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第八章功率晶体管和二极管

引言??功率电子学的发展特征是器件的发展??慢速SCR-高速开关器件??应用场合更为广阔??二极管/晶体管/GTR/MOS/IGBT

第八章功率晶体管和二极管基本要求：了解各种常用的功率晶体管和二极管的基本特性和定额参数，为设计功率电路正确选择功率器件打下基础学习内容：功率二极管：大功率晶体管：GTR－大功率双极型功率晶体管（BipolarJunctionTransitor,BJT）MOSFET－金属氧化物半导体场效应管IGBT－绝缘栅晶体管

快恢复二极管和肖特基二极管：分别在中．高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位．03PowerDiode:结构简单．工作可靠．自20世纪50年代就获得应用02功率二极管－不可控器件01第一节功率二极管

功率二极管的工作原理以半导体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的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样第一节功率二极管

第一节功率二极管0504020301N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。P区主要为空穴即为多子，N区的多子为电子；交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷－这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。

第一节功率二极管01空间电荷建立的电场被称为内电场或自建电场，其方向是阻止02扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为03多子）向本区运动，即漂移运动。04?扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾，最终达到动态平05衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电06荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称07为耗尽层、阻挡层或势垒区。

第一节功率二极管当PN结外加正向电压时，外加电场与PN结的变窄削弱，有利于多子扩散不利于少子漂流内电场方向相反，在外电场作用下．P区的空穴和N区的电子将被吸引到耗尽层，使耗尽第一节功率二极管PN结而位空间电荷区变宽，增强了内电场，因而有利于少于的漂移而不利于多子的扩散。场方向相同，在外电场的作用下，多子将离开PN结外加反向电压时，外加电场与PN结内电

二极管的伏安特性PN结的理解特性

二极管的伏安特性PN结的正向导通特性

二极管的伏安特性PN结的反向偏置

正向特性

01PN结的正向导通状态02PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左03右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态04PN结的反向截止状态05PN结的单向导电性06二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要07特征08PN结的反向击穿09有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿正向导通及反向截止

正向压降随耐压升高而升高正向压降的负温度系数对单个工作有利正向压降随温度升高而降低正向压降的负温度系数对并联不利二极管正向特性

正向特性的负温度特性

符号:D1导通机理:PN结特性2正向偏置特性3反向偏置特性4二极管特性

二极管的开关特性PN结是P/N型半导体结合区的空间电荷区空间电荷区-内电场-耗尽层当外加正电压，削弱内电场，注入电荷,形成正向电流正电压减小时，空间电场放出电荷，内电场增强,正向电流减小类似电容充放电,-二极管的动态特性中电容效应尤为关键

两端电压变化，内电场重新建立,等效为Cb01一致03称之为”垫垒电容”Cb与PN结截面积成正比,这与电容基本定义02二极管的电容效应(1)

二极管的电流变化,内部存储电荷变化空穴从P区到N区，电子从N区到P区电荷不完全复合,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,即扩散电容二极管的电容效应(2)

PN结的电容效应：PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容Cj，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容Cb和扩散电容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。在正向偏置时，当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结电容主要成分结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。

01Cj=Cb+Cd03尤其在外加反压时，二极管的结电容必须先放电，经过一段恢复时间后，二极管才能恢复阻断02理解了二极管的电容效应很容易理解其开关过程不能瞬间完成04Cj的存在导致二极管开关损耗增加二极管结电容

二极管开关特性等效电路反向恢复特性(重点)

几种反向恢复比较

引起较大的损耗di/dt造成较大的电