电力电子Ch8-1_功率晶体管和二极管第1节

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电力电子技术讲授：阮新波南京航空航天大学航空电源重点实验室智能楼301室 Tel: (025)84896662(O); 84894882(H); 1385 166 2335(Cell) 1 E-mail: ruanxb@http://

联系方式2008-4-22

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第八章功率晶体管和二极管8.1功率二极管 8.2双极性功率晶体管 8.3场控半导体器件

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第八章功率晶体管和二极管8.1功率二极管8.1.1 PN结的工作原理 8.1.2二极管的特性 8.1.3二极管的开关特性 8.1.4二极管的类型 8.1.5二极管的性能参数2008-4-22 3

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第八章功率晶体管和二极管8.1功率二极管8.1.1 PN结的工作原理 8.1.2二极管的特性 8.1.3二极管的开关特性 8.1.4二极管的类型 8.1.5二极管的性能参数2008-4-22 4

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半导体的类型

在4族元素本征半导体硅中掺入5族元素(砷、磷)。 5个价电子中的4个与相邻的硅原子组成共价键后，还多余一个。

在4族元素本征半导体硅中掺入3族元素(硼、铝)。 3个价电子与相邻的硅原子组成共价键，因缺少一个价电子，在晶体中产生一个空穴。_

+

N型半导体2008-4-22

P型半导体5

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PN结的形成

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PN结的形成

扩散运动

阻挡层 PN结势垒层

漂移运动扩散运动2008-4-22 7

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PN结的特性

漂移运动

<

扩散运动

少子漂移运动产生反向电流

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PN结是单向导电的！

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第八章功率晶体管和二极管8.1功率二极管8.1.1 PN结的工作原理 8.1.2二极管的特性 8.1.3二极管的开关特性 8.1.4二极管的类型 8.1.5二极管的性能参数2008-4-22 9

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二极管的制成

电极引线

管壳

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二极管的伏安特性

u>0.1V

I= I S e 1 u uT

正向偏置 u<–0.1V反向偏置

I= IS e

u uT

I:流过PN结的电流 IS:反向饱和电流 u:外加电压 uT:温度电压当量。2008-4-22T

I= IS

u=26mV@27°C

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二极管的正向特性正向压降随温度升高而降低，即负温度系数。150

200

对单个工作有利

对并联不利

100

50

正向压降随耐压升高而升高。0 0 0.5 1.0 UF (V) 1.5 2.0

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第八章功率晶体管和二极管8.1功率二极管8.1.1 PN结的工作原理 8.1.2二极管的特性 8.1.3二极管的开关特性 8.1.4二极管的类型 8.1.5二极管的性能参数2008-4-22 13

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二极管的电容效应：势垒电容 当外加正电压，先注入一定电

荷，削弱内电场，然后才能进行扩散运动，形成正向电流。 正电压减小时，空间电荷区放

出一定电荷，内电场增强,正向电流减小。

类似电容充放电，称之为势垒电容Cb,其大小与 PN结截面积成正比。2008-4-22 14

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二极管的电容效应：扩散电容

PN结加正向电压后，给空间电荷区送入一定电荷(CB充电),消弱内电场，载流子扩散大于漂移，大量空穴从 P区进入N区

,电子从 N区进入 P区，但不完全复合而消失，多余部份即为存储电荷。

当电流大，存储电荷增加；当电流小，放出电荷；表现出电容特性，将之等效为 Cd,即扩散电容。

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二极管的电容效应

CJ= CB+ CD

势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。而扩散电容仅在正向偏置时起作用(电流变化时起作用)。在正向偏置时，正向电压较低时势垒电容为主，正向电压较高时扩散电容为主。

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