晶闸管的静态特性

晶闸管相关知识点总结一、晶闸管的基本结构晶闸管由四层P-N结组成，常用的结构有NPNP和PNPN两种。

NPNP结构的晶闸管由N型半导体和P型半导体交替组成，其中N1P1之间为薄的P2层，称为控制层。

PNPN结构的晶闸管则由P型半导体和N型半导体交替组成，其中P1N1之间为薄的N2层，也称为控制层。

在两种结构中，N1和P2之间或P1和N2之间的结被称为触发结，控制层P2或N2与外接的触发电压信号V_g相结，当V_g增大到一定数值时，触发结打开，晶闸管导通，电流通过。

晶闸管的最大阳极与阴极电压称为额定阳极电压U DRM，最大阳极电流称为额定阳极电流I DRM。

二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以从触发过程和导通过程两个方面来解释：1.触发过程晶闸管的触发过程是从晶闸管关断状态转变成导通状态的过程。

在正常工作状态下，晶闸管的阳极与阴极两端之间的电压为正向电压，晶闸管是处于关断状态的。

当控制层加上一个正脉冲电压时，触发结上的电场会产生漏极扩散，从而使控制层中的电子和空穴向N1层或P1层运动。

如果控制层中的载流子浓度高于某个值，那么触发结的电阻就会下降，电流将通过触发结，使晶闸管进入导通状态。

2.导通过程当晶闸管处于导通状态时，阳极和压电传输的电流都是主要的通电要素。

此时晶闸管的特性曲线显示出电流与电压之间的非线性关系。

当电流I G增加，晶闸管的触发电压U GT几乎不变，但是阳极电流I A与触发电流I G呈线性关系。

当晶闸管的阳极电压增加，电流增大，但是增加的速度并非线性关系。

当电压继续增大时，电流稳定在一个较大的数值。

在导通状态下，晶闸管相当于一个两端电压少量扩大的二极管。

三、晶闸管的特性晶闸管的特性可以从静态特性和动态特性两个方面来讨论：1.静态特性晶闸管的静态特性包括触发特性和导通特性两个方面：触发特性是指晶闸管在不同触发电流和触发电压条件下的触发特性曲线。

当触发电流I G增加时，触发电压U GT基本不变，这种关系在实际电路中经常用来测量晶闸管的参数。

1、什么是电力电子技术？它有几个组成部分？答：电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个组成部分。

2、电能变换电路有哪几种形式？各自的功能是什么？答：电能变换电路有四种形式：AC/DC变换电路、DC/AC变换电路、DC/DC变换电路、AC/AC变换电路。

①AC/DC变换电路：将交流电能转换为固定或可调的直流电能的电路。

②DC/AC变换电路：将直流电能转换为频率固定或可调的交流电能的电路。

③DC/DC变换电路：将一种直流电能转换为另一固定或可调电压的直流电能的电路。

④AC/AC变换电路：将固定大小和频率的交流电能转换为大小和频率均可调的交流电能的电路。

3、简述电力电子技术的主要应用领域。

答：电力电子技术广泛的应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域。

如：电源、电气传动与控制、电力系统、新能源开发等领域。

四、简答题1、电力电子器件的特性表现在哪些方面？答：1）电力电子器件工作在开关状态，为的是减小本身的损耗。

2）电力电子器件因直接用在电力电路上，要承受高电压大电流。

3）电力电子器件需要弱电来控制，应有控制、驱动电路。

4）因耗散功率大，需有必要的散热措施。

2、怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、或增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，晶闸管即关断。

3、在晶闸管的门极通入几十毫安的小电流可以控制阳极几十、几百安培的大流量的导通，它与晶体管用较小的基极电流控制较大的集电极电流有什么不同？晶闸管能不能像晶体管一样构成放大器？答：晶体管在共发射极接法时，基极电流I b可以控制较大的集电极电流Ic变化，起到了电流放大作用；而晶闸管在电路中只能由门极控制信号控制其通断，在电路中只起到一个开关作用，要关断还需要采取措施（如阳极加反向电压）。

晶闸管的基本特性
1、晶闸管的静态伏安特性第I 象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。

在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。

当IG 足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二
极管一样第III 象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。

IG=0 时，器件两端施加正向电压，为正向阻断状态，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Ubo，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晶闸管本身的压降很小，在1V 左右导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH 以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。

IH 称为维持电流。

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晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN 结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。

为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。

2. 动态特性与二极管类似，开通、关断过程产生动态损耗
晶闸管的开通和关断过程波形
1) 开通过程延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值。

电力电子教材重点知识点总结范文《电力电子技术》复习题第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进展变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。

2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现，也叫斩波电路（4）交流变交流AC-AC：可以是电压或电力的变换，一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。

4、相控方式;对晶闸管的电路的控制方式主要是相控方式5、斩空方式：与晶闸管电路的相位控制方式对应，采用全空性器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制方式。

相对于相控方式可称之为斩空方式。

第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：电力电子系统中指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。

（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。

广义可分为电真空器件和半导体器件。

2 电力电子器件一般特征：1、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级。

2、都工作于开关状态，以减小本身损耗。

3、由电力电子电路来控制。

4、安有散热器3 电力电子系统根本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。

（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。

（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。

（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。

4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。

如SCR晶闸管。

（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。

如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。

（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。

晶闸管的检测方法晶闸管是一种半导体器件，广泛应用于电力电子领域。

其正常工作状态对电力设备的性能和安全有着重要的影响。

晶闸管的检测工作也显得格外重要。

本文介绍了10种晶闸管的检测方法，并对每种方法进行了详细的描述。

1. 电参量测试法电参量测试法是晶闸管检测中最常用的方法之一。

该方法通过测试晶闸管在不同电压、电流下的电参量来评估晶闸管的性能情况。

典型的电参数测试包括正常导通电压、正常关断电流、反向电压、反向漏电流和门极触发电流。

正常导通电压和关断电流是晶闸管选择时最为关注的参量，它们直接影响到晶闸管的使用条件和应用场合。

反向漏电流和反向电压则关系到晶闸管的安全性能。

门极触发电流则是衡量晶闸管灵敏度的指标。

2. 静态伏安特性测试法静态伏安特性测试法是晶闸管测试中比较重要的一种方法。

该方法以电流、电压为测试对象，通过绘制伏安特性曲线来描述晶闸管的电性能。

伏安特性曲线可以显示出晶闸管在正向和反向偏置下的电压和电流关系，以及晶闸管的导通和关断特性。

通过对伏安特性曲线进行分析，可以评估晶闸管的起始触发电流、电压爬升斜率、保持电流和闸流等参数，从而判断晶闸管是否符合要求。

3. 双脉冲测试法双脉冲测试法是一种用于晶闸管动态特性测试的方法。

该方法通过给晶闸管施加两个短脉冲，以测试晶闸管的导通和关断特性。

测试时，需要使用一个高速存储示波器来记录晶闸管的电压和电流波形，然后对波形进行分析以得出晶闸管的各项参数。

双脉冲测试法可用于评估晶闸管的导通特性、关断特性、反向漏电流等参数。

4. 瞬态响应测试法瞬态响应测试法是一种用于测量晶闸管响应时间和响应速度的方法。

该方法可以测量导通时间、关断时间、反向恢复时间和反向恢复电压等参数。

测量时需要施加一定的电压和电流脉冲，以刺激晶闸管的响应，然后使用高精度的示波器记录波形，最后通过分析波形得出所需参数。

瞬态响应测试法可用于评估晶闸管的开关速度和压降等参数。

5. 电容电压测试法电容电压测试法是一种用于测量晶闸管反向电容和反向电压的方法。

一、晶闸管的基本结构晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier 简称SCR ）是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。

它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。

其符号表示法和器件剖面图如图1所示。

图1 符号表示法和器件剖面图普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。

图2、晶闸管载流子分布二、晶闸管的伏安特性晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。

通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。

图3 晶闸管的伏安特性曲线当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏，2J 反偏，外加电压几乎全部降落在2J 结上，2J 结起到阻断电流的作用。

随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。

当AK V 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。

晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为1V 左右，特性曲线CD 段对应的状态称为导通状态。

通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。

晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。

当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。

转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数，G I 越大，BO V 越小。

如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。

晶闸管等效电路
晶闸管是一种高压、高功率电子器件，其特点是具有类似于开关的功能，在电力电子控制领域中应用非常广泛。

晶闸管等效电路包括正向特性、反向特性、静态参数和动态参数等几个方面。

晶闸管的正向电流特性是指晶闸管在正向偏置下的电流特性。

晶闸管的正向特性类似于二极管，具有一个截止电压和一个正向电压。

当正向电压大于等于截止电压时，晶闸管开始导通，电流迅速增加，直至达到正向导通电流。

晶闸管的正向电流特性是晶闸管等效电路中的一个重要参数，对于晶闸管开通和关断过程的控制具有重要的指导意义。

晶闸管的反向特性是指晶闸管在反向偏置下的电流特性。

晶闸管的反向特性类似于开关状态，具有一个反向击穿电压和一个反向漏电流。

当反向电压大于等于反向击穿电压时，晶闸管将发生反向击穿现象，导致漏电流增加。

晶闸管的反向特性参数对于晶闸管在电路中的反向保护具有重要的指导意义。

静态参数是指晶闸管等效电路中的静态电性能参数，主要包括截止电压、正向导通电流、反向漏电流等参数。

静态参数对于晶闸管的开通和关断过程的控制具有重要的指导意义。

动态参数是指晶闸管等效电路中的动态电性能参数，主要包括开通时间、关断时间、迅速电流上升时间、电压下降时间等参数。

动态参数对于晶闸管在电路中的性能表现和应用具有重要的指导意义。

综上所述，晶闸管等效电路是晶闸管电控领域中的重要概念，涵盖了晶闸管的正向特性、反向特性、静态参数和动态参数等方面，为晶闸管的应用和控制提供了重要的理论基础。

静态开关原理静态开关是一种用于控制电流流动的电子元件，它可以在没有移动部件的情况下，通过控制信号来实现电路的开关功能。

静态开关通常由半导体材料制成，具有快速响应、高可靠性和长寿命等特点，因此在现代电子设备中得到了广泛的应用。

静态开关的工作原理主要依赖于半导体器件的导通和截止特性。

其中，最常见的静态开关器件包括晶闸管、场效应管和双向可控硅等。

这些器件在电路中可以实现不同的开关功能，从而满足各种电子设备对电流控制的需求。

晶闸管是一种常用的静态开关器件，它由四层半导体材料构成，具有双向导通特性。

当晶闸管的控制端施加触发电压时，器件将导通并允许电流通过；反之，当控制端施加截止电压时，器件将截止并阻断电流。

这种特性使得晶闸管可以实现电路的开关控制，广泛应用于变频调速、电磁启动和电压调节等领域。

另外，场效应管是另一种常见的静态开关器件，它由栅极、漏极和源极三个端子构成。

当在栅极施加一定电压时，场效应管内部形成电场，从而控制漏极和源极之间的电流流动。

通过控制栅极电压的大小，可以实现场效应管的导通和截止，从而实现电路的开关功能。

场效应管具有体积小、功耗低和响应速度快等优点，因此在集成电路和功率电子设备中得到了广泛的应用。

此外，双向可控硅也是一种常用的静态开关器件，它具有双向导通和触发控制的特性。

当双向可控硅的触发端施加触发电压时，器件将导通并允许电流通过；反之，当触发端施加截止电压时，器件将截止并阻断电流。

双向可控硅广泛应用于交流电路的控制和调节中，如交流调压、交流调速和交流开关等领域。

综上所述，静态开关是一种重要的电子元件，它通过控制信号来实现电路的开关功能。

不同类型的静态开关器件具有不同的工作原理和特性，可以满足各种电子设备对电流控制的需求。

在现代电子技术中，静态开关在工业控制、电力调节和通讯设备等领域发挥着重要作用，对提高设备性能和可靠性具有重要意义。

门极可断晶闸管(gate turn-off thyristor,GTO)是一种具有自断能力的晶闸管。

处于断态时，如果有阳极正向电压，在其门极加上正向触发脉冲电流后，GTO可由断态转入通态，已处于通态时，门极加上足够大的反向脉冲电流，GTO 由通态转入断态。

由于不需用外部电路强迫阳极电流为0而使之关断，仅由门极加脉冲电流去关断它；所以在直流电源供电的DC—DC，DC—AC变换电路中应用时不必设置强迫关断电路。

这就简化了电力变换主电路，提高了工作的可靠性，减少了关断损耗，与SCR相比还可以提高电力电子变换的最高工作频率。

因此，GTO是一种比拟理想的大功率开关器件。

一、构造与工作原理1、构造GTO是一种PNPN4层构造的半导体器件，其构造、等效电路及图形符号示于图1中。

图1中A、G和K分别表示GTO 的阳极、门极和阴极。

α1为P1N1P2晶体管的共基极电流放大系数，α2为N2P2N1晶体管的共基极电流放大系数，图1中的箭头表示各自的多数载流子运动方向。

通常α1比α2小，即P1N1P2晶体管不灵敏，而N2P2N1晶体管灵敏。

GTO导通时器件总的放大系数α1+α2稍大于1，器件处于临界饱和状态，为用门极负信号去关断阳极电流提供了可能性。

普通晶闸管SCR也是PNPN4层构造，外部引出阳极、门极和阴极，构成一个单元器件。

GTO称为GTO元，它们的门极和阴极分别并联在一起。

与SCR不同，GTO是一种多元的功率集成器件，这是为便于实现门极控制关断所采取的特殊设计。

GTO的开通和关断过程与每一个GTO元密切相关，但GTO元的特性又不等同于整个GTO器件的特性，多元集成使GTO的开关过程产生了一系列新的问题。

2、开通原理由图1〔b〕所示的等效电路可以看出，当阳极加正向电压，门极同时加正触发信号时，GTO导通，其具体过程如图2所示。

显然这是一个正反应过程。

当流入的门极电流I G足以使晶体管N2P2N1的发射极电流增加，进而使晶体管P1N1P2的发射极电流也增加时，α1和α2增加。

IGBT的工作原理与工作特性IGBT的开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP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,流过反向基极电流,使IGBT关断。

IGBT的驱动方法与MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道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一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。

IGBT的工作特性包括静态与动态两类:1.静态特性IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性与开关特性。

IGBT的伏安特性就是指以栅源电压Ugs为参变量时,漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。

输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制,Ugs越高,Id越大。

它与GTR的输出特性相似.也可分为饱与区1、放大区2与击穿特性3部分。

在截止状态下的IGBT,正向电压由J2结承担,反向电压由J1结承担。

如果无N+缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IGBT的某些应用范围。

IGBT的转移特性就是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。

它与MOSFET的转移特性相同,当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时,IGBT处于关断状态。

在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内,Id与Ugs呈线性关系。

最高栅源电压受最大漏极电流限制,其最佳值一般取为15V左右。

IGBT的开关特性就是指漏极电流与漏源电压之间的关系。

IGBT 处于导通态时,由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管,所以其B值极低。

尽管等效电路为达林顿结构,但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。

此时,通态电压Uds(on)可用下式表示:Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh (2－14)式中Uj1——JI结的正向电压,其值为0、7～IV;Udr——扩展电阻Rdr上的压降;Roh——沟道电阻。

电力电子技术题库含参考答案一、单选题（共30题，每题1分，共30分）1、下面选项中属于晶闸管派生器件的是（）。

A、电力场效应晶体管B、绝缘栅双极晶体管C、门极可关断晶闸管D、电力晶体管正确答案：C2、带中心抽头变压器的逆变电路,变压器匝比为( )时，uo和io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。

A、1:2:1B、1:1:2C、3:1:1D、1:1:1正确答案：D3、单相半波可控制整流电路阻感负载需要（）续流。

A、晶闸管B、二极管C、GTRD、IGBT正确答案：B4、（）不属于换流技术。

A、整流B、电力电子器件制造C、逆变D、斩波正确答案：B5、单相桥式全控整流阻感性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )。

A、0º-180°B、0º-150°C、0º-120°D、0º-90°正确答案：D6、电压型逆变电路输出的电流波形为（）。

A、因负载不同而不同B、锯齿波C、正弦波D、矩形波正确答案：A7、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是( )A、0º-150°B、0º-180°C、0º-120°D、0º-90°正确答案：B8、目前所用的电力电子器件均由（）制成，故也称电力半导体器件。

A、绝缘体B、金属C、半导体D、导体正确答案：C9、采用调制法得到PWM波形，把希望输出的波形作为（）。

A、载波B、锯齿波C、调制信号D、正玄波正确答案：C10、斩波电路中，输出电压高于输入电压的电路称为（）。

A、降压斩波B、升压斩波C、升降压斩波D、CUK斩波正确答案：B11、晶闸管额定电压一般取正常工作时晶闸管所承受峰电压的( )。

A、3～4倍B、4～5倍C、2～3倍D、1～2倍正确答案：C12、与单相全波可控整流电路功能相同的电路是（）。

A、斩波电路B、单相半波可控整流电路C、三相桥式整流电路D、单相桥式整流电路正确答案：D13、逆导晶闸管是将（）反并联在同一管芯上的功率集成器件。