1、第四章 晶閘管（Thyristor） 第一節(jié) 晶閘管的工作原理與特性 第二節(jié) 特種用途晶閘管 第三節(jié) 晶閘管的應(yīng)用基礎(chǔ)晶閘管（Thyristor） PNPN四層結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)器件普通晶閘管（Silicon Controlled Rectifier ） SCR 反向阻斷三端晶閘管。派生器件有: 快速晶閘管（Fast Switching Thyristor） 反向?qū)ǖ哪鎸?dǎo)晶閘管（ RCT Reverse Conducting Thyristor） 雙向晶閘管（TRIAC Triode AC Switch Thyristor ） 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO Gate Turn Off Thyristor）

2、門(mén)極輔助關(guān)斷晶閘管（GATO Gate Assisted Turn Off Thyristor）光控晶閘管（Light Triggered Thyristor）晶閘管（Thyristor）的定義: 主電壓、電流特性至少在第一象限中 有導(dǎo)通、阻斷兩穩(wěn)定態(tài)，且可在此 兩穩(wěn)態(tài)間轉(zhuǎn)換的器件。 逆阻型 雙向開(kāi)關(guān)型 DIAC 逆導(dǎo)型 TRIAC第一節(jié) 晶閘管（Thyristor）的工作原理與特性 作可控整流、變頻、逆變及無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。 弱電觸發(fā) 強(qiáng)電輸出。一一. 基本結(jié)構(gòu)和基本特性基本結(jié)構(gòu)和基本特性: 1. 螺栓型、壓接型。 2. 特性: A.正向偏置下: 電壓觸發(fā)、門(mén)極觸發(fā)、 光觸發(fā)、溫觸發(fā)、dv/dt

3、觸發(fā)。 B.自鎖式擎?。╨atch up） 可用脈沖門(mén)極觸發(fā)電流觸發(fā)。第一節(jié) 晶閘管（Thyristor）的工作原理與特性 C. 自然關(guān)斷（主電流小于維持電流）。 強(qiáng)迫關(guān)斷（主電路加反偏壓，或門(mén)極加負(fù)信號(hào)）。 D. 第三象限為反偏態(tài)。二二. 基本工作原理基本工作原理:（一）（一）.兩端兩端PNPN器件正向?qū)ǖ奈锢磉^(guò)程器件正向?qū)ǖ奈锢磉^(guò)程:1. 正偏: J1 ， J3 正偏，J2 反偏。 （正向阻斷狀態(tài)）。 器件反向漏電流約為 J2 結(jié)的反向漏電流。 J1 ，J3 正偏，多子注入，為 J2 結(jié)提供少子源。2. 正偏轉(zhuǎn)折狀態(tài): 電壓轉(zhuǎn)折觸發(fā)。 外加電壓大于 J2 結(jié)雪崩擊穿電壓； 器件反向電流

4、等于 J2 結(jié)的反向雪崩倍增電流。 J2 結(jié)兩側(cè): 長(zhǎng)基區(qū) N1 內(nèi)有電子積累， 短基區(qū) P2 內(nèi)有空穴積累。3. (正偏)再生反饋負(fù)阻狀態(tài): J2 結(jié)的雪崩倍增 P2 注入空穴， N1 注入電子 來(lái)不及復(fù)合而積累： 補(bǔ)償 J2 結(jié)空間電荷區(qū)中的電離雜質(zhì) 空間電荷區(qū)寬度減小 阻斷電壓減小。 P2 空穴積累，N1 電子積累 P2 電位升高， N1 電位降低 J1 ，J3 正偏壓升高 正向注入增大 反向電流增大 通過(guò) 結(jié)與結(jié)的晶體管作用，再生反饋 負(fù)阻態(tài)。 （主電流增加，壓降減?。?. 正向?qū)顟B(tài): J1 、 J2 、 J3 均正偏，當(dāng)雪崩倍增效應(yīng)消失時(shí)， 若 J1 、 J3 正向注入 J2 結(jié)

5、積累載流子 最終使 J2 負(fù)偏轉(zhuǎn)正偏 SCR壓降減小 （ J1 、J2 、 J3 均正偏） 允許過(guò)大電流。（二）（二）.兩端兩端PNPN器件反向阻斷的物理過(guò)程器件反向阻斷的物理過(guò)程: J1反偏， J3 反偏， J2 正偏。 J1 結(jié)主要承受 外加電壓， J3 結(jié)重?fù)诫s區(qū)在低壓下齊納擊穿， SCR反向特性與整流二極管反向特性類(lèi)似。（三）（三）.門(mén)極觸發(fā)機(jī)理門(mén)極觸發(fā)機(jī)理: PNPN 門(mén)極電流觸發(fā) 晶體管放大倍數(shù) 隨主 電流I 變化 再生反饋。 門(mén)極電壓 U 電流 IG J3 結(jié)正向注入增大注入電子: 在 P2復(fù)合 IG 的一部分。 過(guò) J2 結(jié)時(shí)，被強(qiáng)電場(chǎng)拉向 N1 區(qū)，在 N1 區(qū)電子積累 J1

6、 結(jié)正偏增加 空穴注入增大載流子再生反饋 運(yùn)動(dòng)， J1 、J3 結(jié)注入大大增大 J2 結(jié)兩側(cè)載流子積累 增加 J2 結(jié)由反偏變?yōu)檎?SCR由阻斷態(tài)變?yōu)橥☉B(tài)。 晶閘管的雙晶體管模型： 2個(gè) P1 N1 P2 和 N2 P2 N1 晶體管復(fù)合成一個(gè)晶閘管。晶閘管電流方程為:其中: ，表示 J2 結(jié)反向漏電流。物理意義: 正向阻斷態(tài)的晶閘管，當(dāng) 時(shí)， IA 趨于無(wú)窮大，晶閘管被門(mén)極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通。 ，是晶閘管被門(mén)極信號(hào) 觸發(fā)導(dǎo)通的必要條件。)(1212COGAIII21CBOCBOCOIII121121（四）（四）.非門(mén)極觸發(fā)機(jī)理非門(mén)極觸發(fā)機(jī)理: 1.熱觸發(fā)：T增大 增大 導(dǎo)通。 2.dv/dt觸發(fā)

7、：PN結(jié)的勢(shì)壘電容 位移電流。 ( ) 3.光觸發(fā)：光照 IA 增大 增大 導(dǎo)通。三三.晶閘管的靜態(tài)特性與參數(shù)晶閘管的靜態(tài)特性與參數(shù):（一）（一）.正、反向阻斷電壓正、反向阻斷電壓:（二）（二）.門(mén)極觸發(fā)特性門(mén)極觸發(fā)特性:dtdvCITdis A.門(mén)極觸發(fā)電流 IGT : 在室溫下，UAK6V時(shí)， 能使SCR導(dǎo)通的最小門(mén)極直流電流。 B.門(mén)極觸發(fā)電壓 UGT :對(duì)應(yīng)于IGT 的 UGT 直流電壓。 C. 門(mén)極不觸發(fā)電流 IGD :在額定室溫下，器件 端電壓為斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM 時(shí)，保持器件 不導(dǎo)通所允許施加的最大門(mén)極直流電流。 D. 門(mén)極不觸發(fā)電壓 UGD : 對(duì)應(yīng)于 UGK 的 UG

8、K 直流電壓。既靈敏，又無(wú)誤觸發(fā)。1. 門(mén)極伏安特性門(mén)極伏安特性: UGK IG 。 J3 結(jié)正偏。結(jié)正偏。(P2區(qū)橫向電阻存在偏差范圍)2. 門(mén)極觸發(fā)特性門(mén)極觸發(fā)特性: T增大 面積S減小 可觸發(fā)區(qū) （ACDBEF所圍區(qū)域）增大。3. 門(mén)極偏置門(mén)極偏置: A. 門(mén)極負(fù)偏置:（不超過(guò) P2 N2 的擊穿電壓） UGK 增大（負(fù)的）: 正向阻斷電壓增大 dv/dt 增大 t off 減小。 B. UAK 反偏時(shí): 不宜加反向電壓。4. GTGDIIGTGDUU（三）（三）.電流特性電流特性: 閥值電壓 UTH 和等效電阻 rT ； 通態(tài)功率損耗 PT ； 擎住電流 IL 和維持電流 IH : 擎

9、住電流: 是當(dāng)SCR用門(mén)極信號(hào)觸發(fā)時(shí)，使其導(dǎo)通 所需的最小 IAK 電流。 維持電流: 是當(dāng)SCR穩(wěn)定導(dǎo)通后，減小 IAK ， 維持導(dǎo)通的最小 IAK 電流。HLII 四四.晶閘管的動(dòng)態(tài)特性與參數(shù)晶閘管的動(dòng)態(tài)特性與參數(shù): （阻斷導(dǎo)通） 開(kāi)通時(shí)間 tgt ，關(guān)斷時(shí)間 tq ， 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt ， 斷態(tài)電壓臨界上升率 dv/dt 。（一）（一）.開(kāi)通特性開(kāi)通特性: 局部導(dǎo)通橫向擴(kuò)展陰極面全面導(dǎo)通。1. 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間:（阻斷局部導(dǎo)通）。rdgtttt延遲時(shí)間 td : 電子和空穴渡越長(zhǎng)短基區(qū)到達(dá) J2 結(jié)兩側(cè) 積累所需的時(shí)間。上升時(shí)間 tr : J2 結(jié)兩側(cè)的載流子使 J2 由反

10、偏正偏， IAK 大大增大，SCR局部導(dǎo)通的時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間的測(cè)試定義: 波形圖圖412。 影響開(kāi)通時(shí)間的因素: 放大門(mén)極結(jié)構(gòu) 減小開(kāi)通時(shí)間； IG 前沿陡度增加 td 延遲時(shí)間減??； 溫度T升高 開(kāi)通時(shí)間減??； 主回路負(fù)載阻抗性質(zhì)決定開(kāi)通I、V波形變化 使 tr 上升時(shí)間減小或增大。2. 擴(kuò)展時(shí)間擴(kuò)展時(shí)間 ts : 擴(kuò)展速度: 由門(mén)極形狀和陰極形狀決定。 強(qiáng)觸發(fā)可使擴(kuò)展時(shí)間減小。 3. 通態(tài)電流臨界上升率（通態(tài)電流臨界上升率（ di/dt 容量）容量）: 圖415注意: 前沿陡，高幅值， IG 強(qiáng)觸發(fā) 臨界上升率容量增加。 飽和電抗器大電流飽和: 圖418。（三）（三）. 斷態(tài)電壓臨界上升率（

11、斷態(tài)電壓臨界上升率（ dv/dt 耐量）耐量）: 誤導(dǎo)通，間接影響主電路。 G開(kāi)路， J1 ， J3 正偏， J2 反偏 勢(shì)壘電容 CJ2 , 擴(kuò)散 電容CJ1 , CJ2位移電流 電子流向 J1 ，空穴流向 J3 J3 ， J1正偏加強(qiáng) 1 ，2 增大 SCR導(dǎo)通。 防止誤導(dǎo)通的措施: 陰極短路發(fā)射極結(jié)構(gòu)； 在門(mén)極和陰極間接入電阻；在門(mén)極加負(fù)偏壓。(二二). 關(guān)斷特性關(guān)斷特性:（自學(xué)）（自學(xué)） 強(qiáng)迫關(guān)斷: UAK 加反偏壓。五五. SCR特性參數(shù)表特性參數(shù)表: 見(jiàn)書(shū)P72。第二節(jié) 特種用途晶閘管一一. 快速晶閘管（快速晶閘管（FST）工作頻率大于400赫茲。 1. 要求要求: 關(guān)斷時(shí)間 tq

12、 小于50微秒；通態(tài)壓降低； 開(kāi)關(guān)損耗小；di/dt 容量高；dv/dt 耐量高。 2. 晶閘管高頻應(yīng)用的主要問(wèn)題晶閘管高頻應(yīng)用的主要問(wèn)題： 高頻應(yīng)用時(shí)，其電流容量 di/dt 下降，因?yàn)? 頻率升高 開(kāi)關(guān)功率損耗增加。 頻率升高 器件有效陰極面積減小 熱阻增大。 3. 采用強(qiáng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)采用強(qiáng)門(mén)極驅(qū)動(dòng) 降低降低 PSW 。 4. 主要用于中頻感應(yīng)加熱電源。主要用于中頻感應(yīng)加熱電源。第二節(jié) 特種用途晶閘管二二. 逆導(dǎo)晶閘管（逆導(dǎo)晶閘管（RCT）不對(duì)稱(chēng)晶閘管。不對(duì)稱(chēng)晶閘管。 1. RCT Reverse Conduction Thyristor 晶閘管和二極管反并聯(lián) 集成于一硅片上。 2. RCT集

13、成器件比分立集成器件比分立RCT的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn): 體積小，高溫特性好； 將大電流，高電壓，快速三者矛盾統(tǒng)一； 有利于提高頻率。（一）（一）. 基本結(jié)構(gòu)及伏基本結(jié)構(gòu)及伏 安特性安特性：（二）（二）. 器件特點(diǎn)器件特點(diǎn): 陽(yáng)、陰極采用發(fā)射極短路結(jié)構(gòu)。 1. 提高了器件抗漏電流能力，高溫特性?xún)?yōu)于 普通SCR，最大工作溫度=175 2. 由于小電流時(shí)，電流放大系數(shù)約為零 RCT的長(zhǎng)基區(qū)寬度對(duì)于一定的正向耐壓要求， 可以做得最薄 通態(tài)壓降減?。?開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間降低；浪涌電流增大。（三）（三）. 主要特性及特性參數(shù)主要特性及特性參數(shù): 1. 額定電流額定電流: 流過(guò)二極管的電流與流過(guò)晶閘管的電流之比，

14、若等于1，為逆變；若等于0.30.4，為斬波。2. 開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性: A. 換向性能：換向失敗 RCT的弱點(diǎn)。 從正向?qū)ǖ椒雌P(guān)斷再到正向阻斷時(shí)，反向?qū)ǖ?二極管的反向恢復(fù)電流將擴(kuò)展到晶閘管區(qū)，有可能引 起晶閘管的誤導(dǎo)通而失去正向阻斷能力換向失敗。 B. 逆導(dǎo)晶閘管的換向能力與結(jié)溫，二極管區(qū)的電流 下降率，二極管區(qū)的通態(tài)電流，換向時(shí)的電壓上升 率等密切相關(guān)。 C. 提高換向能力的措施: 在器件方面采用隔離結(jié)構(gòu)； 在電路應(yīng)用方面限制二極管的 di/dt 和dv/dt 等。 D. 關(guān)斷時(shí)間:（自學(xué)）兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管集成在同一硅片上， 用一個(gè)門(mén)極觸發(fā)控制的雙方向功率器件 交流功率控制（無(wú)觸點(diǎn)

15、繼電器，交流相位控制）。（一）（一）.基本結(jié)構(gòu)及伏基本結(jié)構(gòu)及伏安特性曲線(xiàn)安特性曲線(xiàn): 它的伏安特性是對(duì)稱(chēng)的，其正向和反向都具有 觸發(fā)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)特性。三三. 雙向晶閘管（雙向晶閘管（TRIAC） Triode AC Switch Thyristor（二）（二）.觸發(fā)方式及觸發(fā)原理觸發(fā)方式及觸發(fā)原理: 1. 觸發(fā)方式觸發(fā)方式: 一、三象限，門(mén)極正負(fù)觸發(fā) 即有四種觸發(fā)方式。 2. 觸發(fā)原理觸發(fā)原理: A. 第一象限正觸發(fā) I + : 相當(dāng)于P型門(mén)極對(duì)正偏 晶閘管 P1N1P2N2 的觸發(fā)。與普通晶閘管相同。 B. 第一象限負(fù)觸發(fā) I - : T2 相對(duì)于 T1 為正， G相對(duì)于 T1 為負(fù)，主晶閘管

16、和門(mén)極晶閘管都處 于正向偏置，觸發(fā)電流由 T1 流向G，于是門(mén)極 晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通，橫向擴(kuò)展的結(jié)果 使主晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。C第三象限正觸發(fā) + : T2 相對(duì)于 T1 為負(fù)， G相對(duì)于 T1 為正，門(mén)極觸發(fā)電流由G流向 T1 ， 門(mén)極下方的輔助晶閘管首先觸發(fā)導(dǎo)通， 橫向擴(kuò)展的結(jié)果使主晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。D第三象限負(fù)觸發(fā) - : T2 、G相對(duì)于 T1 為負(fù)， 門(mén)極觸發(fā)電流由 T1 流向G，使主晶閘管 觸發(fā)導(dǎo)通。 觸發(fā)靈敏度: + - ， - + 。（三）（三）. 特性及主要參數(shù)特性及主要參數(shù):(自學(xué)自學(xué))1.換向性能:換向失敗。2.額定電流、通態(tài)壓降:3.門(mén)極特性:4.動(dòng)態(tài)特性: A.電流上升率:

17、 B.開(kāi)通時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間: C.電壓上升率和換向能力:四四. 光控晶閘管（光控晶閘管（LTT）: 用光信號(hào)代替電信號(hào) 進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通的特殊觸發(fā)型晶閘管， 其伏安特性曲線(xiàn)與普通晶閘管一樣。 主要應(yīng)用于高壓直流輸電裝置 和高壓核聚變裝置等。第三節(jié) 晶閘管應(yīng)用基礎(chǔ)一一. 晶閘管的串并聯(lián)晶閘管的串并聯(lián):（一）一）. 串聯(lián)應(yīng)用串聯(lián)應(yīng)用: N個(gè)器件串聯(lián)，其耐壓是單個(gè)器件的N倍。 實(shí)際上的耐壓比理想的低。 1. 靜態(tài)分壓靜態(tài)分壓: 在穩(wěn)定阻斷狀態(tài)下，晶閘管的正、反向阻斷電 壓 的偏差或其相應(yīng)的漏電流的偏差引起電壓分 配不均。 改善方法是采用分壓電阻與之并聯(lián)。第三節(jié) 晶閘管應(yīng)用基礎(chǔ)2 .動(dòng)態(tài)分壓動(dòng)態(tài)分壓: 開(kāi)通

18、時(shí)間的偏差引起分壓不均: 反向恢復(fù)時(shí)間的偏差引起分壓不均。 改善方法: 選用開(kāi)通時(shí)間較一致的器件； 采用強(qiáng)觸發(fā)信號(hào)。（二）（二）.并聯(lián)應(yīng)用并聯(lián)應(yīng)用: n個(gè)SCR并聯(lián)，理想情況下，每個(gè)均流。1. 引起電流不平衡的原因引起電流不平衡的原因:A.靜態(tài)分流不均: SCR的通態(tài)壓降偏差。B.動(dòng)態(tài)分流不均: 晶閘管開(kāi)通時(shí)間的偏差引起的分流不均。C.電路分流不均: SCR的支路布線(xiàn)或 配線(xiàn)不同引起的分流不均。2.均流方法均流方法: A. 選用參數(shù)一致的SCR并聯(lián)。（ VT ，ton ） B. 采用幅值高、前沿陡直的脈沖信號(hào)作門(mén)極 強(qiáng)觸發(fā)信號(hào)。 C. 布線(xiàn)對(duì)稱(chēng)。 D. 在電路上采用均流措施: 在SCR支路上串

19、小電阻；串電抗器；二二.晶閘管的保護(hù)方式晶閘管的保護(hù)方式: 必要保護(hù)的因素有三類(lèi): 1.在晶閘管導(dǎo)通、關(guān)斷過(guò)程中 引起的過(guò)電壓、過(guò)高的 di/dt 及 dv/dt 。 2.外部干擾引起的過(guò)電壓。 3.外部干擾引起的過(guò)電流。（一）（一）.在通、斷過(guò)程的晶閘管保護(hù)在通、斷過(guò)程的晶閘管保護(hù): 1.導(dǎo)通現(xiàn)象和保護(hù)導(dǎo)通現(xiàn)象和保護(hù): A. di/dt 的抑制:(串空心電抗器或飽和電抗器) B. dv/dt 及過(guò)電壓的抑制:（用RC snubber） 2. 關(guān)斷的現(xiàn)象和保護(hù)關(guān)斷的現(xiàn)象和保護(hù):（二）（二）. 過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù):1. 過(guò)電壓產(chǎn)生的原因過(guò)電壓產(chǎn)生的原因:變壓器投入時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓；變壓器一次側(cè)

20、斷路產(chǎn)生的浪涌電壓；雷擊侵入的浪涌電壓；直流回路斷路時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。2. 浪涌吸收器保護(hù)浪涌吸收器保護(hù)。3. 避雷器保護(hù)。避雷器保護(hù)。（三）（三）.過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù):1. 晶閘管的允許電流。 2.過(guò)電流產(chǎn)生的原因: SCR內(nèi)部故障引起的過(guò)電流 （橋臂短路，誤觸發(fā)，橋臂開(kāi)路）； SCR外部事故或負(fù)載性質(zhì)引起的過(guò)電流 （短路，電源喪失，負(fù)載的性質(zhì)，控制裝置不正常）3.保護(hù)措施: A.控制電流極限。 B.控制換流余度角。 C.門(mén)極脈沖移位或門(mén)極斷開(kāi)。 D.采用熔斷器或斷路器。第五章 自關(guān)斷雙極器件 第一節(jié) 電力晶體管(GTR) 第二節(jié) 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)普通晶閘管開(kāi)通可控，關(guān)斷不可控，

21、稱(chēng)為半控器件。自關(guān)斷雙極器件其通斷均可控，稱(chēng)為全控器件。 GTR，GTO是電流控制的自關(guān)斷雙極器件， GTR屬晶體管類(lèi)型，GTO屬晶閘管類(lèi)型。 在 PWM 變頻調(diào)速技術(shù)中，GTR用于中小功率裝置， GTO用于中大功率裝置。第二代器件: 多元胞集成器件: 雙極GTR，GTO； 單極VDMOS，SIT ； 單雙極混合IGBT，MCT。 功率與頻率的積越大，器件性能越好。第一節(jié) 電力晶體管GTR)第一節(jié) 電力晶體管(GTR)電力晶體管（GTR Giant Transistor） 用于電力開(kāi)關(guān)晶體管按集電極最大允許耗散功率晶體管按集電極最大允許耗散功率PCM的大小分為小功的大小分為小功率管和大功率管，

22、以率管和大功率管，以PCM1瓦作為界線(xiàn)。瓦作為界線(xiàn)。 通常GTR的通態(tài)電流數(shù)十安培以上、PCM達(dá)數(shù)百瓦特。小功率晶體管的主要特性參數(shù)有小功率晶體管的主要特性參數(shù)有： 電流放大系數(shù)、線(xiàn)性度、頻率響應(yīng)、噪聲、溫漂。大功率晶體管（大功率晶體管（GTR）的重要參數(shù)性能為）的重要參數(shù)性能為: 擊穿電壓、集電極最大允許功耗。功率晶體管中的高壓大電流效應(yīng)，二次擊穿、開(kāi)關(guān)特性。功率晶體管中的高壓大電流效應(yīng)，二次擊穿、開(kāi)關(guān)特性。一一.GTR結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):（NPN基本結(jié)構(gòu)，達(dá)林頓接法）基本結(jié)構(gòu)，達(dá)林頓接法）1.GTR采用采用 NPN垂直結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu):2.多元胞并聯(lián)原因多元胞并聯(lián)原因: 發(fā)射極電流聚邊效應(yīng)大功率晶體管的

23、正向基極電流 在基區(qū)橫向電阻 rb 上產(chǎn)生壓降，使發(fā)射結(jié)上的正向偏置 電壓不能沿橫向均勻分布，發(fā)射極條中部偏壓最低，邊沿 偏壓最高，使電流產(chǎn)生聚邊效應(yīng)。解決方法解決方法: 減小發(fā)射區(qū)的寬度；基極和發(fā)射極做成梳狀， 且相互交錯(cuò)排列。發(fā)射極電流聚邊效應(yīng)的后果發(fā)射極電流聚邊效應(yīng)的后果：電流局部集中， 產(chǎn)生熱效應(yīng)，使GTR易損壞。3. GTR采用達(dá)林頓接法的原因采用達(dá)林頓接法的原因: 大功率晶體管單管電流放大系數(shù)很小： IE 增大 注入增大（Rb 大大減小， Re 變化不大） 減小 減小（大注入效應(yīng)）。 大功率晶體管是大電流器件，其發(fā)射極注入效率隨其 注入量的增加而下降，使其放大系數(shù)更小。 方塊電阻公

24、式: 發(fā)射極注入效率公式:ttaaR口beEnEpRRII口口1111達(dá)林頓接法的特點(diǎn)達(dá)林頓接法的特點(diǎn): A.電流放大系數(shù)為各管放大系數(shù)之積。 B.總的輸入阻抗增大。 C.集成IC工藝，易于制成，內(nèi)連引線(xiàn)短，效果好。二二. GTR的工作特性的工作特性:（一）（一）.靜態(tài)特性靜態(tài)特性: 工作狀態(tài) : 斷態(tài)和通態(tài)。 （特征區(qū): 飽和、放大、截止區(qū)。）電力開(kāi)關(guān)的通態(tài)工作點(diǎn)在飽和區(qū)，斷態(tài)工作點(diǎn)在截止區(qū)。1. 通態(tài)時(shí)的集射極間電壓稱(chēng)為飽和壓降通態(tài)時(shí)的集射極間電壓稱(chēng)為飽和壓降: UCES小于 UBES 。當(dāng)二者相等，即 UBC 0時(shí)， 為臨界飽和狀態(tài)。2. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù): 在放大區(qū)恒定，趨于飽

25、和區(qū)時(shí)， 減?。辉谏铒柡蛥^(qū)時(shí)， 最小。3. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 的特性的特性: A. 在相同溫度下: UCE 增大 有效基區(qū)寬度縮小 電流放大系數(shù)增大。 B.在相同在相同 UCE 下下: 在 IC小時(shí)，溫度升高 電流放大系數(shù)增大； 在 IC大時(shí)，溫度升高 電流放大系數(shù)減小 （有利于GTR并聯(lián)均流）。C.在相同在相同 UCE 和溫度下和溫度下: 在較小 IC 時(shí)，隨 IC 增大 增大； 在較大 IC 時(shí)，隨 IC 增大 減?。ù笞⑷胄?yīng)）。 D.當(dāng)集電極與發(fā)射極反接時(shí)，當(dāng)集電極與發(fā)射極反接時(shí)， 極小。極小。 輕摻雜區(qū)C與重?fù)诫s區(qū)E不能互換使用。(二二).開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性:(見(jiàn)94頁(yè), 圖4

26、-6)1.導(dǎo)通導(dǎo)通: 基極輸入正向基極電流 集電極電流上升 GTR導(dǎo)通。 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間 ton 延遲時(shí)間延遲時(shí)間 td 上升時(shí)間上升時(shí)間 tr 。 在延遲時(shí)間內(nèi)在延遲時(shí)間內(nèi) GTR仍截止基極電流 Ib 對(duì)發(fā)射結(jié) 擴(kuò)散電容 Cd e 充電發(fā)射結(jié)正偏，但小于Ube 0.7伏 Ic 上升至0.1Ics。 （提高 Ibf 或提高 dib/dt ,可縮短延遲時(shí)間td ）。 在上升時(shí)間內(nèi)在上升時(shí)間內(nèi) Ube 增大 電子注入增多 濃度梯度增大 Ic 增至0.9Ics 集電結(jié)反偏電壓 降低，趨于0伏 GTR進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)。2. 關(guān)斷關(guān)斷:（飽和截止） 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間 t off 存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間 ts

27、 下降時(shí)間下降時(shí)間 tf 。 在存儲(chǔ)時(shí)間 ts 內(nèi)，IC 并未明顯下降（因?yàn)榧妳^(qū) 和基區(qū)存在超量?jī)?chǔ)存載流子）。 GTR飽和標(biāo)志：飽和標(biāo)志：空穴在基區(qū)和集電區(qū)的超量積累。存儲(chǔ)時(shí)間的長(zhǎng)短，取決于超量空穴的多少和消失的快慢。 一般的，電流放大系數(shù)越大， ts越長(zhǎng)。 見(jiàn):95頁(yè)公式（4-6） GTR在開(kāi)關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，經(jīng)過(guò)放大區(qū)的時(shí)間必須盡可能 短，否則，功耗很大。一般將正向基極電流 IBF 控制在略大于 ICS/ 的條件下這樣 ts 減小 （因?yàn)?ts 是四個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間中最長(zhǎng)的）。 （三）（三）.特性參數(shù)表特性參數(shù)表: 見(jiàn)96頁(yè) ,表4-2。三三. GTR的擊穿特性與安全工作區(qū)（的擊穿特性與安全工作區(qū)（

28、SOA）: 一次擊穿一次擊穿: PN結(jié)的雪崩擊穿（端電壓無(wú)明顯跌落， 可恢復(fù)特性）。 二次擊穿二次擊穿: 電流上升伴隨電壓大大下降的破壞性擊穿。 （雙極晶體管結(jié)構(gòu)所特有的）。 二次擊穿使SOA縮小。（一）（一）.GTR的一次擊穿的一次擊穿: 指反偏集電結(jié)的空間電荷區(qū)發(fā)生載流子雪崩倍增時(shí)IC 驟然上升的現(xiàn)象。1.共基極接法共基極接法: UB=UCBO 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)的一次擊穿是孤立集電結(jié)的雪崩擊穿， 相應(yīng)的擊穿電壓是GTR的最高擊穿電壓。 此擊穿電壓 UB 由集電區(qū)的摻雜濃度決定，隨濃度的 降低而升高。2.共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法:UA=UCEO 基極開(kāi)路時(shí)的一次擊穿電壓 UA 與發(fā)射極開(kāi)路時(shí) 的

29、一次擊穿電壓 UB 有關(guān)系： 公式: UA mBAUU/1)1 (1.幾種擊穿電壓幾種擊穿電壓: (由小到大順序由小到大順序) A.基極開(kāi)路時(shí)的集射極間擊穿電壓: BUCEO B.基極與發(fā)射極間接一分流電阻時(shí)的 集射極間的擊穿電壓: BUCER C.基極與發(fā)射極短路時(shí)的集射極間的擊穿電壓: BUCES D.基極與發(fā)射極加反向電壓時(shí)的 集射極間的的擊穿電壓: BUCEX E.發(fā)射極開(kāi)路時(shí)的集基極間的的擊穿電壓: BUCBO(二）二）.GTR的二次擊穿的二次擊穿: 1.一次擊穿后，IC 若不限流，過(guò)大會(huì)發(fā)生損傷性 二次擊穿；或直接發(fā)生二次擊穿。2.二次擊穿可能發(fā)生于三種狀態(tài) : 正偏（發(fā)射結(jié)正偏）

30、；反偏（發(fā)射結(jié)反偏）； 截止（基極開(kāi)路）。3.二次擊穿臨界點(diǎn)二次擊穿臨界線(xiàn)。 （電壓跌落點(diǎn)） 二次擊穿電流，二次擊穿電壓， 二次擊穿的延遲時(shí)間，二次擊穿耐量。4. GTR的二次擊穿不同于熱擊穿， 但與局部過(guò)熱有關(guān)。（有可能冷態(tài)擊穿， 局部有小熔洞）。 5. 熱電反饋二次擊穿解釋理論： IC 在器件中不均勻分布。 6. 雪崩注入理論適合于感性負(fù)載開(kāi)關(guān)器件。 GTR關(guān)斷時(shí)發(fā)生發(fā)射極電流夾緊效應(yīng)。 解釋此效應(yīng) （與GTR開(kāi)通時(shí)的發(fā)射極電流聚邊相反效應(yīng)。）（三）（三）. GTR的安全工作區(qū)（的安全工作區(qū)（SOA）: 指在 IC UCE 坐標(biāo)平面內(nèi)的一個(gè)封閉區(qū)域， 區(qū)域形狀和范圍依器件型號(hào)及導(dǎo)通脈寬等而

31、異。 是選擇器件及設(shè)計(jì)電路的工作性能和可靠性的 重要依據(jù)。 安全工作區(qū)在殼溫25度下測(cè)繪，隨溫度升高， SOA縮小。第二節(jié) 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)第二節(jié) GTO（Gate Turn-off Thyristor） 電流控制型自關(guān)斷雙極器件 缺點(diǎn): 需門(mén)極驅(qū)動(dòng)，關(guān)斷電流較大， 關(guān)斷控制比GTR難。 優(yōu)點(diǎn): 四層器件，功率容量大 用于電力機(jī)車(chē)。（3000A/6000V） 一一. GTO的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基本結(jié)構(gòu)和工作原理:1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): SCR 結(jié)構(gòu) GTO結(jié)構(gòu) 多元胞并聯(lián)結(jié)構(gòu)多元胞并聯(lián)結(jié)構(gòu)： N+陰極發(fā)射區(qū)化整為零，以擴(kuò)大P基區(qū)對(duì)N發(fā)射區(qū)的相對(duì)控制面積）； 門(mén)極（P）包圍陰極區(qū)（ N+ ）。 G、C不共面、采用壓接方式。不共面、采用壓接方式。 精細(xì)線(xiàn)條工藝，結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整，減小精細(xì)線(xiàn)條工藝，結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整，減小P基區(qū)薄層電阻基區(qū)薄層電阻。 GTO無(wú)陰極短路點(diǎn)無(wú)陰極短路點(diǎn)（陽(yáng)極短路型GTO）。2. 原理原理: 二維關(guān)斷 一維關(guān)斷 A.GTO開(kāi)通開(kāi)通:與普通晶閘管相似。J1， J2 ，J3 均正偏。但是各元胞同時(shí)開(kāi)通。B.GTO關(guān)斷：關(guān)斷：各元胞同時(shí)進(jìn)行 反偏門(mén)極抽取P基區(qū) 中的空穴。 擠流關(guān)斷效應(yīng)：擠流關(guān)斷效應(yīng)：（類(lèi)似于GTR的發(fā)射區(qū)電流夾緊效應(yīng)） 等離子體（=高密度的電子和空穴