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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）第 2 章半导体电力开关器件2 半导体电力开关器件2.1 电力二极管2.2 双极结型电力晶体管BJT2.3 晶闸管及其派生器件2.4 门极可关断晶闸管GTO2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT*2.7 *2.8 自学2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路本章小结2.1 电力二极管电力二极管实物图2.1.1 半导体PN结P型、N型半导体和PN结2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性✓正向接法时内电场被削Array弱，扩散运动强于漂移运动，掺杂形成的多数载流子导电，等效电阻较小。
✓反向接法时内电场被增强，漂移运动强于扩散运动，光热激发形成的少数载流子导电，等效电阻很大。
半导体二极管的符号及正反向接法正向接法反向接法二极管伏-安特性)1(/-=T V V S e I I 一般表达式：SR I I =反向时的表达式：TV V S F e I I /=正向时的表达式： Is ：反向饱和电流RC K(N)A(P)PN结高频等效电路2.1.3 半导体电力二极管重要参数半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量二极管使用过程中：✓是否被过压击穿✓是否会过热烧毁✓开关特性额定电流的定义：其额定发热所允许的正弦半波电流的平均值 。
⎰⎰⎰==⋅==πππωωπωωωω002/01)()sin(21 )()sin(1 )sin(1m m m T m FR I t d t I t d t I T t d t I T I 当正弦半波电流的峰值为I m 时，它可用下式计算：m m T m Frms I t d t I dt t I T I 21)()(sin 21)(sin 10222/022=⎰=⎰=ωωπωπ当正弦半波电流的峰值为I m 时，它可用下式计算： 最大允许全周期均方根正向电流的定义： 当二极管流过半波正弦电流的平均值为I FR 时，与其发热等效的全周期均方根正向电流I Frms 称为最大允许全周期均方根正向电流。
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40 数字逻辑电路基础1．静态特性静态特性是指处于闭合状态或关断状态时，开关所具有的特性。
（1）理想开关处于断开状态时，开关的等效电阻R OFF =∞。
因此，无论U AK 在多大范围内变化，理想开关S 上通过的电流I OFF =0。
（2）理想开关处于闭合状态时，开关的等效电阻R ON =0。
因此，无论流过开关的电流在多大范围内变化，理想开关S 两端的电压U AK =0。
2．动态特性动态特性是指理想开关由断开状态转换到闭合状态，或由闭合状态转换为断开状态时，理想开关所呈现的特性。
（1）理想开关S 的开通时间t ON =0。
说明由断开状态转换到闭合状态时，理想开关不需要时间，可以瞬间完成。
（2）理想开关S 的关断时间t OFF =0。
说明由闭合状态转换到到断开状态时，理想开关也不需要时间，可以瞬间完成。
显然，上述理想开关S 在客观世界中是不存在的。
日常生活中的机械开关，如按压式的家庭用开关，推拉式的刀闸开关，控制电路通、断的继电器触点、接触器触点等，在一定电压和电流的范围内，静态特性与理想开关十分接近，但动态特性较差，完全满足不了数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
而由二极管、三极管构成的电子开关，其静态特性比机械开关的特性稍差，但它们的动态特性却是机械开关无法比拟的，基本上可以满足数字电路对开关的要求。
因此，作为电子开关的二极管、三极管和MOS 管广泛应用于数字电路中。
2.1.2 半导体二极管的开关特性半导体二极管的核心部分是一个PN 结，因此具有“单向导电”性。
当二极管处于正向偏置时，开关二极管导通。
导通二极管的电阻很小，为几十至几百欧，相当于一个闭合的电子开关；二极管处于反向偏置时呈截止状态。
截止时，二极管的电阻很大，一般硅二极管在10M Ω以上，锗二极管也有几十千欧至几百千欧，相当于一个断开的电子开关。
半导体二极管的开关特性在数字电路中起控制电流接通或关断的作用。
1．静态特性二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。
电路基础原理理想开关与开关的特性电路基础原理：理想开关与开关的特性在电子学领域，开关是非常重要的部件，用于控制电路的通断。
开关可以将电路连接或断开，从而控制电流的流动。
理论上，存在一种理想开关，其具有完美的特性，但在实际应用中，开关的性能会受到各种因素的影响。
理想开关是指在理论模型中，开关状态可以瞬间变化，完全导通或完全断开电路。
这种开关具有无限大的导通电阻和无限大的断断电阻，可以在零时间内改变电路状态。
尽管理论上存在理想开关，但在实际中无法制造出这样的开关。
实际的开关具有一定的导通电阻和断断电阻。
通常，导通状态下的开关具有较低的电阻，断断状态下具有较高的电阻。
此外，开关还具有导通电阻和断断电阻之间的无限大的阻抗，用于确保状态的稳定性。
开关的导通状态和断断状态是通过控制信号来切换的。
这些信号可以是电压、电流或其他物理量。
当控制信号满足开关的特定条件时，开关会改变状态，从而实现电路的通断。
开关的特性可以通过很多指标来描述。
其中最重要的指标包括导通电阻、断断电阻、开关速度和带宽。
导通电阻是开关在导通状态下的电阻大小。
一般来说，导通电阻越小，开关的导通性能越好。
断断电阻是开关在断断状态下的电阻大小。
与导通电阻类似，断断电阻越高，开关的断断性能越好。
开关的速度是指开关从一个状态切换到另一个状态所需的时间。
速度越快，开关的响应性越好。
带宽是开关能够处理的信号频率范围。
带宽越大，开关对高频信号的处理能力越强。
除了这些基本的特性指标外，开关还可能具有其他特性。
例如，某些开关可以具有可调节的导通电阻或断断电阻，以满足不同应用需求。
还有一些开关具有低功耗和高可靠性的特点，适用于需要长时间运行的应用。
以家庭照明系统为例，开关用于打开和关闭灯光。
在此场景下，开关需要具有低导通电阻，以确保电流可以顺畅流过。
同时，开关还需要具备较高的断断电阻，以确保灯光关闭时没有漏电。
在现代电子产品中，开关是非常重要的组成部分。
无论是智能手机还是电脑，都离不开开关的运用。
