电力电子元器件应用手册 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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曲学基，曲敬铠，于明扬编

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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121276842

版次：1

商品编码：11865293

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：876

字数：1935000

正文语种：中文

具体描述

编辑推荐

适读人群：本手册为电力电子技术、电气传动和相关专业的工程技术人员的设计工作提供详尽的技术资料，也可作为相关专业师生的参考书。。

　　本书特色：

　　现代性——不仅介绍了常用的电力电子元器件，还对近年进入市场的新型电力电子元器件给予了重点介绍；

　　*面性——对各类电力电子元器件在结构、工作原理、特性参数、外形尺寸、性能检测和具体应用进行了详细的介绍；

　　实用性——充分考虑工程实用性，收录的元器件都有相应的检测、应用实例。

内容简介

　　本手册以通俗易懂、图文并茂的方式，*面介绍了近代常用的电力电子元器件的分类、结构、工作原理及其应用。本书共分16章，主要包括电阻器、电位器、电容器、电感器、滤波器、变压器、二*管、晶体管、晶闸管、功率场效应管MOSFET、绝缘栅双*晶体管IGBT、振荡器、传感器、光电耦合器、保护元器件等各类电力电子元器件以及它们的应用，*后介绍了几种新型的电力电子器件。本手册在编写过程中，注重展现现代性、*面性和实用性的特色。

作者简介

　　曲学基，中国电源学会交流电源专业委员会委员、中国电源工业协会专家委员会委员、中国数据中心产业联盟建维专家委员会委员、UPS专家组专家等。参加过我国*一次核试验和导弹发射试验，负责光效应测量；多次参加卫星环境模拟试验，作为研究室副主任，负责并参入实验工作；在天星公司任副总经理，负责生产组织工作。

第一章　电阻器及其应用（1）
第一节　电阻器的分类（1）
一、电阻器的分类（1）
二、固定电阻器的主要指标（2）
三、电阻器阻值标示方法（2）
四、电阻器的选用常识（3）
第二节　高压精密电阻器（4）
一、大功率高压精密电阻器（4）
二、高压金属膜电阻器（5）
第三节　高阻电阻器（6）
一、高阻电阻器的性能参数（6）
二、恒压法和电流法测量高电阻（6）
第四节　热敏电阻（7）
一、热敏电阻的定义和分类（7）
二、热敏电阻的参数（9）
三、PTC热敏电阻的基本特性与应用实例（9）
四、NTC热敏电阻的基本特性与应用实例（12）
五、CTR热敏电阻（14）
六、铂电阻温度计（14）
七、贴片式热敏电阻（14）
第五节　压敏电阻（17）
第六节　湿敏电阻（21）
一、湿敏电阻的结构和主要参数（21）
二、湿敏电阻的主要参数（21）
三、湿敏电阻的电阻-相对湿度特性（22）
四、湿敏电阻的电气符号和电气参数（22）
五、湿敏电阻的分类（23）
六、湿敏电阻的检测（25）
七、湿敏电阻的应用实例（26）
第七节　磁敏电阻（26）
一、磁敏电阻的定义和特性（26）
二、磁敏电阻的分类（26）
三、磁敏电阻的电气符号和主要参数（26）
四、磁敏电阻的主要应用（27）
五、磁敏电阻的检测（27）
第八节　气敏电阻（28）
一、气敏电阻的分类（28）
二、气敏电阻的主要参数和特性（28）
三、气敏电阻的应用（29）
第九节　光敏电阻（30）
一、光敏电阻的定义和特性（30）
二、光敏电阻的分类（31）
三、光敏电阻的命名方法和主要参数（32）
四、光敏电阻的选用原则（33）
五、光敏电阻的应用实例（33）
六、光敏电阻的检测（34）
第十节　力敏电阻（34）
一、力敏电阻的定义和特性（34）
二、力敏电阻的分类（35）
三、力敏电阻的主要参数（35）
第十一节　频敏电阻（36）
一、频敏电阻的定义和特性（36）
二、频敏变阻的分类（36）
三、频敏变阻的命名方法（36）
四、频敏变阻的选用（36）
第十二节　熔断电阻（37）
一、熔断电阻的电气符号（37）
二、熔断电阻的分类（37）
三、熔断电阻的选用（38）
四、熔断电阻的检测（38）
第十三节　贴片式电阻（38）
一、贴片式电阻的特性（39）
二、贴片式电阻的分类（39）
三、贴片式电阻器的参数（39）
四、贴片式电阻器的选用（42）
五、贴片式电阻器的检测（42）
第十四节　电阻器网络（43）
一、电阻器网络的结构（43）
二、电阻器网络的命名方法（43）
三、电阻器网络的选用（44）
四、电阻器网络的检测（44）
第二章　电位器及其应用（45）
第一节　普通电位器的分类（45）
一、普通电位器的电气符号和命名方法（45）
二、普通电位器的分类（46）
三、电位器的主要参数（46）
四、电位器阻值特性（47）
五、电位器的选用（47）
第二节　旋转电位器（48）
第三节　线绕电位器（48）
第四节　多联电位器/同步电位器（50）
第五节　直滑电位器（51）
第六节　光敏电位器（52）
一、电阻型光敏电位器（52）
二、结型光敏电位器（52）
第七节　磁敏电位器（53）
第八节　片式电位器（54）
一、片式微调电位器（55）
二、片式多圈电位器（56）
三、矩形片式多圈电位器（59）
第九节　数字电位器（61）
一、数字电位器的结构与工作原理（61）
二、数字电位器的分类（62）
三、数字电位器的特点（62）
四、数字电位器的技术参数（62）
五、数字电位器的应用实例（63）
第三章　电容器及其应用（65）
第一节　普通电容器的分类（65）
一、普通电容器的分类（65）
二、普通电容器的符号和技术指标（67）
三、电容的简易检测方法（68）
第二节　片式电容器（MLCC）（69）
一、片式电容器的种类（69）
二、片式多层陶瓷电容器（70）
三、片式塑封交流瓷介电容器（CCF）（73）
四、片式有机薄膜电容器（74）
五、片式微调电容器（75）
六、片式钽电解电容器（76）
七、表面安装型铝电解电容器（77）
第三节　新型电解电容器（79）
一、有机固态电解电容器（79）
二、工业设备中常用的新型电容器（86）
第四节　数字可编程电容器（90）
一、MAX1474数字可编程电容器的内部结构和引脚排列（90）
二、MAX1474的电气参数（91）
三、MAX1474容量可编程范围（91）
四、MAX1474的应用实例（92）
第五节　超级电容器（92）
一、超级电容器的分类和工作原理（92）
二、超级电容器的特点（94）
三、超级电容的应用（95）
第四章　电感器及其应用（96）
第一节　普通电感器的分类（96）
一、普通电感器的分类（96）
二、电感器的性能参数（96）
第二节　片式电感器（97）
一、线绕型片式电感器（97）
二、多层片式电感器（MLCI）（99）
三、薄膜片式电感器（100）
四、贴片式集成电感元件（102）
五、片式电感器的新进展（102）
第三节　磁性薄膜电感器（102）
一、编织结构型薄膜电感器（103）
二、FeCoBC非晶态磁性薄膜电感器（103）
三、Fe-Al-O膜平面电感器（103）
四、螺旋线圈形薄膜电感器（104）
五、“之”字形薄膜电感器（104）
六、在PCB板上制作双面耦合薄膜电感器（104）
第四节　软磁磁芯电感器（105）
一、软磁磁芯的分类（105）
二、非晶及纳米晶合金的性能（105）
三、非晶、纳米晶合金铁芯电感器（106）
第五节　磁珠（107）
一、磁珠的工作原理、分类和主要参数（107）
二、磁珠与电感器的区别（109）
第五章　滤波器及其应用（110）
第一节　普通滤波器的分类（110）
一、普通滤波器的分类（110）
二、普通滤波器的性能指标（111）
三、RC低通滤波器（111）
四、RC高通滤波器（112）
五、RC带通滤波器（113）
六、RC带阻滤波器（113）
第二节　多层片式滤波器（114）
一、多层片式RC滤波器（114）
二、片式绕线LC滤波器（114）
三、多层片式LC滤波器（114）
四、多层片式T形和Π形高频噪声滤波器（115）
第三节　陶瓷滤波器（118）
一、陶瓷滤波器（带通滤波器）（118）
二、陶瓷陷波器（带阻滤波器）（119）
第四节　声表面波滤波器（120）
一、SAWF的结构和工作原理（120）
二、SAWF的主要性能参数和电气符号（122）
三、SAWF的匹配（122）
四、SAWF的应用（124）
五、SAWF的检测（125）
第五节　晶体滤波器（MCF）（125）
一、晶体滤波器的结构和工作原理（125）
二、晶体滤波器的性能参数（127）
三、晶体滤波器的检测（127）
第六节　微波滤波器（128）
一、微带滤波器（128）
二、交指型滤波器（130）
三、同轴腔体滤波器（131）
四、波导型滤波器（131）
五、梳状线腔滤波器（132）
六、螺旋滤波器（133）
七、小型集总参数滤波器（134）
八、陶瓷介质滤波器（135）
九、SIR（阶跃阻抗谐振器）滤波器（140）
十、表面贴装介质滤波器（141）
十一、高温超导滤波器（141）
第七节　EMI滤波器/电源滤波器（142）
一、传统EMI滤波器（143）
二、EMI滤波器的选择和安装中的注意事项（144）
三、滤波连接器（145）
四、三端陶瓷圆片电容式EMI滤波器（146）
五、穿心电容器滤波器（147）
六、EMI片式滤波器（149）
七、电源滤波器（152）
第八节　有源滤波器（154）
一、有源滤波器的特点（154）
二、有源滤波器的分类（155）
三、有源低通滤波器（155）
四、有源高通滤波器（157）
五、有源带通滤波器（158）
六、有源带阻滤波器（159）
七、集成有源滤波器（160）
第六章　变压器及其应用（170）
第一节　普通变压器的分类（170）
一、普通变压器的分类（170）
二、变压器的工作原理（171）
第二节　R型变压器（171）
第三节　压电陶瓷变压器（175）
一、压电陶瓷变压器的分类（175）
二、压电陶瓷变压器的特点（175）
三、Rosen压电陶瓷变压器（176）
四、多层片式压电陶瓷变压器的工作原理（177）
第四节　平面变压器（179）
一、平面变压器的结构和工作原理（179）
二、平面变压器的应用前景（181）
三、PCB平面变压器（181）
四、薄膜型平面变压器（182）
五、厚膜型平面变压器（183）
六、亚微米平面变压器（183）
七、无铁芯印制电路板（PCB）平面变压器（184）
第五节　扁平式变压器（185）
一、扁平式变压器的结构和特点（185）
二、扁平式变压器的性能参数（187）
第六节　松耦合变压器（188）
一、松耦合变压器在松耦合感应电能传输系统中的应用（188）
二、松耦合变压器的结构和工作原理（188）
三、ICPT系统中的松耦合变压器（189）
第七节　脉冲变压器（191）
一、脉冲变压器的工作原理（191）
二、脉冲变压器的性能参数（192）
三、脉冲变压器的应用电路（193）
第八节　旋转变压器（195）
一、旋转变压器的分类（195）
二、旋转变压器的工作原理（195）
三、多种旋转变压器技术数据的汇集（200）
四、旋转变压器的应用（212）
第九节　电子变压器（213）
第七章　二极管及其应用（217）
第一节　普通二极管的分类（217）
第二节　半导体二极管的伏-安特性和主要参数（217）
一、半导体二极管的伏-安特性（217）
二、二极管的主要参数（218）
第三节　检波二极管（218）
第四节　整流二极管（221）
一、整流二极管的常用参数（221）
二、整流二极管的选用、检测和代换（221）
三、整流二极管的应用（226）
四、整流二极管模块（232）
五、三相全桥整流二极管模块（235）
第五节　限幅二极管（235）
一、限幅二极管的特点（236）
二、基本二极管限幅电路（236）
三、限幅二极管应用电路（237）
第六节　开关二极管（238）
一、开关二极管的主要参数（239）
二、开关二极管的分类（239）
三、开关二极管的应用（243）
第七节　变容二极管（244）
一、变容二极管的结构和工作原理（244）
二、变容二极管的特性参数（245）
三、变容二极管的应用（247）
四、变容二极管的检测（249）
第八节　阶跃恢复二极管（249）
一、阶跃恢复二极管的结构和工作原理（249）
二、阶跃恢复二极管的性能参数（250）
三、阶跃恢复二极管的应用实例（251）
第九节　倍频二极管（252）
一、变容二极管倍频器（252）
二、阶跃恢复二极管倍频器（252）
第十节　快恢复二极管（253）
一、快恢复二极管的结构和工作原理（253）
二、快恢复二极管的性能参数（255）
三、快恢复二极管模块（262）
四、快恢复二极管的检测（263）
五、快恢复二极管的应用实例（264）
第十一节　稳压二极管（265）
一、稳压二极管的结构和工作原理（265）
二、稳压二极管的性能参数（266）
三、稳压二极管的选用和检测（272）
四、稳压二极管的应用（273）
第十二节　雪崩二极管（275）
第十三节　肖特基二极管（277）
一、肖特基二极管的结构和工作原理（277）
二、肖特基二极管的性能参数（278）
三、肖特基二极管的检测（282）
四、肖特基二极管的应用实例（282）
第十四节　瞬变电压抑制二极管（284）
一、瞬变电压抑制二极管的结构和工作原理（284）
二、瞬变电压抑制二极管的性能参数（285）
三、瞬变电压抑制二极管的选用和检测（290）
四、瞬变电压抑制二极管的典型应用（290）
第十五节　阻尼二极管（293）
第十六节　双基极二极管/单结晶体管（294）
一、双基极二极管的结构和工作原理（294）
二、双基极二极管的优缺点（295）
三、双基极二极管的主要参数（295）
四、双基极二极管的检测（296）
五、双基极二极管的应用实例（297）
第十七节　光电二极管/光敏二极管（299）
一、光敏二极管的结构和工作原理（299）
二、光敏二极管的特性参数（300）
三、光敏二极管的检测（302）
四、光敏二极管的应用实例（303）
第十八节　雪崩光电二极管（305）
一、雪崩光电二极管的结构和工作原理（305）
二、雪崩光电二极管的特性参数（306）
三、雪崩光电二极管的选用和检测（309）
四、雪崩光电二极管的应用实例（309）
第十九节　发光二极管（311）
一、LED的基本结构和工作原理（312）
二、LED的特性（312）
三、LED的详细分类、结构和参数（315）
四、发光二极管的检测（322）
五、发光二极管的应用（323）
第二十节　激光二极管（326）
一、激光二极管的结构和工作原理（326）
二、激光二极管的特性参数（329）
三、应用激光二极管的注意事项（339）
四、激光二极管的检测（339）
五、激光二极管的应用实例（339）
第二十一节　磁敏二极管（342）
一、磁敏二极管的结构和原理（342）
二、磁敏二极管的特性和参数（342）
三、磁敏二极管磁漏探伤仪的应用（344）
第八章　晶体管及其应用（345）
第一节　晶体管结构和工作原理（345）
第二节　晶体管的三种基本接法（346）
第三节　晶体管的特性（347）
第四节　晶体管的主要参数（348）
一、晶体管的主要参数（348）
二、使用晶体管应注意的事项（349）
三、晶体管的检测和选用（350）
第五节　放大晶体管（350）
一、共发射极放大电路（350）
二、共集电极放大电路（353）
三、共基极放大电路（354）
第六节　开关晶体管（356）
一、开关晶体管的开关特性（356）
二、基本开关电路（357）
三、开关晶体管的选用和检测（360）
四、开关晶体管的型号和参数（360）
五、开关晶体管的应用实例（367）
第七节　大功率高反压晶体管（GTR）（367）
一、GTR的结构、电路符号和原理（367）
二、GTR的分类（368）
三、GTR的主要参数（368）
四、GTR的驱动电路（369）
五、GTR的缓冲电路（371）
六、GTR模块（372）
七、GTR的型号和参数（373）
第八节　达林顿晶体管（378）
一、达林顿晶体管的四种接法（378）
二、达林顿晶体管的型号和技术参数（379）
三、达林顿晶体管阵列（379）
四、达林顿晶体管阵列的应用（382）
第九节　低饱和压降晶体管（382）
第十节　带阻复合晶体管（385）
一、带阻晶体管（385）
二、带阻尼晶体管（390）
三、带阻尼复合晶体管（393）
第十一节　多发射极晶体管和多集电极晶体管（396）
一、多发射极晶体管（396）
二、多集电极晶体管（397）
第十二节　贴片式晶体管（397）
第十三节　硅-锗异质结双极晶体管（Si-Ge HBT）（401）
一、硅-锗异质结双极晶体管的结构和特点（401）
二、Si-Ge HBT制造工艺的应用（402）
第九章　晶闸管及其应用（404）
第一节　晶闸管的结构和工作原理（404）
一、晶闸管的结构（404）
二、外加电场时PN结的特性（404）
三、晶闸管的工作原理（405）
第二节　晶闸管的分类（405）
一、晶闸管的分类（405）
二、晶闸管的外形和电路符号（406）
第三节　晶闸管的伏-安特性（407）
一、晶闸管的正向导通特性（407）
二、晶闸管的阻断特性（409）
三、晶闸管的控制极特性（409）
四、晶闸管的温度特性（410）
第四节　晶闸管的主要参数（411）
第五节　晶闸管的串/并联（412）
一、晶闸管串联（412）
二、晶闸管的并联（413）
三、晶闸管的串并联（415）
第六节　晶闸管的保护（416）
一、过电流的保护（416）
二、过电压的保护（417）
第七节　普通晶闸管和晶闸管模块（419）
一、普通单、双晶闸管模块（419）
二、普通晶闸管/整流管模块（420）
三、单相半控桥晶闸管模块和单相全控桥晶闸管模块（420）
四、三相半控桥晶闸管模块和三相全控桥晶闸管模块（425）
五、三相半控桥+整流管模块和三相全控桥+整流管模块（426）
六、晶闸管智能模块（ITPM）（426）
七、晶闸管和晶闸管模块的检测（429）
第八节　双向晶闸管（TRIAC）（429）
一、双向晶闸管的结构和工作原理（429）
二、双向晶闸管的型号参数（431）
三、双向晶闸管的检测（433）
四、双向晶闸管的应用实例（433）
第九节　快速晶闸管（435）
一、快速晶闸管的结构和工作原理（435）
二、快速晶闸管的型号参数（435）
三、快速晶闸管的应用实例（435）
第十节　光控晶闸管（LTT）（438）
一、光控晶闸管的结构和工作原理（439）
二、光控晶闸管的型号和参数（440）
三、光控晶闸管的检测（440）
四、光控晶闸管的应用实例（440）
第十一节　栅极可关断晶闸管（GTO）（441）
一、GTO的结构和工作原理（442）
二、GTO的动态特性（442）
三、GTO的主要参数（443）
四、GTO的优缺点（443）
五、GTO的检测（443）
六、GTO的型号参数（444）
七、GTO的应用实例（447）
第十二节　逆导晶闸管（RCT）（448）
一、RCT的结构和工作原理（448）
二、RCT的型号参数（449）
三、RCT的检测（449）
四、逆导晶闸管的应用实例（450）
第十三节　温控晶闸管（450）
第十四节　MOS控制的晶闸管（MCT）（452）
一、MCT的结构和工作原理（452）
二、MCT的特点（453）
三、MCT的型号和性能参数（453）
四、MCT的选用（454）
第十五节　静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）（454）
一、静电感应晶体管（SIT）（454）
二、静电感应晶闸管（SITH）（455）
第十六节　三端逆阻型晶闸管（RCT）（457）
第十七节　BTG晶闸管（458）
一、BTG晶闸管的结构和工作原理（458）
二、BTG晶闸管的检测（459）
三、BTG晶闸管的应用实例（459）
第十八节　四极晶闸管（SCS）（460）
第十章　金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET及其应用（462）
第一节　MOSFET的结构和原理（462）
第二节　MOSFET的主要参数（466）
第三节　MOSFET的外形封装（467）
第四节　MOSFET应用时的注意事项（472）
第五节　MOSFET模块（473）
一、一单元MOSFET模块（473）
二、二单元MOSFET模块（474）
三、四单元MOSFET模块（475）
四、六单元MOSFET模块（476）
第六节　MOSFET的驱动电路（477）
一、MOSFET对驱动电路的要求（477）
二、MOSFET的栅极驱动电路（478）
第七节　MOSFET的典型应用实例（486）
一、PMOSFET在降压型开关电源中的应用（486）
二、NMOSFET在升压型开关电源中的应用（486）
三、降压型MOSFET同步整流器（487）
四、MOSFET在DC/DC变换器中的应用（487）
五、MOSFET在直流电动机控制中的应用（488）
六、MOSFET在UPS逆变器中的应用（489）
七、MOSFET在光伏逆变器中的应用（490）
八、MOSFET在逆变焊机中的应用（490）
第八节　介绍几种新型MOSFET （491）
一、超低导通电阻MOSFET （491）
二、自动保护功率MOSFET （493）
三、ST公司开发的几种新型功率MOSFET （496）
四、英飞凌公司开发的CoolMOSTM和CoolMOSTM功率MOSFET （497）
五、Vishay公司开发的新型MOSFET （499）
第十一章　绝缘栅双极晶体管IGBT及其应用（502）
第一节　IGBT的结构和技术参数（502）
一、IGBT的结构（502）
二、IGBT的工作原理（503）
三、IGBT的特点（503）
四、IGBT的基本特性（504）
五、IGBT的技术参数（508）
六、IGBT的检测（512）
第二节　普通IGBT的分类（513）
一、IGBT的结构分类（513）
二、IGBT的技术分类（513）
三、几种新型结构的IGBT （520）
第三节　IGBT模块、功率集成IGBT（PIM）和智能化IGBT（IPM）（523）
一、IGBT模块（523）
二、IGBT模块封装新技术（527）
三、功率集成IGBT（PIM）（529）
四、智能化模块（IPM）（534）
第四节　IGBT的栅极触发电路（538）
一、IGBT栅极驱动的要求（538）
二、IGBT的栅极驱动电路（539）
第五节　IGBT的缓冲电路（553）
一、关断缓冲电路和导通缓冲电路（554）
二、无源无损缓冲电路（556）
三、有源无损缓冲电路（558）
第六节　IGBT的典型应用实例（561）
一、IGBT在开关电源中的应用（561）
二、IGBT在逆变电源中的应用（594）
三、IGBT在UPS中的应用（652）
四、IGBT在电子镇流器中的应用（659）
五、IGBT在再生能源技术中的应用（668）
第十二章　振荡器及其应用（674）
第一节　振荡器的分类（674）
第二节　RC振荡器（674）
一、RC移相式振荡器（674）
二、RC桥式振荡器（675）
第三节　LC振荡器（678）
一、变压器反馈式LC振荡器（678）
二、电感三点式LC振荡器（678）
三、电容三点式LC振荡器（679）
四、集成LC振荡器（681）
第四节　晶体振荡器（684）
一、晶体振荡器的分类和主要参数（684）
二、非温度补偿式晶体振荡器（SPXO）（685）
三、温度补偿晶体振荡器（TCXO）（688）
四、电压控制晶体振荡器（VCXO）（692）
五、恒温控制式晶体振荡器（OCXO）（693）
六、电压控制温度补偿晶体振荡器（VCTCXO）（695）
七、频率控制晶体振荡器（FCXO）（695）
八、单片机补偿式晶体振荡器（DCXO/MCXO）（696）
第五节　声表面波振荡器（697）
一、声表面波谐振器（SAWR）（697）
二、基于SAWR的振荡器的应用（697）
第六节　硅振荡器（703）
第十三章　传感器及其应用（711）
第一节　传感器的分类（711）
第二节　传感器的特性（712）
第三节　温度传感器（713）
一、热电偶（713）
二、热敏电阻温度传感器（714）
三、热电阻温度传感器（737）
四、IC温度传感器（742）
第四节　湿度传感器（745）
一、线性电压输出集成化湿度传感器（747）
二、线性频率输出集成化湿度传感器（750）
三、频率/温度输出式集成化湿度传感器（750）
四、单片智能化湿度传感器（750）
第五节　压力传感器（751）
一、电容式压力传感器（752）
二、变磁阻式压力传感器（754）
三、压阻式压力传感器（755）
四、陶瓷压力传感器（757）
五、谐振式压力传感器（759）
第六节　位移传感器（761）
一、电位器式位移传感器（761）
二、磁致伸缩位移传感器（769）
三、激光位移传感器（777）
第七节　气敏传感器（781）
一、气体传感器的主要特性（782）
二、半导体气体传感器概述（783）
三、介绍几种半导体气敏传感器（783）
第八节　几种新型智能传感器（790）
一、图像传感器（790）
二、指纹传感器（794）
三、生物传感器（802）
四、MEMS传感器（804）
第十四章　光电耦合器及其应用（806）
第一节　光电耦合器的工作原理和特点（806）
一、光电耦合器的工作原理（806）
二、光电耦合器的特点（806）
第二节　光电耦合器的分类（807）
一、光电耦合器的分类（807）
二、光电耦合器的电路符号和封装（807）
第三节　光电耦合器的主要参数（808）
一、光电耦合器的特性（808）
二、光电耦合器的主要参数（809）
三、光电耦合器的检测方法（814）
四、光电耦合器的选用（815）
第四节　光电耦合器的应用实例（816）
一、光电耦合器的典型应用（816）
二、光电耦合器在固态继电器中的应用（818）
三、光电耦合器在电话保安装置中的应用（819）
四、光电耦合器代替音频变压器（819）
第十五章　保护技术（821）
第一节　过热保护技术（821）
一、热熔保险丝技术（821）
二、热晶闸管用于超温保护（823）
三、热保护开关（823）
第二节　过流保护技术（824）
一、熔断保护技术（824）
二、过流保护元件（828）
第三节　过压保护技术（833）
一、压敏电阻保护技术（833）
二、静电放电（ESD）抑制技术（834）
三、瞬态电压（TVS）抑制技术（835）
四、集成电路过电压保护技术（838）
第十六章　几种新型的电力电子器件（845）
第一节　集成门极换流晶闸管（IGCT）（845）
一、GCT的结构和原理（845）
二、IGCT的特点（846）
三、IGCT在变频器中的应用（847）
第二节　注入增强门极晶体管（IEGT）（848）
一、IEGT的结构和原理（848）
二、IEGT的特点（849）
第三节　功率半导体模块IPEM和PEBB （851）
一、集成功率电子模块IPEM （851）
二、功率电子模块PEBB （851）
第四节　碳化硅（SiC）功率器件（852）
第五节　氮化镓（GaN）功率器件（853）
参考文献（855）

前言/序言

　　前言

　　电力电子元器件是电力电子技术的基础。电子元器件的应用渗透到国民经济和日常生活的各个领域，电力电子元器件的发展水平是衡量一个国家科技进步的重要标志。

　　当前，世界已进入信息化时代。各类新型电力电子元器件研发成功、推向市场、推动各种新型电力电子系统、设备和装置相继问世，不仅促进了电力电子信息产业的高速发展，也将人们的日常生活带进了内容更加丰富多彩、日新月异的新时代。

　　电子元器件的发展方向是小型化、轻量化、集成化、模块化、智能化，其基础是电力电子元器件采用新材料、先进的制作设备、运用新的工作机理和生产工艺以及更小型化的封装形式。因为本书的服务对象是应用电力电子元器件从事新型电力电子系统、设备和装置设计的工程技术人员，所以本书未涉及制作设备和生产工艺，而重点介绍了各类元器件的特性、功能和应用实例。

　　针对我国的现状，我们把重点放在近代电力电子元器件，也对目前还普遍采用的元器件做了简单的介绍。在本书编写过程中，最受关注的是被广泛应用的和近些年新推出的电力电子元器件。所涉及的内容包括元器件的定义和特性、分类、主要参数、作用与应用、选用原则和型号以及检测方法等。本书共分16章。第一章到第六章介绍了无源元件及其应用，主要包括电阻器、电位器、电容器、电感器、滤波器（内含有源滤波器）和变压器等。第七章到第十一章介绍了部分有源器件及其应用，主要包括二极管、晶体管、晶闸管、功率场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等。振荡器是波形发生和电气测量必不可少的关键器件，在第十二章中，介绍了振荡器及其应用。电气测量对电力电子系统的运行的可靠性、精度和性能是至关重要的，在第十三章中，重点介绍了传感器及其应用。在电力电子装置中，电气隔离是不可少的，除变压器隔离以外，光电耦合器是最常用的隔离器件，在第十四章中，重点介绍了几种常用的光电耦合器及其应用。为保证电力电子系统、设备、装置正常工作，保护技术也是不可少的，第十五章重点介绍了几种保护技术和具有保护功能的元器件。近些年来，新型的大功率电力电子器件应运而生，在第十六章，简要地介绍几种有前途的大功率器件。

　　本手册在编写过程中注重展现现代性、全面性和实用性的特色。现代性——手册中不仅介绍了常用的电力电子元器件，还对近些年来推进市场的新型电力电子元器件给予了重点介绍；全面性——工程技术人员在设计过程中，要选用各类电力电子元器件。为了顺应需要，编者尽力对各类电力电子元器件在结构、工作原理、特性参数、外形尺寸、性能检测和具体应用做出较详细的介绍；实用性——由于本手册的现代性和全面性，决定了必有现实的实用性，对工程技术人员来说，是一本有益的电力电子元器件方面的总汇。

　　本手册的出版得到了电子工业出版社张榕副编审的大力支持，在此深表感谢。

　　由于编者的水平所限，书中出现不足之处在所难免，请广大读者批评指正。

　　编者

电子书：半导体功率器件原理与设计简介《半导体功率器件原理与设计》是一本深入探讨现代电力电子领域基石——半导体功率器件的专著。本书旨在为工程师、研究人员及高年级本科生提供一个全面而详实的理论框架和实践指导，帮助他们深刻理解各类功率半导体器件的工作机理、特性，并掌握其在实际应用中的设计与优化方法。本书的内容涵盖了功率半导体器件发展的脉络，从早期的二极管、晶闸管，到广泛应用的功率MOSFET、IGBT，再到新兴的SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）器件，几乎囊括了当前电力电子技术中所有关键的功率开关器件。我们力求在理论阐述上严谨而不失深度，在原理分析上清晰易懂，并结合大量的实际应用案例，使读者能够将理论知识转化为解决工程问题的能力。目录概览第一部分：半导体功率器件基础第一章：半导体物理基础回顾本章将简要回顾半导体材料的基本属性，包括能带理论、载流子传输、PN结的形成与特性等，为理解后续的功率器件模型打下坚实的基础。重点强调了本征半导体、杂质半导体以及费米能级在不同温度下的变化。详细内容：晶体结构与电子结构：硅、砷化镓等常见半导体材料的晶格结构，原子轨道与分子轨道理论，晶体场的形成。能带理论：价带、导带、禁带宽度，本征载流子浓度。载流子传输：漂移与扩散，迁移率，霍尔效应。 PN结：空穴和电子的注入与复合，内建电场，势垒电容。掺杂技术：N型和P型半导体的形成，掺杂浓度对材料特性的影响。平衡与非平衡状态：准费米能级，载流子寿命。第二章：功率半导体器件的分类与发展介绍功率半导体器件的基本分类方法，例如按控制方式（非控制型、自关断型、门极控制型）、按结构（PN结、MOSFET、IGBT等）进行划分。追溯功率器件的发展历程，分析不同代际器件的性能提升和应用领域拓展。详细内容：按工作特性分类：二极管、晶闸管（SCR）、TRIAC、DIAC。按控制方式分类：不可控（二极管）、半控（晶闸管）、全控（MOSFET、IGBT、GTO、MCT）。按材料分类：硅基器件、宽禁带半导体器件（SiC、GaN）。器件发展历程：第一代（硅PN结二极管、SCR）、第二代（功率MOSFET、IGBT）、第三代（SiC MOSFET、SiC JFET、GaN HEMT）、第四代（SiC MOSFET、GaN HEMT的进一步优化）。性能指标对比：耐压、电流能力、开关速度、导通损耗、开关损耗、热阻。应用领域发展：从低频到高频，从低压到高压。第二部分：主流功率半导体器件原理与模型第三章：二极管与晶闸管家族深入讲解PN结二极管、肖特基二极管、快速恢复二极管、整流晶闸管（SCR）、逆导晶闸管（GTO）、TRIAC等器件的工作原理、伏安特性、损耗特性以及关键参数。详细内容： PN结二极管：正向导通特性，反向击穿机制，导通压降与电流关系，漏电流，结电容。肖特基二极管：金属-半导体结特性，低正向压降，快速开关特性，制造工艺。快速恢复二极管：少数载流子存储效应及其影响，反向恢复电荷，软恢复与硬恢复。整流晶闸管（SCR）：四层结构PNPN，触发原理，门极控制特性，静态导通压降，关断特性。逆导晶闸管（GTO）：门极关断能力，阳极触发与门极触发，关断能量。 TRIAC：双向导通特性，MT1/MT2端子，门极控制，在交流调压中的应用。 DIAC：双向触发特性，击穿电压。损耗分析：导通损耗、反向恢复损耗（针对二极管）、关断损耗。关键参数：最大正向平均电流、反向耐压、峰值重复反向电压、门极触发电流/电压。第四章：功率MOSFET 详细阐述功率MOSFET（如VMOS、DMOS）的工作原理，包括导通机制（沟道形成、导电沟道）、栅极控制特性、导通电阻、开关特性（栅电荷、输出电容）、以及各种寄生效应。详细内容：结构与工作原理： N沟道和P沟道MOSFET，垂直结构DMOS，体二极管。导通特性：阈值电压（Vth），跨导，漏极电流与栅源电压关系，导通电阻（RDS(on)）的构成（沟道电阻、源区电阻、欧姆接触电阻、基区电阻），温度对RDS(on)的影响。开关特性：栅电容（Cgs, Cgd, Cds），栅电荷（Qg, Qgd, Qgd），输入电容、输出电容、转移电容。开关过程分析（上升时间、下降时间、关断延迟），驱动电路的要求。寄生效应：体二极管的反向恢复特性，寄生PNP晶体管（闩锁效应），封装效应。性能优化：减小RDS(on)的方法，提高开关速度的途径。关键参数：漏源击穿电压（Vds(max)），连续漏极电流（Id(cont)），阈值电压（VGS(th)），导通电阻（RDS(on)）。第五章：IGBT（绝缘栅双极晶体管）深入分析IGBT的工作原理，将其视为MOSFET输入和PNP晶体管输出的组合。详细讲解其导通特性（导通压降）、关断特性（载流子清除）、短路承受能力以及驱动要求。详细内容：结构与工作原理： P+收集区、N+发射区、P型基区、N型漏区，PNP晶体管与MOSFET的结合。导通特性：导通压降（VCE(sat)）的构成（MOSFET栅极导通压降、PNP晶体管集电极-发射极压降、基区电阻压降），与电流、温度的关系。关断特性：少数载流子存储效应，关断过程中的电荷清除，关断损耗。短路承受能力： IGBT在短路状态下的电流叠加特性，Safe Operating Area (SOA)。驱动电路：栅极驱动电压、驱动电流要求，驱动电路的设计考虑。类型： NPT（非穿透型）IGBT与PT（穿透型）IGBT的对比，场截止（FS）IGBT。损耗分析：导通损耗、开关损耗（上升损耗、下降损耗）。关键参数：集电极-发射极击穿电压（VCE(max)），连续集电极电流（IC(cont)），导通压降（VCE(sat)），门极-发射极阈值电压（VGE(th)）。第六章：功率MOSFET与IGBT的选型与应用要点本章旨在指导读者如何根据具体的应用需求，选择合适的功率MOSFET或IGBT。重点讨论了额定参数的选择、环境因素（温度、散热）的影响、驱动电路的匹配、以及应用中的保护措施。详细内容：耐压选择：安全裕量，脉冲耐压，浪涌电压。电流选择：连续电流、脉冲电流、RMS电流，热容量考虑。导通损耗评估：基于RDS(on)或VCE(sat)的计算，以及占空比的影响。开关损耗评估：开关频率、电压、电流、器件特性。散热设计：热阻路径分析，散热器选择，风冷/液冷。驱动电路设计：驱动电压、驱动电流、驱动速度、驱动损耗、门极电阻的优化。保护措施：过流保护、过压保护、过温保护、短路保护、闩锁保护。封装对性能的影响： TO-247, TO-220, SOT-223, 表面贴装器件等。第三部分：宽禁带半导体器件（SiC & GaN）第七章：宽禁带半导体材料特性介绍SiC和GaN等宽禁带半导体材料的物理特性，如更高的击穿电场、更高的饱和电子迁移率、更高的热导率等，以及这些特性对功率器件性能的巨大提升。详细内容：禁带宽度与击穿电场： SiC（3.2eV）和GaN（3.4eV）与Si（1.1eV）的对比，更高的耐压能力。电子迁移率与饱和速度： GaN HEMT中的二维电子气（2DEG），SiC MOSFET中的沟道电荷传输。热导率： SiC（约400-490 W/(m·K)）远高于Si（约150 W/(m·K)），更易于散热。其他优势：更低的漏电流，更小的开关损耗。材料挑战：衬底成本，外延生长技术，可靠性研究。第八章：SiC功率器件重点讲解SiC MOSFET和SiC JFET的结构、工作原理、优异的性能表现（低导通损耗、高频开关能力、高温工作能力）及其在新能源汽车、工业电源等领域的应用。详细内容： SiC MOSFET：结构（Planar MOSFET, Trench MOSFET），沟道传输机制，寄生电阻，低RDS(on)，高阈值电压，栅氧化层可靠性。 SiC JFET：结型场效应晶体管，结构，导通机制，零漂移特性。 SiC二极管（SBD）：肖特基势垒二极管，无反向恢复电荷，高耐压，高温性能。性能对比：与硅基器件的对比，如导通损耗、开关损耗、热阻、耐压。应用前景：电动汽车（OBC、DC/DC）、光伏逆变器、工业电机驱动、数据中心电源。第九章：GaN功率器件详细介绍GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）的工作原理，利用AlGaN/GaN异质结形成二维电子气（2DEG），实现高击穿电压和高频开关。分析其在消费电子、通信电源、快充等领域的巨大潜力。详细内容： GaN HEMT结构： AlGaN/GaN异质结，二维电子气（2DEG）的形成，栅极、源极、漏极结构。工作原理：电子在2DEG中的快速传输，栅极电压的控制。关键性能：高截止频率，低导通损耗，高开关速度。衬底选择：蓝宝石、碳化硅、硅衬底。封装技术：表面贴装器件，无引线封装，高频化封装。驱动电路与可靠性：栅极驱动要求，瞬态特性，可靠性研究。应用领域：手机快充、服务器电源、数据中心、微波通信。第四部分：功率器件的可靠性与失效分析第十章：功率器件的可靠性与失效模式深入探讨功率半导体器件的各种失效模式，包括过热、过压、过流、电应力、机械应力、环境因素等。分析器件在不同工作条件下的可靠性问题，并提出相应的预防和改进措施。详细内容：失效机制：热失效（热过载、热疲劳）、电失效（击穿、漏电）、机械失效（应力断裂、焊点疲劳）、化学失效（腐蚀）。环境因素：温度循环、湿度、腐蚀性气体、振动。电应力：瞬态过电压、过电流、栅极过压、短路。半导体结的失效： PN结击穿机理，表面反向漏电。封装失效：键合线断裂，焊点开裂，塑封开裂。可靠性测试方法：加速寿命试验，HALT/HASS。可靠性设计原则：留有足够的安全裕量，合理的散热设计，选择高质量的器件。第十一章：功率器件的测试与测量介绍功率半导体器件的关键测试参数和测量方法，包括静态参数测试（如耐压、漏电流、导通电阻）、动态参数测试（如开关损耗、反向恢复特性）以及热阻测试等。详细内容：静态参数测试：击穿电压测试：CCDS、AC/DC耐压。漏电流测试：在额定电压下的漏电流。导通电阻测试：RDS(on)或VCE(sat)测量。阈值电压测试。动态参数测试：开关损耗测试：使用脉冲发生器和示波器测量上升/下降时间、关断延迟。反向恢复特性测量：测试二极管的反向恢复电荷（Qrr）和峰值反向电流（Irm）。栅电荷测量。热阻测试：结温测量：红外测温，热敏电阻法。热阻（Rthjc, Rthja）的确定。应用电路测试：在实际应用电路中的性能验证。第五部分：应用实例与设计方法第十二章：电力电子变流器中的功率器件应用通过具体的电力电子变流器拓扑，如DC/DC变换器、AC/DC变换器（整流器）、DC/AC变换器（逆变器）、AC/AC变换器（交流调压器）等，详细分析功率器件在不同电路中的作用、选型依据和设计要点。详细内容： DC/DC变换器： Buck/Boost/Buck-Boost变换器：MOSFET或IGBT作为开关管，二极管或同步整流。 LLC谐振变换器：SiC MOSFET或GaN HEMT在高频下的应用。 AC/DC变换器：单相/三相桥式整流器：二极管、SCR、IGBT、MOSFET。功率因数校正（PFC）电路：Boost PFC，Totem-pole PFC。 DC/AC变换器：单相/三相逆变器：IGBT，MOSFET，SiC MOSFET。脉冲宽度调制（PWM）技术。 AC/AC变换器：交流调压器：TRIAC，SCR。矩阵变换器。共模抑制和EMI滤波器设计。第十三章：新兴应用与未来趋势探讨功率器件在智能电网、新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域的最新应用，以及未来功率器件技术的发展方向，如集成化、智能化、更高性能化等。详细内容：智能电网：高压DC/DC变换器，柔性交流输电系统（FACTS）。新能源汽车：电动汽车动力总成，车载充电机（OBC），DC/DC变换器。轨道交通：电力机车牵引变流器。工业驱动：高性能电机驱动，变频器。数据中心电源：高效率，高功率密度。未来技术方向：模块化功率器件，集成式功率模块（IPM），SiC/GaN的进一步发展，微电子机械系统（MEMS）在功率器件中的应用。总结《半导体功率器件原理与设计》力求成为一本集理论深度、实践指导和前沿信息于一体的权威参考书籍。通过对器件的深入剖析和丰富的应用实例，我们希望读者能够掌握核心的功率半导体技术，理解器件的性能极限，并能够自信地设计出高效、可靠的电力电子系统。无论您是资深工程师还是初学者，本书都将为您在电力电子领域探索前进提供坚实的知识支撑和灵感启迪。

用户评价

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我是一名独立开发者，最近开始涉足一些需要用到高功率密度电源设计的项目。在设计过程中，我经常会遇到一个挑战：如何在有限的空间和成本下，实现高效、稳定且符合安全规范的电源转换。我对市面上一些所谓的“万能”解决方案感到有些厌倦，我更希望能够根据我的具体需求，理解并选择最适合的电力电子元器件。我正在寻找一本能够提供深入的元器件选型指导的书籍，它应该能够帮助我理解不同类型元器件（如MOSFET、IGBT、功率二极管、肖特基二极管等）在额定功率、电压、电流、开关速度、导通损耗、开关损耗等方面的权衡。我特别希望能看到一些关于如何根据具体应用场景（例如，低压直流输入、高压直流输出、交直流转换等）来合理匹配元器件的章节。此外，对于一些需要考虑EMI/EMC问题的设计，如果书中能提供关于如何选择和使用滤波器元件、以及如何优化PCB布局以降低电磁干扰的建议，那将非常有价值。我需要一本能够真正赋能我独立完成电源设计的实用工具书。

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我一直对电力电子技术在新能源汽车领域的应用非常感兴趣，特别是关于电动汽车的充电系统和电机驱动系统。我了解到，这些系统对电力电子元器件的性能要求非常苛刻，需要具备高效率、高可靠性、长寿命以及在极端温度和振动环境下稳定工作的能力。我希望找到一本能够详细介绍这些领域中关键元器件的书籍，例如用于DC-DC转换器的功率器件，用于电机驱动的IGBT或SiC模块，以及用于充电桩的功率半导体器件。我特别关注这些元器件在车载环境下的具体应用，包括它们的散热设计、EMI抑制、过载保护以及故障诊断等方面的内容。如果书中能提供一些关于如何根据车辆的性能需求（如续航里程、加速性能、充电速度等）来选择和设计相应的电力电子系统，并详细说明其中涉及的元器件选型和设计思路，那将是我非常需要的。我对这些应用背后的技术细节充满了好奇，希望能够通过一本书籍深入了解。

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作为一个刚入行不久的电力电子工程师，我一直在寻找一本能够帮助我快速理解和掌握各种电力电子元器件实际应用的参考书。我的工作内容经常需要根据具体的设计需求，在众多的元器件中做出最佳选择，而市面上相关的书籍往往要么过于理论化，要么过于浅显，难以满足我这种需要在理论和实践之间寻求平衡的需求。我希望找到一本真正能“落地”的书，它能详细介绍不同元器件的特性，更重要的是，能够深入剖析它们在各种典型电路中的应用案例，包括如何根据性能指标来选择合适的型号，如何进行实际的电路设计和参数计算，以及在实际应用中可能遇到的问题和规避方法。我尤其关心那些能够让我少走弯路、提高设计效率的内容，比如不同元器件的优缺点对比，不同应用场景下的推荐选型，以及一些行业内的“潜规则”和经验总结。如果这本书能提供一些实际的电路原理图和PCB布局建议，那就更完美了。我一直坚信，扎实的理论基础固然重要，但真正能解决工程问题的，还是那些基于丰富实践经验的知识。因此，我非常期待一本能够填补我在这方面知识空白的书籍，让我能够更自信地面对各种电力电子系统设计挑战。

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作为一名教育工作者，我在向学生传授电力电子知识时，常常发现现有的教材在元器件的应用讲解上不够生动和直观。我希望找到一本能够以更加清晰、易懂的方式，将复杂的电力电子元器件的理论知识与实际应用相结合的书籍。这本书应该能够用丰富的实例，生动地展示不同元器件的工作原理、特性曲线以及它们在各种典型电路中的作用。我特别希望书中能包含一些通过图示、表格和简化的数学模型来解释元器件的原理，并且能够提供一些实际的电路搭建示例，哪怕是简单的演示电路，也能帮助学生建立起感性的认识。如果书中能对一些常见的电力电子设备（如开关电源、变频器、UPS等）中的元器件应用进行拆解分析，并用通俗易懂的语言进行讲解，那将是极大的帮助。我的目标是让学生能够理解“为什么”要选择某个元器件，而不是仅仅记住“是什么”。这本应是理论与实践的完美桥梁。

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最近我一直在研究一种新型的逆变器拓扑结构，它在提升效率和降低成本方面有着显著的优势。然而，围绕这种拓扑结构所需的关键电力电子元器件，尤其是高频开关器件和新型的功率模块，我发现现有的资料要么更新不及时，要么分析不够深入。我希望找到一本能够提供最新技术动态和深入技术解析的书籍，它不仅能讲解这些元器件的最新发展趋势，更能详细阐述它们在特定应用场景下的性能表现和设计考量。我特别需要了解这些器件的极限参数、驱动要求、散热设计以及可靠性评估等方面的内容。另外，对于一些新兴的元器件材料，比如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件，我希望书中能有详细的对比分析，说明它们在不同工作电压、电流和频率下的适用性，以及与传统硅基器件的优势与劣势。如果书中能包含一些实际的测试数据和仿真结果，并提供相应的分析，那将极大地帮助我理解和应用这些先进的元器件，推动我的项目进展。

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