IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写 绝缘门双极性晶体管 绝缘栅双极晶体管缩写IGBT MOSFET是场效应管，因为只有一个极性的粒子导电，又称为单极性晶体管。 是功率管，有放大作用，IGBT的本质就是一个场效应管，不过是在场效应管的基础上 加上了P+层。是结合了场效应管＆双极性晶体管的特点。 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT基本结构见图1中的纵剖面图及等效电路。 导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流(双极)。 关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、IC和TC之间的关系如图2所示。 反向阻断
绝缘栅双极晶体管 晶体管的发展 1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕，恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线，随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个有放大作用的新电子器件！布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。布拉顿在笔记本上这样写道：“电压增益100，功率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者，肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。 1948年，肖克莱发明了“结型晶体管”。1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。“一石激起千层浪”，它就像颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛！ 1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），这是现在通行的标准的晶体管。 1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。 1954年10月18日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。 1954年，贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机 TRADIC 1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯（Robert N oyce）。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。 1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔（Gordon Moore）预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童（Fairchild）半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备（integrated electronics）”的缩写。 1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1 /16英寸，包含仅2000多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1978年：英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富（Forture） 500强企业排名，《财富（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。
第五章FET三极管及其放大管 一、判断题 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。（）。 √ 场效应管放大电路和双极型三极管放大电路的小信号等效模型相同。（）× 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。（）× I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。（） × 若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（）前往 × 互补输出级应采用共集或共漏接法。( ) √ 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。( ) × I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。( ) × 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。( ) √ 与三极管放大电路相比，场效应管放大电路具有输入电阻很高、噪声低、温度稳
定性好等优点。（） √ 场效应管放大电路的偏置电路可以采用自给偏压电路。（） × 二、填空题 场效应管放大电路中，共＿＿极电路具有电压放大能力，输出电压与输入电压反 相；共＿＿极电路输出电阻较小，输出电压与输入电压同相。 源，栅 场效应管是利用＿＿电压来控制＿＿电流大小的半导体器件。 V GS（栅源电压），I D（漏极） 场效应管是＿＿＿＿控制半导体器件，参与导电的载流子有＿＿＿＿种。 电压，1 当u gs=0时，漏源间存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管。 耗尽型，增强型 场效应管具有输入电阻很＿＿＿＿、抗干扰能力＿＿＿＿等特点。 大，强 输出电压与输入电压反相的单管半导体三极管放大电路是＿＿＿＿。 共射（共源） 共源极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。 共射 共漏极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。
绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理 点击次数：1534 发布时间：2009-5-9 11:18:10 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on）数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS（on）特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降，转换成一个低VCE（sat）的能力，以及IGBT 的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。 一、导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分）。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流（MOSFET 电流）；空穴电流（双极）。 二、关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、 IC和 TC之间的关系如图2所示。 三、反向阻断 当集电极被施加一个反向电压时， J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。
绝缘栅双极型晶体管 一、 IGBT介绍 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 二、 IGBT的结构 左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+区称为源区，附于其上的电极称为源极（即发射极E）。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极（即门极G）。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区（包括P+和P-区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel region）。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区（Drain injector），它是IGBT特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极（即集电极C）。 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N-沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N-层的空穴（少子），对N-层进行电导调制，减小N-层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。 三、对于IGBT的测试 IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试，即在IGBT模块结温为25C时进行测试，此时IGBT工作在非开关状态；另一类是动态参数测试，即在IGBT模块结温为1
绝缘栅双极晶体管（IGBT）的基本特性与 驱动 张冬冬 （华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）The Basic Characteristics and the Drive of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Zhang Dong-dong (School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) ABSTRACT: IGBT is short for Insulate Gate Bipolar Transistor. It greatly expands the semiconductor device applications field in power industry, as it has multiple advantages of MOSFET and GTR. For example, it improves the performance of the air conditioner remarkably when used in convert circuits in frequency conversion air conditioner.GTR saturated pressure drop, the carrier density, but the drive current is larger; MOSFET drive power is small, fast switching speed, but the conduction voltage drop large carrier density. IGBT combines the advantages of these two devices, drive power is small and saturated pressure drop. V ery suitable for DC voltage of 600V and above converter systems such as AC motor, inverter, switching power supply, electric lighting. KEY WORDS：IGBT, converter, switching power supply 摘要：IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET 和GTR的多项优点，极大的扩展了半导体器件的功率应用领域。例如将之应用于变频空调逆变电路当中，显著地改善了空调的性能。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。关键词：绝缘栅双极晶体管，逆变器，变频器，开关电源 1 IGBT器件的发展和研究现状 1.1 电力器件的发展历史 IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管，它是适应了功率半导体器件(也叫电力电子器件)的发展而产生的。 自1982年IGBT由GE公司和RCA公司首先宣布以来，引起了世界许多半导体厂家和研究者的再砚，围际上再大半导体公司都投入巨资发展IGBT，GE公司称之为IGT(Insulated Gate Transistor)；RCA公司称之为COMFET(Conductivity Modulated FET)；Motorola公司称之为GEMFET(Gain Enhancement FET)：IXY公司称之为MOS-IGT；东芝公司称之为IGBT、IGR(Insulated Gate Rectifier)、BIFET(Bipolar FET)，目前已统一称为IGBT。 经过二、三十年的发展，IGBT大略经历了以下几个阶段： 在IGBT发明之仞，首先大规模制造的主要是穿通型IGBT(PT-IGBT)，其饱和压降较高，开关叫间较长：其后是寻求IGBT图形设计的最佳化；接下来是抑制寄生器件的工作：然后是通过引入微细化工艺来改善IGBT的综合特性：90年代中至今，人们热
双极型晶体管参数符号及其意义 Cc---集电极电容 Ccb---集电极与基极间电容 Cce---发射极接地输出电容 Ci---输入电容 Cib---共基极输入电容 Cie---共发射极输入电容 Cies---共发射极短路输入电容 Cieo---共发射极开路输入电容 Cn---中和电容（外电路参数） Co---输出电容 Cob---共基极输出电容。在基极电路中，集电极与基极间输出电容 Coe---共发射极输出电容 Coeo---共发射极开路输出电容 Cre---共发射极反馈电容 Cic---集电结势垒电容 CL---负载电容（外电路参数） Cp---并联电容（外电路参数） BVcbo---发射极开路，集电极与基极间击穿电压 BVceo---基极开路，CE结击穿电压 BVebo--- 集电极开路EB结击穿电压 BVces---基极与发射极短路CE结击穿电压 BV cer---基极与发射极串接一电阻，CE结击穿电压 D---占空比 fT---特征频率 fmax---最高振荡频率。当三极管功率增益等于1时的工作频率
hFE---共发射极静态电流放大系数 hIE---共发射极静态输入阻抗 hOE---共发射极静态输出电导 h RE---共发射极静态电压反馈系数 hie---共发射极小信号短路输入阻抗 hre---共发射极小信号开路电压反馈系数 hfe---共发射极小信号短路电压放大系数 hoe---共发射极小信号开路输出导纳 IB---基极直流电流或交流电流的平均值 Ic---集电极直流电流或交流电流的平均值 IE---发射极直流电流或交流电流的平均值 Icbo---基极接地，发射极对地开路，在规定的VCB反向电压条件下的集电极与基极之间的反向截止电流 Iceo---发射极接地，基极对地开路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流 Iebo---基极接地，集电极对地开路，在规定的反向电压VEB条件下，发射极与基极之间的反向截止电流 Icer---基极与发射极间串联电阻R，集电极与发射极间的电压VCE为规定值时，集电极与发射极之间的反向截止电流Ices---发射极接地，基极对地短路，在规定的反向电压VCE条件下，集电极与发射极之间的反向截止电流 Icex---发射极接地，基极与发射极间加指定偏压，在规定的反向偏压VCE下，集电极与发射极之间的反向截止电流ICM---集电极最大允许电流或交流电流的最大平均值。 IBM---在集电极允许耗散功率的范围内，能连续地通过基极的直流电流的最大值，或交流电流的最大平均值 ICMP---集电极最大允许脉冲电流 ISB---二次击穿电流 IAGC---正向自动控制电流 Pc---集电极耗散功率 PCM---集电极最大允许耗散功率 Pi---输入功率 Po---输出功率 Posc---振荡功率 Pn---噪声功率 Ptot---总耗散功率
绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析 绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了电力晶体管（Giant TransistorGTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）是MOS结构双极器件，属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT 的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的 区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器（逆变器）、照相机的频闪观测器、感应加热（InducTIonHeaTIng）电饭锅等领域。根据封装的不同，IGBT大致分为两种类型，一种是模压树脂密封的三端单体封装型，从TO－3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD （FleeWheelDiode）成对地（2或6组）封装起来的模块型，主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同，分为多种形状及封装方式，都已形成系列化。 ? ? IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS（on） 数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS（on）特性，但是在高电平时， 功率导通损耗仍然要比IGBT 高出很多。IGBT较低的压降，转换成一个低
课程名称：电力电子器件指导老师：陈辉明成绩： 实验名称：实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验二绝缘栅双极晶体管（IGBT)特性与驱动电路研究 一、实验目的和要求 1、熟悉IGBT 主要参数与开关特性的处理方法。 2、掌握混合集成驱动电路M57859L 的工作原理与调试方法。 3、研究IGBT 主要参数与开关特性。 二、实验内容和原理 实验原理： 见《电力电子器件实验指导书》（汤建新编著）34 页至38 页“IGBT 特性与驱动电路研究”中“二.实验线路及原理”。 混合集成驱动电路M57859L： M57859L 是高度集成的专为IGBT 设计的栅极驱动电路，芯片提供了驱动所需要的要求，包括短路 过流保护，过流定时恢复，栅极封锁保护，输入隔离等功能。
芯片的原理图如下： 三、主要仪器设备 1、DSX 01 电源控制屏 2、DDS 16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱 3、DT 10“直流电压电流表实验挂箱” 4、数字示波器等 四、操作方法和实验步骤 1、IGBT 主要参数测试 2、M57959L 主要性能测试 3、IGBT 开关特性测试 4、过流保护性能测试 五、实验数据与分析 1、IGBT 主要参数测试 1.1 开启阀电压V gs(th)测试
调节栅极电压，测量集电极电流，记录输入，并特别观察电流为1m A 时的栅压，此时为开启电压。 记录数据如下： 当电流为一毫安时开通电压为6.18V 1.2 跨导g m 测量 根据1.1 测得是数据，计算得gm，绘制成曲线如下：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3818460136.html, 探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用 作者：秦慧娴 来源：《大经贸》2018年第07期 【摘要】絕缘栅双极晶体管（IGBT）是近十多年来为适应电力电子技术发展而出现的新型器件。是整机系统提高性能指标和节能指标的首选产品。它集高频率、高电压、大电流等优点于一身，是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品。本文着重介绍它的结构、工作机理、静态特性、动态特性以及主要参数，为使用该类器件奠定基础IGBT是上世纪80年代初研制成功，并在其性能上，经过几年的不断提高和改进，以成熟的应用于高频大功率领域。因此本文还介绍了IGBT国内外发展简况，将详细地说明了IGBT的重要特性及其应用基础技术，列出了在家用电器、电焊机、电动机等方面应用的一些基本电路。 【关键词】绝缘栅双极晶体管等效电路静态特性动态特性 一、 IGBT的结构和原理 绝缘栅双极晶体管是一种新型的电力半导体器件，它既具有功率场效应晶体、管高速、高输入阻抗的特性，又具有双极达林顿晶体管饱和电压低、电流大、反压高的特性[2]。这种器件在1982年由美国RCA与G E公司试制成功，后经美国IR 公司、欧洲 S G S公司和菲利浦公司、日本东芝、富士电机、日立公司等的改进，于80年代末实现了商品化，自此其应用技术日趋成熟，在电力电子技术中扮演了重要角色。 1.1 IGBT的结构和工作机理 它是在功率MOSFET的基础上发展起来的，他与功率MOSFET不同之处在与多了一个p+发射区，由该区引出IGBT的漏极（或称集电极），这样IGBT就比MOSFET多了一个PN 结。IGBT的栅极和源极的引出处与功率MOSFET相同。从IGBT的结构可相应得出它的等效电路，由于非对称型IGBT加入的N+区紧靠N-区都是N区，只是参杂浓度不同，所以两种不同类型的IGBT其等效电路是相同的。它们都由三个结，半导体类型的层次也相同。 IGBT既然是以MOSFET为驱动元件和双极晶体管为主导元件的复合器件，它的开通、关断就必然与MOSFET相同，是由栅极电压来控制的。栅极加正电压时，MOSFET内形成沟道并为双极晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通，此时从发射区注入到N-区的空穴对N-区进行电导调制，减少N-漂移区的电阻RMOD。使高耐压的IGBT也具有低导通电压特性。IGBT栅极上施加负电压时，MOSFET的沟道消失，PNP晶体管被切断，IGBT即处于关断状态。由此可见，IGBT的驱动原理与MOSFET管基本相同。由于等效双极晶体管是IGBT的主导元件，因此IGBT具有大电流传输能力。 二、 IGBT的特性
第三讲双极型晶体管 1.3 双极型晶体管 半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。 1.3.1晶体管的结构及类型 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）； 一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。 E-B间的PN结称为发射结（Je）， C-B间的PN结称为集电结（Jc）。 两种极性的双极型三极管 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。 1.3.2 晶体管的电流放大作用 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。
双极型三极管的电流传输关系（动画2-1） 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为I EN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为I EP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流I CN。在基区被复合的电子形成的电流是I BN。 另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流I CBO。于是可得如下电流关系式： I E= I EN＋I EP 且有I EN>>I EP I EN=I CN+ I BN 且有I EN>> I BN，I CN>>I BN I C=I CN+ I CBO I B=I EP+ I BN－I CBO I E=I EP+I EN=I EP+I CN+I BN=(I CN+I CBO)+(I BN+I EP－I CBO)=I C+I B 以上关系在图02.02的动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。 双极型半导体三极管的电流关系 (1) 三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
▲双极性晶体管工作原理（结构条件，外加电压条件） 答：①右图 为理想的一维结构p-n-p双极型晶体管，具有三段不同掺杂浓度的区域，形成两个p-n结。浓度最高的p+区域称为发射区；中间比较窄的n型区域，其杂项浓度中等，称为基区，基区宽度远小于少数载流子的扩散长度；浓度最小的p型区域称为集电极区。 ②图（a）是一热平衡状态下的理想p-n-p双极型晶体管，即其三端点接在一起；或者三端点都接地，阴影区域分别表示两个PN结的耗尽区。显示三段掺杂区域的杂质浓度，发射区的掺杂浓度远比极电区大，基区的浓度比发射区低，但高于集电区浓度。图（c）表示耗尽区的电场强度分布情况。图（d）是晶体管的能带图，它只是将平衡状态下的p-n结能带直接延伸，应用到两个相邻的耦合p+—n结与n-p结 ③图（a）为工作在放大模式下的共基组态p-n-p型晶体管；即基极被输入与输出电路所共用，图（b）与图（c）表示偏压状态下电荷密度与电场强度分布的情形，与热平衡状态下比较，射基结的耗尽区宽度变窄，而集基结耗尽区宽度变宽。图（d）是晶体管工作在放大模式下的能带图，射基结为正向偏压，因此空穴由p+发射区注入基区，而电子由基区注入发射区。▲推导双晶体管理想电流，电压方程中五点假设及其具体推导过程。为什么基区少数载流子分布可近似为一条直线？ 答：为推导出理想晶体管的电流，电压表示式，需作下列五点假设： ⑴晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； ⑵基区中的空穴漂移电流和集基极反向饱和电流可以忽略； ⑶载流子注入属于小注入； ⑷耗尽区中没有产生一复合电流； ⑸晶体管中无串联电阻。 假设在正向偏压的状况下空穴由发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的方式穿过基区到达集基结，一旦确定了少数载流子的分布（n区域中的空穴），就可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。_____________________________________________________。 即少数载流子分布趋近于一直线。此近似是合理的，因为在晶体管的设计中基极区域的宽度远远小于少数载流子的扩散长度。如图可见，由线性载流子分布的合理假设可化简电流-电压特性的推导过程。 ▲什么叫小信号工作？跨导，输入电导和输出电导的定义及其表达式。答：小信号意指交流电压和电流峰值小于直流的电压电流值。 跨导：________________________；输入电导：_________________________；输出电导：_______________。 ▲双极晶体管的截止频率定义。共基极截止频率、共射极截止频率之间的相互关系特征频率的表达式。 答截止频率：如右图中，跨导 m g和输入电导 EB g与晶体管的共基电流增益 有关。在低频时，共基电流增益是一个固定值，不会因工作频率而改变，然而当频率升高到一关键点后，共基电流增益会降低。右下图是一典型的共基电流增益相对于工作频率的示意图。加入频率的参量后，共基电流增 益为___________。其中 α是低频（或者直流）共基电流增益， α f是共基 的截止频率，当工作频率 α f f=时，α的值为0.707 α（下降3dB）。右图也显示了共射电流增益，由上式可得________________________。其 中 β f称为共射截止频率_____。 由于1 ≈ α，所以 β f远远小于 α f。另外，一截止频率 T f（又称特征频率）
电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一．实验目的： 1.熟悉IGBT开关特性的测试方法； 2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。 二．实验内容 1.EXB840性能测试； 2.IGBT开关特性测试； 3.过流保护性能测试。 三．实验方法 1．EXB840性能测试 （1）输入输出延时时间测试 IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连，IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连，再将IGBT部分的“10”与“13”相连，与门输入“2”与“1”相连，用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形，记录开通与关断延时时间。 t，t= = offon（2）保护输出部分光耦延时时间测试 将IGBT部分“10”与“13”的连线断开，并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形，记录延时时间。 （3）过流慢速关断时间测试 接线同上，用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形，记录慢速关断时间。（4）关断时的负栅压测试 断开“10”与“13”的相连，其余接线同上，用示波器观察“12”与“17”之间波形，记录关断时的负栅压值。 （5）过流阀值电压测试 断开“10”与“13”的连接，断开“2”与“1”的连接，分别连接“2”与“3”，“4”与“5”，“6”与“7”，分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连，即按照以下表格的说明连线。 1 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列
将主电路的RP左旋到底，用示波器观察“12”与“17”之间波形，将RP逐渐向右旋转，边旋转边监视波形，一旦该波形消失时即停止旋转，测出主回路“3”与“4”之间电压值，该值即为过流保护阀值电压值。 2．开关特性测试 （1）电阻负载时开关特性测试 将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连，“4”与“5”，“6”与“7”，‘2“与”3“，“12”与“14”，“10”与“18”，“17”与“16”相连，主回路的“1”与“4”分别和IGBT 部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。 用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （2）电阻，电感负载时开关特性测试 将主回路“1”与“18”的连线断开，再将主回路“2”与“18”相连，用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形，记录开通延迟时间。 （3）不同栅极电阻时开关特性测试 将“12”与“14”的连线断开，再将“11”与“14”相连，栅极电阻从R＝3kΩ5改为R=27Ω，其余接线与测试方法同上。43．并联缓冲电路作用测试 （1）将IGBT部分的“18”与“19”相连，IGBT部分的“17”与“20”相连。 （2）电阻负载，有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。 （3）电阻，电感负载，有与没有缓冲电路时，观察波形同上。 4．过流保护性能测试，栅计电阻用R4 在上述接线基础上，将“4”与“5”，“6”与“7”相连，观察“14”与“17”之间 2 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 波形，然后将“10”与“18”之间连线断开，并观察驱动波形是否消失，过流指示灯是否发亮，待故障消除后，揿复位按钮即可继续进行试验。
第五章FET三极管及其放大管考试试题及答案一、判断题 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。（）。 √ 场效应管放大电路和双极型三极管放大电路的小信号等效模型相同。（）× 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。（）× I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。（） × 若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（）前往 × 互补输出级应采用共集或共漏接法。() √ 开启电压是耗尽型场效应管的参数；夹断电压是增强型场效应管的参数。() × I DSS表示工作于饱和区的增强型场效应管在u GS=0时的漏极电流。()
× 结型场效应管外加的栅源电压应使栅源之间的PN结反偏，以保证场效应管的输入电阻很大。() √ 与三极管放大电路相比，场效应管放大电路具有输入电阻很高、噪声低、温度稳 定性好等优点。（） √ 场效应管放大电路的偏置电路可以采用自给偏压电路。（） × 二、填空题 场效应管放大电路中，共＿＿极电路具有电压放大能力，输出电压与输入电压反 相；共＿＿极电路输出电阻较小，输出电压与输入电压同相。源，栅 场效应管是利用＿＿电压来控制＿＿电流大小的半导体器件。 V GS（栅源电压），I D（漏极） 场效应管是＿＿＿＿控制半导体器件，参与导电的载流子有＿＿＿＿种。 电压，1 当u gs=0时，漏源间存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为＿＿＿＿型场效应管。
耗尽型，增强型 场效应管具有输入电阻很＿＿＿＿、抗干扰能力＿＿＿＿等特点。 大，强 输出电压与输入电压反相的单管半导体三极管放大电路是＿＿＿＿。 共射（共源） 共源极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。共射 共漏极放大电路的性能与半导体三极管的＿＿＿＿电路相似。共集 图所示场效应管的转移特性曲线，由图可知，该管的类型是＿＿＿＿沟道＿＿＿＿MOS管。 耗尽型,N沟道 下图中的FET管处于＿＿＿＿工作状态。 截止
第三章 3–1．（a ）画出PNP 晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。 （b ）画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分，写出各级电流表达式。 （c ）画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。 3–2．考虑一个N P N 硅晶体管，具有这样一些参数：m x B μ2=，在均匀掺杂基区 2 3 16 01.0,1,10 5cm A s cm N n a ==?=-μτ。若集电结被反向偏置，mA I nE 1=，计算 在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。 3–3． 在3–2的晶体管中，假设发射极的掺杂浓度为31810-cm ，m x E μ2=，ns pE 10=τ ， 发射结空间电荷区中，s μτ1.00=。计算在mA I nE 1=时的发射效率和FE h 。 3–4． 一NPN 晶体管具有以下规格：发射区面积=1平方密耳，基区面积=10平方密耳，发 射区宽度= m μ2，基区宽度= m μ1，发射区薄层电阻为/ 2Ω / 200Ω集电极电阻率=0.3.cm Ω，发射区空穴寿命=ns 1，基区电子寿命=100ns ， 假设发射极的复合电流为常数并等于A μ1。还假设为突变结和均匀掺杂。计算A I E μ10=、mA mA mA A 100101100、、、μ以及A 1时的FE h 。用半对数坐标画出曲线。中间电流范围的控制因素是什么？ 3-5．（a ）根据式（3-19）或式（3-20），证明对于任意的 n B L x 值公式（3-41）和（3-43） 变成E dE PE n B n a n i x N D L x L N D qAn a + -=)(coth [ 2 11] n B n a i n L x h L N n qAD a a csc 2 2112= = ])(coth [ 2 22PC dC PC n B n a n i L N D L x L N D qAn a + -= （b ）证明，若n B L x <<1,（a ）中的表达式约化为（3－41）和（3－43）。 3–6．证明在有源区晶体管发射极电流–电压特性可用下式表示R F E E I I αα-≈ 10T E V V e /+ 2τE i W qAn T E V V e /其中0 E I 为集电极开路时发射结反向饱和电流。提
单极型晶体管与双极型晶体管 单极型晶体管与双极型晶体管2011-10-3012:22 —、单极型晶体管 单极型晶体管也称场效应管，简称FET(FieldEffectTra nsistor) 。它是一种电压控制型器件，由输入电压产生的电场效应来控制输出电流的大小。它工作时只有一种载流子(多数载流子)参与导电，故称为单极型晶体管。 特点： 输入电阻高，可达107~1015Q，绝缘栅型场效应管(IGFET)可高达1015Q 噪声低，热稳定性好，工艺简单，易集成，器件特性便于控制，功耗小，体积小，成本低。 根据材料的不同可分为结型场效应管 JFET(Ju nctio nFieldEffectTra nsistor) 和绝缘栅型场效应管 IGFET(InsulatedGateFET)。 二、双极型晶体管 双极型晶体管也称晶体三极管，它是一种电流控制型器件，由输入电流控制输出电流，其本身具有电流放大作用。它工作时有电子和空穴两种载流子参与导电过程，故称为双极型三极管。 特点： 三极管可用来对微弱信号进行放大和作无触点开关。它具有结构牢固、寿命长、体积小、耗电省等一系列独特优点，故在各个领域得到广泛应用。 根据材料的不同晶体三极管可分为硅管(Si)与锗管(Ge)。 硅三极管的反向漏电流小，耐压高，温度漂移小，且能在较高的温度下工作和承受较大的功率损耗。锗三极管的增益大，频率响应好，尤其适用于低压线路。
场效应管与双极型三极管的比较： 1、普通三极管参与导电的，既有多数载流子，又有少数载流子，故称为双极型三极管；而在场效应管中只是多子参与导电，故又称为单极型三极管。因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数很小。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。 2、三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。因此，基极总有一定的电流，故三极管的输人电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可达109T014Q。高输入电阻是场效应管的突出优点。 3、场效应管的漏极和源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负， 灵活性比三极管强。但要注意，分立的场效应管，有时已经将衬底和源极在管内短接，源极和漏极就不能互换使用了。 4、场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。但场效应管还可以作 为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作，具有功耗低，热稳定性好，容易解决散热问题，工作电源电压范围宽等优点，且制作工艺简单，易于集成化生产，因此在目前的大规模、超大规模集成电路中，MOS管占主要地位 5、M OS管具有很低的级间反馈电容，一般为5-10pF，而三极管的集电结电容一般为20pF左右。 6场效应管组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数。 7、由于MOS观的栅源极之间的绝缘层很薄，极间电容很小，而栅源极之间电阻又很大，带电物体靠近栅极时，栅极上感应少量电荷产生很高的电压，就很难放掉，以至于栅源极之间的绝缘层击穿，造成永久性损坏。因此管子存放 时，应使栅极与源极短接，避免栅极悬空。尤其是焊接MOS管时，电烙铁外壳 要良好接地。