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1、(6 - 1),电子技术,绪论: 从二十世纪初期第一代电子器件真空管问世以来,电子器件和电子技术得到了迅速的发展,尤其是八十年代以来发展更快.电子器件和电子技术的发展大大促进了通信技术,测量技术,自动控制技术及计算机技术的迅速发展.,电子技术课程包括两大部分内容:模拟电路和数字电路. 模拟电路:处理的信号是模拟信号,它是随时间连续变化的信号. 二极管、三极管、稳压管、绝缘栅场效应管;整流、滤波及稳压电路,三极管放大电路以及集成运算放大电路等. 数字电路:处理的信号是数字信号,它是随时间不连续变化的信号. 各种数制码制,基本逻辑门、逻辑代数,组合逻辑电路和时序逻辑电路等内容.,(6 - 2),1
2、.1 电阻电容电感 1.2 二极管、稳压管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 1.5 晶闸管(可控硅) 1.6 大功率半导体开关,基本分立器件,(6 - 3),1.1 电阻电容电感,双脚直插、贴片、排 色环：棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 金 银 数字： -1 -2 色环最后一位代表误差，其前面一位是10的幂次，其它数字直接读出，最常用的序列为10，12，15，18，20，22，24，27，30，33，36，39，43，47，51，56，62，68，75，82，91。 电阻、电容、电感的单位分别是欧姆、皮法pF、微亨H。 电阻：电阻值和功率，1/8W，1/4W，1/2W，1W，2
3、W，最常用的是1/4W。 电容：电容值和电压，常用瓷片电容和电解电容。 电感：电感值和电流。,(6 - 4),电压和电流的关系,电阻R 电容C 电感L,(6 - 5),一、二极管,1.2 二极管、稳压管,1. 最大整流电流 IDM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2.最大反向工作电压UDRM,保证二极管不被反向击穿时的电压值。,主要参数,3. 最大反向电流 IDRM,二极管加最高反向工作电压时的反向电流。,(6 - 6),（2）稳定电流IZ,工作电压等于UZ时的工作电流。,二、稳压管主要参数,（1）稳定电压 UZ,（3）动态电阻,正常工作时管子两端的电压。,rZ愈小,稳压
4、性能愈好,DZ,(6 - 7),一、三极管基本结构,1.3 半导体三极管,(6 - 8),RB,EB,RC,EC,IB,IE,IC,二、电流放大作用,1.IE=IC+IB 2.ICIE 3.IC=IB,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,(6 - 9),三极管输出特性三个区域的特点:,(1) 放大区 发射结正偏，集电结反偏 IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区 发射结正偏，集电结正偏 ，即UCEUBE ， IBIC，饱和导通电压UCE0.3V,(6 - 10),静态电流放大倍数,动态电流放大倍数,三、三极管主要参数,2. 集-基极反向截止电流ICBO,3. 集-
5、射极反向穿透电流ICEO,ICEO= ICBO+ICBO,(6 - 11),4.集电极最大允许电流ICM,集电极电流IC上升会导致值下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压BUCEO,6. 集电极最大允许功耗PCM,PC =ICUCE,要使PCPCM,(6 - 12),MOS场效应管: (Metal Oxide Semiconductor) 一.N沟道增强型绝缘栅场效应管,G栅极 S源极 D漏极,ID,UGS加正向电压,在UGS作用下,产生垂直于衬底表面的电场吸引P中电子排斥空穴,当UGSUT吸引的电子增多,填补空穴后还有多,形成反型层,构成漏源极间
6、导电沟道,在ED作用下形成电流ID,1.4 场效应管,(6 - 13),3.特性曲线: (1)转移特性:UDS为一定值时,UGS与ID的关系曲线,反应了UGS对ID的控制作用 UGSUT后ID按指数形式上升.,(2)输出特性:,(V),放大区 (恒流区),UGS一定,ID与UDS之间关系:,UGS=3V,4V,5V,(6 - 14),二.P沟道增强型绝缘栅场效应管,2.转移特性,1.符号:,3.输出特性:,(6 - 15),三. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管,G栅极 S源极 D漏极,1.符号:,2.结构示意图:,SiO2绝缘层中掺有大量的正离子,当UGS=0时,P形硅表面也有N型导电沟道,UGS
7、0有ID,UGS0也有ID,UGS变化则ID也随之变化.,3.转移特性:,UGS负到一定程度=UP (沟道夹断电压),ID=0,(6 - 16),四.场效应管的开关作用:,2).UGSUT或UGS0场效应管截止, ID=0,UDS=UD.,(6 - 17),别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。,特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,应用领域：,整流（交流 直流）,逆变（直流 交流）,变频（交流 交流）,斩波（直流
8、 直流）,此外还可作无触点开关等。,1.5 晶闸管（Thyristor）,(6 - 18),1.1 结构,A（阳极）,P1,P2,N1,N2,K（阴极）,G（控制极）,一、 工作原理,(6 - 19),符号,A,K,G,1.2 工作原理,示意图,(6 - 20),ig,ig,由二个三极管组成的电路等效,(6 - 21),G,1.若只加UAK正向电压，控制极不加触发电压，两三极管均不能导通，即晶闸管不通。,导通过程,K,A,T1,T2,(6 - 22),3.晶闸管导通后，去掉电压UGK，依靠正反馈， 晶闸管仍维持导通状态；,4.晶闸管截止的条件：,(6 - 23),（1）晶闸管具有单向导电性。,
9、若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。,正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加触发信号。,晶闸管的工作原理小结,（2）晶闸管一旦导通，控制极失去作用。,(6 - 24),1. UDRM：断态重复峰值电压,晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM 。 普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V,二、 主要参数,2. URRM：反向重复峰值电压,控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶闸管URRM为100V-3000V）,3. ITAV：通态平均电流,环境温度为40。C时,在 电阻性负
10、载、单相工频 正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为1A-1000A。）,(6 - 25),额定通态平均电流即正向平均电流（IF）。,通用系列为：,1、5、10、20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。,(6 - 26),4. UTAV ：通态平均电压,6. UG、IG：控制极触发电压和电流,管压降。在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。,5. IH：最小维持电流,在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最
11、小电流。一般为几十到一百多毫安。,在室温下， 阳极电压为直流 6V 时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般UG为 15V，IG 为几十到几百毫安。,(6 - 27),3.1 单相半波可控整流电路,1. 电路及工作原理,三、可控整流电路,u2 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 0 时，晶闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。,设u1为 正弦波,(6 - 28),2. 工作波形,uG,(6 - 29),3.2 单相全波可控整流电路,T1、T2 -晶闸管,D1、D2 -二极管,(6 - 30),2. 工作波形,(6
12、 - 31),4.1 单结晶体管工作原理,四、触发电路,(6 - 32),工作原理：,当uE UA+UF = UP 时,PN结反偏，iE很小；,当 uE UP 时,PN结正向导通, iE迅速增加。,(6 - 33),4.2 单结晶体管的特性和参数,负阻区,uEUV 时单结管截止,uEUP 时单结管导通,(6 - 34),1. UEUV 时单结管截止；,2. UEUP 时单结管导通。,(6 - 35),4.3 单结晶体管振荡电路,一、振荡过程分析,(6 - 36),一、电路,主电路,触发电路,五、 单结管触发的可控整流电路,(6 - 37),二、波形关系,整流稳压电路部分,(6 - 38),单结
13、晶体管电路部分,(6 - 39),可控硅桥式整流电路部分,(6 - 40),1.6 大功率半导体开关,开关速度、通态压降（工作效率） 一、大功率晶体管GTR 二、功率场效应管MOSFET 三、可关断晶闸管GTO 四、绝缘栅双极型晶体管IGBT 五、集成门极换流晶闸管IGCT 六、其它半导体功率器件,(6 - 41),一、大功率晶体管GTR,电力晶体管Giant TransistorGTR，直译为巨型晶体管 双极结型晶体管Bipolar Junction TransistorBJT,也称为Power BJT 达林顿管，复合管12 提高了放大倍数，降低了驱动功率，仍较高 开关速度较快 （开通较慢，
14、关断慢） 通态压降较低 功率较大,(6 - 42),二、功率场效应管MOSFET,场效应管 FETField Effect Transistor 绝缘栅场效应管MOSFETMetal Oxide Semiconductor FET 功率场效应管 Power MOSFET 垂直导电的双扩散型绝缘栅场效应管VDMOSVertical Double-diffused MOSFET 垂直导电，可获得大电流； 设有高阻区，耐压提高； 沟道短，开关速度和效率高。 开关速度很快 通态压降低 功率有限,(6 - 43),三、可关断晶闸管GTO,门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor
15、GTO） 可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同，控制极上加正触发信号导通，不同的是加负触发信号又可将其关断 。 普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现，属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。 开关速度较慢（开通快，关断慢） 通态压降低 功率大 耐压高,K,(6 - 44),四、绝缘栅双极型晶体管IGBT,Insulated-gate Bipolar Transistor 场效应管和三极管复合 开关速度快 通态压降低 功率大,C,(6 - 45),五、集成门极换流晶闸管IGCT Integrated Gate Commutated Thyristor,可关断晶闸管和晶体管结合:由晶闸管开通,转换为晶体管关断 开关速度快 通态压降低 功率大 耐压高,
