汽車電工電子基礎(chǔ)-項目五

1、 空穴空穴硼原子硼原子 多余多余電子電子磷原子磷原子在常溫下即可變在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮訛樽杂呻娮邮ヒ粋€電失去一個電子變?yōu)檎x子變?yōu)檎x子子 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，N型半導(dǎo)體中的自由電子多于空穴，這樣自由電子和空穴都要從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴散，即多子因濃度差而形成擴散運動。1.PN結(jié)的形成+空穴空穴自由電子自由電子負(fù)離子負(fù)離子正離子正離子自由電子自由電子空穴空穴內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場的存在有助于P區(qū)的自由電子（少子）進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的空穴（少子）進(jìn)去P區(qū)，這種少子在內(nèi)電場作用下的定向移動

2、稱為少子的漂移運動。漂移使得空間電荷去變窄，內(nèi)電場削弱，多子的擴撒運動得以增強。在一定溫度下，兩種運動保持平衡，空間電荷區(qū)相對穩(wěn)定，形成PN結(jié)。+空穴空穴自由電子自由電子負(fù)離子負(fù)離子正離子正離子自由電子自由電子空穴空穴內(nèi)電場內(nèi)電場PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+1.PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很小的反向電流。向電流。IR+負(fù)極負(fù)極正極正極符號符號VDPN正極正極負(fù)極負(fù)極外殼外殼PN結(jié)結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖負(fù)極引線負(fù)極引線正極引

3、線正極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲正極引線正極引線N型鍺片型鍺片負(fù)極引線負(fù)極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅正極引線正極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座負(fù)極引線負(fù)極引線( b ) 面接觸型面接觸型反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+n總結(jié)：n二極管具有單向?qū)щ娦?，二極管只允許電流從管的“+”極流向管子的“”極，而不允許電流從“”極流向“+”極。它的單向?qū)щ娦钥梢杂盟骱烷y門的比喻來理解。n二極管的伏安特性具有非線性。n二極管的伏安特性與溫度有關(guān)。圖6-12 晶

4、體二極管的單向?qū)щ娦员扔鳎╝）水流頂開閥門 （b）水流壓緊閥門PN正極正極負(fù)極負(fù)極外殼外殼PN結(jié)結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的檢測二極管的檢測用萬用表判斷二極管的極性和好壞（a） 測正向電阻 （b） 測反向電阻1用模擬式萬用表檢測二極管的單向?qū)щ娦?用模擬式萬用表檢測二極管的好壞若測得的二極管的正向電阻小，反向電阻大，且兩者相差很大，說明管子是好的。3用模擬式萬用表判斷二極管的極性二極管在汽車上的應(yīng)用二極管在汽車上的應(yīng)用 二極管在汽車電子電路中的應(yīng)用較廣，可以實現(xiàn)整流、限幅、開關(guān)等作用。整流：將交流電轉(zhuǎn)化為直流。例5.11.半波整流2.全波整流。 內(nèi)，內(nèi)，VD1、VD5導(dǎo)通，導(dǎo)

5、通，U1V1間電壓加到負(fù)載上。間電壓加到負(fù)載上。內(nèi)，內(nèi)，VD1、VD6導(dǎo)通，導(dǎo)通，U1W1間電壓加到負(fù)載上。間電壓加到負(fù)載上。內(nèi)，內(nèi)，VD2、VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1U1間電壓加到負(fù)載上。間電壓加到負(fù)載上。內(nèi)，內(nèi)，VD2、VD6導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1W1間電壓加到負(fù)載上。間電壓加到負(fù)載上。 圖5.11 光電二極管的符號圖5.12日照強度傳感器的結(jié)構(gòu)和等效電路如圖5.12 是汽車自動空調(diào)系統(tǒng)中使用的日照強度傳感器的結(jié)構(gòu)和等效電路 永久磁鐵是浮子永久磁鐵是浮子舌簧管是靜止的舌簧管是靜止的UIOUZIZIZM UZ IZZZ ZIUr 當(dāng)蓄電池電壓上升時，穩(wěn)壓管的當(dāng)蓄電池電壓上升時，穩(wěn)壓管的反向電壓略有增大

6、，根據(jù)反向擊穿特性可知，其反向電流反向電壓略有增大，根據(jù)反向擊穿特性可知，其反向電流大大增加。這將引起限流電阻的電流和電壓增加，若電阻大大增加。這將引起限流電阻的電流和電壓增加，若電阻選擇合適，則其電壓的增量將抵消掉蓄電池電壓的增量，選擇合適，則其電壓的增量將抵消掉蓄電池電壓的增量，使儀表上的電壓基本不變。相反，當(dāng)蓄電池電壓減小時，使儀表上的電壓基本不變。相反，當(dāng)蓄電池電壓減小時，限流電阻上的電壓減小，保證了儀表上的電壓基本不變。限流電阻上的電壓減小，保證了儀表上的電壓基本不變。 NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC集電區(qū)：集電區(qū)：面積最大面積最大ICUBBmA ARBIBUCC+

7、mAIERP 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，反映了晶體管的性即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。能，是分析放大電路的依據(jù)。 重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線ICUBBmA AVUCEUBERBIBUCCV+輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路共共發(fā)發(fā)射射極極電電路路常數(shù)常數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)常數(shù)常數(shù) B)(CECIUfI40 A60 A80 A100 AIB=020 AO深度

8、飽和時，深度飽和時， 硅管硅管UCES 0.3V， 鍺管鍺管UCES 0.1V。方法方法 (1) V7 . 06 . 0BE U硅管：硅管：V3 . 02 . 0BE U鍺管：鍺管：例，根據(jù)圖示判斷元件的狀態(tài)例，根據(jù)圖示判斷元件的狀態(tài) (a) (b)(c)ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO根據(jù)三極管型號的命名方法確定。根據(jù)三極管型號的命名方法確定。9011、9013、9014、9016、9018 為為NPN硅管硅管9012、9015 為為PNP硅管硅管管腳向上，它們組成半圓位于上部，按順時管腳向上，它們組成半圓位于上部，按順時針方向依

9、次為針方向依次為ebc。 頭在上，平面向自己，左起頭在上，平面向自己，左起ebc。 電極靠近孔，左起電極靠近孔，左起ecb 。其中。其中c是金屬是金屬外殼。外殼。無光照無光照光照增強光照增強 dvSft 熱敏電阻熱敏電阻是半導(dǎo)體元件，它是是半導(dǎo)體元件，它是將錳、鎳將錳、鎳、鈷、銅和鈦等金屬氧化物按一定比例、鈷、銅和鈦等金屬氧化物按一定比例混合后壓制成型，在高溫（混合后壓制成型，在高溫（1000oC左右左右）下燒結(jié)而成的）下燒結(jié)而成的。其外形有片狀、圓柱。其外形有片狀、圓柱狀等多種。狀等多種。熱敏電阻的主要特性熱敏電阻的主要特性是熱敏性是熱敏性即阻值即阻值隨溫度的變化而變化。隨溫度的變化而變化。

10、熱敏電阻熱敏電阻有負(fù)溫度系數(shù)型有負(fù)溫度系數(shù)型（NTC）、）、正溫度系數(shù)型正溫度系數(shù)型(PTC)和臨界溫度系數(shù)型和臨界溫度系數(shù)型（CTR）三種三種類型類型。 熱敏電阻熱敏電阻具有體積小、靈敏度高等特具有體積小、靈敏度高等特點，因此被點，因此被廣泛廣泛應(yīng)用應(yīng)用在溫度測量和溫度在溫度測量和溫度控制上?？刂粕?。 +UCCRBRCC1C2VT+RLui+uo+uBE+uCEiCiBiE uo = 0uBEtOiBtOiCtOuCEtOUBEIBICUCE無輸入信號無輸入信號(ui = 0)時時:ICUCEOIBUBEO靜態(tài)工作點對應(yīng)的各靜態(tài)工作點對應(yīng)的各直流電流和電壓也稱為靜態(tài)值。直流電流和電壓也稱為靜

11、態(tài)值。QIBUBEQUCEIC+UCCRBRCC1C2VT+RLui+uo+uBE+uCEiCiBiEUBEIB uCE = UCC iC RC ICuBEtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBtO有輸入信號有輸入信號(ui 0)時時:UBEIBICuBEtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBtO iou UUAioiouUUuuA ioiIIA ioioiIIiiA iuiiooiopAAIUIUPPA iiiiiiiIUiuIUr LooooRUUUr oU oU輸出電阻是描述放大電路帶負(fù)載能力的一項技術(shù)指標(biāo)。輸出電阻是描述放大電路帶負(fù)載能力的一項技術(shù)指標(biāo)。通通常放大電

12、路的輸出電阻越小越好常放大電路的輸出電阻越小越好。 LoLooRrRUU 放大電路的失真有很多種，由線性電抗元件儲能作用引起的失真稱為線性失真，而由放大器件的非線性特性引起的失真為非線性失真。共射放大電路的結(jié)構(gòu)特點是信號的輸入和輸出回路都以發(fā)射極為公共端。前面介紹的基本放大電路就是共射極放大電路，該電路的輸入信號由基極對發(fā)射極輸入，輸出信號由集電極對發(fā)射極的輸出。共射極放大電路常用于電壓信號的放大，有較高的電壓放大倍數(shù)，但是由于其輸入電阻低而輸出電阻較高，所以只在對輸入和輸出電阻沒有特殊要求的電路中采用，如在多級放大電路的中間級常采用共射極電路，用于提高電路的放大倍數(shù)。 ibeiouuuu E

13、ECCUU ui1= -ui2ui1= ui2 ，理想情況下，理想情況下的共模放大倍數(shù)的共模放大倍數(shù)0 icoccuuA； 較大較大idodduuA cdCMRRAAK CMRRK VT2 輸出級：輸出級：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，一與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，一般由互補功放電路或射極輸出器構(gòu)成。般由互補功放電路或射極輸出器構(gòu)成。輸入級：輸入級：要求輸入電阻高，要求輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用差動式放擾信號，都采用差動式放大電路大電路 。中間級：中間級：要求電壓放大倍要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的數(shù)高。常采用帶恒流源

14、的共射極放大電路構(gòu)成。共射極放大電路構(gòu)成。偏置電路：偏置電路：為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點，一般由各種電流源構(gòu)成。定各級的靜態(tài)工作點，一般由各種電流源構(gòu)成。集成運放的內(nèi)部組成集成運放的內(nèi)部組成外形：外形：集成運放的符號：集成運放的符號：2、3 4、7 6為輸出端為輸出端 1和和5為外接調(diào)零電位器（為外接調(diào)零電位器（10 k）的兩個端子的兩個端子，調(diào)整運放輸出的零點，調(diào)整運放輸出的零點 8 （1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud(Auo)運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。運放沒有接反饋電路時的差模電壓

15、放大倍數(shù)。 uuuAoud)(倍倍 uuuAoudlg20)(分分貝貝Aud愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。一般幾萬至幾十萬倍，理想的開環(huán)電壓放大倍數(shù)為一般幾萬至幾十萬倍，理想的開環(huán)電壓放大倍數(shù)為。 （2）開環(huán)差模輸入電阻）開環(huán)差模輸入電阻rid其值越大，從信號源取用的電流越小，對信號源影響其值越大，從信號源取用的電流越小，對信號源影響越小。一般在幾百千歐到幾兆歐，理想輸入電阻為越小。一般在幾百千歐到幾兆歐，理想輸入電阻為 。（3）開環(huán)輸出電阻）開環(huán)輸出電阻ro指在開環(huán)狀態(tài)下，負(fù)載開路時輸出端對地的電阻值指在開環(huán)狀態(tài)下，負(fù)載開路時輸出

16、端對地的電阻值 。輸出。輸出電阻越小，集成運放帶負(fù)載能力越強，一般在幾十到幾百歐，電阻越小，集成運放帶負(fù)載能力越強，一般在幾十到幾百歐，理想情況下為無窮大。理想情況下為無窮大。 （4）共模抑制比）共模抑制比KCMR是集成運放差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比的對是集成運放差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比的對數(shù)值數(shù)值,即即 ucudCMRAAKlg20 KCMR數(shù)值越大，抑制干擾信號能力越強。一般在數(shù)值越大，抑制干擾信號能力越強。一般在80dB以上，以上，理想值為無窮大。理想值為無窮大。 Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uo= f (ui)線性區(qū)

17、：線性區(qū)：uo = Auo( (u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)：u+ u 時，時， uo = +Uo(sat) u+ u 時，時， uo = + Uo(sat) u+ u 時，時， uo = Uo(sat) uo u+ u Uo(sat)+Uo(sat) O非線性區(qū)非線性區(qū) 集成運算可以實現(xiàn)基本的運算，例如比例運算、加集成運算可以實現(xiàn)基本的運算，例如比例運算、加法和減法、積分和微分、指數(shù)和對數(shù)、乘法和除法等法和減法、積分和微分、指數(shù)和對數(shù)、乘法和除法等運算，在進(jìn)行這些運算的時候，輸出總是跟隨輸入的運算，在進(jìn)行這些運算的時候，輸出總是跟隨輸入的變化而變化，反映輸入的某種運算結(jié)果，因此，此時，變化而

18、變化，反映輸入的某種運算結(jié)果，因此，此時，運算放大器工作在先行區(qū)，在分析此類的電路的時候運算放大器工作在先行區(qū)，在分析此類的電路的時候根據(jù)線性區(qū)的特點分析，即根據(jù)線性區(qū)的特點分析，即“三虛三虛”的運用。的運用。1iRuui ifofRuui 電路組成如圖電路組成如圖 以后如不加說明，輸入、以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地輸出的另一端均為地( )。電路的工作原理電路的工作原理因為因為 u=u+= 0，稱反相輸入端稱反相輸入端“虛地虛地” 反反相輸入的重要特點相輸入的重要特點因為因為 i = 0i1fouRRu ifiiii+uoRfuiR2R1+ 所以所以 ii = ii + i- =i

19、f 平衡電阻平衡電阻 R2 = R1 / Rf 因要求靜態(tài)時因要求靜態(tài)時u+、 u 對地對地電阻相同，所以電阻相同，所以oF11uRRRu 因因虛斷，虛斷，所以所以u+ = ui i1fo)1(uRRu 電路組成如圖電路組成如圖電路的電路的工作原理工作原理uoRfuiR2R1+ 因因虛短，虛短，所以所以 u = ui ，反相輸入端不反相輸入端不“虛地虛地” 因要求靜態(tài)時因要求靜態(tài)時u+、u 對地電對地電阻相同，阻相同， 所以所以平衡電阻平衡電阻R2=R1/Rf若若R1 =或或R1 =、Rf=0，則則uo=ui，成為電壓跟隨器。，成為電壓跟隨器。uoRfR2+ R+ui2ui3R3ui1R1i3

20、i1ifi2因因虛短虛短, u= u+= 0fo3i322i11i 故得RuRuRuRu fo3i322i11iRuuRuuRuuRuu 因因虛斷虛斷，i = 0 所以所以 i1+ i2 + i3 = if 321f若RRRR )(則3ii21iouuuu 平衡電阻：平衡電阻： R= R1 / R2 / R3 /Rf uRRu)1(1f o2i3 231f)1(uRRRRR 1i1f2i3 231f)1(uRRuRRRRR 1i1f ouRRu oo ouuu ui1ui2uoRfR3R2+ R1 若取若取 R1 = R2 ，R3 = Rf )(則：1i2i1fouuRRu 如如 R1 = R

21、2 = R3 = Rf 1i2io則：uuu 在實際中，能實現(xiàn)上述各種運算的集成放大器有三種：在實際中，能實現(xiàn)上述各種運算的集成放大器有三種： 集成運放除了有運算能力外，還有放大能力，因此在汽車集成運放除了有運算能力外，還有放大能力，因此在汽車溫度、壓力傳感器中獲得廣泛應(yīng)用。溫度、壓力傳感器中獲得廣泛應(yīng)用。 壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 壓力轉(zhuǎn)換元件壓力轉(zhuǎn)換元件壓力轉(zhuǎn)換元件：壓力轉(zhuǎn)換元件：由粘在由粘在硅膜片的四個應(yīng)變電阻硅膜片的四個應(yīng)變電阻組成，其中應(yīng)變電阻接組成，其中應(yīng)變電阻接成電橋電路。成電橋電路。其作用是：將壓力信號其作用是：將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒?/p>

22、號輸出。轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵?。集成電路：集成電路：是一個差動是一個差動放大器，用來放大電橋放大器，用來放大電橋輸出的信號。輸出的信號。 集成電路集成電路進(jìn)氣量的測量原理是：進(jìn)氣量的測量原理是：進(jìn)氣壓力通過進(jìn)氣口作用到壓力轉(zhuǎn)進(jìn)氣壓力通過進(jìn)氣口作用到壓力轉(zhuǎn)換元件上，使應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生改變，電橋輸出電壓信換元件上，使應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生改變，電橋輸出電壓信號。該信號經(jīng)過差動放大器放大后送給電子控制器（又稱號。該信號經(jīng)過差動放大器放大后送給電子控制器（又稱電腦）電腦）ECU計算出進(jìn)氣量的大小。計算出進(jìn)氣量的大小。 壓力轉(zhuǎn)換元件壓力轉(zhuǎn)換元件集成電路集成電路 數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域

23、，數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合以及波形產(chǎn)生及變換等場合 。在汽車上用于充電電壓的監(jiān)視。在汽車上用于充電電壓的監(jiān)視器電路中。器電路中。 電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。 uiuoOURuiUR 時，時，uo = Uo (sat) ui =UR 時，時，uo發(fā)生跳變發(fā)生跳變輸出電壓輸出電壓 uo 發(fā)生躍變時的輸入電壓叫門限電平，發(fā)生躍變時的輸入電壓叫門限電平，所以任意電壓比較器的所以任意電壓比較器的門限電平門限電平Uth=UR 參考電壓參考電壓URuouiR2+ R1因只有一個門限電壓，因只有一個門限電壓，故又稱單限電壓比較器故又稱單限電壓比較器 電壓傳輸特性電壓傳輸特性為了和數(shù)字電路的高低電平相配合，一般運