重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院-實驗一 SCR、GTO、MOSFET

1、實驗一 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實驗指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師:黃琴、詹星黃琴、詹星電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)

2、學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗直流調(diào)速UUVUUWUVWUUNUVNUWN電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗交流調(diào)速UUVUUWUVWUUNUVNUWN電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗一、實驗?zāi)康?(1)晶體閘流管的判別 (2)掌握各種電力電子器件的工作特性。 (3)

3、掌握各器件對觸發(fā)信號的要求。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗二、實驗所需掛件及附件序號序號型號型號備注備注1 1DK08 DK08 給定及實驗器給定及實驗器件件Ug=015V可調(diào)可調(diào)UAK=24V2 2DK09 DK09 新器件特性實新器件特性實驗驗SCR、GTO、MOSFET、IGBT 、GTR 。3 3DK11 DK11 單相調(diào)壓與可單相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載調(diào)負(fù)載45 =90并904 4萬用表萬用表DT9205電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新

4、器件特性實驗實驗注意事項 因為晶閘管的門極與陰極之間是一個因為晶閘管的門極與陰極之間是一個PN結(jié)結(jié),所以所以Ug只有只有0.7V,在測量在測量Ug時將門極與給時將門極與給定電源取開。定電源取開。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗可控硅的特性測試電路聯(lián)接圖電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗鑒別可控硅鑒別可控硅 鑒別可控硅三個極的方法很簡單，根據(jù)P-N結(jié)的原理原理，只要用萬用表測量一下三個極之間的電阻值就可以。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)

5、重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗鑒別可控硅鑒別可控硅 陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上（它們之間有兩個P-N結(jié)，而且方向相反，因此陽極和控制極正反向都不通）。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗鑒別可控硅鑒別可控硅 控制極與陰極之間是一個P-N結(jié)，因此它的正向電阻大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大?？墒强刂茦O二極管特性是不太理想的，反向不是完全呈阻斷狀態(tài)的，可以有比較大的電流通過，因

6、此，有時測得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特性不好。另外，在測量控制極正反向電阻時，萬用表應(yīng)放在R*10或R*1擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗鑒別可控硅鑒別可控硅 若測得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路，說明元件已損壞。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗（二）、二極管（二）、二極管 用數(shù)字萬用表判斷用數(shù)字萬用表判斷 依據(jù)：二極管具有單向

7、導(dǎo)電性。依據(jù)：二極管具有單向?qū)щ娦浴?方法：將功能開關(guān)置方法：將功能開關(guān)置“ ”處，紅表筆為高電處，紅表筆為高電位，黑表筆為低電位，兩者壓差為位，黑表筆為低電位，兩者壓差為2. 8V，2.8V作用于二極管上，正向接法時作用于二極管上，正向接法時,即使是發(fā)即使是發(fā)光二極管也足以使其導(dǎo)通，顯示的是導(dǎo)通電壓光二極管也足以使其導(dǎo)通，顯示的是導(dǎo)通電壓值，用值，用mV 表示；反向接法時，顯示表示；反向接法時，顯示“”表表示溢出。具體如下：示溢出。具體如下： 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 紅表筆插入紅表筆插入“”，黑表筆

8、插入，黑表筆插入“” 將待測二極管并于兩表筆之間，顯示的數(shù)將待測二極管并于兩表筆之間，顯示的數(shù)據(jù)若為據(jù)若為550mV左右，則表示此二極管為左右，則表示此二極管為硅材料二極管，且紅表筆接的是哪一端為硅材料二極管，且紅表筆接的是哪一端為二極管的正極，黑表筆接的一端為二極管二極管的正極，黑表筆接的一端為二極管的負(fù)極。調(diào)換表筆則顯示的負(fù)極。調(diào)換表筆則顯示“1”，說明被測，說明被測二極管是好的，否則為壞。二極管是好的，否則為壞。 顯示的數(shù)據(jù)為顯示的數(shù)據(jù)為300mV，則表示被測的二，則表示被測的二極管為鍺材料二極管。極管為鍺材料二極管。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣

9、工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗（三）、三極管（三）、三極管 2、用數(shù)字萬用表判斷、用數(shù)字萬用表判斷 基極的判別：基極的判別： 判斷依據(jù)：是二極管具有單向電性。判斷方法同判斷依據(jù)：是二極管具有單向電性。判斷方法同二極管的判別。二極管的判別。 將功能開關(guān)置將功能開關(guān)置“ ”處，紅表筆插入處，紅表筆插入“”，黑表筆插入黑表筆插入“”。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 NPN：紅表筆接假定的：紅表筆接假定的“基極基極”，黑表筆，黑表筆分別假定的分別假定的“集電極集電極”、“發(fā)射極發(fā)射極”，兩次，兩次測量

10、結(jié)果都是顯示測量結(jié)果都是顯示550mV左右；調(diào)換表筆，左右；調(diào)換表筆，兩次測量都顯示兩次測量都顯示“1“，則表明紅表筆接的，則表明紅表筆接的是真正的基極，且該管為是真正的基極，且該管為NPN型硅材料的型硅材料的管子，該管是好的。管子，該管是好的。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 PNP：黑表筆接假定的：黑表筆接假定的“基極基極”，紅表筆，紅表筆分別接假定的分別接假定的“集電極集電極”、“發(fā)射極發(fā)射極”，兩，兩次測量結(jié)果都是顯示次測量結(jié)果都是顯示300mV左右；調(diào)換表左右；調(diào)換表筆，兩次測量都顯示筆，兩次測量都顯

11、示“1”，則表明黑表筆，則表明黑表筆接的是真正的基極，且該管為接的是真正的基極，且該管為PNP型鍺材型鍺材料的管子，該管是好的。料的管子，該管是好的。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 集電極、發(fā)射極的判別 判別依據(jù)：三極管具有電流放大作用。判別依據(jù)：三極管具有電流放大作用。 將功能開關(guān)置將功能開關(guān)置“hFE”處，根據(jù)管型將其插處，根據(jù)管型將其插入相應(yīng)的管座，基極（入相應(yīng)的管座，基極（b）插入）插入b座座,假定的假定的集電極（集電極（“c”）插入）插入c 座，假定的發(fā)射極座，假定的發(fā)射極（“e”）插入）插入e 座

12、，若顯示的數(shù)據(jù)為座，若顯示的數(shù)據(jù)為值，值，為幾十為幾十-幾百幾百 ,則表明假定的集電極則表明假定的集電極（“c”）是真正的集電極，假定的發(fā)射極）是真正的集電極，假定的發(fā)射極（“e”）是真正的發(fā)射極）是真正的發(fā)射極e；顯示的；顯示的值值 很很小小,則表明此種接法不正確。則表明此種接法不正確。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗場效應(yīng)管的特性測試電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗門極可判斷可控硅特性測試電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)

13、學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗功率三極管特性測試電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗絕緣雙極晶體管特性測試電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗四、實驗內(nèi)容 (1)晶閘管（SCR）特性實驗。 (2)可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實驗。 (3)功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實驗。 (4)大功率晶體管（GTR）特性實驗。 (5)絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科

14、創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗六、思考題 各種器件對觸發(fā)脈沖要求的異同點？電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗大電流螺大電流螺旋式旋式小電流小電流螺旋式螺旋式大電流大電流平板式平板式小電流小電流塑封式塑封式圖形圖形符號符號電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗U Ug g(V)(V)0V0.5V 開通開通 V 0.5V撤消撤消I Id d（mAmA）U Uv v (V)(V)可控硅的

15、特性測試電路聯(lián)接圖電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗實驗結(jié)論 晶閘管的門極觸發(fā)信號只有開通功能，沒有關(guān)斷功能。要關(guān)斷電路只有關(guān)掉電源。所以晶閘管是半可控元件。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗項目項目不不加加觸觸發(fā)發(fā)信信號號開通開通關(guān)斷關(guān)斷0+0+開通開通開通開通后后去除去除U Ug gUg-Ug-關(guān)斷U Ug g(V)(V) 00.3 0.61.00-5-10I Id dU Uv v可判斷晶閘管可判斷晶閘管(GTO)的特性測試電路

16、聯(lián)接圖的特性測試電路聯(lián)接圖電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余電子電子磷原子磷原子N N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠大于本

17、征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗二、二、P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子

18、形成共價鍵時，半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。的帶負(fù)電的離子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)

19、學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗總總 結(jié)結(jié)2.N2.N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，的電子，N N型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.3.P P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1. 1. 本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子很少。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)

20、學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗PN PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和N N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了交界面處就形成了PN PN 結(jié)。結(jié)。PN結(jié)結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E漂移運動漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸

21、加寬。荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越強，漂移運動內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗漂移運動漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。電力電子技術(shù)電力電

22、子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV0電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗1.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴中的空穴. .N N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\動（擴散擴散運動運動）。）。3.3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），）

23、，數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流擴散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

24、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗(2) (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRP PN N 在一定的溫度下，在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上與基

25、本上與外加反壓的大小無關(guān)外加反壓的大小無關(guān)，所所以稱為以稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I IR R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 PN PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻， PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PNPN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?/p>

26、。導(dǎo)電性。半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號：二極管的電路符號：陽極陽極+陰極陰極-電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科

27、創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗17.1 工作原理工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P1P2N1N2四四 層層 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體K（陰極）（陰極）G（控制極）（控制極）A（陽極）（陽極）PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)三三 個個 PN結(jié)結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗符號符號AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2. 工作原理工作原理陽極陽極

28、陰極陰極控制極控制極電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效為由二個三極等效為由二個三極管組成管組成UGKUAKT1、T2都導(dǎo)通后，即使去掉都導(dǎo)通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然導(dǎo)通仍然導(dǎo)通RL(1)陽極陽極A加反向電壓，加反向電壓，或不加或不加觸發(fā)信號（即觸發(fā)信號（即UGK= 0 ）。）?？煽毓鑼?dǎo)通的條件：可控硅導(dǎo)通的條件：（1）陽極）陽極A加正電壓加正電壓 （2）控制極）控制極G加正的觸發(fā)電壓加正的觸發(fā)電壓可控硅截止的條件：可控硅截止的條件：(2)可控硅正向?qū)ê?/p>

29、，若令其關(guān)可控硅正向?qū)ê?，若令其關(guān)斷，必須減小斷，必須減小UAK（或使（或使UAK反反向），使可控硅中電流小于某向），使可控硅中電流小于某一最小電流一最小電流IH （ IH稱為維持電稱為維持電流）流）AigigigKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?。）晶閘管具有單向?qū)щ娦浴Ｈ羰蛊潢P(guān)斷，必須降低若使其關(guān)斷，必須降低 UAK 或加或加大回路電阻，把陽極電流減小到大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。維持電流以下。正向?qū)l件：正向?qū)l件：A、K間加正向電間加正向電壓，壓，G、K間加正的觸發(fā)信號。間加正的觸發(fā)信號。晶閘管的工作原理小結(jié)晶閘管的工作原理小結(jié)（2）晶閘管

30、一旦導(dǎo)通，控制極便失去作用。）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極便失去作用。17.2 特性與參數(shù)特性與參數(shù)1. 特性特性UIIHIFIG=0時時有有IG時時正向正向反向反向U - 陽極、陰極間的電壓陽極、陰極間的電壓 I - 陽極電流陽極電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓正向轉(zhuǎn)折電壓截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通后管壓降約導(dǎo)通后管壓降約1V額定正向額定正向平均電流平均電流維持電流維持電流URSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗正向特性：正向特性： 控制極開路時，隨控制極開路時，隨UAK的加大，陽極的加大，陽極電流逐漸增

31、加。當(dāng)電流逐漸增加。當(dāng)U = UDSM（正向轉(zhuǎn)折電壓）正向轉(zhuǎn)折電壓）時，晶閘管自動導(dǎo)通。正常工作時，時，晶閘管自動導(dǎo)通。正常工作時， UAK應(yīng)應(yīng)小于小于 UDSM 。反向特性：反向特性：隨反向電壓的增加，反向漏電流稍隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng)有增加，當(dāng) U = URSM （反向擊穿反向擊穿電壓）電壓）時，時，反向擊穿。正常工作時，反向電壓必須小于反向擊穿。正常工作時，反向電壓必須小于URSM。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程

32、系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2 典型全控型器件典型全控型器件引言引言門極可關(guān)斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來，電力電子技術(shù)進入了一個嶄新時代。典型代表門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2 典型全控型器件典型全控型器件引言引言常用的常用的典型全控型器件典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性

33、實驗4.2.1 門極可關(guān)斷晶閘門極可關(guān)斷晶閘管管晶閘管的一種派生器件。可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)c)AGK4.2.1 門極可關(guān)斷晶門極可關(guān)斷晶閘管閘管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點相同點： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘

34、管的不同點不同點：GTO是一種多元的功率集成器件。圖4-3 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.1 門極可關(guān)斷晶閘門極可關(guān)斷晶閘管管工作原理工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖4-14所示的雙晶體管模型來分析。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖4-4 晶閘管的雙晶體管模型及其工作

35、原理 1 1+ + 2 2=1=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。是器件臨界導(dǎo)通的條件。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益 1 1和 2 2 。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.1 門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)區(qū)別別：設(shè)計2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO。導(dǎo)通時1+2更接近1，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 RN PN

36、PN PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b)圖4-5 晶閘管的工作原理電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.1 門極可關(guān)斷晶閘門極可關(guān)斷晶閘管管GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強 。 由上述分析我們可以得到以下結(jié)論結(jié)論：電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.1 門極可關(guān)

37、門極可關(guān)斷晶閘管斷晶閘管開通過程開通過程：與普通晶閘管相同關(guān)斷過程關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同儲存時間儲存時間ts，使等效晶體管退出飽和。下降時間下降時間tf 尾部時間尾部時間tt 殘存載流子復(fù)合。通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。門極負(fù)脈沖電流幅值越大，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖4-6 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形2) GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.1 門極可關(guān)斷晶閘門極可關(guān)斷晶閘管管3

38、) GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) 延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約12s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大。 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。下降時間一般小于2s。（2） 關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff（1）開通時間開通時間ton 不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.1 門極可關(guān)斷門極可關(guān)斷晶閘管晶閘管（3）最大可關(guān)斷陽極電流最大可關(guān)斷陽極電流

39、IATO（4） 電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 off off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。（4-8）GMATOoffII電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗16.11.1 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)和電路符號一、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGS

40、DP型基底型基底兩個兩個N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道金屬鋁金屬鋁GSDN溝道增強型溝道增強型電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗N 溝道耗盡型溝道耗盡型PNNGSD預(yù)埋了導(dǎo)預(yù)埋了導(dǎo)電溝道電溝道 GSD在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出了溝道.電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗NPPGSDGSDP 溝道增強型溝道增強型電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重

41、慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗P 溝道耗盡型溝道耗盡型NPPGSDGSD預(yù)埋了導(dǎo)預(yù)埋了導(dǎo)電溝道電溝道 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗二、二、MOSMOS管的工作原理管的工作原理以以N 溝道增強型為例溝道增強型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時時D-S 間相當(dāng)于間相當(dāng)于兩個反接的兩個反接的PN結(jié)結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)對應(yīng)截止區(qū)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗PNNGSDUDSUGSUGS0時

42、時UGS足夠大時足夠大時（UGSVT）將）將P區(qū)少子電子聚集區(qū)少子電子聚集到到P區(qū)表面，形區(qū)表面，形成導(dǎo)電溝道，如成導(dǎo)電溝道，如果此時加有漏源果此時加有漏源電壓，就可以形電壓，就可以形成漏極電流成漏極電流id。感應(yīng)出電子感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓稱為閾值電壓電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗UGS較小時，導(dǎo)較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電電溝道相當(dāng)于電阻將阻將D-S連接起連接起來，來，UGS越大此越大此電阻越小。電阻越小。PNNGSDUDSUGS電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系

43、http:/新器件特性實驗新器件特性實驗i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UTiD=f(uGS) uDS=常數(shù)常數(shù)三、增強型三、增強型N N溝道溝道MOSMOS管的特性曲線管的特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗 一個重要參數(shù)一個重要參數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm gm= iD/ uGS uDS=const gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。的大小反映了柵源電壓對漏極電流的

44、控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗N N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管的基本特性管的基本特性u uGSGS U UT T，管子截止，管子截止u uGSGS U UT T，管子導(dǎo)通，管子導(dǎo)通u uGSGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓越大，溝道越寬，

45、在相同的漏源電壓u uDSDS作用下，漏極電流作用下，漏極電流I ID D越大越大電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗四、耗盡型四、耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗輸出特性曲線輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0電力電子技術(shù)電力電子技

46、術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖4-11 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?/p>

47、。電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的V V M O S F E T 和 具 有 垂 直 導(dǎo) 電 雙 擴 散 M O S 結(jié) 構(gòu) 的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論。電力電力MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管截止截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。

48、P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19電力電力MOSFET的工作原理的工作原理圖4-12 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的

49、關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性。ID較大時，ID與與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)跨導(dǎo)Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖4-13 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性2）電力）電力MOSFET的基本特性的基本特性電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶

50、體管電力場效應(yīng)晶體管截止區(qū)截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)非飽和區(qū)（對應(yīng)GTR的飽和區(qū)）工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。圖4-14電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性MOSFET的漏極伏安特性的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)10 20 305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=

51、7VUGS=8VID/A電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管開通過程開通過程開通延遲時間開通延遲時間td(on) 上升時間上升時間tr開通時間開通時間ton開通延遲時間與上升時間之和關(guān)斷過程關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間關(guān)斷延遲時間td(off)下降時間下降時間tf關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff關(guān)斷延遲時間和下降時間之和a ）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖4-15 電力MOSFET的開關(guān)過程a)

52、測試電路 b) 開關(guān)過程波形up脈沖信號源，Rs信號源內(nèi)阻，RG柵極電阻，RL負(fù)載電阻，RF檢測漏極電流(2) 動態(tài)特性動態(tài)特性電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系?？山档万?qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率

53、。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。MOSFET的開關(guān)速度的開關(guān)速度電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4.2.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管3) 電力電力MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù) 電力MOSFET電壓定額(1) 漏極電壓漏極電壓UDS (2) 漏極直流電流漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值和漏極脈沖電流幅值IDM電力MOSFET電流定額(3) 柵源電壓柵源電壓UGS UGS20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿 。 除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有： (4) 極間電容

54、極間電容極間電容CGS、CGD和CDS電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄

55、，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管符號符號電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗I

56、B=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗一一.輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.1V。特性曲線特性曲線電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特

57、性實驗新器件特性實驗二、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時，定的數(shù)值時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為

58、飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3) (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： U UBEBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3) (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： U UBEBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， I IB B=0 =0 ， I IC C= =I ICEOCEO 0 0 電力電子技術(shù)電力電子技

59、術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.2 電力晶體管電力晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為（4-9） GTR的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力 。當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關(guān)系為 ic= ib +Iceo （4-10）單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可有效增大電流增益。bcii空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ )ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理電力電子技術(shù)電

60、力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新器件特性實驗新器件特性實驗4. 2.2 電力晶體管電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)截止區(qū)、放大區(qū)放大區(qū)和飽和區(qū)飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2 BUcex BUces BUcer Buceo。實際使用時，最高工作電壓要比BUceo低得多。3）GTR的主要參數(shù)的主要參數(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院電氣工程系http:/新