合肥模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

電力電子器件又稱(chēng)為功率半導(dǎo)體器件，主要用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面大功率的電子器件（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）。功率器件幾乎用于所有的電子制造業(yè),包括計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的筆記本、PC、服務(wù)器、顯示器以及各種外設(shè);網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的手機(jī)、電話(huà)以及其它各種終端和局端設(shè)備;消費(fèi)電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)黑白家電和各種數(shù)碼產(chǎn)品;工業(yè)控制類(lèi)中的工業(yè)PC、各類(lèi)儀器儀表和各類(lèi)控制設(shè)備等。除了保證這些設(shè)備的正常運(yùn)行以外，功率器件還能起到有效的節(jié)能作用。由于電子產(chǎn)品的需求以及能效要求的不斷提高，中國(guó)功率器件市場(chǎng)一直保持較快的發(fā)展速度。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)功率器件行業(yè)共有規(guī)模以上企業(yè)498家，全行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入，同比增長(zhǎng)，同比增長(zhǎng)。從企業(yè)經(jīng)濟(jì)類(lèi)型來(lái)看，三資企業(yè)數(shù)量多，其企業(yè)數(shù)量占行業(yè)數(shù)量的。從企業(yè)數(shù)量、銷(xiāo)售收入以及資產(chǎn)規(guī)模來(lái)看，江蘇、廣東和浙江等省所占的份額居多。20世紀(jì)50年代，電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管，因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快，而在電力電子電路中得到。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。合肥模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

80年代這類(lèi)器件的高工作頻率在10千赫以下。雙極型大功率晶體管可以在100千赫頻率下工作，其控制電流容量已達(dá)數(shù)百安，阻斷電壓1千多伏,但維持通態(tài)比其他功率可控器件需要更大的基極驅(qū)動(dòng)電流。由于存在熱激發(fā)二次擊穿現(xiàn)象，限制它的抗浪涌能力。進(jìn)一步提高其工作頻率仍然受到基區(qū)和集電區(qū)少子儲(chǔ)存效應(yīng)的影響。70年代中期發(fā)展起來(lái)的單極型MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由于不受少子儲(chǔ)存效應(yīng)的限制，能夠在兆赫以上的頻率下工作。這種器件的導(dǎo)通電流具有負(fù)溫度特性，不易出現(xiàn)熱激發(fā)二次擊穿現(xiàn)象；需要擴(kuò)大電流容量時(shí)，器件并聯(lián)簡(jiǎn)單，且具有較好的線(xiàn)性輸出特性和較小的驅(qū)動(dòng)功率；在制造工藝上便于大規(guī)模集成。但它的通態(tài)壓降較大，制造時(shí)對(duì)材料和器件工藝的一致性要求較高。到80年代中、后期電流容量達(dá)數(shù)十安，阻斷電壓近千伏。從60年代到70年代初期，以半控型普通晶閘管為的電力電子器件，主要用于相控電路。這些電路十分地用在電解、電鍍、直流電機(jī)傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁等整流裝置中，與傳統(tǒng)的汞弧整流裝置相比，不僅體積小、工作可靠，而且取得了十分明顯的節(jié)能效果（一般可節(jié)電10～40%，從中國(guó)的實(shí)際看，因風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載約占全國(guó)用電量的1/3，若采用交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)。湖州現(xiàn)代電子技術(shù)基礎(chǔ)不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場(chǎng)合所必須的一種高可靠、高性能的電源。

可平均節(jié)電20%以上，每年可節(jié)電400億千瓦時(shí)）,因此電力電子技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越受到人們的重視。70年代中期出現(xiàn)的全控型可關(guān)斷晶閘管和功率晶體管,開(kāi)關(guān)速度快,控制簡(jiǎn)單，逆導(dǎo)可關(guān)斷晶閘管更兼容了可關(guān)斷晶閘管和快速整流二極管的功能。它們把電力電子技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)到了以逆變、斬波為中心內(nèi)容的新領(lǐng)域。這些器件已普遍應(yīng)用于變頻調(diào)速、開(kāi)關(guān)電源、靜止變頻等電力電子裝置中。80年代初期出現(xiàn)的MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管和功率集成電路的工作頻率達(dá)到兆赫級(jí)。集成電路的技術(shù)促進(jìn)了器件的小型化和功能化。這些新成就為發(fā)展高頻電力電子技術(shù)提供了條件，推動(dòng)電力電子裝置朝著智能化、高頻化的方向發(fā)展。80年代發(fā)展起來(lái)的靜電感應(yīng)晶閘管、隔離柵晶體管，以及各種組合器件，綜合了晶閘管、MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管和功率晶體管各自的優(yōu)點(diǎn)，在性能上又有新的發(fā)展。例如隔離柵晶體管,既具有MOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵控特性，又具有雙極型功率晶體管的電流傳導(dǎo)性能，它容許的電流密度比雙極型功率晶體管高幾倍。靜電感應(yīng)晶閘管保存了晶閘管導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上避免了一般晶閘管在門(mén)極觸發(fā)時(shí)必須在門(mén)極周?chē)葘?dǎo)通然后逐步橫向擴(kuò)展的過(guò)程，所以比一般晶閘管有更高的開(kāi)關(guān)速度。

由于材料技術(shù)、器件技術(shù)和電路設(shè)計(jì)等綜合技術(shù)的進(jìn)步，在20世紀(jì)60年代研制成功了代集成電路。在半導(dǎo)體發(fā)展史上。集成電路的出現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義：它的誕生和發(fā)展推動(dòng)了銅芯技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)步，使科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域以及工業(yè)社會(huì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了歷史性變革。憑借優(yōu)越的科學(xué)技術(shù)所發(fā)明的集成電路使研究者有了更先進(jìn)的工具，進(jìn)而產(chǎn)生了許多更為先進(jìn)的技術(shù)。這些先進(jìn)的技術(shù)有進(jìn)一步促使更高性能、更廉價(jià)的集成電路的出現(xiàn)。對(duì)電子器件來(lái)說(shuō)，體積越小，集成度越高；響應(yīng)時(shí)間越短，計(jì)算處理的速度就越快；傳送頻率就越高，傳送的信息量就越大。半導(dǎo)體工業(yè)和半導(dǎo)體技術(shù)被稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，同時(shí)也已經(jīng)發(fā)展稱(chēng)為一個(gè)相對(duì)的高科技產(chǎn)業(yè)。集成電路是一種采用特殊工藝，將晶體管、電阻、電容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文縮寫(xiě)為IC，也俗稱(chēng)芯片。模擬集成電路是指由電容、電阻、晶體管等元件集成在一起用來(lái)處理模擬信號(hào)的模擬集成電路。有許多的模擬集成電路，如集成運(yùn)算放大器、比較器、對(duì)數(shù)和指數(shù)放大器、模擬乘(除)法器、鎖相環(huán)、電源管理芯片等。模擬集成電路的主要構(gòu)成電路有：放大器、濾波器、反饋電路、基準(zhǔn)源電路、開(kāi)關(guān)電容電路等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種分立、集成電子電路基本的元器件。

模擬集成電路設(shè)計(jì)主要是通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師進(jìn)行手動(dòng)的電路調(diào)試，模擬而得到，與此相對(duì)應(yīng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大部分是通過(guò)使用硬件描述語(yǔ)言在EDA軟件的控制下自動(dòng)的綜合產(chǎn)生。電子元器件數(shù)字集成電路是將元器件和連線(xiàn)集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)字集成電路中包含的門(mén)電路或元器件數(shù)量，可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成(SSI)電路、中規(guī)模集成(MSI)電路、大規(guī)模集成(LSI)電路、超大規(guī)模集成(VLSI)電路和特大規(guī)模集成(ULSI)電路。小規(guī)模集成電路包含的門(mén)電路在10個(gè)以?xún)?nèi)，或元器件數(shù)不超過(guò)100個(gè)；中規(guī)模集成電路包含的門(mén)電路在10-100個(gè)之間，或元器件數(shù)在100-1000個(gè)之間；大規(guī)模集成電路包含的門(mén)電路在100個(gè)以上，或元器件數(shù)在10-10個(gè)之間；超大規(guī)模集成電路包含的門(mén)電路在1萬(wàn)個(gè)以上，或元器件數(shù)在10-10之間；特大規(guī)模集成電路的元器件數(shù)在10-10之間。它包括：基本邏輯門(mén)、觸發(fā)器、寄存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、計(jì)數(shù)器、整形電路、可編程邏輯器件、微處理器、單片機(jī)、DSP等。電子技術(shù)是根據(jù)電子學(xué)的原理，運(yùn)用電子元器件設(shè)計(jì)和制造某種特定功能的電路以解決實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)，包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括Analog。電子技術(shù)是對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，處理的方式主要有：信號(hào)的發(fā)生、放大、濾波、轉(zhuǎn)換。淮北微電子技術(shù)基礎(chǔ)

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類(lèi)繁多，其電源電壓也各不相同。合肥模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類(lèi)似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，局限在中低頻范圍內(nèi)。變頻器時(shí)代進(jìn)入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問(wèn)世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門(mén)極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問(wèn)世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)上已達(dá)到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小型輕量化。合肥模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

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