电力电子技术复习2011
三、填空(每涳1分,共30分)
1、请在空格内标出下面元件的简称:电力晶体管GTR;可关断晶闸管GTO;功率场效应晶体管MOSFET ;绝缘栅双极型晶体管IGBT ;IGBT是MOSFET
2、晶闸管对触發脉冲的要求是要有足够的驱动功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步
3、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题,解决的方法是串专用均流电抗器
4、在电流型逆变器中,输出电压波形为正弦输出电流波形为方波。
5、型号为KS100-8的元件表示雙向晶闸管、它的额定电压为800伏、额定有效电流为100安
6、180°导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在_ 同一桥臂上的上、下二个元件之间進行;而120o导电型三相桥式逆变电路,晶闸管换相是在不同桥臂上的元件之间进行的
9、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。(写出四种即可)
11、双向晶闸管的触发方式有:
接负电压;门极G接正电压I+ 触发:第一阳极T1接正电压,第二阳极T
I- 触发:第一阳极T1接正电压第二阳极T2接负电压;门极G接
负电压,T2接正电压
Ⅲ+触发:第一阳极T1接负电压,苐二阳极T2接正电压,门极G接正
Ⅲ-触发:第一阳极T1接负电压第二阳极T2接正电压;门极G接负
12、由晶闸管构成的逆变器换流方式有负载换流和强迫(脉冲)换流。
13、按逆变后能量馈送去向不同来分类电力电子元件构成的逆变器可分为有源
逆变器与无源逆变器两大类。
该系列为《模拟电子技术基础(苐5版童诗白、华成英)》的阅读笔记
场效应管输出电阻大吗,又称单极型晶体管是利用输出回路的电场效应来控制输出回路电流的一種半导体期间。
场效应管输出电阻大吗分为:结型和绝缘栅型两种不同的结构
如下图1.1所示,结型场效应管输出电阻大吗分为N沟道和P沟道兩种类型
N沟道结型场效应管输出电阻大吗的结构示意图如下图1.2所示.
图中,同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区并将他们连接在一起,所引出的电极称为栅极gN型半导体的两端分别引出两个电极,一个称为漏极d一个称为源极s。
P区与N区交界面形成耗尽层漏极和源极间嘚非耗尽层区域称为导电沟道。
图1.2 N沟道结型场效应管输出电阻大吗的结构示意图
为使N沟道结型场效應管输出电阻大吗能正常工作应在栅-源之间加负向电压(即uGS<0),以保证耗尽层承受反向电压;在漏-源之间加正向电压uDS以形成漏极电流iD。
1.当uDS=0V(即d、s短路)时uGS对导电沟道的控制作用。
当uDS=0V且uGS=0V时,耗尽层很窄导电沟道很宽。如下图(a)所示
当|uGS|增大时,耗尽层加宽沟道變窄,沟道电阻增大如下图(b)所示。
当|uGS|增大到某一数值时耗尽层闭合,沟道消失沟道电阻趋于无穷大,称此时|uGS|的值为夹断电压UGS(off)洳下图(c)所示。
①当uGS为UGS到0V中某一确定值时若uDS=0V,则虽然存在由uGS所确定的一定宽度的导电沟道但由于d-s间电压为0,因而漏极电流iD为0
②若uDS>0V,则有漏极电流iD从漏极流向源极而沿沟道从源极到漏极逐渐增大,造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽如下图(a)所示。
③当uDS从零逐渐增大时uGD逐渐减小,靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄但是只要栅-漏间不出现夹断区域,沟道电阻仍基本决定于栅-源電压uGS因此,电流iD将随uDS的增大而线性增大d-s呈现电阻特性。
④而一旦uDS的增大使uGD等于UGS(off)则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区,称uGD=UGS(off)为预夹断洳下图(b)所示。
⑤若uGD继续增大则uGD<UGS(off),耗尽层闭合部分将沿沟道方向延伸即夹断区加长。如下图(c)所示
在uGD=uGS-uDS<uGS(off),即uDS>uGS-uGS(off)的情况下,当uDS为一常量時对应于确定的uGS,就有确定的iD此时,可以通过改变uGS来控制iD的大小由于漏极电流受栅-源电压的控制,故称场效应管输出电阻大吗为电壓控制元件
输出特性曲线如下图1.3所示
图1.3结型场效应管输出电阻大吗的输出特性曲线
场效应管输出電阻大吗有三个工作区域:
①可变电阻区(非饱和区):图中虚线为预夹断轨迹。uGS越大,预夹断时的uDS值也越大该区域的曲线近似为不同斜率的直线。当uGS确定时直线的斜率也唯一地被确定,直线斜率的倒数即为d-s等效电阻因而在此区域中,可以通过改变uGS的大小(即压控的方式)来改变d-s等效电阻也因此称为可变电阻区。
②恒流区(饱和区):图中预夹断区轨迹的右边区域为恒流区利用场效应管输出电阻大嗎做放大管时,应使其工作在该区域
绝缘栅型场效应管输出电阻大吗的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名
叒因栅极为金属铝,故又称为MOS管
MOS管分为N沟道和P沟道,但每一类又分为增强型和耗尽型
因此MOS管的四种种类为:N沟道增强型管,N沟道耗尽型管P沟道增强型管,P沟道耗尽型管
N沟道和P沟道增强型MOS管的电气符号,如下图2.1所示
图2.1 N沟道和P沟道增强型MOS管的电气符号
当栅-源之间不加电压时,漏源之间时两只背向的PN结不存在导电沟道,因此即使漏源之间加电压也不会有漏极电流。
当uDS=0且uGS>0时,由于SiO2的存在栅极电流为0。如下图2.2(a)所示
当uGS增大时,一方面耗尽层增宽形成N型薄层,称为反型层如下图2.2(b)所示。
使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压UGS(th)
uGS越大,反型层越厚导电沟道电阻越小。
图2.2 N沟道增强型MOS管的工作原理1
当uGS是大于UGS(th)的一个确定值时若在d-sの间加正向电压,则将产生一定的漏极电流
此时,uDS的变化对导电沟道的影响与结型场效应管输出电阻大吗相似
即当uDS较小时,uDS的增大使iD線性增大沟道沿源-漏方向逐渐变窄,如下图2.3(a)所示
当uDS增大到使uGD=UGS(th)(即uDS=uGD-UGS(th))时,沟道在漏极一侧出现夹断电称为预夹断,如下图2.3(b)所礻
如果uDS继续增大,夹断区随之延长如下图2.3(c)所示。
从外部看iD几乎不因uDS的增大而变化,管子进入恒流区iD大小几乎决定于uGS。
图2.3 N沟道增强型MOS管的工作原理2
在uDS>uGS-uGS(th)时对应于每一个uGS就有一个确定的iD。此时可将iD是为电压uGS控制的电流源。
N沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程如下图2.4所示。
MOS管也有三个工作区域:可变电阻区恒流区与夹断区。
图2.4N沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程
(a)特性曲线 (b)电流方程
即使uGS=0,P型衬底表面也存在反型层即漏-源之间存在导电沟道。
只要在漏-源之间加正向电压就会产生漏极电鋶,如下图2.5(a)所示
uGS为正时,反型层变宽沟道电阻变小,iD增大;反之uGS为负时,反型层变窄沟道电阻变大,iD减小
而当uGS从零减小到┅定值时,反型层小时漏-源之间导电沟道消失,iD=0此时的uGS称为夹断电压UGS(off)。
N沟道耗尽型MOS管的uGS可以在正、负值的一定范围内实现对iD的控制苴仍保持栅-源间有非常大的绝缘电阻。
图2.5N沟道耗尽型MOS管的结构示意图及电气符号
与N沟道MOS管相对应P沟道增强MOS管的开启电压UGS(th)<0,当uGS<UGS(th)时管子才导通漏-源之间应加负电源电压;P沟道耗尽型MOS管的夹断电压UGS(off)>0,uGS可在正负值的一定范围内实现对iD的控制,漏-源之间也应加负电压
场效应管输出电阻大吗的符号及特性,如下图2.6所示
图2.6 场效应管输出电阻大吗的符号及特性
①开启电压UGS(th):增强型MOS管的參数
②夹断电压UGS(off):结型场效应管输出电阻大吗和耗尽型MOS管的参数。
③饱和漏极电流IDSS:对于结型场效应管输出电阻大吗在uGS=0V的情况下产生預夹断时的漏极电流定义为IDSS。
④直流输入电阻RGS(DC):RGS(DC)等于栅-源电压与栅极电流之比手册中一般只给出栅极电流的大小。
①低频跨导gm:该参数嘚数值大小表示uGS对iD控制作用的强弱
②极间电容:场效应管输出电阻大吗的三个极之间均存在极间电容。
①最大漏极电流IDM:管子正常工作時漏极电流的上线值
②击穿电压:超过此值,会使管子摧毁
③最大耗散功率PDM:决定于管子的允许的温升。
1. 场效应管输出电阻大吗的结构、苻号与工作原理
2. 场效应管输出电阻大吗的工作状态和特性曲线
3. 场效应管输出电阻大吗的基本特性
4. 场效应管输出电阻大吗的电路模型