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1、答案2.1说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。答：PN结一一半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场与内电EE场I方向相反，因此PN结的内电场被削弱。内电场I所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运动超过了反方向的漂移运动。大量的多数载流子能不 断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。这些载流子在 正向电压作用下形成二极管正向电流。二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电 压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过1V，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）
2、。 这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。PN结一一半导体二极管在反向电E E压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场一与原内电场方向相同。因此外电场使原内电场更增强。多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩散运动更难于进行。这时只有受光、热激 发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电场力的作用下产生漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流氏在一定的反向电压范 围内不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流。因此半导体PN结呈现出单向导电性。其静 态伏一安特性曲线如左图曲线所示。但实际二极管静态伏一安特性为左图的曲线。
3、二极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压 诉（又称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外 电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。硅二极管的门坎电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V，当外加电压大于后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。二极管外加反向电压VVI时仅在当外加反向电压*不超过某一临界击穿电压值 W时才会使反向电流代保持为反向饱和IIv 7电流。实际二极管的反向饱和电流是很小的。但是当外加反向电压 度超过 心后二极管被 电击穿，反向电流迅速增加。2.2说明二极管的反向恢复特性。答案答：由于PN结间存在结电容C，二极管从导通状态（C很大存储电荷多）转到截止阻断状态时
4、，PN结电容存储的电荷尤并不能立即消失，二极管电压仍为=R12V，二极管仍然具有导电性，在*反向电压作用下，反向电流从零增加到最大值，反向电流使存储电荷逐渐消失，二极管两端电压 刃降为零。这时二极管才恢复反向阻断电压的能力而处于截止状态，然后在反向电压作用下，仅流过很小的反向饱和电流。因此，二极管正向导电电流为零后它并不能立即具有阻断反向电压的能力，必须再经历一段反向恢复时间打后才能恢复其阻断反向电压的能力。答 2.3说明半导体电力三极管BJT处于通态、断态的条件。案答：电力三极管BJT处于通态的条件是：注入三极管基极的电流月大于基极饱和电流登5 （巳知B 二 B厂如。三极管的电流放大系数田，
5、有班 CS尸）。这时三极管 、导电性很强而处于最小等效电阻、饱和导电状态，可以看作是一个闭合的开关BJT处于断态的条件是：基极电流吗为零 阳，扁q部用答案2.5说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态？巳处于通态的晶 闸管，撤除其驱动电流为什么不能关断，怎样才能关断晶闸管？答：基本工作原理：见课本p36-37；应回答出承受正向压、门极加驱动电流时的管子内部的正反a+a4- fa 1 J馈过程，使i不断增大，最后使i 3，把很大，晶闸管变成通态；撤去门极CT +以冷1电流后由于13，仍可使1一 0 + 劣）很大，保持通态。有多种办法可以使晶闸管从断态转变成通态。dv常用
6、的办法是门极触发导通和光注入导通。另外正向过电压、高温、高的都可能使晶闸管导通，但这是非正常导通情况。要使晶闸管转入断态，应设法使其阳极电流减小到小于维持电流，通常采用使其阳极A与阴极K之间的电压%零或反向。答 2.6直流电源电压 =220V，经晶闸管T对负载供电。负载电阻R = 20Q，电感上=1H，晶闸管擎住案 i1电流 =55mA，维持电流=22mA，用一个方波脉冲电流触发晶闸管。试计算： 如果负载电阻R = 20。，触发脉冲的宽度为300 us，可否使晶闸管可靠地开通？如果晶闸管巳处于通态，在电路中增加一个1KQ的电阻能否使晶闸管从通态转入断态？ 为什么晶闸管的擎住电流比维持电流 百大
7、？E丝2+五戒)=虬设晶闸管开通：赤，由此可解出：当 = 300必时，i(r) = 65.8处4 J = 55mA，所以可以使晶闸管可靠导通。I 二史一 =215.7mA= 22mA(2)加入1KQ电阻后，有，不能使晶闸管由通态转入断态。 为什么晶闸管的擎住电流比维持电流大：擎住电流和维持电流都是在撤去门极驱动电流的条件下定义的，因此阳极电流f 2 。但维持电流是在通态时考虑的，此时管子巳工作在较大电流状态下，管内结温较高，此时的PN结漏电流I。随结温增大，导通能力强，因此必须要降低丑 才能关断晶闸管；而擎住电流是在断态向通态变化时定义的，开始有驱动信号但未完全导通时，晶闸 管工作时间短，结温
8、低，PN结漏电流I。不大，导通能力弱，需要较大的阳极电流才能使管子开通。2.7额定电流为10A的晶闸管能否承受长期通过15A的直流负载电流而不过热？答案答：额定电流为10A的晶闸管能够承受长期通过15A的直流负载电流而不过热。因为晶闸管的额定 电流吕是定义的：在环境温度为40C和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工 频正弦半波导电、结温稳定在额定值125C时，所对应的通态平均电流值。这就意味着晶闸管可以通过任意波形、有效值为1.57的电流，其发热温升正好是允许值，而恒定直流电的平均值与有效值相等，故额定电流为10A的晶闸管通过15.7A的直流负载电流，其发热温升正好是允许值。2.
9、8说明GTO的关断原理。答案答：在GTO的设计制造时，等效晶体管T2的集电极电流分配系数a2较大。当GT。处于通态时，突 加一个负触发电流-Ig，使a2减小，1-a2变大，急剧减小，就是阳极电流七急剧减小，又导 致电流分配系数a2和a1减小，使也急剧减小，又使L、减小。在这种循环不巳的正反馈作 用下，最终导致GTO阳极电流减小到维持电流以下，GTO从通态转入断态。改善电力系统的运行特 性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的革命并推动电力电子技术的继续发展。答 2.9说明P-MOSFET栅极电压打控制漏极电流的基本原理。案VV答：当右图中P-MOSFET漏一源极间电压 班为零、栅一源极之间电压
10、 醋也为零时，N型半导体与 P型半导体之间要形成PN结空间电荷区（耗尽层）阻挡层，此时G-S之间和D-S之间都是绝缘的。当漏极D与源极S之间有外加电压时，如果栅极、源极外加电压 芯=0，由于漏极D（N1）与源极S（N2）之间是两个背靠背的PN结（PN1、PN2），无论 踮是正向电压还是负电压，都有一个PN结反偏， 故漏一源极之间也不可能导电。当栅、源极之间外加正向电压0时，醋在G-P之间形成电场， 在电场力的作用下P区的电子移近G极，或者说栅极G的正电位吸引P区的电子至邻近栅极的一侧， 当增大到超过某一值*用抛值时，N1和N2中间地区靠近G极处被G极正电位所吸引的电子数超 过该处的空穴数以后，
11、栅极下面原空穴多的P型半导体表面就变成电子数目多的N型半导体表层，栅 极下由栅极正电位所形成的这个N型半导体表层感生了大量的电子载流子，形成一个电子浓度很高的 沟道（称为N沟道），这个沟道将N1和N2两个N区联在一起，又使N1P这个被反偏的PN结J1消失， 成为漏极D和源极S之间的导电沟道，一旦漏一源之间也有正向电压皿，就会形成漏极电流力。在醋=0时，不能产生电流，口 =0，仅在醋增大到口酣=回成找以后，才使g-p之间的外电场增强，形成自由电子导电沟道，才能产生漏极电流气 这种改变栅极G和源极S之间外加电压，即可控制漏极电流的作用称为电导调制效应。答案堆哲更F邮PET管电瑶2.10作为开关使用
12、时P-MOSFET器件主要的优缺点是什么？答：作为开关使用时，P-MOSFET器件的优点是：输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单， 工作频率高；其缺点是：通态压降大（通态损耗大），电压、电流定额低。答 2.11列表比较BJT、SCR、GTO、P-MOSFET、IGBT、MCT以及SIT七种可控开关器件对触发（或 案驱动）电流（或电压）波形的要求，及主要优缺点。表 BJT SCR GTO P - MOSFET IGBT MCT SIT 的对器件对触发信号波形的要求开关频率主要优点主要缺点BJT （电流型全控器件）正持续基极电流控制开通；基极电 流为0则关断中通态压降小，通 态损耗小驱动功率大；频率低SCR （电流型半控器件）正脉冲门极电流控制开通；触发信 号不能控制关断低通态压降小，通 态损耗小驱动功率大，频率低GTO （电流型全）正脉冲门极电流控制开通；负脉冲 门极电流（较大）控制关断低通态压降小，通 态损耗小驱动功率大，频率低
