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电力电子与现代生活 第 2 章 电力电子器件与变换电路 第一部分 电子器件与电力电子器件 2.1 半导体基本知识 2.2 半导体二极管及电力二极管 2.3 半导体三极管及电力三极管 2.4 半控型器件——晶闸管 2.5 门极可关断晶闸管GTO 2.6 电力场效应管 （电力MOSFET ） 2.7 绝缘栅极晶体管 IGBT 概述 概述： 由前一章我们知道，电力电子器件又称为电力电子开关、功率开关、或开关器件，那么它与我们常见的电力开关有什么不同呢？ 电力开关： 构成材料：金属（铜等）、机械结构 工作原理：借助外力或电磁力，使触头接通或断开。 工作频率：不能频繁操作，无法用频率描述（0.01Hz） 应用场合：用于电路的接通或断开，不能改变电能的性质。 特 点： 接通后，接通电阻为零，无电压降落； 断开后，电阻为无穷大，没有漏电流。 概述 概述 概述 概述 概述 电力电子开关： 构成材料：半导体材料，有内阻，集成结构。 工作原理：借助控制电压或电流，使开关接通或断开。 工作频率：能频繁操作，不同的器件，工作频率不同，如： 晶闸管：50Hz ~ 几kHz IGBT: 5kHz ~ 50kHz MOSFET: 几kHz ~几MHz 应用场合：电路的接通或断开，或电能变换。 特点： 接通后，接通电阻不为零，有一定电压降落； 断开后，电阻不为无穷大，存在一定漏电流。 2.1 半导体的基本知识 2.1 半导体的基本知识 掺入五价元素后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体 或 N型半导体。 掺杂浓度越大，自由电子数目越多，导电能力越强。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2.1 半导体的基本知识 2.1 半导体的基本知识 掺入三价元素后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。 2.1.5 PN结 2.1.5 PN结 2.1.5 PN结 2 .2 半导体二极管及电力二极管 二极管是以半导体PN结和两端引线以及封装组成的。 二极管主要特点：单向导电性。 主要分为：电子学上的小功率半导体二极管； 电力电子学上的功率型电力二极管。 2.2.1 二极管的主要结构： (a) 点接触型: 结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波等高频电路。 (b) 面接触型 结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。 (c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。 2 .2 半导体二极管及电力二极管 二极管的结构示意图 2 .2 半导体二极管及电力二极管 电力二极管的结构示意图 2 .2 半导体二极管及电力二极管 2.2.2 二极管的伏安特性： 2.2.3 二极管的单向导电性 二极管的应用举例2：二极管桥式整流 2.2.4 特殊二极管—— 稳压二极管 2.2.4 特殊二极管——发光二极管 2.2.4 特殊二极管——光电二极管 2.3 半导体三极管及电力三极管 2.3.3.三极管内部载流子的运动规律 2.3.3.三极管内部载流子的运动规律 2.3.3.三极管内部载流子的运动规律 2.3.4 三极管的外形——普通三极管 按功率大小分： 普通三极管 电力三极管 2.3.4 三极管的外形—电力三极管（GTR） 2.3.5 电力三极管（GTR）的常见结构 1．达林顿GTR 达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性质由驱动管来决定。如图4-2，图中：V1为驱动管、V2为输出管 。 2.3.5 电力三极管（GTR）的常见结构 2. GTR模块 GTR模块:它将GTR管芯、稳定电阻R1、R2，加速二极管VD1以及续流二极管VD2等构成一个单元，根据不同用途将几个单元电路组装在—个外壳之内构成模块。 将上述单元电路集成制作在同一硅片上，大大提高了器件的集成度。 特点：小型轻量化、性能/价格比提高 2.3.5 电力三极管（GTR）的常见结构 2.3.5 电力三极管（GTR）的常见结构 2.3.6 三极管的三种工作状态 三极管有三种工作状态：截止状态、放大状态