中掺入某些微量杂质。
杂质半导体使某种载流子浓度大大增加。
1）N型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价元素磷， 使自由电子浓度大大增加。
实用文档
9
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
实用文档
10
2）P型半导体
U >0，VD导通；UD=0 E ，I取决于外电路；相当于
UD
I VD
一个闭合的开关
E
I
U
U 0，VD截止；I=0， E
UD（负值）取决于外电路
UD VD
；相当于一个断开的开关
I反
E U
I反
实用文档
32
二极管的简易判别
实用文档
33
常用二极管类型
1．整流二极管
整流二极管实物图
实用文档
34
整流电路波形图
◆ 反向特性