基本分立元件

1、(6 - 1)电子技术电子技术绪论绪论:从二十世纪初期第一代电子器件真空管问世以来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电子器件和电子技术得到了迅速的发展了迅速的发展,尤其是八十年代以来发展更快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电子器件和电子技术的发展大大促进了通信技术大促进了通信技术,测量技术测量技术,自动控制技术及计算机技术的迅速发展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和数字电路.模拟电路模拟电路:处理的信号是模拟信号处理的信号是模拟信号,它是随时间连续变化它

2、是随时间连续变化的信号的信号. 二极管、三极管、稳压管、绝缘栅场效应管二极管、三极管、稳压管、绝缘栅场效应管;整流、滤波及稳压电路整流、滤波及稳压电路,三极管三极管放大电路以及集成运算放大电路等放大电路以及集成运算放大电路等.数字电路数字电路:处理的信号是数字信号处理的信号是数字信号, ,它是随时间不连续变它是随时间不连续变化的信号化的信号. . 各种数制码制各种数制码制,基本逻辑门、逻辑代数基本逻辑门、逻辑代数,组合逻辑电路和时序逻辑电路等内容组合逻辑电路和时序逻辑电路等内容.(6 - 2)1.1 电阻电容电感电阻电容电感1.2 二极管、稳压管二极管、稳压管1.3 半导体三极管半导体三极管1

3、.4 场效应管场效应管1.5 晶闸管晶闸管(可控硅可控硅)1.6 大功率半导体开关大功率半导体开关基本分立器件基本分立器件(6 - 3)1.1 电阻电容电感电阻电容电感 双脚直插、贴片、排双脚直插、贴片、排色环色环：棕：棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 紫紫 灰灰 白白 黑黑 金金 银银数字数字： -1 -2 色环最后一位代表误差，其前面一位是色环最后一位代表误差，其前面一位是10的幂次，的幂次，其它数字直接读出，最常用的序列为其它数字直接读出，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

4、容、电感电阻、电容、电感的单位分别是的单位分别是欧姆欧姆、皮法、皮法pF、微亨微亨H。电阻电阻：电阻值和功率电阻值和功率，1/8W，1/4W，1/2W，1W，2W，最常用的是，最常用的是1/4W。电容电容：电容值和电压电容值和电压，常用瓷片电容和电解电容。，常用瓷片电容和电解电容。电感电感：电感值和电流电感值和电流。 (6 - 4)电压和电流的关系 电阻电阻R 电容电容C 电感电感LRuiiRu,dtduCiidtCu,1udtLidtdiLu1,(6 - 5)一、二极管一、二极管1.2 二极管、二极管、稳压管稳压管PN阳极阳极阴极阴极D1. 最大整流电流最大整流电流 IDM二极管长期使用时，

5、允许流过二极二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。管的最大正向平均电流。2.最大反向工作电压最大反向工作电压UDRM保证二极管不被反向击穿时的电压值。保证二极管不被反向击穿时的电压值。主要参数主要参数3. 最大反向电流最大反向电流 IDRM二极管加最高反向工作电压时的反向电流。二极管加最高反向工作电压时的反向电流。(6 - 6)（2）稳定电流稳定电流IZ工作电压等于工作电压等于UZ时的工作电流。时的工作电流。二、稳压管主要参数二、稳压管主要参数（1）稳定电压稳定电压 UZ （3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr正常工作时管子两端的电压。正常工作时管子两端的电压。UIUZIZrZ愈小

6、愈小,稳压性能愈好稳压性能愈好+-DZ(6 - 7)BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管一、三一、三极管极管基本结构基本结构NPNCBEPNPCBE1.3 半导体三极管半导体三极管(6 - 8)RBEBRCECIBIEIC二、电流放大作用二、电流放大作用1.IE=IC+IB2.ICIE3.IC=IB要使三极要使三极管能放大电管能放大电流，必须使流，必须使发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。(6 - 9)三三极管极管输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1) 放大区放大区 发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 IC= IB , 且且 IC = I

7、B(2) 饱和区饱和区 发射发射结正偏，结正偏，集电集电结正偏结正偏 ，即，即UCEUBE ， IBIC，饱和导通电压饱和导通电压UCE 0.3V (3) 截止区截止区 UBEUT吸吸引的电子增多引的电子增多,填补空穴后还有多填补空穴后还有多,形成反型层形成反型层,构成漏源极间导电沟道构成漏源极间导电沟道,在在ED作用下形成电流作用下形成电流ID1.4 场效应管场效应管G GD DS S(6 - 13)3.特性曲线特性曲线:(1)转移特性转移特性:UDS为一定值时为一定值时,UGS与与ID的关系曲线的关系曲线反应了反应了UGS对对ID的控制作用的控制作用UGSUT后后ID按指数形式上升按指数形

8、式上升.(V)ID开启电压开启电压UGSUTUDS=10V(mA)(2)输出特性输出特性:(V)可变电阻区可变电阻区放大区放大区(恒流区恒流区)击击穿穿区区ID(mA)UDS4312048121620U UGSGS一定一定,I,ID D与与U UDSDS之间之间关系关系: :CU)U( fIGSDSD UGS=3V4V5V(6 - 14)二二.P沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管G GD DS SGG栅极栅极 SS源极源极 DD漏极漏极UTID(mA)UGS(V)2.转移特性转移特性1.1.符号符号: :3.3.输出特性输出特性: :-ID(mA)-UDS(V)0-6V-5V-4

9、V(6 - 15)三三. N. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管G GD DS SGG栅极栅极 SS源极源极 DD漏极漏极1.1.符号符号: :D DG GS SP PN+N+N+N+SiO2+ + + + +N型沟道型沟道2.结构示意图结构示意图:SiO2绝缘层中掺有绝缘层中掺有大量的正离子大量的正离子,当当UGS=0时时,P形硅表面形硅表面也有也有N型导电沟型导电沟道道,UGS0有有ID,UGSUT ID UDS当当UGS ID 到一定到一定UDS=0导通导通2).UGSUT或或UGS 0 0且且UGK0 时，时，晶闸管迅速导通。晶闸管迅速导通。 UGK开开始加入时，始加

10、入时， T T1 1首先导通，首先导通， ib1 = ig、 iC1 = ib1 ； 然后然后T2导通，导通， ib2= iC1 = i ib1b1、ic2 = ib2 = ib1，此后，此后T T1进一步导通，进一步导通，形成正反馈形成正反馈，A A、k k两极间迅速导通。两极间迅速导通。KAT1T2i b1ic2i c1i gi b2(6 - 22)3.3.晶闸管导通后，去掉电压晶闸管导通后，去掉电压UGK，依靠正反馈依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管仍维持导通状态；4.4.晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：晶闸管的晶闸管的A、K两极间加反向电压，两极间加反向电压，或开始或开始工作

11、时就不加触发信号（即令工作时就不加触发信号（即令UGK = 0 ），），晶闸管则不能导通晶闸管则不能导通；（1）（2）晶闸管正向导通后，欲令其截止，必须晶闸管正向导通后，欲令其截止，必须减小减小UAK，或加大回路电阻，致使晶闸管中，或加大回路电阻，致使晶闸管中的电流减小到维持电流（的电流减小到维持电流（I IH H）以下，正反馈）以下，正反馈失效，晶闸管截止。失效，晶闸管截止。(6 - 23)（1）晶闸管具有单向导电性。）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低若使其关断，必须降低 UAK 或加或加大回路电阻，把阳极电流减小到大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。维持电流以下。正向导通条

12、件：正向导通条件：A、K间加正向电间加正向电压，压，G、K间加触发信号。间加触发信号。晶闸管的工作原理小结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。）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：断态重复峰值电压晶闸管耐压值。一般取晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V二、二、 主要参数主要参数2. URRM：反向重复峰值电压：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。一般取压。一般取URRM =

13、 80% URSM。普通晶闸管。普通晶闸管URRM为为100V-3000V） 3. ITAV：通态平均电流：通态平均电流环境温度为环境温度为40。C时时,在在 电阻性负载、单相工频电阻性负载、单相工频 正弦半波、正弦半波、导电角不小于导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管均电流。普通晶闸管 ITAV 为为1A-1000A。）。）(6 - 25)额定通态平均电流即正向平均电流（额定通态平均电流即正向平均电流（IF）。）。通用系列为：通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、10

14、00A 等等14种规格。种规格。UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转折正向转折电压电压URSM反向击穿电压反向击穿电压UDRMURRM(6 - 26)4. UTAV ：通态平均电压：通态平均电压6. UG、IG：控制极触发电压和电流：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、电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。阴两极间的电压平均值。一般为一般为1V左右。左右。5. IH：最小维持电流：最小维持电流在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态

15、所必须的最小电流。一般为几十维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。到一百多毫安。在室温下，在室温下， 阳极电压为直流阳极电压为直流 6V 时，使晶闸管完时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一。一般般UG为为 15V，IG 为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。(6 - 27)3.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1. 电路及工作原理电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG三、可控整流电路三、可控整流电路 u2 0 时，加上触发电压时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通，晶闸管导通 。且。且 uL 的大小随的大小

16、随 uG 加入的早晚而变化；加入的早晚而变化； u2 0 时，晶时，晶闸管不通，闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。故称可控整流。 设设u1为为正弦波正弦波(6 - 28)2. 工作波形工作波形tu2tuGtuLtuT ：控制角：控制角 ：导通角：导通角u1u2uTuLAGKRLuG(6 - 29)3.2 单相全波可控整流电路单相全波可控整流电路T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -二极管二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uG(6 - 30)2. 工作波形工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(6 - 31)4.1 单结晶体管工作原理单结晶体管工

17、作原理结构结构等效电路等效电路E（发射极）（发射极）B2（第二基极）（第二基极）B1（第一基极）（第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极管内基极 体电阻体电阻PN结结四、触发电路四、触发电路(6 - 32)工作原理：工作原理：当当uE UA+UF = UP 时时PN结反偏，结反偏，iE很小；很小；当当 uE UP 时时PN结正向导通结正向导通, iE迅迅速增加。速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE - 分压比分压比 (0.35 0.75)UP - 峰点电压峰点电压UF - PN结正向结正向 导通压降导通压降BBBBBBBAURRRUU211(6 - 33)4.2 单结晶体管的特性和

18、参数单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV -谷点电压、电流谷点电压、电流（维持单结管导通的最小（维持单结管导通的最小 电压、电流。）电压、电流。）负阻区负阻区UP- 峰点电压峰点电压（单结管由截止变导通（单结管由截止变导通 所需发射极电压。）所需发射极电压。） uEUP 时单结管导通时单结管导通(6 - 34)单结管符号单结管符号EB2B1单结管重单结管重要特点要特点1. UEUP 时单结管导通。时单结管导通。(6 - 35)4.3 单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路一、振荡过程分析一、振荡过程分析RR2R1CUuCuOEB1B2电路组成电路组成振荡波形振荡波形uCttuoU

19、VUP(6 - 36)一、电路一、电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3主主电电路路触触发发电电路路五、五、 单结管触发的可控整流电路单结管触发的可控整流电路(6 - 37)二、波形关系二、波形关系u2uabU2MU2Mucb削削 波波整整 流流UZau2RbcDZUZ整流稳压电路部分整流稳压电路部分(6 - 38)UZ削削 波波ucbudbUPUVuebUP-UD触触 发发 脉脉 冲冲UZR1R2RPCuccdeDZb电容充、放电电容充、放电单结晶体管电路部分单结晶体管电路部分 (6 - 39)uLu3ueb触发脉冲触发脉冲输出电压输出电压u3T1T2D1

20、D2uLRLbe可控硅桥式整流电路部分可控硅桥式整流电路部分 (6 - 40)1.6 大功率半导体开关大功率半导体开关 开关速度、通态压降开关速度、通态压降（工作效率）（工作效率）一、大功率晶体管一、大功率晶体管GTRGTR二、功率场效应管二、功率场效应管MOSFETMOSFET三、可三、可关关断晶闸管断晶闸管GTOGTO四、绝缘栅双极型晶体管四、绝缘栅双极型晶体管IGBTIGBT五、集成门极换流晶闸管五、集成门极换流晶闸管IGCTIGCT六、其它半导体功率器件六、其它半导体功率器件(6 - 41)一、一、大功率晶体管大功率晶体管GTR电力晶体管电力晶体管Giant TransistorGTR

21、，直译为巨型晶体管直译为巨型晶体管双极结型晶体管双极结型晶体管Bipolar Junction TransistorBJT,也称为也称为Power BJT达林顿管，复合管达林顿管，复合管12 提高了放大倍数，降低了驱动功提高了放大倍数，降低了驱动功率，仍较高率，仍较高 开关速度较快开关速度较快 （开通较慢，关断慢）（开通较慢，关断慢） 通态压降较低通态压降较低 功率较大功率较大T2BE CT1(6 - 42)二、二、功率场效应管功率场效应管MOSFET场效应管场效应管 FETField Effect Transistor绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管MOSFETMetal Oxide Semic

22、onductor FET功率场效应管功率场效应管 Power MOSFET垂直导电的双扩散型绝缘栅场效应管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；垂直导电，可获得大电流； 设有高阻区，耐压提高；设有高阻区，耐压提高； 沟道短，开关速度和效率高。沟道短，开关速度和效率高。 开关速度很快开关速度很快 通态压降低通态压降低 功率有限功率有限G GD DS SD DG GS SP PN+N+N+N+SiO2N+N+N-N-N-N-N+N+N+N+P PS SN+N+(6 - 43)三、三、可可关关断晶闸管断晶闸管

23、GTO 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO） 可关断晶闸管的触发导通与普通晶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。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，关断开关速度较慢（开通快，关断慢）慢）通态压降低通态压降低功率大功率大耐压高耐压高 KAGT1T2GAK(6 - 44)四、四、绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管IGBT Insulated-gate Bipolar Transistor场效应管和三极管复合场效应管和三极管复合 开关速度快开关速度快 通态压降低通态压降低 功率大功率大CBECD DS SG GGEC(6 - 45)五、五、集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管IGCT Integrated Gat