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绝缘栅双极型晶体管的电磁骚扰分布特性研究

绝缘栅双极型晶体管的电磁骚扰分布特性研究
绝缘栅双极型晶体管的电磁骚扰分布特性研究

IGBT绝缘栅双极晶体管

IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor的英文缩写 绝缘门双极性晶体管 绝缘栅双极晶体管缩写IGBT MOSFET是场效应管,因为只有一个极性的粒子导电,又称为单极性晶体管。 是功率管,有放大作用,IGBT的本质就是一个场效应管,不过是在场效应管的基础上 加上了P+层。是结合了场效应管&双极性晶体管的特点。 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性,但是在高电平时,功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降,转换成一个低VCE(sat)的能力,以及IGBT的结构,同一个标准双极器件相比,可支持更高电流密度,并简化IGBT驱动器的原理图。IGBT基本结构见图1中的纵剖面图及等效电路。 导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似,主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。如等效电路图所示(图1),其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时,一个N沟道形成,同时出现一个电子流,并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内,那么,J1将处于正向偏压,一些空穴注入N-区内,并调整阴阳极之间的电阻率,这种方式降低了功率导通的总损耗,并启动了第二个电荷流。最后的结果是,在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑:一个电子流(MOSFET 电流);空穴电流(双极)。 关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时,沟道被禁止,没有空穴注入N-区内。在任何情况下,如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降,集电极电流则逐渐降低,这是因为换向开始后,在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低,完全取决于关断时电荷的密度,而密度又与几种因素有关,如掺杂质的数量和拓扑,层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形,集电极电流引起以下问题:功耗升高;交叉导通问题,特别是在使用续流二极管的设备上,问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关,尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此,根据所达到的温度,降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的,尾流特性与VCE、IC和TC之间的关系如图2所示。 反向阻断

绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管 晶体管的发展 1947年的圣诞前某一天,贝尔实验室中,布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕,恰到好处地将顶角一分为二,分别接上导线,随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出,他们得到了一个有放大作用的新电子器件!布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。布拉顿在笔记本上这样写道:“电压增益100,功率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者,肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。 1948年,肖克莱发明了“结型晶体管”。1948年7月1日,美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅,简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。“一石激起千层浪”,它就像颗重磅炸弹,在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛! 1950年:威廉·邵克雷开发出双极晶体管(Bipolar Junction Transistor),这是现在通行的标准的晶体管。 1953年:第一个采用晶体管的商业化设备投入市场,即助听器。 1954年10月18日:第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场,仅包含4只锗晶体管。 1954年,贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机 TRADIC 1961年4月25日:第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯(Robert N oyce)。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够,但是新的电子设备要求规格更小的晶体管,即集成电路。 1965年:摩尔定律诞生。当时,戈登·摩尔(Gordon Moore)预测,未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年),摩尔定律在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。 1968年7月:罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童(Fairchild)半导体公司辞职,创立了一个新的企业,即英特尔公司,英文名Intel为“集成电子设备(integrated electronics)”的缩写。 1969年:英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质,但是引入了新的多晶硅栅电极。 1971年:英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸 x 1 /16英寸,包含仅2000多个晶体管,采用英特尔10微米PMOS技术生产。 1978年:英特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部,武装了IBM新产品IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器含有2.9万个晶体管,运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富(Forture) 500强企业排名,《财富(Forture)》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一(Business Triumphs of the Seventies)”。

晶体管的特性曲线

晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线,是管子内部载流子运动的外部表现,反映了晶体管的性能,是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线: (1) 直观地分析管子的工作状态 (2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线 1.测量晶体管特性的实验线路 图1 共发射极电路 共发射极电路:发射极是输入回路、输出回路的公共端。如图1所示。 2.输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极电压U CE为常数时,输入电路( 基极电路)中基极电流I B与基-射极电压U BE之间的关系曲线I B = f (U BE),如图2所示。 图2 3DG100晶体管的输入特性曲线 U CE=0V时,B、E间加正向电压,这时发射结和集电结均为正偏,相当于两个二极管正向并联的特性。 U CE≥1V时,这时集电结反偏,从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到

集电极,只有小部分与空穴复合形成I B。U CE>1V以后,I C增加很少,因此I B 的变化量也很少,可以忽略U CE对I B的影响,即输入特性曲线都重合。 由输入特性曲线可知,和二极管的伏安特性一样,晶体管的输入特性也有一段死区。只有在发射结外接电压大于死区电压时,晶体管才会导通,有电流I B。 晶体管死区电压:硅管0.5V,锗管0.1V。晶体管正常工作时发射结电压:NPN型硅管U BE0.6 ~ 0.7) V PNP型锗管U BE0.2 ~ 0.3) V 3.输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为常数时,输出电路(集电极电路)中集电极电流I C与集-射极电压U CE之间的关系曲线I C = f (U CE),如图3所示。 变化曲线,所以晶体管的输出特性曲在不同的I B下,可得出不同的I C随U CE 线是一族曲线。下面结合图4共发射极电路来进行分析。 图3 3DG100晶体管的输出特性曲线图4 共发射极电路 晶体管有三种工作状态,因而输出特性曲线分为三个工作区 (1) 放大区 在放大区I C=βI B,也称为线性区,具有恒流特性。在放大区,发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置,晶体管工作于放大状态。 对NPN 型管而言, 应使U BE> 0, U BC< 0,此时,U CE> U BE。 (2) 截止区I B = 0 的曲线以下的区域称为截止区。 I B = 0 时, I C = I CEO(很小)。(I CEO<0.001mA)。对NPN型硅管,当U BE<0.5V 时, 即已开始截止, 为使晶体管可靠截止, 常使U BE≤0。截止时, 集电结也处于反向偏置(U BC≤ 0),此时, I C≈0, U CE≈U CC。 (3) 饱和区当U CE< U BE时,集电结处于正向偏置(U BC> 0),晶体管工作于饱和状态。

绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理

绝缘栅双极晶体管IGBT工作原理 点击次数:1534 发布时间:2009-5-9 11:18:10 IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性,但是在高电平时,功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降,转换成一个低VCE(sat)的能力,以及IGBT 的结构,同一个标准双极器件相比,可支持更高电流密度,并简化IGBT驱动器的原理图。 一、导通 IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似,主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时,一个N沟道形成,同时出现一个电子流,并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内,那么,J1将处于正向偏压,一些空穴注入N-区内,并调整阴阳极之间的电阻率,这种方式降低了功率导通的总损耗,并启动了第二个电荷流。最后的结果是,在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑:一个电子流(MOSFET 电流);空穴电流(双极)。 二、关断 当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时,沟道被禁止,没有空穴注入N-区内。在任何情况下,如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降,集电极电流则逐渐降低,这是因为换向开始后,在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低,完全取决于关断时电荷的密度,而密度又与几种因素有关,如掺杂质的数量和拓扑,层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形,集电极电流引起以下问题:功耗升高;交叉导通问题,特别是在使用续流二极管的设备上,问题更加明显。 鉴于尾流与少子的重组有关,尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此,根据所达到的温度,降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的,尾流特性与VCE、 IC和 TC之间的关系如图2所示。 三、反向阻断 当集电极被施加一个反向电压时, J1 就会受到反向偏压控制,耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度,将无法取得一个有效的阻断能力,所以,这个机制十分重要。

绝缘栅双极型晶体管

绝缘栅双极型晶体管 一、 IGBT介绍 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 二、 IGBT的结构 左边所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+区称为源区,附于其上的电极称为源极(即发射极E)。P+区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极(即门极G)。沟道在紧靠栅区边界形成。在C、E两极之间的P型区(包括P+和P-区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region)。而在漏区另一侧的P+区称为漏注入区(Drain injector),它是IGBT特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极(即集电极C)。 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP(原来为NPN)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,切断基极电流,使IGBT关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N-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-层的空穴(少子),对N-层进行电导调制,减小N-层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。 三、对于IGBT的测试 IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试,即在IGBT模块结温为25C时进行测试,此时IGBT工作在非开关状态;另一类是动态参数测试,即在IGBT模块结温为1

半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量

半导体管特性图示仪的使用和晶体管参数测量 一、实验目的 1、了解半导体特性图示仪的基本原理 2、学习使用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。 二、预习要求 1、阅读本实验的实验原理,了解半导体图示仪的工作原理以及XJ4810 型半导体管图示仪的各旋钮作用。 2、复习晶体二极管、三极管主要参数的定义。 三、实验原理 (一)半导体特性图示仪的基本工作原理 任何一个半导体器件,使用前均应了解其性能,对于晶体三极管,只要知道其输入、输出特性曲线,就不难由曲线求出它的一系列参数,如输入、输出电阻、电流放大倍、漏电流、饱和电压、反向击穿电压等。但如何得到这两组曲线呢?最早是利用图4-1 的伏安法对晶体管进行逐点测试,而后描出曲线,逐点测试法不仅既费时又费力,而而且所得数据不能全面反映被测管的特性,在实际中,广泛采用半导体特性图示仪测量的晶体管输入、输出特性曲线。 图4-1 逐点法测试共射特性曲线的原理线路用半导体特性图示仪测量晶体管的特性曲线和各种直流参量的基本原理是用图4-2(a)中幅度随时间周期性连续变化的扫描电压UCS代替逐点法中的可调电压EC,用图4-2(b)所示的和扫描电压UCS的周期想对应的阶梯电流iB来代替逐点法中可以逐点改变基极电流的可变电压EB,将晶体管的特性曲线直接显示在示波管的荧光屏上,这样一来,荧光屏上光点位置的坐标便代替了逐点法中电压表和电流表的读数。

1、共射输出特性曲线的显示原理 当显示如图4-3 所示的NPN 型晶体管共发射极输出特性曲线时,图示仪内部和被测晶体管之间的连接方式如图4-4 所示. T是被测晶体管,基极接的是阶梯波信号源,由它产生基极阶梯电流ib 集电极扫描电压UCS直接加到示波器(图示仪中相当于示波器的部分,以下同)的X轴输入端,,经X轴放大器放大到示波管水平偏转板上集电极电流ic经取样电阻R得到与ic成正比的电压,UR=ic,R加到示波器的Y轴输入端,经Y轴放大器放大加到垂直偏转板上.子束的偏转角与偏转板上所加电压的大小成正比,所以荧光屏光点水平方向移动距离代表ic的大小,也就是说,荧光屏平面被模拟成了uce-ic 平面. 图4-4 输出特性曲线显示电路输出特性曲线的显示过程如图4-5 所示 当t=0 时, iB =0 ic=0 UCE =0 两对偏转板上的电压均为零,设此时荧光屏上光点的位置为坐标原点。在0-t1,这段时间内,集电极扫描电压UCS 处于第一个正弦半波周期。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基本特性与驱动

绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基本特性与 驱动 张冬冬 (华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206)The Basic Characteristics and the Drive of Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Zhang Dong-dong (School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) ABSTRACT: IGBT is short for Insulate Gate Bipolar Transistor. It greatly expands the semiconductor device applications field in power industry, as it has multiple advantages of MOSFET and GTR. For example, it improves the performance of the air conditioner remarkably when used in convert circuits in frequency conversion air conditioner.GTR saturated pressure drop, the carrier density, but the drive current is larger; MOSFET drive power is small, fast switching speed, but the conduction voltage drop large carrier density. IGBT combines the advantages of these two devices, drive power is small and saturated pressure drop. V ery suitable for DC voltage of 600V and above converter systems such as AC motor, inverter, switching power supply, electric lighting. KEY WORDS:IGBT, converter, switching power supply 摘要:IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET 和GTR的多项优点,极大的扩展了半导体器件的功率应用领域。例如将之应用于变频空调逆变电路当中,显著地改善了空调的性能。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。关键词:绝缘栅双极晶体管,逆变器,变频器,开关电源 1 IGBT器件的发展和研究现状 1.1 电力器件的发展历史 IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极晶体管,它是适应了功率半导体器件(也叫电力电子器件)的发展而产生的。 自1982年IGBT由GE公司和RCA公司首先宣布以来,引起了世界许多半导体厂家和研究者的再砚,围际上再大半导体公司都投入巨资发展IGBT,GE公司称之为IGT(Insulated Gate Transistor);RCA公司称之为COMFET(Conductivity Modulated FET);Motorola公司称之为GEMFET(Gain Enhancement FET):IXY公司称之为MOS-IGT;东芝公司称之为IGBT、IGR(Insulated Gate Rectifier)、BIFET(Bipolar FET),目前已统一称为IGBT。 经过二、三十年的发展,IGBT大略经历了以下几个阶段: 在IGBT发明之仞,首先大规模制造的主要是穿通型IGBT(PT-IGBT),其饱和压降较高,开关叫间较长:其后是寻求IGBT图形设计的最佳化;接下来是抑制寄生器件的工作:然后是通过引入微细化工艺来改善IGBT的综合特性:90年代中至今,人们热

绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析

绝缘栅双极晶体管结构与工作原理解析 绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar TransistorIGBT)综合了电力晶体管(Giant TransistorGTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点,具有良好的特性,应用领域很广泛;IGBT也是三端器件:栅极,集电极和发射极。IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)是MOS结构双极器件,属于具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能的功率器件。IGBT 的应用范围一般都在耐压600V以上、电流10A以上、频率为1kHz以上的 区域。多使用在工业用电机、民用小容量电机、变换器(逆变器)、照相机的频闪观测器、感应加热(InducTIonHeaTIng)电饭锅等领域。根据封装的不同,IGBT大致分为两种类型,一种是模压树脂密封的三端单体封装型,从TO-3P到小型表面贴装都已形成系列。另一种是把IGBT与FWD (FleeWheelDiode)成对地(2或6组)封装起来的模块型,主要应用在工业上。模块的类型根据用途的不同,分为多种形状及封装方式,都已形成系列化。 ? ? IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。MOSFET由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on) 数值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性,但是在高电平时, 功率导通损耗仍然要比IGBT 高出很多。IGBT较低的压降,转换成一个低

晶体管输入输出特性曲线测试电路实验报告

实验题目:晶体管输入输出特性曲线测试电路的设计 班级: 学号: 姓名: 日期:

一、实验目的 1. 了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理与方法 2. 熟悉脉冲波形的产生和波形变换的原理与方法 3. 熟悉各单元电路的设计方法 二、实验电路图及其说明 晶体管共发射极输出特性曲线如图所示,它是由函数i c=f (v CE)|i B=常数,表示的一簇曲线。它既反映了基极电流i B对集电极电流i C 的控制作用,同时也反映出集电极和发射极之间的电压v CE对集电极电流i C的影响。 如使示波器显示图那样的曲线,则应将集电极电流i C取样,加至示波器的Y轴输入端,将电压v CE加至示波器的X轴输入端。若要显示i B为不同值时的一簇曲线,基极电流应为逐级增加的阶梯波形。通常晶体管的集电极电压是从零开始增加,达到某一数值后又回到零值的扫描波形,本次实验采用锯齿波。 测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图所示。 矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2,作为晶体管集电极的扫描电压;另一方面经阶梯波形成电路,通过隔离电阻送至晶体管的基极,作为积极驱动电流i B,波形见图3的第三个图(波形不完整,没有下降)。 电阻R C将集电极电流取样,经电压变换电路转换成与电流i C成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y轴输入端,则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。 需要注意,锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步(用同一矩形脉冲

产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件)。阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。另外,每一整幅图形的显示频率不能太低,否则波形会闪烁。 选作:晶体管特性曲线数目可调: 主要设计指标和要求: 1、矩形波电压(V O1)的频率f大于500Hz,误差为±10Hz,占空比为4%~6%,电压幅度 峰峰值大约为20V。 2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0,级数为10级,每极电压0.5V~1V。 3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V,幅度大约为10V。 三、预习 理论计算:电路设计与仿真: 1.矩形波电路:仿真图如下:

绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究

课程名称:电力电子器件指导老师:陈辉明成绩: 实验名称:实验类型:同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得 实验二绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究 一、实验目的和要求 1、熟悉IGBT 主要参数与开关特性的处理方法。 2、掌握混合集成驱动电路M57859L 的工作原理与调试方法。 3、研究IGBT 主要参数与开关特性。 二、实验内容和原理 实验原理: 见《电力电子器件实验指导书》(汤建新编著)34 页至38 页“IGBT 特性与驱动电路研究”中“二.实验线路及原理”。 混合集成驱动电路M57859L: M57859L 是高度集成的专为IGBT 设计的栅极驱动电路,芯片提供了驱动所需要的要求,包括短路 过流保护,过流定时恢复,栅极封锁保护,输入隔离等功能。

芯片的原理图如下: 三、主要仪器设备 1、DSX 01 电源控制屏 2、DDS 16“电力电子自关断器件特性与驱动电路”实验挂箱 3、DT 10“直流电压电流表实验挂箱” 4、数字示波器等 四、操作方法和实验步骤 1、IGBT 主要参数测试 2、M57959L 主要性能测试 3、IGBT 开关特性测试 4、过流保护性能测试 五、实验数据与分析 1、IGBT 主要参数测试 1.1 开启阀电压V gs(th)测试

调节栅极电压,测量集电极电流,记录输入,并特别观察电流为1m A 时的栅压,此时为开启电压。 记录数据如下: 当电流为一毫安时开通电压为6.18V 1.2 跨导g m 测量 根据1.1 测得是数据,计算得gm,绘制成曲线如下:

探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用

龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/a917654000.html, 探究绝缘栅双极晶体管的原理及应用 作者:秦慧娴 来源:《大经贸》2018年第07期 【摘要】絕缘栅双极晶体管(IGBT)是近十多年来为适应电力电子技术发展而出现的新型器件。是整机系统提高性能指标和节能指标的首选产品。它集高频率、高电压、大电流等优点于一身,是国际上公认的电力电子技术第三次革命的最具代表性的产品。本文着重介绍它的结构、工作机理、静态特性、动态特性以及主要参数,为使用该类器件奠定基础IGBT是上世纪80年代初研制成功,并在其性能上,经过几年的不断提高和改进,以成熟的应用于高频大功率领域。因此本文还介绍了IGBT国内外发展简况,将详细地说明了IGBT的重要特性及其应用基础技术,列出了在家用电器、电焊机、电动机等方面应用的一些基本电路。 【关键词】绝缘栅双极晶体管等效电路静态特性动态特性 一、 IGBT的结构和原理 绝缘栅双极晶体管是一种新型的电力半导体器件,它既具有功率场效应晶体、管高速、高输入阻抗的特性,又具有双极达林顿晶体管饱和电压低、电流大、反压高的特性[2]。这种器件在1982年由美国RCA与G E公司试制成功,后经美国IR 公司、欧洲 S G S公司和菲利浦公司、日本东芝、富士电机、日立公司等的改进,于80年代末实现了商品化,自此其应用技术日趋成熟,在电力电子技术中扮演了重要角色。 1.1 IGBT的结构和工作机理 它是在功率MOSFET的基础上发展起来的,他与功率MOSFET不同之处在与多了一个p+发射区,由该区引出IGBT的漏极(或称集电极),这样IGBT就比MOSFET多了一个PN 结。IGBT的栅极和源极的引出处与功率MOSFET相同。从IGBT的结构可相应得出它的等效电路,由于非对称型IGBT加入的N+区紧靠N-区都是N区,只是参杂浓度不同,所以两种不同类型的IGBT其等效电路是相同的。它们都由三个结,半导体类型的层次也相同。 IGBT既然是以MOSFET为驱动元件和双极晶体管为主导元件的复合器件,它的开通、关断就必然与MOSFET相同,是由栅极电压来控制的。栅极加正电压时,MOSFET内形成沟道并为双极晶体管提供基极电流,进而使IGBT导通,此时从发射区注入到N-区的空穴对N-区进行电导调制,减少N-漂移区的电阻RMOD。使高耐压的IGBT也具有低导通电压特性。IGBT栅极上施加负电压时,MOSFET的沟道消失,PNP晶体管被切断,IGBT即处于关断状态。由此可见,IGBT的驱动原理与MOSFET管基本相同。由于等效双极晶体管是IGBT的主导元件,因此IGBT具有大电流传输能力。 二、 IGBT的特性

晶体管特性曲线测试电路

近代电子学实验之晶体管特性曲线测试电路

2、锯齿波:幅度0—10V连线可调,输出极性可变。 3、阶梯波:3—10阶连线可调。 4、电压—电流变换器:0.001<=I1<=0.2(mA),输出电流方向可变(每阶0.001<=Ib<=0.02(mA))。 实验设计的基本原理: 三极管特性曲线测量电路的基本原理: 晶体三极管为电流控制器件,他们特性曲线的每一根表示当Ib一定时Vc与Ic的关系曲线,一簇表示不同Ib时Vc与Ic的关系曲线的不同关系曲线,就称为单晶体三极管的输出特性曲线,所以在晶体三极管的基级加上阶梯电流源表示不同 Ib。在每级阶梯内测量集射极电压 Vc和集电极定值负载电阻上的电压 Vr,通过电压变换电路将 Vr换算成集电极电流 Ic, 以 Ic作为纵轴, Vc 为横轴, 在数字示波器上即可显示一条晶体管输出特性曲线。示波器的地线与测量电路地不可相通。即测量电路的稳压电源不能接大地。(因为示波器外壳已接大地) 晶体三极管特性曲线测量电路原理框图如下: 框图 在本测量电路中,两种波形的准确性直接影响到了输出曲线的好坏。故在实验中需准确调整主要电阻电容的参数。

电阻R10右边输出的波形就是脉冲方波,之后经过U6积分后,在U6的6脚即可输出锯齿波。 电路中,R5和C1的参数会直接影响到输出锯齿波的波形好坏,所以应注意参数。 2、阶梯波产生部分电路 产生阶梯波的原理: 阶梯波电路如下, 十进制同步计数器 (异步清零 ) 74ls161构成八进制计数器, 将比较器 U1 输出矩形波接至其脉冲端作为触发信号,进行计数。八进制计数器四位输出经过八位 DAC0832进行转换成八级阶梯波电压信号, 再经过放大电路进行放大。 电路中的与非门用于调节阶梯波的阶数,从而实现输出特性曲线中的曲线条数可调。由于74ls161的输出Q0—Q3是四个数的组合,对于该电路使用二输入端与非门作为闸门控制,那么可以得到3—10阶之间的任意数字的阶梯。譬如:Q1、Q0组合,分别接入与非门的两端,那么就可以得到3阶的阶梯波;若Q2、Q3组合,分别接到与非门的两端,即可得到10阶的阶梯波。 该阶梯波是下降的阶梯波,对于实验的结果是不会影响的。 电路图如下:

功率晶体管(GTR)的特性

功率晶体管(GTR)的特性 功率晶体管(GTR)具有控制方便、开关时间短、通态压降低、高频特性好、安全工作区宽等优点。但存在二次击穿问题和耐压难以提高的缺点,阻碍它的进一步发展。 —、结构特性 1、结构原理 功率晶体管是双极型大功率器件,又称巨型晶体管或电力勗体管,简称GTR。它从本质上讲仍是晶体管,因而工作原理与一般晶体管相同。但是,由于它主要用在电力电子技术领域,电流容量大,耐压水平高,而且大多工作在开关状态,因此其结构与特性又有许多独特之处。 对GTR的要求主要是有足够的容量、适当的增益、较高的速度和较低的功耗等。由于GTR电流大、功耗大,因此其工作状况出现了新特点、新问题。比如存在基区大注入效应、基区扩展效应和发射极电流集边效应等,使得电流增益下降、特征频率减小,导致局部过热等,为了削弱这种影响,必须在结构上采取适当的措施。目前常用的GTR器件有单管、达林顿管和模块三大系列。 三重扩散台面型NPN结构是单管GTR的典型结构,其结构和符号如图1所示。这种结构的优点是结面积较大,电流分布均匀,易于提高耐压和耗散热量;缺点是电流增益较低,一般约为10~20g。 图1、功率晶体管结构及符号 图2、达林顿GTR结构 (a)NPN-NPN型、(b)PNP-NPNxing 达林顿结构是提高电流增益的一种有效方式。达林顿GTR由两个或多个晶体管复合而成,可以是PNP或NPN型,如图2所示,其中V1为驱动管,可饱和,而V2为输出管,不会饱和。达林顿GTR的电流增益β大大提高,但饱和压降VCES也较高且关断速度较慢。不难推得 IC=ΒIB1.VCES= VCES1+VCES2(其中β≈β1β2) 目前作为大功率开关应用最多的是GTR模块。它是将单个或多个达林顿结构GTR及其辅助元件如稳定电阻、加速二极管及续流二极管等,做在一起构成模块,如图3所示。为便于改善器件的开关过程或并联使用,有些模块的中间基极有引线引出。GTR模块结构紧凑、功能强,因而性能价格比大大提高。

实验一 绝缘栅双极型晶体管

电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 实验一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)特性与驱动电路研究一.实验目的: 1.熟悉IGBT开关特性的测试方法; 2.掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。 二.实验内容 1.EXB840性能测试; 2.IGBT开关特性测试; 3.过流保护性能测试。 三.实验方法 1.EXB840性能测试 (1)输入输出延时时间测试 IGBT部分的“1”与PWM波形发生部分的“1”相连,IGBT部分的“13”与PWM波形发生部分的“2”相连,再将IGBT部分的“10”与“13”相连,与门输入“2”与“1”相连,用示波器观察输入“1”与“13”及EXB840输出“12”与“13”之间波形,记录开通与关断延时时间。 t,t= = offon(2)保护输出部分光耦延时时间测试 将IGBT部分“10”与“13”的连线断开,并将“6”与“7”相连。用示波器观察“8”与“13”及“4”与“13”之间波形,记录延时时间。 (3)过流慢速关断时间测试 接线同上,用示波器观察“1”与“13”及“12”与“13”之间波形,记录慢速关断时间。(4)关断时的负栅压测试 断开“10”与“13”的相连,其余接线同上,用示波器观察“12”与“17”之间波形,记录关断时的负栅压值。 (5)过流阀值电压测试 断开“10”与“13”的连接,断开“2”与“1”的连接,分别连接“2”与“3”,“4”与“5”,“6”与“7”,分别将主回路的“3”与“4”和“10”与“17”相连,即按照以下表格的说明连线。 1 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列

将主电路的RP左旋到底,用示波器观察“12”与“17”之间波形,将RP逐渐向右旋转,边旋转边监视波形,一旦该波形消失时即停止旋转,测出主回路“3”与“4”之间电压值,该值即为过流保护阀值电压值。 2.开关特性测试 (1)电阻负载时开关特性测试 将“1”与“13”分别与波形发生器“1”与“2”相连,“4”与“5”,“6”与“7”,‘2“与”3“,“12”与“14”,“10”与“18”,“17”与“16”相连,主回路的“1”与“4”分别和IGBT 部分的“18”与“15”相连。即按照以下表格的说明连线。 用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形,记录开通延迟时间。 (2)电阻,电感负载时开关特性测试 将主回路“1”与“18”的连线断开,再将主回路“2”与“18”相连,用示波器分别观察“14”与“15”及“16”与“15”的波形,记录开通延迟时间。 (3)不同栅极电阻时开关特性测试 将“12”与“14”的连线断开,再将“11”与“14”相连,栅极电阻从R=3kΩ5改为R=27Ω,其余接线与测试方法同上。43.并联缓冲电路作用测试 (1)将IGBT部分的“18”与“19”相连,IGBT部分的“17”与“20”相连。 (2)电阻负载,有与没有缓冲电路时观察“14”与“17”及“18”与“17”之间波形。 (3)电阻,电感负载,有与没有缓冲电路时,观察波形同上。 4.过流保护性能测试,栅计电阻用R4 在上述接线基础上,将“4”与“5”,“6”与“7”相连,观察“14”与“17”之间 2 电气工程及其自动化实验室实验指导书系列 波形,然后将“10”与“18”之间连线断开,并观察驱动波形是否消失,过流指示灯是否发亮,待故障消除后,揿复位按钮即可继续进行试验。

双极型晶体管复习重点

7.突变结近似:认为从中性半导体区到空间电荷区的空间电荷密度有一个突然的不连续。 内建电势差:热平衡状态下pn结内p区与n区的静电电势差。 耗尽层电容(势垒电容、结电容):反向偏置下pn结的电容。 耗尽区(空间电荷区):冶金结两侧由于n区内施主电离和P区受主电离而形成的带净正电荷与负电的区域。 冶金结:pn结内p型掺杂与n型掺杂的分界面。 单边突变结:冶金结一侧的掺杂浓度远大于另一侧的掺杂浓度的pn结。 反偏:pn结的n区相对于p区加正电压,从而使p区与n区之间的势垒大小超过热平衡状态时势垒的大小。 空间电荷区宽度:空间电荷区延伸到P区与n区内的距离,它是掺杂浓度与外加电压的函数。 变容二极管:电容随着外加电压的改变而改变的二极管。 线性缓变结:冶金结两侧的掺杂浓度可以由线性分布近似的pn结。 8.雪崩击穿:电子或空穴穿越空间电荷区时,与空间电荷区内原子的电子发生碰撞产生电子空穴对,在pn结内形成一股很大的反偏电流,这个过程称为雪崩击穿。 Avalanche breakdown:the process whereby a large reverse-bias pn junction current is created due to the generation of electron-hole pairs by the collision of electron an holes with atomic electrons within the space charge region. 齐纳击穿:重掺杂PN结,随着结上反偏电压的增大,可能使P区价带顶高于n区导带底,p区价带的电子可通过隧穿效应直接穿过禁带到达n区导带,成为导电载流子,当结上反偏

晶体管的输入输出特性曲线详解

晶体管的输入输出特性曲线详解 届别 系别 专业 班级 姓名 指导老师

二零一二年十月 晶体管的输入输出特性曲线详解 学生姓名:指导老师: 摘要:晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。 根据晶体管的结构进行分类,晶体管可以分为:NPN型晶体管和PNP 型晶体管。依据晶体管两个PN结的偏置情况,晶体管的工作状态有放大、饱和、截止和倒置四种。晶体管的性能可以有三个电极之间的电压和电流关系来反映,通常称为伏安特性。 生产厂家还给出了各种管子型号的参数也能表示晶体管的性能。利用晶体管制成的放大电路的可以是把微弱的信号放大到负载所需的数值 晶体管是一种半导体器件,放大器或电控开关常用。晶体管是规范操作电脑,手机,和所有其他现代电子电路的基本构建块。由于

其响应速度快,准确性,晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能,包括放大,开关,稳压,信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的的区域,可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。 关键字:晶体管、输入输出曲线、放大电路的静态分析和动态分析。 【Keywords】The transistor, the input/output curve, amplifying circuit static analysis and dynamic analysis. 一、晶体管的基本结构 晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图 1-1(a)、(b)所示。从三个区引出相应的电极,发射极,基极,集电极,各用“E”(或“e”)、“B”(或“b”)、“C”(或“c”)表示。 发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。当前国内生产的锗管多为PNP型(3A

晶体管输出特性曲线测试电路的设计实验报告

晶体管输出特性曲线测试电路的设计 无 29班 宋林琦 2002011547 一、实验任务: 设计一个测量NPN 型晶体管特性曲线的电路。测量电路设置标有e 、b 、c 引脚的插 孔。当被测晶体管插入插孔通电后,示波器屏幕上便显示出被测晶体管的输出特性曲线。要有具体指标的要求。 二、实验目的: 1、了解测量双极型晶体管输出特性曲线的原理和方法。 2、熟悉脉冲波形的产生和波形变 换的原理和方法。 3、熟悉各单元电路的设计方法。 三、实验原理: 晶体管共发射极输出特性曲 线如图1所示,它是由函数i c =f (v CE )|i B=常数,表示的一簇曲线。它 既反映了基极电流i B 对集电极电 流i C 的控制作用,同时也反映出 集电极和发射极之间的电压v CE 对集电极电流i C 的影响。 如使示波器显示图1那样的曲线,则应将集电极电流i C 取样,加至示波器的Y 轴输入端,将电压v CE 加至示波器的X 轴输入端。若要显示i B 为不同值时的一簇曲线,基极电流应为逐级增加的阶梯波形。通常晶体管的集电极电压是从零开始增加, 达到某一 图2 晶体管输出特性测试电路 图1 晶体管输出特性曲线 V CC 3

数值后又回到零值的扫描波形,本次实验采用锯齿波。 测量晶体管输出特性曲线的一种参考电路框图如图2所示。矩形波震荡电路产生矩形脉冲输出电压v O1。该电路一方面经锯齿波形成电路变换成锯齿波v O2,作为晶体管 集电极的扫描电压;另一方面经阶梯波 形成电路,通过隔离电阻送至晶体管的基极,作为积极驱动电流i B ,波形见图3 的第三个图(波形不完整,没有下降)。 电阻R C 将集电极电流取样,经电压变换电路转换成与电流i C 成正比的对地电压V O3,加至示波器的Y 轴输入端,则示波器的屏幕上便会显示出晶体管输出特性曲线。 需要注意,锯齿波的周期与基极阶梯波每一级的时间要完全同步(用同一矩形脉冲产生的锯齿波和阶梯波可以很好的满足这个条件)。阶梯波有多少级就会显示出多少条输出特性曲线。另外,每一整幅图形的显示频率不能太低,否则波形会闪烁。 四、主要设计指标和要求: 1、矩形波电压(V O1)的频率f 大于500Hz,误差为±10Hz ,占空比为4%~6%,电压幅 度峰峰值大约为20V 。 2、晶体管基极阶梯波V O3的起始值为0,级数为10级,每极电压0.5V~1V 。 3、晶体管集电极扫描电压V O2的起始电压为0V ,幅度大约为10V 。 五、电路设计及仿真结果: 1、 电路基本组成: 电路由5个基本部分组成,包括矩形波产生电路、锯齿波产生电路、阶梯波产生电路、电压变换电路和由以上4个电路组成的晶体管测试电路。 2、 矩形波产生电路: 用来产生窄的矩形脉冲,要求占空比为4%~6%,所用电路为一个由LM741组成的施密特触发器,用来产生矩形窄脉冲,由于二极管D3的单向导通功能,使得充放电时的回路电阻不同,以至于时间常数不同,从而决定了矩形脉冲的占空比不是50%,而是远小于50%。电路图以及仿真结果如下,矩形脉冲的峰峰值幅度大约为21V 。 时钟源 锯齿波发生器 阶梯波发生器 图3 输出特性曲线测试电路工作波形

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