概述
一什么是电力电子技术
（一）定义
将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。
电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。电力电子技术突出对“电力”变换，它变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。
（二）学科的组成及其研究任务
1 电力电子技术的组成
电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术三个部分。目前，电力电子技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的中和性技术学科。
2 电力电子技术的研究任务
它的研究任务有三方面的内容：
(1)电力电子器件的应用；
(2)电力电子电路的电能变换原理；
(3)控制技术以及电力电子装置的开发与应用。
二电力电子器件的发展
二十世纪五十年代，第一个晶闸管诞生后，在其后近五十年里，以器件为核心的电力电子技术的发展可分为两个阶段：
1957~1980年成为传统电力电子技术阶段；
1980年至今称为现代电力电子技术阶段。
（一）传统电力电子器件
晶闸管的出现，一方面由于他的功率变换能力的突破，另一方面实现了以晶闸管核心强
电变换电路的控制，使电子技术步入了功率领域，在工业上引起一场技术革命。
晶闸管发展的特点是派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。截至1980年，传统的电力电子器件就已由普通晶闸管衍生出了双向晶闸管(TRIAC)、快速晶闸管(FST)、逆导晶闸管(RCT)和不对称晶闸管等。
同时，各类晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率等参数定额均有很大提高，开关特性也有很大改善。
传统的电力电子器件已发展到相当成熟的地步，但在实际应用上存在着两个制约其继续发展的因素。提示控制功能上的欠缺，它通过门极只能控制开通而不能控制关断，所以称之为半控制器件。
直流传动、机车牵引、电化电源在应用方面成为当时的三大支柱，这些以晶闸管为核心的变流电路几乎是用了半个世纪，至今也没有多大改进。
由于这些电路的功率因数低、网侧负载上的谐波严重，因此阻碍了他们的继续发展，为电力电子变流电路带来新的转机。
另一方面，晶闸管系列器件的价格相对低廉，在大电流、高电压的发展空间依然较大，尤其在特大功率应用场合，其它器件尚且不易替代。
在我国，以晶闸管为核心的应用设备仍有许多在生产现场使用，晶闸管及其相关的知识仍是初学者的基础，因此在本书中占据了一定大的篇幅。
（二）现代电力电子器件
二十世纪八十年代以来，微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件，从而使电力电子技术有传统的电力电子技术跨入现代电力电子技术的新时代。
现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件，这类器件分为三大类：双极型、单极型和混合型。
1 双极型器件
指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件。这类器件的通态压
降低、阻断电压高、电流容量大，适合于中大容量的变流装置。常见的有门极关断（GTO）晶闸管、功率晶体管（GTR）、静电感应晶闸管（SITH）。
2 单极型器件
指在器件内部只有一种载流子（多数载流子）参与导电过程的半导体器件。这类器件的典型产品有：电力场控晶体管（电力MOSFET）和静电感应晶体管(SIT)。单极型器件由多数载流子导电，无少子存储效应，因而开关时间短，一般在几十纳秒以下，所以工作频率高。
3 混合型器件
混合型器件或双极-MOS(BI-MOS)。所谓混合型是指双极型器件与单极型器件的集成混合。它是用GTR、GTO晶闸管以及SCR作为主导器件，用MOSFET为控制器件混合集成之后产生的器件。这种器件既具有GTR、GTO晶闸管及SCR等双极型器件电流密度高、导通压降低的优点，又具有MOSEFT等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此，这种新型混合器件已引起人们的高度重视。目前已开发的混合型器件有：肖特基注入MOS 门极晶体管(SINFET)、绝缘门极双极晶体管(IGT或IGBT)、MOS门极晶体管(MGT)、MOS 晶闸管(MCT或MCTH)等。
从总体看现代电力电子器件的主要特点是：集成化、高频化、多功能全控化。
三电力电子技术的应用领域
变换电路是以电力半导体器件为核心，通过不同电路和控制方法来实现对电能的转换和控制。它的基本功能是使交流（AC）和直流（DC）电能互相转换，分为以下几种类型：可控整流器（AC—DC）：把交流电压变换成为固定或可调的直流电压，如应用于直流电动机的调压调速、电解、电镀设备等。
有源逆变器（DC—AC）:把直流电压变换成为频率固定或可调的交流电压如应用于灯光控制、温度控制等。
无源逆变器（AC—DC—AC）：把固定或变化频率的交流电变换成频率可调的或恒定的交流电，如应用于变频电源、UPS、变频调术等设备。
直流斩波器（DC—DC）：把固定或变化的直流电压变换成为固定或可调的直流电压，
如应用于电气机车、城市电车牵引等设备。
无触点电力静态开关：接通或切断交流或直流电流通路。用于取代接触器、继电器。
控制技术是改进变流电路的性能和效率所不可缺少的关键技术之一。对于晶闸管而言，其控制方法是调整器件的导通角，即控制触发脉冲预祝电路之间的相移角，称之为相控技术。由全控型器件组成的变流电路中，多采用脉宽调制（PWM）技术，由于PWM技术可以有效的抑制谐波，动态响应速度快，是变流电路的性能大大提高。
无论是控制技术还是PWM技术，都在应用中不断的完善、改进，并涌现出许多专用集成触发（驱动）电路，给实际应用电路带来了简便、工作稳定和体积小等特点。与此同时，变流电路的控制技术正朝着数字化的方向发展。
由电力半导体器件构成的变流电路，伴随着电力半导体的优点而呈现许多优势。如体积小、重量轻、耐磨损、无噪声及维修方便；功率增益高、控制灵活；控制动态性能好、应快（毫秒激级或微秒级）、动态时间短；效率高、节省能源。
电力电子技术的应用范围十分广泛。在交通运输、电力系统、通讯系统、计算机系统、新能源系统及在照明、空调等家电领域都发挥其重要作用，到处都能感受到电力电子技术的存在和其巨大魅力。
电力电子装置提供给的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频电源，所以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。
四本课程的教学要求和学习方法
《电力电子技术》是主干课程之一。电力电子技术是高等学校自动化、电气工程及其自动化等相关专业的主干课程之一。学习本课程时，要着重物理概念与基本分析方法的学习，理论要联系实际，尽量做到器件、电路、系统（包括控制技术）应用三者结合。在学习方法上要特别注意电路的波形与相位分析，抓住电力电子器件在电路中导通与截止的变化过程，从波形分析中进一步理解电路的工作情况，同时要注意培养读图与分析、器件参数选择、电路参数计算与测量、调整以及故障分析等方面的实践能力。
通过本课程的学习应达到以下要求：
1 掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、工作原理、特性和使用方法；
2 掌握整流电路、直流变换电路、逆变电路、交流变换电路的结构、工作原理、控制和波形分析方法；
3 掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理；
4 掌握基本电力电子装置的实验和调试方法；
5 了解电力电子技术的应用范围和发展动向。
电力电子器件、变换电路、控制技术都在不断发展与不断更新，所涉及的知识面广、内容丰富多彩。在本课程的学习中还应注意与电工基础、电子技术基础、电机与拖动基础等知识的联系；在讲授和学习中注重概念、重视实验、识图等应用能力的培养。
第1章电力电子器件
1.1 电力电子器件的基本模型
定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。
1.1.1 基本模型与特性-
一、基本模型：
电力电子器件可以抽象成下图1.1.1所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。
它只工作在“通态”和“断态”两种情况：通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。
图1.1.1 电力电子器件的理想开关模型
二、基本特性
（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。
（2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来控制。
（3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。
1.1.2 电力电子器件的分类
一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类
①不可控器件：如：电力二极管（Power Diode）；
②半控型器件：如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。
③全控型器件：如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、功率场效应管（Power MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated-GateBipolar Transistor）等。
二、电力电子器件按控制信号的性质不同又可分为两种：
①电流控制型器件：如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等；
②电压控制半导体器件：如：代表性器件为MOSFET和IGBT。
1.2 电力二极管
1.2.1 电力二极管及其工作原理
一、电力二极管：
1、电力二极管（Power Diode）也称为半导体整流器，简称SR。属不可控电力电子器件，是20世纪最早获得应用的电力电子器件。
2、在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用,具有不可替代的地位。
二、PN结与电力二极管工作原理：
基本结构和工作原理与二极管一样。以半导体PN结为基础。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。
图1.2.1电力二极管的外形、结构和电气图形符号
a）外形b）结构c）电气符号
从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。
U），正向电流才开始明显增
1、当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压
TO
加，处于稳定导通状态。
U即为其正向电压降。
2、与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压
F
图1.2.2 电力二极管的伏安特性曲线
1.2.2电力二极管的开关特性及主要类型
一、电力二极管的开关特性
1 定义：反映通态和断态之间的转换过程（关断过程、开通过程）。
开通特性：电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。
关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。
图1.2.3 电力二极管开过程中电压、电流波形
t= t- t（1.2.1）延迟时间：
d10
t= t- t（1.2.2）电流下降时间：
f21
t= t+ t（1.2.3）反向恢复时间：
rr d f
二、电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管，多用于开关频率在１kHz以下的整流电路中，其反向恢复时间在５μs以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５μs以下的称为快恢复二极管.。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。
（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中。
三、电力二极管的主要参数：
（1）额定正向平均电流I F(A V)
（2）反向重复峰值电压ＵRRM：
指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压）此电压通常为击穿电压UＢ的2/3。（3）正向压降ＵF：
指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正向平均电压(又称管压降)。
1.3 晶闸管
晶闸管(Thyristor)包括：普通晶闸管(SCR)、快速晶闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。普通晶闸管：也称可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。
由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性(目前生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，为特大功率低频(200Hz以下)装置中的主要器件。
1.3.1 晶闸管及其工作原理
1、晶闸管的结构：
（1）外形封装形式:可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式(额定电流在200A以上),由图1.3.1(a)、(b)、(c)、(d)所示。
图1.3.1 晶闸管的外型及符号
（2）晶闸管有三个电极, 它们是阳极A, 阴极K和门极(或称栅极)G,它的电气符号如图
1.3.1(e)所示。晶闸管是大功率器件, 工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。
2、晶闸管的工作原理
晶闸管(单向导电性),导通条件为阳极正偏和门极加正向触发电流。
图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路
（1）导通：阳极施加正向电压时→给门极G 也加正向电压g U →门极电流Ig 经三极管2
T 放大后成为集电极电流2C I ，
2C I 又是三极管1T 的基极电流→放大后的集电极电流1C I 进一步使Ig 增大且又作为2T 的基极电流流入→重复上述正反馈过程→两个三极管1T 、2T 都快速进入饱和状态→晶闸管阳极A 与阴极K 之间导通→满足阳极正偏的条件,晶闸管就一直导通。
（2）阻断：晶闸管A 、K 间承受正向电压→门极电流Ig=0时→1T 和2T 之间的正反馈不能建立起来→晶闸管A 、K 间处于正向阻断状态。
1.3.2 晶闸管的特性与主要参数
1、晶闸管的伏安特性 ：
图1.3.3 晶闸管阳极伏安特性
晶闸管的正向特性：G I =0→器件两端施加正向电压→正向阻断状态→只有很小的正向漏电流流过→正向电压超过临界极限即正向转折电压bo U ，则漏电流急剧增大→器件开通 →随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性
相仿。
闸管的反向特性：晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。
2.晶闸管的开关特性：晶闸管的开通和关断过程电压和电流波形。
（1）开通过程：普通晶闸管延迟时为0.5∽1.5μs ，上升时间为0.5∽3μs 。
（2）关断过程：普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
（3）晶闸管的开通与关断时间：普通晶闸管的开通时间gt t 约为6μs 。关断时间q t 约为几十到几百微秒。
3.晶闸管的主要特性参数
（1）晶闸管的重复峰值电压——额定电压te U
1）正向重复峰值电压RRM U ：门极断开(Ig=0), 元件处在额定结温时,正向阳极电压为正向阻断不重复峰值电压DSM U (此电压不可连续施加)的80%所对应的电压(此电压可重复施加,其重复频率为50HZ ，每次持续时间不大于10ms)。
2）反向重复峰值电压RRM U :元件承受反向电压时,阳极电压为反向不重复峰值电压RRM U 的80%所对应的电压。
3）晶闸管铭牌标注的额定电压通常取RRM U 与RRM U 中的最小值,选用时，定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压
2～3倍。
（2）晶闸管的额定通态平均电流─额定电流()T AV I
1）定义：在环境温度为40℃和规定的冷却条件下, 晶闸管在电阻性负载导通角不小于170°的单相工频正弦半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温所允许的最大通态平均电流。在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流算后至少还要乘以1.5～2的安全系数，其有一定的电流裕量。
2）()T AV I 计算方法：
额定电流(平均电流)为：
()01sin 2m T AV m I I I td t πωωππ==? （1.3.3） 额定电流有效值为：
2s n 21m
m I
d I I ==?ωωπ （1.3.4）
（3）门极触发电流GT I 和门极触发电压GT U
定义：在室温下，晶闸管加6V 正向阳极电压时，使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流GT I 。对应于门极触发电流的门极电压称为门极触发电压GT U 。
（4）通态平均电压()T AV U
定义：在规定环境温度、标准散热条件下， 元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值，称通态平均电压(又称管压降)。
（5）维持电流H I 和掣住电流L I
在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流为维持电流H I 。
给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称掣住电流L I 。
1.3.3 晶闸管的派生器件
1. 快速晶闸管(Fast Switching Thyristor —FST)
可允许开关频率在400HZ 以上工作的晶闸管称为快速晶闸管(简称FST)。开关频率在10KHZ 以上的称为高频晶闸管。快速晶闸管为了提高开关速度，其硅片厚度做得比普通晶闸管薄，因此承受正反向阻断重复峰值电压较低，一般在2000V 以下。
2. 双向晶闸管(TRIAC)
正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第Ｉ和第II象限有对称的伏安特性。
a)
b)
G T
1
T
2
b)
a)
K
G
A
图1.3.4 双向晶闸管的电气图形符号图1.3.5 逆导晶闸管的电气图形符号
和伏安特性和伏安特性
（a) 电气图形符号(b) 伏安特性a) 电气图形符号b) 伏安特性
3. 逆导晶闸管(RCT)
1)将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。
2)与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点；
4. 光控晶闸管(LTT)
1)又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。
2) 小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。
3）大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。
4）光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中占据重要的地位。
图1.3.6 控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号b) 伏安特性
1.4 可关断晶闸管
可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。它具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲电流触发下关断。
1、可关断晶闸管的结构
与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。
图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号
(a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形( b) 并联单元结构断面示意图(c) 电气图形符号
2、可关断晶闸管的工作原理
1）GTO的导通机理与SCR是相同的。
2）在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流(即抽取饱和导通时储存的大量载流子)，强烈正反馈使器件退出饱和而关断。
3、可关断晶闸管的应用
1）GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，达到兆瓦级的数量级。用门极正脉冲可使GTO开通，用门极负脉冲可以使其关断，这是GTO最大的优点。GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型，在使用时要特别注意。不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时应和电力二极管串联。
1.4.2 可关断晶闸管的特性
图1.4.2 可关断晶闸管的开关特性
1.5 电力晶体管
1) 术语用法：电力晶体管（GTR ，直译为巨型晶体管）。耐高电压、大电流的双极结型晶体管。在电力电子技术的范围内，GTR 与BJT 这两个名称等效。
2）应用：20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT 和电力MOSFET 取代。
1.5.1 电力晶体管及其工作原理
与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。
1.5.2 电力晶体管的特性
GTR 共射电路输出特性输出特性：截止区(又叫阻断区)、线性放大区、准饱和区和深饱和区四个区域。
1.6 电力场效应晶体管
1）分为结型场效应管简称JFET ）和绝缘栅金属-氧化物-半导体场效应管（简称MOSFET ）
2）通常指绝缘栅型中的MOS 型，简称电力MOSFET 。
沟道
沟道
MOSFET 耗尽型：
增强型:耗尽型增强型
当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道；对于N （P ）沟道器件,栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道
3）特点：输入阻抗高(可达40M Ω以上)、开关速度快，工作频率高(开关频率可达1000kHz)、驱动电路简单，需要的驱动功率小、热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区
(SOA)宽；电流容量小，耐压低，一般只适用功率不超过10kW 的电力电子装置。
1.6.1 电力场效应管及其工作原理
1、电力场效应管的结构
图1.6.1 N 沟道VDMOS 管元胞结构与电气符号
目前生产的VDMOS 中绝大多数是N 沟道增强型，这是由于P 沟道器件在相同硅片面积下，其通态电阻是N 型器件的2～3倍。因此今后若无特别说明，均指N 沟道增强型器件。VDMOS 的典型结构特点：
(1)垂直安装漏极，实现垂直导电，这不仅使硅片面积得以充分利用，而且可获得大的电流容量；
(2)设置了高电阻率的N －区以提高电压容量；
(3)短沟道(1 ～ 2μm)降低了栅极下端SiO2层的栅沟本征电容和沟道电阻，提高了开关频率；
(4)载流子在沟道内沿表面流动，然后垂直流向漏极。
2、电力场效应管的工作原理
（1）截止：栅源电压 GS U ≤0 或 0＜GS U ≤T U (T U 为开启电压，又叫阈值电压)；
（2）导通：GS U ＞T U 时，加至漏极电压DS U ＞0；
（3）漏极电流ID ：VDMOS 的漏极电流ID 受控于栅压GS U 。
1.7 绝缘栅双极型晶体管
IGBT ：绝缘栅双极型晶体管。兼具功率MOSFET 高速开关特性和GTR 的低导通压降特性两者优点的一种复合器件。IGBT 于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快而且很有前途的一种混合型器件。
目前IGBT 产品已系列化，最大电流容量达1800A ，最高电压等级达4500V ，工作频率达50kHZ 。在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它高速低损耗的中小功率领域，IGBT 取代了GTR 和一部分MOSFET 的市场。
1.7.1 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理
1. IGBT 的结构
图1.7.1 IGBT 的结构、简化等效电路与电气符号 IGBT 的结构如图1.7.1(a)所示。它是在VDMOS 管结构的基础上再增加一个P+层，形成了一个大面积的P+N 结1J ，和其它结2J 、3J 一起构成了一个相当于由VDMOS 驱动的厚基区PNP 型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1（c ）所示GBT 有三个电极:集电极Ｃ、发射极Ｅ和栅极Ｇ。
2. IGBT 的工作原理
IGBT 也属场控器件，其驱动原理与电力MOSFET 基本相同，是一种由栅电压GE U 控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性
IGBT 的伏安特性和转移特性
图1.7.2 IGBT 的伏安特性和转移特性
（1）IGBT 的伏安特性（如图1.7.2a)反映在一定的栅极一发射极电压GE U 下器件的输出端电压UCE 与电流c I 的关系。
IGBT 的伏安特性分为:截止区、有源放大区、饱和区和击穿区。
（2）IGBT 的转移特性曲线（如图1.7.2b ）IGBT 开通：GE U > GE(TH)U (开启电压,一般为3～6V) ；其输出电流c I 与驱动电压GE U 基本呈线性关系；
IGBT 关断：GE U < GE(TH)U ；
授课计划 授课时数： 2 授课教师：赵启学授课时间： 课题：半导体二极管 教学目的： 1、理解PN结及其单向导电性 2、了解半导体二极管的构成与类型 教学重点：1、PN结及其单向导电性2、二极管结的构成 教学难点：PN结及其单向导电性 教学类型：理论课 教学方法：讲授法、启发式教学 教学过程： 引入新课： 模拟电子技术基础是一门入门性质的技术基础课，没有哪一门课程像电子技术的发展可以用飞速发展，日新月异。从1947年，贝尔实验室制成第一只晶体管；1958年，集成电路；1969年，大规模集成电路；1975年，超大规模集成电路，一开始集成电路有4只晶体管，1997年，一片集成电路有40亿个晶体管。不管怎么变化，但是万变不离其宗，这门课我们所讲的就是这个“宗”。（10分钟） 讲授新课： 一：PN结（30分钟） 1、什么是半导体，什么是本证半导体？（10分钟） 半导体：导电性介于导体和绝缘体之间的物质 本征半导体：纯净（无杂质）的晶体结构（稳定结构）的半导体，所有半导体器件的基本材料。常见的四价元素硅和锗。
2、杂质半导体（20分钟） N型半导体：在本征半导体中参入微量5价元素，使自由电子浓度增大，成为多数载流子（多子），空穴成为少数载流子（少子）。如图（a） P型半导体：在本证半导体中参入微量3价元素，使空穴浓度增大，成为多子，电子成为少子，以空穴导电为主的杂志半导体称为P型半导体。如图（b） 3、PN结 P型与N型半导体之间交界面形成的薄层为PN结。 二：PN结的单项导电性（20分钟） PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称PN 结导通；PN结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，我们称PN 结截止。这就是PN结的单向导电性。 1、正偏 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动>>漂移运动→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）I F
湖南工学院教案用纸 实验1基本门电路逻辑功能测试（验证性实验） 一、实验目的 1?熟悉基本门电路图形符号与功能； 2?掌握门电路的使用与功能测试方法； 3?熟悉实验室数字电路实验设备的结构、功能与使用。 二、实验设备与器材 双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，74LS00, 74LS20 , 74LS86，导 线 三、实验电路与说明 门电路是最简单、最基本的数字集成电路，也是构成任何复杂组合电路和时序电路的基本单 元。常见基本集门电路包括与门、或门、与非门、非门、异或门、同或门等，它们相应的图形符号与逻辑功能参见教材P.176, Fig.6.1。根据器件工艺，基本门电路有TTL门电路和CMOS门电路之分。TTL门电路工作速度快，不易损坏，CMOS门电路输出幅度大，集成 度高，抗干扰能力强。 1.74LS00 —四2输入与非门功能与引脚： 2. 74LS20 —双4输入与非门功能与引脚： 3. 74LS86 —四2输入异或门功能与引脚： 四、实验内容与步骤 1.74LS00功能测试： ①74LS00插入IC插座；②输入接逻辑电平开关；③输出接LED显示器；④接电源；⑤拔
动开关进行测试，结果记入自拟表格。 湖南工学院教案用纸
2. 74LS20功能测试: 实验过程与74LS00功能测试类似。 3. 74LS86功能测试： 实验过程与74LS00功能测试类似。 4. 用74LS00构成半加器并测试其功能： ①根据半加器功能：S A B , C AB，用74LS00设计一个半加器电路； ②根据所设计电路进行实验接线； ③电路输入接逻辑电平开关，输出接LED显示器； ④通电源测试半加器功能，结果记入自拟表格。 5. 用74LS86和74LS00构成半加器并测试其功能： 实验过程与以上半加器功能测试类似。 五、实验报告要求 1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。2?在报告中回答以下思考题： ①如何判断逻辑门电路功能是否正常？ ②如何处理与非门的多余输入端？ 实验2组合逻辑电路的设计与调试（设计性综合实验） 一、实验目的 1?熟悉编码器、译码器、数据选择器等MSI的功能与使用； 2?进一步掌握组合电路的设计与测试方法； 3?学会用MSI实现简单逻辑函数。 二、实验设备与器材
模拟电路知识 1、基尔霍夫定理的内容是什么？ 基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律 电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零。 电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。 2、描述反馈电路的概念，列举他们的应用。 反馈，就是在电子系统中，把输出回路中的电量输入到输入回路中去。 反馈的类型有：电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反馈、电流并联负反馈。负反馈的优点：降低放大器的增益灵敏度，改变输入电阻和输出电阻，改善放大器的线性和非线性失真，有效地扩展放大器的通频带，自动调节作用。 电压负反馈的特点：电路的输出电压趋向于维持恒定。 电流负反馈的特点：电路的输出电流趋向于维持恒定。 3、有源滤波器和无源滤波器的区别 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成 有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。 集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 6、FPGA和ASIC的概念，他们的区别。（未知） 答案：FPGA是可编程ASIC。 ASIC:专用集成电路，它是面向专门用途的电路，专门为一个用户设计和制造的。根据一个用户的特定要求，能以低研制成本，短、交货周期供货的全定制，半定制集成电路。与门阵列等其它ASIC(Application Specific IC)相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。 7、什么叫做OTP片、掩膜片，两者的区别何在？ OTP means one time program，一次性编程 MTP means multi time program，多次性编程 OTP（One Time Program）是MCU的一种存储器类型 MCU按其存储器类型可分为MASK(掩模)ROM、OTP(一次性可编程)ROM、FLASHROM 等类型。 MASKROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合；FALSHROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途； OTP ROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。 8、单片机上电后没有运转，首先要检查什么？ 首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，例如常用的5V。 接下来就是检查复位引脚电压是否正常。分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值，看是否正确。 然后再检查晶振是否起振了，一般用示波器来看晶振引脚的波形，注意应该使用示波器探头的“X10”档。另一个办法是测量复位状态下的IO口电平，按住复位键不放，然后测量IO口
授课班级授课形式面授（加网络辅助）授课日期授课时数2，网络2 授课章节名称绪论 第一章：电力电子器件 1．1：电力电子器件概述 1．2：不可控器件——电力二极管 教学目的1．了解电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史、应用范围和发展前景；理解本课程的任务与要求 2．熟悉电力电子器件的特征、发展以及分类 3．掌握PN结与电力二极管的工作原理和电力二极管的基本特征4．掌握电力二极管的主要参数 5．了解快速恢复二极管的基本特征 教学重点 1．动态特性的关断特性和开通特性 2．电力二极管的主要参数 教学难点1．器件的选取原则 2．主要静态、动态参数 更新、补充 删节内容 补充内容：电力二极管的选取原则 参考文献1．电力电子技术王云亮电子工业出版社 2．电力电子技术苏玉刚重庆大学出版社 3．电力电子技术基础应建平机械工业出版社 使用教具课件，多媒体 课外作业 42页习题 习题1、习题2 课后体会
授课班级授课形式面授授课日期授课时数 2 授课章节名称第一章：电力电子器件1．3：半控型器件——晶闸管 教学目的1．掌握晶闸管的结构与工作原理，PNPN四层三端结构 2．掌握晶闸管的基本特征，静态特性和门极伏安特性， 3．重点掌握动态特性的开通和关断过程 4．掌握晶闸管的主要参数：电压和电流定额、动态参数（di/dt , dv/dt）、门极参数 5．熟练掌握器件的选取原则， 教学重点1．晶闸管的开通、关断条件 2．半控型器件晶闸管的选取原则（电流定额）：选取SCR电流额定值时，依有效值相等的原则选取。 教学难点 1．半控型器件晶闸管的选取原则（电流定额） 2．半控型器件晶闸管的动态参数（di/dt , dv/dt） 更新、补充删节内容补充内容：半控型器件晶闸管的选取原则删节内容：晶闸管的派生器件 参考文献1．电力电子技术王云亮电子工业出版社 2．电力电子技术苏玉刚重庆大学出版社 3．电力电子技术基础应建平机械工业出版社 使用教具课件，多媒体 课外作业 42页习题 习题3、习题4 课后体会
数字电子技术基础教案 太原工业学院 第1章逻辑代数基础
目的与要求： 熟练掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。 重点与难点： 重点：三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。难点：将真值表转换为逻辑式。 所谓数字电路，就是用0和1数字编码来表示和传输信息的系统，即信息数字化（时代）。 数字电路与传统的模拟电路比较，其突出的优点是：（如数字通 信系统）抗干扰能力强、保密性好、计算机自动控制、（数字测量 仪表）精度高、智能化、（集成电路）可靠性高、体积小等。 数字电子技术基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课。 1、1概述 一、模拟量（时间、温度、压力、速度、流量）：时间上和幅值上 连续变化的物理量； 模拟信号（正弦交流信号）：表示模拟量的信号。 数字量：时间上和幅值上都不连续变化的物理量（工厂中生产的产品个数）； 数字信号、数字电路。 数字电路中的数字信号 采用0、1两种数值（便于实现）（位bit 、拍） 0、1表示方法：电位型：电位高低（不归零型数字信号） 脉冲型：有无脉冲（归零型数字信号） 二、数制及其转换 由0、1数值引入二进制及其相关问题。 常用数制：举例：十进制、二进制（双）、七进制（星期）、 十二进制（打）等。 特点：基数：数制中所用数码的个数； 位权。 1． 十进制数 基数：10 位权：n 10 表达式：10)(N =（P2 式1-1）=i n m i i a 101 ?∑--= （1-1） 推广到任意进制R ： 基数：R 位权：n R
表达式：R N )(=（P2 式1-2）=i n m i i R a ?∑--=1 （1-2） 2． 二进制数 表达式：2)(N =（P3 式1-3）=i n m i i a 21 ?∑--= （1-3） 位权：以K 为单位；按二进制思维（如1000个苹果问题）； 例如：（1101.01）2= 0-16对应的二进制数 特点：信息密度低，引入八、十六进制。 3． 八进制、十六进制 八进制： 基数：8（0-7） 位权：n 8 表达式：8)(N == i n m i i a 81?∑--= （ 1-4） 十六进制： 基数：16（0-9，A ，B ，C ，D ，E ，F ） 位权：n 16 表达式：16)(N ==i n m i i a 161?∑--= 特点：和二进制有简单对应关系；信息密度高，便于书写。 4． 不同进制数的转换 ⑴ R →十：按位权展开，再按十进制运算规则运算。 例1-1、1-2、1-3（P4） ⑵ 十→R ：分两步 整数部分：除R 取余，注意结束及结果； 小数部分：乘R 取整，注意精度及结果； 结果合并： ⑶ R=2k 进制之间的转换 二?八：3位?1位， 二?十六：4位?1位， 八?十六：以二进制为过度， 5． 进制的另一种表示方法： B （inary ）----二； H(exadecimal)----十六； D(ecimal)----十； O----八 三、二—十进制代码（BCD 代码）
电力电子技术教案 周次：
时间： 课题：绪论第一章第一节电力二极管 课时：2课时 教学目标：1、了解什么是电力电子技术 2、电力二极管的结构与伏安特性 3、掌握掌握电力二极管的主要参数和使用 重点、难点：电力二极管的伏安特性和主要参数 教具：教材粉笔 教学方法：讲授法 时间分配：新授 80分钟小结 15分钟作业布置 5分钟 教学过程： 绪论 相关知识 一、什么是电力电子技术 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GVV，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。如表0-1所示，电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种电压(或电流)的直流变为另一种电压(或电流)的直流，可用直流斩波电路实现。交流变交流可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。． 二.电力电子器件的发展简介 1.传统电力电子器件 2.现代电力电子器件 （1）双极型器件 （2）单极型器件 （3）混合型器件 三、变换电路与控制技术 四、对本课程的教学要求 第一节电力二极管 相关知识 一、结构与伏安特性 1、结构 电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，图1-2示出了电力二极管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管 主要有螺性型和平板型两种封装。 2、伏安特性 电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图 所示。当电力二极管承受的正向电压大到一定值(门槛电压)，正向电流才开始明显增加，处于稳
《模拟电子技术基础》教案 1、本课程教学目的： 本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数，掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法；使学生具有一定的实践技能和应用能力；培养学生分析问题和解决问题的能力，为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。 2、本课程教学要求： 1．掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。 2．掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析，熟悉改进放大电路，理解多级放大电路的耦合方式及分析方法，理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法，理解放大电路的频率特性概念及分析。 3．掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法，理解负反馈对放大电路性能的影响，熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算，了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。 4．了解集成运算放大器的组成和典型电路，理解理想运放的概念，熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路；掌握一般直流电源的组成，理解整流、滤波、稳压的工作原理，了解电路主要指标的估算。
3、使用的教材： 杨栓科编，《模拟电子技术基础》，高教出版社 主要参考书目： 康华光编，《电子技术基础》（模拟部分）第四版，高教出版社 童诗白编，《模拟电子技术基础》，高等教育出版社， 张凤言编，《电子电路基础》第二版，高教出版社， 谢嘉奎编，《电子线路》（线性部分）第四版，高教出版社， 陈大钦编，《模拟电子技术基础问答、例题、试题》，华中理工大学出版社，唐竞新编，《模拟电子技术基础解题指南》，清华大学出版社， 孙肖子编，《电子线路辅导》，西安电子科技大学出版社， 谢自美编，《电子线路设计、实验、测试》（二），华中理工大学出版社， 绪论 本章的教学目标和要求： 要求学生了解放大电路的基本知识；要求了解放大电路的分类及主要性能指标。 本章总体教学内容和学时安排：（采用多媒体教学） §1－1 电子系统与信号0.5 §1－2 放大电路的基本知识0.5
2017年数字电路面试题集锦 1、同步电路和异步电路的区别是什么？（仕兰微电子） 2、什么是同步逻辑和异步逻辑？（汉王笔试） 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 3、什么是"线与"逻辑，要实现它，在硬件特性上有什么具体要求？（汉王笔试） 线与逻辑是两个输出信号相连可以实现与的功能。在硬件上，要用oc门来实现，由于不用oc门可能使灌电流过大，而烧坏逻辑门。同时在输出端口应加一个上拉电阻。 4、什么是Setup 和Holdup时间？（汉王笔试） 5、setup和holdup时间,区别.（南山之桥） 6、解释setup time和hold time的定义和在时钟信号延迟时的变化。（未知） 7、解释setup和hold time violation，画图说明，并说明解决办法。（威盛VIA 2003.11.06 上海笔试试题） Setup/hold time 是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间。输入信号应提前时钟上升沿（如上升沿有效）T时间到达芯片，这个T就是建立时间-Setup time.如不满足setup time,这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿，数据才能被打入
触发器。保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间。如果hold time 不够，数据同样不能被打入触发器。 建立时间(Setup Time)和保持时间（Hold time）。建立时间是指在时钟边沿前，数据信号需要保持不变的时间。保持时间是指时钟跳变边沿后数据信号需要保持不变的时间。如果不满足建立和保持时间的话，那么DFF将不能正确地采样到数据，将会出现metastability的情况。如果数据信号在时钟沿触发前后持续的时间均超过建立和保持时间，那么超过量就分别被称为建立时间裕量和保持时间裕量。 8、说说对数字逻辑中的竞争和冒险的理解，并举例说明竞争和冒险怎样消除。（仕兰微电子） 9、什么是竞争与冒险现象？怎样判断？如何消除？（汉王笔试） 在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。产生毛刺叫冒险。如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。解决方法：一是添加布尔式的消去项，二是在芯片外部加电容。 10、你知道那些常用逻辑电平？TTL与COMS电平可以直接互连吗？（汉王笔试） 常用逻辑电平：12V，5V，3.3V；TTL和CMOS不可以直接互连，由于TTL是在0.3-3.6V之间，而CMOS则是有在12V的有在5V的。CMOS输出接到TTL是可以直接互连。TTL接到CMOS需要在输出端口加一上拉电阻接到5V或者12V。 11、如何解决亚稳态。（飞利浦－大唐笔试）
课程教案 课程名称：电力电子技术实验 任课教师：张振飞 所属院部：电气与信息工程学院 教学班级：电气1501-1504班、自动化1501-1504自动化卓越1501 教学时间：2017-2018学年第一学期 湖南工学院
课程基本信息
1 P 实验一、SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验 一、本次课主要内容 1、晶闸管（SCR）特性实验。 2、可关断晶闸管（GTO）特性实验（选做）。 3、功率场效应管（MOSFET）特性实验。 4、大功率晶体管（GTR）特性实验（选做）。 5、绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。 二、教学目的与要求 1、掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。 2、掌握各器件对触发信号的要求。 三、教学重点难点 1、重点是掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。 2、难点是各器件对触发信号的要求。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。 五、作业与习题布置 撰写实验报告
2 P 一、实验目的 1、掌握各种电力电子器件的工作特性。 2、掌握各器件对触发信号的要求。 二、实验所需挂件及附件 三、实验线路及原理 将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载 电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触 发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得 在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负 载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电 压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07 挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后 调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压 器调节的直流电压源。 实验线路的具体接线如下图所示：
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模拟电子技术教案 电子与信息工程学院 目录 第一章常用半导体器件 第一讲半导体基础知识 第二讲半导体二极管 第三讲双极型晶体管三极管 第四讲场效应管 第二章基本放大电路 第五讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理 第六讲放大电路的基本分析方法 第七讲放大电路静态工作点的稳定 第八讲共集放大电路和共基放大电路 第九讲场效应管放大电路 第十讲多级放大电路 第十一讲习题课 第三章放大电路的频率响应 第十二讲频率响应概念、RC电路频率响应及晶体管的高频等效模型
第十三讲共射放大电路的频率响应以及增益带宽积 第四章功率放大电路 第十四讲功率放大电路概述和互补功率放大电路 第十五讲改进型OCL电路 第五章模拟集成电路基础 第十六讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路第十七讲差动放大电路 第十八讲集成运算放大电路 第六章放大电路的反馈 第十九讲反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图第二十讲深度负反馈放大电路放大倍数的估算 第二十一讲负反馈对放大电路的影响 第七章信号的运算和处理电路 第二十二讲运算电路概述和基本运算电路 第二十三讲模拟乘法器及其应用 第二十四讲有源滤波电路 第八章波形发生与信号转换电路 第二十五讲振荡电路概述和正弦波振荡电路 第二十六讲电压比较器
第二十七讲非正弦波发生电路 第二十八讲利用集成运放实现信号的转换 第九章直流电源 第二十九讲直流电源的概述及单相整流电路 第三十讲滤波电路和稳压管稳压电路 第三十一讲串联型稳压电路 第三十二讲总复习 第一章半导体基础知识 本章主要内容 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。 本章学时分配 本章分为4讲，每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 本讲重点
第1、2课时课题: 电力电子技术绪论 教学目的和要求: 掌握电力电子技术等概念，了解电力电子技术的发展史以及电力电子技术的应用。重点与难点: 掌握电力电子技术等相关概念 教学方法: 图片展示，应用介绍，结论分析。 预复习任务: 复习前期学过的《电工技术基础》等课程的相关知识。 1什么是电力电子技术 电力电子与信息电子 信息电子技术——信息处理 电力电子技术——电力变换 电子技术一般即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。 电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术变换的“电力”，可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至1W以下。两大分支 电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理。
变流技术（电力电子器件应用技术） 用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。 电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。 电力变换四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流 直流交流 输 出 输入 交流整流交流电力控制、变频、变相 直流直流斩波逆变 与相关学科的关系 电力电子学名称60年代出现。 与电子学（信息电子学）的关系 都分为器件和应用两大分支。 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术。 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同。 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工作在放大状态；电力电子电路的器件一般只工作在开关状态。 二者同根同源。 与电力学（电气工程）的关系 电力电子技术广泛用于电气工程中 高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源
《数字电子技术》课程标准 （适用于三年制高职电子信息工程技术专业） 制订人：周兴审定人：林训超一、制订课程标准的依据 本课程标准依据电子信息工程技术专业标准中的人才培养目标和培养规格以及对《数字电子技术》课程教学目标要求而制订，用于指导《数字电子技术》课程教学与课程建设。 二、课程的性质与作用 在电子信息工程技术专业课程体系中，本课程是专业核心主干课程之一，属于基本能力训练层次（电子技术平台类）的课程，也可作为电子技术类其它专业的选修课程。本课程是一门基于职业能力分析，以数字电子电路为载体，将典型数字电路设计、调试与应用有机融合的理论性、实践性都较强的课程。本课程主要培养学生具备典型数字电路设计、调试与应用的能力。 本课程计划教学学时为：80学时+2周（折算学时：140学时），计5.5学分。 三、课程与其它课程的关系 本课程学习和训练之前，学生应已修完如下课程：《电路分析与应用》、《电工电子操作》。
四、课程的教育目标 依据电子信息工程技术专业培养目标要求，本课程致力于培养拥护党的基本路线，适应生产、管理和技术服务第一线需要的，德、智、体、美全面发展，掌握本专业必备的专门知识，具备典型电子电路设计、调试与应用能力的高等技术应用性人才，以作为胜任专业岗位群技术服务和技术支持的保证。 通过本课程的学习和训练，使学生具备以下知识、能力和素质： 1．了解相关数字电子器件的识别、检测和使用知识； 2．掌握查阅数字电子器件手册的方法； 3．掌握常用电子仪器仪表（万用表、整流电源、信号发生器、示波器、毫伏表等）、设备和工具的使用； 4．具备典型数字电路分析和初步设计的能力； 5．具备阅读数字电路原理图的能力； 6．具备基本单元电路和小型电子产品的制作、测试、调试及排除简单电路故障的能力； 7．掌握专业工具软件（电路图绘图软件、电路仿真软件）的正确使用； 8．具备电子产品说明书的阅读和写作的能力； 9．培养学生科学严谨的工作作风、认真负责的工作态度，具有一定的生产观点、经济观点及团队合作的精神，培养较好的心理素质及安全、环保意识，具有良好的职业道德素养。 五、课程的教学内容与建议学时
班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。晶闸管刚从断态转入通态并移除 触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
实验一锯齿波同步移相触发电路实验 一、实验目的 1、加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用。 2、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试方法。 二、实验主要仪器与设备： 三、实验原理 锯齿波同步移相触发电路的原理图如图1-1所示。锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其工作原理可参见电力电子技术教材中的相关内容。 图1-1 锯齿波同步移相触发电路原理图 图1-1中，由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压U T来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压U ct、偏移电压U b 和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压
U ct和偏移电压U b的大小。V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲，电路的各点电压波形如图1-2所示。 本装置有两路锯齿波同步移相触发电路，I和II，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路II输出的触发脉冲相位与I恰好互差180°，供单相整流及逆变实验用。 电位器RP1、RP2、RP3均已安装在挂箱的面板上，同步变压器副边已在挂箱内部接好，所有的测试信号都在面板上引出。 图1-2 锯齿波同步移相触发电路各点电压波形(α=90°)
四、实验内容及步骤 1、实验内容： (1)锯齿波同步移相触发电路的调试。 (2)锯齿波同步移相触发电路各点波形的观察和分析。 2、实验步骤： (1) 将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V（不能打到“交流调速”侧工作，因为DJK03-1的正常工作电源电压为220V±10%，而“交流调速”侧输出的线电压为240V。如果输入电压超出其标准工作范围，挂件的使用寿命将减少，甚至会导致挂件的损坏。在“DZSZ-1型电机及自动控制实验装置”上使用时，通过操作控制屏左侧的自藕调压器，将输出的线电压调到220V左右，然后才能将电源接入挂件），用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器观察锯齿波同步触发电路各观察孔的电压波形。 ①同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。 ②观察“1”、“2”点的电压波形，了解锯齿波宽度和“1”点电压波形的关系。 ③调节电位器RP1，观测“2”点锯齿波斜率的变化。 ④观察“3”～“6”点电压波形和输出电压的波形，记下各波形的幅值与宽度，并比较“3”点电压U3和“6”点电压U6的对应关系。 (2)调节触发脉冲的移相范围 将控制电压U ct调至零(将电位器RP2顺时针旋到底)，用示波器观察同步电压信号和“6”点U6的波形，调节偏移电压U b(即调RP3电位器)，使α=170°，其波形如图1-3所示。 图1-3锯齿波同步移相触发电路 (3)调节U ct（即电位器RP2）使α=60°，观察并记录U1～U6及输出“G、K”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中(可在示波器上直接读出，读数时应将示波
概述 一什么是电力电子技术 （一）定义 将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。 电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。电力电子技术突出对“电力”变换，它变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。 （二）学科的组成及其研究任务 1 电力电子技术的组成 电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术三个部分。目前，电力电子技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的中和性技术学科。 2 电力电子技术的研究任务 它的研究任务有三方面的内容： (1)电力电子器件的应用； (2)电力电子电路的电能变换原理； (3)控制技术以及电力电子装置的开发与应用。 二电力电子器件的发展 二十世纪五十年代，第一个晶闸管诞生后，在其后近五十年里，以器件为核心的电力电子技术的发展可分为两个阶段： 1957~1980年成为传统电力电子技术阶段； 1980年至今称为现代电力电子技术阶段。 （一）传统电力电子器件 晶闸管的出现，一方面由于他的功率变换能力的突破，另一方面实现了以晶闸管核心强
电变换电路的控制，使电子技术步入了功率领域，在工业上引起一场技术革命。 晶闸管发展的特点是派生器件越来越多，功率越来越大，性能越来越好。截至1980年，传统的电力电子器件就已由普通晶闸管衍生出了双向晶闸管(TRIAC)、快速晶闸管(FST)、逆导晶闸管(RCT)和不对称晶闸管等。 同时，各类晶闸管的电压、电流、电压变化率、电流变化率等参数定额均有很大提高，开关特性也有很大改善。 传统的电力电子器件已发展到相当成熟的地步，但在实际应用上存在着两个制约其继续发展的因素。提示控制功能上的欠缺，它通过门极只能控制开通而不能控制关断，所以称之为半控制器件。 直流传动、机车牵引、电化电源在应用方面成为当时的三大支柱，这些以晶闸管为核心的变流电路几乎是用了半个世纪，至今也没有多大改进。 由于这些电路的功率因数低、网侧负载上的谐波严重，因此阻碍了他们的继续发展，为电力电子变流电路带来新的转机。 另一方面，晶闸管系列器件的价格相对低廉，在大电流、高电压的发展空间依然较大，尤其在特大功率应用场合，其它器件尚且不易替代。 在我国，以晶闸管为核心的应用设备仍有许多在生产现场使用，晶闸管及其相关的知识仍是初学者的基础，因此在本书中占据了一定大的篇幅。 （二）现代电力电子器件 二十世纪八十年代以来，微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件，从而使电力电子技术有传统的电力电子技术跨入现代电力电子技术的新时代。 现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件，这类器件分为三大类：双极型、单极型和混合型。 1 双极型器件 指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件。这类器件的通态压
《电力电子技术》课程教学大纲 一、课程教学目标: 通过教学应使学生掌握半导体器件的工作原理、特性参数、驱动电路及保护方法；特别是掌握晶闸管的特性参数；掌握晶闸管的可控整流、直流变换、逆变、交流变换等变换的原理及波形。 二、课程设置说明: 电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的，在电力系统、电气工程和各类电子装置中应用广泛，是一门综合性很强的课程。本课程学习之前，应具备高等数学、电路、电子技术、电机与电力拖动等方面的相关知识。 本门课程使用了多媒体课件教学，开设有多个教学实验 三、课程性质: 本课程是应用电子技术专业的主干必修课之一。电力电子技术是弱电和强电之间的接口，是弱电控制强电的技术。课程研究电力电子技术的分析与设计的基础知识，包括可控整流技术（单、三相，半控与全控，半波与全波）、电力电子器件及参数、有源逆变技术、触发电路、交流调压、无源逆变技术等。通过对本课程的学习，使学生了解并掌握分析电力电子装置与设备设计的基本理论与基本方法，为相关后续课程的学习打下坚实的基础。 四、教学内容、基本要求和学时分配: 本课程的教学内容包括：熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法；熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流-交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。了解电力电子技术的应用范围和发展动向。掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 第一章电力二极管与晶闸管（8学时） 教学重点：电力二极管和晶闸管的工作原理、特性与参数 教学内容：电力二极管、晶闸管、晶闸管的派生器件：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 第二章全控型电力电子器件（8学时） 教学重点：门极可关断晶体管和电力晶体管 教学内容：门极可关断晶闸管（GTO）、（GTO）电力晶体管、电力场控晶体管、绝缘栅双极型晶体管、静电感应晶体管、静电感应晶闸管。 第三章晶闸管可控整流电路（14学时） 教学重点：各种电路的电路图、输出波形、输出电压、输出电流的平均值、有效值、波形系数、管子的选定。 教学内容： １．单相可控整流电路（单相半波可控整流电路、单相全波桥式整流电路、单相半控桥式整流电路） ２．三相可控整流电路（三相半波可控整流电路、三相全控桥式整流电路）
第7章数字电路基础 【课题】 7.1 概述 【教学目的】 1.让学生了解数字电子技术对于认知数码世界的重要现实意义，培养学生学习该科目的浓厚兴趣。 2.明确该科目的学习重点和学习方法。 【教学重点】 1.电信号的种类和各自的特点。 2.数字信号的表示方法。 3.脉冲波形主要参数的含义及常见脉冲波形。 4.数字电路的特点和优越性。 【教学难点】 数字信号在日常生活中的应用。 【教学方法】 讲授法，讨论法 【参考教学课时】 1课时 【教学过程】 一、新授内容 7.1.1 数字信号与模拟信号 1. 模拟信号：在时间和数值上是连续变化的信号称为模拟信号。 2. 数字信号：在时间和数值上是离散的信号称为数字信号。 讨论：请同学们列举几种常见的数字信号和模拟信号。 7.1.2 脉冲信号及其参数 1. 脉冲信号的定义：在瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流信号。 2．脉冲的主要参数：脉冲幅值V m 、脉冲上升时间t r 、脉冲下降时间t f 、脉冲宽度t W 、脉冲周期T及占空比D。 7.1.3 数字电路的特点及应用 特点：1.电路结构简单，便于实现数字电路集成化。
2.抗干扰能力强，可靠性高。（例如手机） 3.数字电路实际上是一种逻辑运算电路，电路分析与设计方法简单、方便。 4.数字电路可以方便地保存、传输、处理数字信号。（例如计算机） 5.精度高、功能完备、智能化。（例如数字电视和数码照相机） 应用：数字电路在家电产品、测量仪器、通信设备、控制装置等领域得到广泛的应用，数字化的发展前景非常宽阔。 讨论：1.你用过哪些数字电路产品，请列出1~2个较为典型的例子，并就其中一个产品说明它的功能及优点和缺点。 二、课堂小结 1. 数字信号与模拟信号的概念 2. 脉冲信号及其参数 3. 数字电路的特点及应用 三、课堂思考 讨论：谈谈如何才能学好数字电路课程？ 四、课后练习 P143思考与练习题：1、 2、3。 【课题】 7.2 常用数制与编码 【教学目的】 1.掌握二进制、十进制、十六进制数的表示方法及数制间的相互转换。 2.了解8421BCD码的表示形式。 【教学重点】 1.二进制、十六进制数的表示方法。 2.数字电路中为什么广泛采用二、十六进制数。 3.为什么要进行不同数制之间的转换。 4.进行二进制、十进制数、十六进制之间的相互转换。 5. 8421BCD码。 【教学难点】
《电工电子技术》课程电子教案 教师：宋静序号：05
知识引导 图7-22 温度对静态点的影响 2.基极分压式偏置电路 具有稳定工作点功能的典型分压式偏置电路如图 7-23所示。 a)电路原理图 b)直流通路图 图7-23压式偏置放大电路 1）稳定静态工作点的原理 温度的变化会导致三极管的性能发生变化，致使放 大器的工作点发生变化，影响放大器的正常工作。如图 7-23 所示电路中是通过增加下偏置电阻和射极电阻来 改善直流工作点的稳定性的，其工作原理如下： （1）利用R B1和R B2的分压作用固定基极电压U B。 由图 7-23可知，当R B1、R B2选择适当，满足I2远 大于I B时，则有 PPT、动画演 示、图片
知识引导 中R B1、R B2和U CC都是固定的，不随温度变化，所以基极电位基本上为一定值。 （2）通过I E的负反馈作用，限制I C的改变，使工作点保持稳定。具体稳定过程如下： 从上述稳定过程可以看出,R E愈大,则在R E上产生的压降愈大,对I C变化的抑制能力愈强,电路稳定性愈好。 2）动态分析 首先画出7-23所示的射极偏置电路的微变等效电路如图7-24 a)交流通路图 b) )微变等效电路 图7-24分压式偏置电路交流通路图及微变等效电路 CC B B B B U R R R U 2 1 2 + = E BEQ B E CQ R U U I I - = ≈ ) ( E C C CC CEQ R R I U U+ - =β/ CQ BQ I I=
1. 求电压放大倍数Au 与单偏置共射极放大电路的公式一样. 2.求输入电阻 3.求输出 教学步骤教学内容学生活动时间分配操作训练 仿真练习分压式偏置共射放大电路的静态值及电压 放大倍数 仿真验证：运行Multisim9.0软件制作仿真电路，如图 7-25所示，启动仿真，所得静态值为：I BQ＝ 10.223uA,I CQ=1.398mA,U EQ=2.535V。由测量值可算出 三极管的放大倍数约为140。从示波器上可得输入与 输出电压波形，如图所示。输入电压的幅值约为l0mv， 输出电压的幅值约为 2.15V，并且两者相位相反，电 压放大倍数约为215 Multisim9.0 仿真软件的 使用 5 be ' L i o r R U U A u β - = =& & & be b2 b1 i r R R R∥ ∥ = c o R R=