第二章
2.1 说明半导体PN结单向导电的基本原理和静态伏-安特性。
答：PN结——半导体二极管在正向电压接法下（简称正偏），外加电压所产生的外电场PN结的内电场被削弱。内电场
与内电场
方向相反，因此
所引起的多数载流子的漂移运动被削弱，多数载流子的扩散运动的阻力减小了，扩散运
动超过了反方向的漂移运动。大量的多数载流子能不断地扩散越过交界面，P区带正电的空穴向N区扩散，N区带负电的电子向P区扩散。这些载流子在正向电压作用下形成二极管正向电流。二极管导电时，其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右（大电流硅半导体电力二极管超过1V，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V）。这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态（通态）的开关。PN结——半导体二极管在反向电压接法下（简称反偏）外加电压所产生的外电场
与原内电场
方向相同。因此外电场使原内电场更增强。多数载流子（P区的空穴和N区的电子）的扩
散运动更难于进行。这时只有受光、热激发而产生的少数载流子（P区的少数载流子电子和N区的少数载流子空穴）在电 场力的作用下产生漂移运动。因此反偏时二极管电流极小。在一定的温度下，二极管反向电流
在一定的反向电压范围内
不随反向电压的升高而增大，为反向饱和电流。因此半导体PN结呈现出单向导电性。其静态伏－安特性曲线如左图曲
（又
线①所示。但实际二极管静态伏－安特性为左图的曲线②。二极管正向导电时必须外加电压超过一定的门坎电压
称死区电压），当外加电压小于死区电压时，外电场还不足以削弱PN结内电场，因此正向电流几乎为零。硅二极管的门坎电压约为0.5V，锗二极管约为0.2V，当外加电压大于时仅在当外加反向电压的反向饱和电流
不超过某一临界击穿电压值
超过
后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。二极管外加反向电压时才会使反向电流
保持为反向饱和电流
。实际二极管
是很小的。但是当外加反向电压后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。
2.2 说明二极管的反向恢复特性。
答：由于PN结间存在结电容C，二极管从导通状态（C很大存储电荷多）转到截止阻断状态时，PN结电容存储的电荷
并
不能立即消失，二极管电压仍为≈1～2V，二极管仍然具有导电性，在反向电压作用下，反向电流从零增加到最大值，
降为零。这时二极管才恢复反向阻断电压的能力而处于截止状态，然。因此，二极管正向导电电流为零后它并不能立即具有阻断反向电
反向电流使存储电荷逐渐消失，二极管两端电压后在反向电压作用下，仅流过很小的反向饱和电流压的能力，必须再经历一段反向恢复时间
后才能恢复其阻断反向电压的能力。
2.3 说明半导体电力三极管BJT处于通态、断态的条件。
答：电力三极管BJT处于通态的条件是：注入三极管基极的电流
大于基极饱和电流
（已知三极管的电流放大系数
，
有）。这时三极管、导电性很强而处于最小等效电阻、饱和导电状态，可以看作是一个闭合的为零或是施加负基极电流，即
。这时BJT的等效电阻近似为无限大
开关。BJT处于断态的条件是：基极电流而处于断态。
2.4 电力三极管BJT的四个电压值答：
、
、
和
、
、和的定义是什么？其大小关系如何？
分别为不同基极状态下的三极管集-射极击穿电压值： 定义为基极反偏时，
三极管集-射极电压击穿值；
为基极短接、基极电压为0时，三极管集-射极电压击穿值；
为基极接有电阻短路时的集-射极击穿电压值要； 为基极开路时集-射极击穿电压值。
其大小关系为：。
2.5 说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态？已处于通态的晶闸管，撤除其驱动电流为什么不能关断，怎样才能关断晶闸管？
答：基本工作原理：见课本p36-37；应回答出承受正向压、门极加驱动电流时的管子内部的正反馈过程，使断增大，最后使
，
很大，晶闸管变成通态；撤去门极电流后由于
，仍可使
不
很大，保持通态。
有多种办法可以使晶闸管从断态转变成通态。
常用的办法是门极触发导通和光注入导通。另外正向过电压、高温、高的通情况。
要使晶闸管转入断态，应设法使其阳极电流减小到小于维持电流或反向。 2.6 直流电源电压持电流
＝220V，经晶闸管T对负载供电。负载电阻R＝20Ω，电感
=1H，晶闸管擎住电流
=55mA，维
，通常采用使其阳极A与阴极K之间的电压
为零
都可能使晶闸管导通，但这是非正常导
=22mA，用一个方波脉冲电流触发晶闸管。试计算：
⑴ 如果负载电阻R＝20Ω，触发脉冲的宽度为300μs，可否使晶闸管可靠地开通？ ⑵ 如果晶闸管已处于通态，在电路中增加一个1KΩ的电阻能否使晶闸管从通态转入断态？
⑶ 为什么晶闸管的擎住电流比维持电流大？
(1) 设晶闸管开通：
所以可以使晶闸管可靠导通。
，由此可解出：当时，，
(2) 加入1KΩ电阻后，有，不能使晶闸管由通态转入断态。
(3) 为什么晶闸管的擎住电流比维持电流大：擎住电流和维持电流都是在撤去门极驱动电流的条件下定义的，因此阳极电
流。但维持电流是在通态时考虑的，此时管子已工作在较大电流状态下，管内结温较高，此时的PN
才能关断晶闸管；而擎住电流是在断态向通态变化时定义的，
结漏电流Io随结温增大，导通能力强，因此必须要降低
开始有驱动信号但未完全导通时，晶闸管工作时间短，结温低，PN结漏电流Io不大，导通能力弱，需要较大的阳极电流才能使管子开通。
2.7 额定电流为10A的晶闸管能否承受长期通过15A的直流负载电流而不过热？
答：额定电流为10A的晶闸管能够承受长期通过15A的直流负载电流而不过热。因为晶闸管的额定电流
是定义的：
在环境温度为40℃和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工频正弦半波导电、结温稳定在额定值125℃
时，所对应的通态平均电流值。这就意味着晶闸管可以通过任意波形、有效值为1.57
的电流，其发热温升正好是允
许值，而恒定直流电的平均值与有效值相等，故额定电流为10A的晶闸管通过15.7A的直流负载电流，其发热温升正好是允许值。
2.8 说明GTO的关断原理。
答：在GTO的设计制造时，等效晶体管T2的集电极电流分配系数a2较大。当GTO处于通态时，突加一个负触发电流-Ig，使a2减小， 1-a2变大，
急剧减小，又使
、
急剧减小，就是阳极电流
急剧减小，又导致电流分配系数a2和a1减小，使
减小。在这种循环不已的正反馈作用下，最终导致GTO阳极电流减小到维持电流以下，GTO
从通态转入断态。改善电力系统的运行特性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的革命并推动电力电子技术的继续发展。
2.9 说明P－MOSFET栅极电压
控制漏极电流
的基本原理。
答：当右图中P-MOSFET漏－源极间电压为零、栅－源极之间电压也为零时，N型半导体与P型半导体之间要
形成PN结空间电荷区（耗尽层）阻挡层，此时G-S之间和D-S之间都是绝缘的。当漏极D与源极S之间有外加电压时，如果栅极、源极外加电压
=0，由于漏极D(N1)与源极S(N2)之间是两个背靠背的PN结(PN1、PN2)，无论
是
正向电压还是负电压，都有一个PN结反偏，故漏－源极之间也不可能导电。当栅、源极之间外加正向电压
＞0时，
在G-P之间形成电场，在电场力的作用下P区的电子移近G极，或者说栅极G的正电位吸引P区的电子至邻近栅极的一侧，当
增大到超过某一值
值时，N1和N2中间地区靠近G极处被G极正电位所吸引的电子数超过该处
的空穴数以后，栅极下面原空穴多的P型半导体表面就变成电子数目多的N型半导体表层，栅极下由栅极正电位所形
成的这个N型半导体表层感生了大量的电子载流子，形成一个电子浓度很高的沟道（称为N沟道），这个沟道将N1和N2两个N区联在一起，又使N1P这个被反偏的PN结J1消失，成为漏极D和源极S之间的导电沟道，一旦漏－源之间也有正向电压
，就会形成漏极电流
。在
=0时，
不能产生电流，
=0，仅在
增大到
=
以后，才使G-P之间的外电场增强，形成自由电子导电沟道，才能产生漏极电流
外加电压
，即可控制漏极电流
，这种改变栅极G和源极S之间
的作用称为电导调制效应。
2.10 作为开关使用时P－MOSFET器件主要的优缺点是什么？
答：作为开关使用时，P－MOSFET器件的优点是：输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高；其缺点是：通态压降大（通态损耗大），电压、电流定额低。
2.11 列表比较BJT、SCR、GTO、P－MOSFET、IGBT、MCT以及SIT七种可控开关器件对触发（或驱动）电流（或电压）波形的要求，及主要优缺点。
答： 表 BJT SCR GTO P – MOSFET IGBT MCT SIT 的对
开关频率 中 器 件 对触发信号波形的要求 主要优点 主要缺点
BJT（电流型全控正持续基极电流控制开通；基极电流为0则器件） 关断 通态压降小，通态驱动功率大；频损耗小 率低 SCR（电流型半控正脉冲门极电流控制开通；触发信号不能控器件） 制关断 低 通态压降小，通态驱动功率大，频损耗小 率低 正脉冲门极电流控制开通；负脉冲门极电流GTO（电流型全） （较大）控制关断 低 通态压降小，通态驱动功率大，频损耗小 率低
第三章
3.1 直流－直流电压变换中开关器件的占空比幅值为 答：占空比
是开关管导通时间
与开关周期
的比值。
的方波脉冲电压
是什么？推证图3.1(c)所示脉宽时间为
、脉宽角度为
、周期为
、
的直流平均值及各次谐波的幅值。