汽車電工電子基礎(chǔ)知識課件

汽車電工電子基礎(chǔ)知識1.1電路的基本知識1.2磁場與磁路的基本概念1.3電路中基本元件1.4電子元件1.5基本電路單元2008-7-15汽車電工電子基礎(chǔ)知識2008-7-151.1電路的基本知識1.1.1電路的組成電路是電流通過的路徑。電路是一些電氣設(shè)備，電器元件，按一定的方式組合起來，構(gòu)成的電流的通路。一般電路是由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)三部分組成。1.電源是提拱電能的裝置，它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。例如，干電池，發(fā)電機(jī)等。2.負(fù)載是取用電能的裝置，是各種用電設(shè)備的總稱．它把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量．例如：電燈、電爐、電動機(jī)等。3.導(dǎo)線、開關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)。用來傳送，分配電能，控制電路的通斷，保護(hù)電路安全正常運(yùn)行。燈泡發(fā)光電路圖2008-7-151.1電路的基本知識1.1.1電路的組成燈泡發(fā)光電1.1電路的基本知識1.1.2電路的基本物理量1．電流電荷的定向移動形成電流，正電荷和負(fù)電荷的定向移動都形成電流。在金屬導(dǎo)體中，電流是自由電子有規(guī)則的定向運(yùn)動形成。電流的大小用電流強(qiáng)度來表示。等于單位時間內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量，電流分兩種，即直流電流和交流電流。單位是安培，簡稱安，符號為A。2．電壓和電位電壓是電路中兩點(diǎn)之間的電位差，它反映電場力對電荷做功的能力，數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從電源的正極經(jīng)外電路移到負(fù)極所做的功。單位是伏特，簡稱伏，符號為V。在電路中任意選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做這一點(diǎn)（相對于參考點(diǎn)）的電位。參考點(diǎn)在電路圖中用符號“⊥”表示。在電氣設(shè)備和汽車中常用大地和機(jī)殼及汽車車身作為接地點(diǎn)。電位用符號V表示，如A點(diǎn)電位記作VA。注：電位與電壓的關(guān)系：（1）電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓。因此，離開參考點(diǎn)討論電位是沒有意義的。（2）參考點(diǎn)選的不同，電路中各點(diǎn)的電位值也不同，但是，任意兩點(diǎn)之間的電壓是不變的。所以，電路中各點(diǎn)的電位值的大小是相對的，而兩點(diǎn)之間的電壓值是絕對的。2008-7-151.1電路的基本知識1.1.2電路的基本物理量1.1電路的基本知識3．電動勢

非電場力把單位正電荷從電源內(nèi)部低電位b端移到高電位a端所做的功，稱為電動勢，用字母E表示。電動勢的單位與電壓相同，也用伏（V）表示。電動勢的極性和實(shí)際方向是客觀存在的。

4．電能與電功率

電流能使電燈發(fā)光、電動機(jī)轉(zhuǎn)動、電爐發(fā)熱，這些都說明電流通過電氣設(shè)備時做了功，消耗了電能，我們把電氣設(shè)備在工作時間消耗的電能（也稱為電功）用W表示，電能的單位是焦耳，簡稱焦（J）。電能的大小與通過電氣設(shè)備的電流和加在電氣設(shè)備兩端的電壓以及通過的時間成正比，即W=UIt電氣設(shè)備在單位時間內(nèi)消耗的電能稱為電功率，簡稱功率，用P表示，電功率的單位是瓦特，簡稱瓦（W）。即2008-7-151.1電路的基本知識3．電動勢2008-7-151.1電路的基本知識5．電阻與歐姆定律電路中具有阻礙電流通過的作用稱為電阻，電阻的單位為歐姆，簡稱歐。電路中流過電阻R的電流I與電阻兩端的電壓U成正比，這就是歐姆定律，其表達(dá)式如下：

1.1.3電路的工作狀態(tài)1.有載工作狀態(tài)在有負(fù)載的工作狀態(tài)下，負(fù)載電流的變化將引起端電壓的變化。在圖示電路中，當(dāng)開關(guān)合上之后，就是電路的有載工作狀態(tài)。

2008-7-151.1電路的基本知識5．電阻與歐姆1.1電路的基本知識電路中的電流為負(fù)載電阻兩端的電壓為2．開路狀態(tài)若圖示電路中的開關(guān)是斷開的，或者電流過大使熔斷器熔斷等，電路即處于開路狀態(tài)，又叫做斷路狀態(tài)或空載狀態(tài)。開路時，外電路的電阻對電源來說等于無窮大，因此電路中的電流為零。此時負(fù)載上的電流、電壓、功率都等于零。開路時電源的端電壓叫做開路電壓，用U表示。由于開路時電流I=0，故開路電壓等于電源電壓。2008-7-151.1電路的基本知識電路中的電流為2008-7-151.1電路的基本知識3．短路狀態(tài)

在正常狀態(tài)下工作的電路中，如果電路由于絕緣損壞或接線不當(dāng)或操作不慎等原因，使負(fù)載端或電源端造成電源線直接觸碰或搭接，則形成電路的短路狀態(tài)。電源和負(fù)載都被短路狀況如圖所示。此時，電流不再流經(jīng)負(fù)載，外電路的電阻對電源來講為零。短路電流為2008-7-151.1電路的基本知識3．短路狀態(tài)201.1電路的基本知識由于很小，所以短路電流很大，一般超過電源的額定電流許多倍，這樣大的電流不僅在內(nèi)阻上會產(chǎn)生很大的功率損失，使電源嚴(yán)重發(fā)熱，而且會產(chǎn)生很大的電磁力使設(shè)備發(fā)生機(jī)械損傷。短路后，負(fù)載上的電壓、電流和功率都為零，電源所產(chǎn)生的電能全部被內(nèi)阻所消耗。即短路通常是一種嚴(yán)重故障，應(yīng)該盡量防止。為此，電路中一般都要接入熔斷器或其他自動保護(hù)裝置，以便在發(fā)生短路時在規(guī)定的時限內(nèi)自動切斷故障電路與電源的聯(lián)系。

1.1.4電路中電阻的串聯(lián)與并聯(lián)1．串聯(lián)電路把電阻一個接一個地首尾依次連接起來，就組成串聯(lián)電路，如圖所示。2008-7-151.1電路的基本知識由于很小，所1.1電路的基本知識串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：（1）電路中各處的電流強(qiáng)度相等。（2）電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端的電壓之和。（3）串聯(lián)電路的總電阻等于各個電阻之和，即（4）串聯(lián)電路的電壓分配，串聯(lián)電路中各個電阻兩端的電壓與它的阻值成正比，即2008-7-151.1電路的基本知識串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：2008-7-1.1電路的基本知識2．并聯(lián)電路把兩個或兩個以上電阻接到電路中的兩點(diǎn)之間，電阻兩端承受的是同一個電壓的電路，叫做電阻并聯(lián)電路。圖示是三個電阻R1、R2、R3組成的并聯(lián)電路。并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：（1）電路中各支路兩端的電壓相等。（2）電路中的總電流強(qiáng)度等于各支路的電流強(qiáng)度之和。2008-7-151.1電路的基本知識2．并聯(lián)電路1.1電路的基本知識（3）并聯(lián)電路的總電阻，即這就是說，并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)，等于各個電阻的倒數(shù)之和。（4）并聯(lián)電路的電流分配，并聯(lián)電路中通過各個電阻的電流強(qiáng)度與它的阻值成反比。即2008-7-151.1電路的基本知識（3）并聯(lián)電路的總電阻，即2008-1.2磁場與磁路的基本概念

1.2.1磁場與電磁感應(yīng)1．磁場靜止不動的帶電粒子（電荷）周圍存在著電場，電場對靜止的電荷有電場力的作用。而運(yùn)動的電荷周圍不僅有電場，還有另一種看不見的物質(zhì)存在，這種由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的物質(zhì)叫磁場，磁場對運(yùn)動的電荷有力的作用。2．電流的磁效應(yīng)電流是電荷的運(yùn)動形成的，因此，電流的周圍就有磁場。（1）通電導(dǎo)體的磁場如果把磁場想象成布滿沿磁場方向的磁力線，通電導(dǎo)體周圍的磁場就是圍繞導(dǎo)體的同心圓，磁場的方向可用右手螺旋定則判定如圖所示。（2）線圈的磁場2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念11.2磁場與磁路的基本概念

線圈的磁場實(shí)際上是通電導(dǎo)體彎曲成螺旋狀時的另一種形式，磁場的分布形式和方向判定如圖所示。

通電直導(dǎo)體周圍的磁場螺旋線圈產(chǎn)生的磁場

3．磁場的基本物理量（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念線圈的磁場實(shí)際上1.2磁場與磁路的基本概念

磁場的重要特性之一就是磁場對磁場中的載流導(dǎo)體有力的作用（電磁力）。若把長度為、電流為的直導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方向放入一磁場中，如圖中(a)所示，則作用于導(dǎo)體上的電磁力與導(dǎo)體中通過的電流以及導(dǎo)體的長度成正比。力的方向和磁感應(yīng)線的方向以及電流的方向垂直，三者的關(guān)系可用左手定則來確定，如圖中(b)所示。若把同一載流導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方向放入不同的磁場中或同一磁場的不同位置中，電磁力的大小可能各不相同，而且磁場越強(qiáng)的地方電磁力也越大?？梢?，電磁力不僅與電流和導(dǎo)體的長度成正比，且與導(dǎo)體所在位置的磁場強(qiáng)弱有關(guān)。

(a)(b)2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念磁場的重要特性之1.2磁場與磁路的基本概念

磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個矢量。磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定則來確定，其大小可用公式來衡量。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T）。在工程計(jì)算中，有時，由于特斯拉單位太大，也常采用高斯（Gs）作為磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位。如果磁場內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相同，則這樣的磁場稱為均勻磁場。

（2）磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度B（如果不是均勻磁場，則取B的平均值）與垂直于磁場方向的面積S的乘積，稱為通過該面積的磁通，即

或2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念磁1.2磁場與磁路的基本概念（3）磁導(dǎo)率各種物質(zhì)在磁場中表現(xiàn)是不一樣的，有的會增強(qiáng)磁場，有的會削弱磁場，這主要與各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)。為了衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁性能而引入了磁導(dǎo)率這個物理量，用符號表示，它的物理單位是亨／米（）。經(jīng)測定，真空中的磁導(dǎo)率為一個常數(shù)，用表示，有（4）磁場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算在實(shí)際中往往很難求得，因?yàn)樗粌H與電流、導(dǎo)體的形狀、位置有關(guān)，而且還與物質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。為了方便地計(jì)算出B，我們引人了一個輔助物理量，稱為磁場強(qiáng)度，用符號H表示。磁場強(qiáng)度也是一個矢量，磁場中某點(diǎn)的磁場強(qiáng)度的方向即為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。磁場強(qiáng)度的引人不僅簡化了磁場計(jì)算，而且常用來分析鐵磁材料的磁化狀況。2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念（3）磁導(dǎo)率1.2磁場與磁路的基本概念1.2.2磁路的概念及基本定律

1.磁路磁路就是磁通通過的路徑。磁路實(shí)質(zhì)上是局限在一定路徑內(nèi)的磁場。磁路中的磁通由勵磁電流產(chǎn)生，經(jīng)過鐵心和空氣隙而閉合，如圖中（a）、（b）所示；也可由永久磁鐵產(chǎn)生，如圖中（c）所示。

2．磁路歐姆定律圖中為繞有線圈的鐵心，當(dāng)線圈中通入電流時，在鐵心中就會有磁通通過。實(shí)驗(yàn)可知，鐵心中的磁通與通過線圈的電流、線圈匝數(shù)、磁路的2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念1.2.2磁路的概1.2磁場與磁路的基本概念截面積及磁導(dǎo)率成正比，與磁路的長度成反比，即

1-通電線圈（磁源）；2-鐵心；3-空氣隙；4-磁路稱為磁通勢，由此而產(chǎn)生磁通；稱為磁阻，是表示磁路對磁通具有阻礙作用的物理量。上式可以與電路中的歐姆定律對應(yīng)，因而稱為磁路歐姆定律。

2008-7-151.2磁場與磁路的基本概念截面積及磁導(dǎo)率成正比，與磁1.3電路中的基本元件1.3.1電阻元件的基本特性電阻元件對電路中的電流具有阻礙作用，是耗能元件。電阻器簡稱電阻，它是電路元件中應(yīng)用最廣泛的一種，其質(zhì)量的好壞對電路工作的穩(wěn)定性有極大影響。電阻的主要要用途是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓，在電路中常用作于分流、分壓、濾波（與電容組合）、耦合、阻抗匹配、負(fù)載等，電阻用符號R表示。電阻的外形結(jié)構(gòu)示意圖1．電阻的分類（1）按電阻體的材料和結(jié)構(gòu)特征分有線繞電阻和非線繞電阻能及敏感電阻。（2）按電阻的用途分用通用電阻、精密電阻、高阻電阻、高壓電阻和高頻電阻等。2008-7-151.3電路中的基本元件1.3.1電阻元件的基本特性21.3電路中的基本元件2．電阻的伏安特性為:(a)(b)電阻元件及伏安特性3．汽車電路中電阻特性的應(yīng)用（1）點(diǎn)火線圈產(chǎn)生溫度。點(diǎn)火線圈中的電阻在工作時，電流流過點(diǎn)火線圈會產(chǎn)生熱量而使其溫度上升。（2）接觸不良造成電壓降。點(diǎn)火開關(guān)、線路連接端子及蓄電池導(dǎo)線接頭等接觸不良，就會具有一定的接觸電阻，接觸電阻產(chǎn)生的電壓降會使2008-7-151.3電路中的基本元件2．電阻的伏安特性為:20081.3電路中的基本元件用電設(shè)備的電壓降低，電流減小，造成用電設(shè)備工作不正?；虿荒芄ぷ?。（3）接觸不良造成溫升。電流經(jīng)過接觸電阻所產(chǎn)生的熱量，會使該接觸不良處溫度升高。1.3.2電容元件的基本特性電容器簡稱電容，它由兩個極板及它們之間的介質(zhì)組成?？梢詢Υ骐妶瞿芰?，電容元件本身不消耗能量。利用電容器充、放電和隔直、通交特性，在電路中常用于調(diào)諧、濾波、耦合、旁路、能量轉(zhuǎn)換等。電容器用符號表示。2008-7-151.3電路中的基本元件用電設(shè)備的電壓降低，電流減小，1.3電路中的基本元件1．電容器的分類（1）按其結(jié)構(gòu)分有固定電容器、半可變電容器、可變電容器三大類。（2）按電容器介質(zhì)材料分有電解電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器三大類。2．電容器的電壓、電流特性電容器是一種聚集電荷的元件，其聚集的電荷量與所加的電壓成正比，即電容是一種有“記憶”功能的元件。其電場能量的大小與電容量和電容兩端的電壓的關(guān)系如下：3．汽車電路中電容特性應(yīng)用（1）電容吸收自感電動勢。觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)分電器上的電容器并聯(lián)于斷電器觸點(diǎn)的兩端，這是利用電容電壓不能突變的特性來吸收點(diǎn)火線圈。2008-7-151.3電路中的基本元件1．電容器的分類2008-7-1.3電路中的基本元件

初級繞組的自感電勢，以減小觸點(diǎn)火花和提高次級電壓。（2）電容吸收高頻波。一些電子點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火線圈處接一個電容，用以吸收點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻振蕩波，以減小對無線電的干擾。（3）蓄電池的電壓安全保護(hù)作用。蓄電池相當(dāng)于一個大容量的電容，用它可以吸收電路中的瞬變過電壓，使電壓穩(wěn)定，對電路元件起到了保護(hù)作用。

1.3.3電感元件的基本特性電感器是用漆包線在絕緣骨架上繞制而成的一種能夠存儲磁場能量的電子元件。電感器是汽車電子線路的重要元件之一，它與電阻、電容、晶體管等元器件組合構(gòu)成各種功能的電子電路。在調(diào)諧、振蕩、耦合、匹配、濾波等電路中都是重要元件。電感器用符號L表示。2008-7-151.3電路中的基本元件初級繞組的自感電勢，以1.3電路中的基本元件1．電感線圈的分類（1）按電感線圈圈芯性質(zhì)分有空心線圈和帶磁芯的線圈。（2）按繞制方式不同分有單層線圈、多層線圈、蜂房線圈等。（3）按電感量變化情況分有固定電感和微調(diào)電感等。2．電感器的電壓、電流特性2008-7-151.3電路中的基本元件1．電感線圈的分類2008-71.3電路中的基本元件

如圖所示，當(dāng)通過線圈的電流發(fā)生變化時，由于穿過線圈的磁通也相應(yīng)地發(fā)生變化，因此在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，以表示，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，有

此式是電感元件的特性方程式。它表明：在某一時刻電感兩端的電壓只取決于該時刻的電流變化率，而與該時刻電流的大小無關(guān)。這一特性稱為電感的動態(tài)特性，故電感元件也稱為動態(tài)元件。電感也是一種有“記憶”功能的元件，其磁場能量的大小與電感量L和通過電感的電流I的關(guān)系如下：3．汽車電路中電感特性應(yīng)用（1）點(diǎn)火線圈儲存點(diǎn)火能量。（2）電感的自感電動勢造成過電壓。2008-7-151.3電路中的基本元件如圖所示，當(dāng)通過線1.3電路中的基本元件1.3.4變壓器變壓器是一種交流電壓變換成頻率相同而電壓不同的靜止電器設(shè)備，在汽車電子線路中應(yīng)用十分廣泛。1．變壓器的主要作用升壓和降壓、變換電流、變換阻抗和傳遞信息。如電子線路中的輸出變壓器、耦合變壓器。2．變壓器的分類（1）按變壓器的鐵心和線圈結(jié)構(gòu)分有芯式變壓器和殼式變壓器等，大功率變壓器以芯式結(jié)構(gòu)為多，小功率變壓器常采用殼式結(jié)構(gòu)。（2）按變壓器使用頻率分有高頻變壓器、中頻變壓器和低頻變壓器。2008-7-151.3電路中的基本元件1.3.41.3電路中的基本元件3．變壓器的檢測方法（1）外觀檢查。外觀檢查包括能夠看見摸得到的項(xiàng)目，如線圈引線是否脫焊，絕緣材料是否燒焦，機(jī)械是否損傷和表面破損等。（2）開路檢查。一般中、高頻變壓器的線圈圈數(shù)不多，其直流電阻應(yīng)很小，在零點(diǎn)幾歐姆至幾歐姆之間。音頻和電流變壓器由于線圈圈數(shù)較多，直流電阻可達(dá)幾百歐至幾千歐以上。用萬用表測變壓器的直流電阻只能初步判斷變壓器是否正常，還必須進(jìn)行短路檢查。（3）短路檢查。高頻變壓器的局部短路要用專門測量儀器判斷。中、高頻變壓器內(nèi)部局部短路時，表現(xiàn)為線圈的空載值下降，整機(jī)特性變壞。由于變壓器一、二次側(cè)之間是交流耦合，直流斷路的，如果變壓器兩繞組之間發(fā)生短路，會造成直流電壓直通，可用萬用表檢測出來。1.3.5繼電器繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號的變化來接通或斷開小電流電路的自動控制電器。繼電器在汽車中主要起著控制和保護(hù)電路的作用。繼電器一般由三個基本部分組成：檢測機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。檢測機(jī)構(gòu)的作用是接收外界輸入信號并將信號傳遞給中間機(jī)構(gòu)；中間機(jī)構(gòu)對信號的變化進(jìn)行判斷、物理量轉(zhuǎn)換、放大等；當(dāng)輸入信號變化到一定值時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一般是觸頭）動作，從而使其所控制的電路狀態(tài)發(fā)生變化，接通或斷開某部分電路，達(dá)到控制或保護(hù)的目的。汽車中常見的繼電器有電磁繼電器、干簧繼電器、雙金屬繼電器和電子繼電器。2008-7-151.3電路中的基本元件3．變壓器的1.3電路中的基本元件1．繼電器的工作原理（1）繼電器的保護(hù)工作原理該繼電器保護(hù)電路用于保護(hù)喇叭按鈕觸點(diǎn)。喇叭的工作電流較大，直接由喇叭按鈕控制，其觸點(diǎn)很容易燒壞。圖中的喇叭電路加了喇叭繼電器后，喇叭按鈕開關(guān)只控制繼電器線圈電路的通斷，由繼電器線圈通電產(chǎn)生的電磁力使繼電器觸點(diǎn)閉合，接通喇叭電路。喇叭按鈕只通過繼電器線圈較小的電流，使喇叭按鈕觸點(diǎn)不容易燒壞，使用壽命得以延長。2008-7-151.3電路中的基本元件1．繼電器1.3電路中的基本元件

（2）繼電器的自動控制電路原理該繼電器控制電路用于自動控制充電指示燈的亮起和熄滅，以提示充電系統(tǒng)工作是否正常。繼電器線圈連接發(fā)電機(jī)的中點(diǎn)接線柱（該接線柱電壓是發(fā)電機(jī)輸出端子電壓的1/2），繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在充電指示燈電路中。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常發(fā)電時，其中點(diǎn)電壓使繼電器線圈通電而打開觸點(diǎn)，充電指示燈自動熄滅，指示充電系統(tǒng)正常工作。當(dāng)接通點(diǎn)火開關(guān)而發(fā)動機(jī)未工作或發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障時，發(fā)電機(jī)中點(diǎn)電壓低或無，使繼電器線圈電流小或斷流，繼電器觸點(diǎn)在彈簧力作用下閉合，充電指示燈亮，指示充電系統(tǒng)未工作或有故障。2008-7-151.3電路中的基本元件（2）繼1.4電子元件

1.4.1PN結(jié)及其特性1、半導(dǎo)體的基本知識物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的不同，將其分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。半導(dǎo)體，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并且其導(dǎo)電能力是可以控制的。如硅、鍺以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等都是半導(dǎo)體。其中以硅和鍺半導(dǎo)體的生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，所以應(yīng)用較多。半導(dǎo)體的特征：

（1）雜敏性。半導(dǎo)體對雜質(zhì)很敏感。在半導(dǎo)體硅中只要摻入億分之一的硼（B），電阻率就會下降到原來的幾萬分之一。人們就用控制摻雜的方法，制造出各種不同性能、不同用途的半導(dǎo)體器件，如普通半導(dǎo)體二極管、三極管、晶閘管、電阻和電容等。在半導(dǎo)體中不同的部分摻入不同的雜質(zhì)就呈現(xiàn)不同的性能，再采用一些特殊工藝，將各種半導(dǎo)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接就可制成具有某一特定功能的電路—集成電路。

（2）熱敏性。半導(dǎo)體對溫度很敏感。溫度每升高10℃，半導(dǎo)體的電阻率就減小為原來的二分之一。這種特性對半導(dǎo)體器件的工作性能有許多不利的影響，利用這一特性可制成自動控制中有用的熱敏電阻。

（3）光敏性。半導(dǎo)體對光照很敏感。半導(dǎo)體受光照時，它的電阻率會顯著減小。自動控制中用的光電二極管、光電三極管和光敏電阻等，就是利用這一特性制成的。2008-7-151.4電子元件1.4.1P1.4電子元件2、P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體

（1）N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體（如硅、鍺均為四價元素）中摻入微量的五價元素（如磷），這將使半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大大增多，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體導(dǎo)電的主要導(dǎo)電方式，故稱它為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，而空穴則是少數(shù)載流子。

（2）P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價元素（如硼），這將使空穴的數(shù)目顯著增加，自由電子則相對很少。這種以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。應(yīng)當(dāng)指出，不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但是整個晶體仍然是不帶電的，對外不顯示電性。3、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦酝ǔＪ窃谝粔K晶片上，采取一定的摻雜工藝措施，在兩邊分別形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，它們的交界面就形成PN結(jié)，這PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，它是二極管、三極管、晶閘管以及半導(dǎo)體集成電路等半導(dǎo)體器件的核心部分。（1）PN結(jié)的形成2008-7-151.4電子元件2、P型半導(dǎo)1.4電子元件

圖示為一塊半導(dǎo)體左邊為P區(qū)右邊為N區(qū)，由于P區(qū)有大量空穴（濃度大）而N區(qū)的空穴極少（濃度?。?，因此空穴要從濃度大的P區(qū)向濃度小的N區(qū)擴(kuò)散。首先是交界面附近的空穴擴(kuò)散到N區(qū)，在交界面附近的P區(qū)留下一些帶負(fù)電的三價雜質(zhì)離子，形成負(fù)空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)的自由電子（濃度大）要向P區(qū)自由電子（濃度?。U(kuò)散，在交界面附近的N區(qū)留下帶正電的五價雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)。這樣，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面的兩側(cè)就形成了一個空間電荷區(qū)，這個空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。2008-7-151.4電子元件圖示為一塊1.4電子元件

正負(fù)空間電荷區(qū)在交界面處形成一個電場，稱為內(nèi)電場，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生空間電荷區(qū)與內(nèi)電場，內(nèi)電場又削弱擴(kuò)散運(yùn)動，產(chǎn)生漂移運(yùn)動。最后，擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡，即從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴數(shù)相等。此時空間電荷區(qū)的寬度及內(nèi)電場的強(qiáng)度均處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

如果在PN結(jié)上加上正向電壓，即P區(qū)接外電源的正極，N區(qū)接外電源的負(fù)極，如圖中（a）所示，稱為正向偏置（簡稱正偏）。這時外加電場與內(nèi)電場的方向相反，內(nèi)電場被削弱。PN結(jié)內(nèi)部擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動之間的平衡狀態(tài)被破壞，空間電荷區(qū)變窄，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，形成較大的從P區(qū)通過PN結(jié)流向N區(qū)的正向電流I。在一定范圍內(nèi)，外加電壓愈大，外電場愈強(qiáng)，正向電流I也愈大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。2008-7-151.4電子元件正負(fù)空間電荷1.4電子元件

如果給PN結(jié)外加反向電壓，稱為反向偏置（簡稱反偏），即P區(qū)接外電源負(fù)極，N區(qū)接外電源正極，如圖中(b)所示，這時外電場與內(nèi)電場方向相同。在外電場作用下，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動難以進(jìn)行。反向電流很小，近似等于零。PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。上述情況表明：在PN結(jié)上加正向電壓時，正向電流大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；在PN結(jié)上加反向電壓時，反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。就是說，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

1.4.2二極管1．二極管的結(jié)構(gòu)、符號和分類半導(dǎo)體二極管的種類很多，按材料來分，最常用的有硅管和鍺管兩種。2008-7-151.4電子元件如果給PN結(jié)外1.4電子元件點(diǎn)接觸型二極管其特點(diǎn)是結(jié)面積小，極間電容也很小，故不能承受較高的反向電壓和較大的電流，適用于高頻小功率場合應(yīng)用。點(diǎn)接觸型鍺二極管，常用于高頻檢波。面接觸型（或面結(jié)型）二極管的結(jié)面積大，極間電容也大，允許通過的正向電流大，適用于低頻大功率場合。面結(jié)型硅二極管常用于整流。2．二極管的伏安特性二極管實(shí)質(zhì)上就是一個PN結(jié)，它具有單向?qū)щ娦裕O管的伏安特性曲線如圖1-26所示。流過二級管的電流I與其端電壓U的關(guān)系稱為二極管的伏安特性曲線。2008-7-151.4電子元件點(diǎn)接觸型二極1.4電子元件正向伏安特性是指縱坐標(biāo)右側(cè)部分它的主要特點(diǎn)如下：

（1）正向特性當(dāng)正向電壓很小的時候，正向電流很小，幾乎為零，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)正向電壓超過一定數(shù)值（硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V）后，電流隨電壓的上升增長得很快，二極管電阻變得非常小，進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。這個一定數(shù)值的正向電壓就稱為死區(qū)電壓（門限電壓），其大小與管子的材料以及環(huán)境溫度有關(guān)。二極管導(dǎo)通后，正向電流和正向電壓是非線性關(guān)系，正向電流變化較大時，二極管兩端正向壓降幾乎為恒量，硅管的正向壓降約為0.7V，鍺管的正向壓降約為0.3V。(2)反向特性當(dāng)給二極管加反向電壓時，二極管的反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)基本上不隨反向電壓的變化而變化，此時二極管處于反向截止區(qū)，此處的反向電流值稱為反向飽和電流（鍺管的反向飽和電流比硅管大）。當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值后，反向電流會突然急劇增大，此時的現(xiàn)象稱為反向電擊穿，此時對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。通常加在二極管的反向電壓不允許超過反向電壓，否則二極管將失去單向?qū)щ娦院投O管的損壞（穩(wěn)壓二極管除外）。2008-7-151.4電子元件正向伏安特性是指縱坐標(biāo)1.4電子元件

1.4.3穩(wěn)壓管

1．穩(wěn)壓二極管的符號及其伏安特性曲線穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管。使用時，它的陰極接外加電壓的正極，陽極接外加電壓負(fù)極，管子反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性穩(wěn)定直流電壓。穩(wěn)壓二極管的正向特性與普通二極管相同，反向特性曲線比普通二極管更陡。二極管在反向擊穿狀態(tài)下，流過管子的電流變化很大，而兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓管正是利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的。

2008-7-151.4電子元件1.4.3穩(wěn)壓管1.4電子元件

2．穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源是采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定電壓，穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖所示。經(jīng)過整流電路和電容濾波得到直流電壓Ui，在經(jīng)過限流電阻和穩(wěn)壓管VDZ接到負(fù)載電阻RL，這樣負(fù)載上就得到比較穩(wěn)定的電壓。該電路的穩(wěn)壓原理是：當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時，必然引起整流濾波電路輸出電壓Ui升高，而Ui的升高又會引起輸出電壓UO（即UZ）的增大。由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性可知，UZ的增大，勢必引起IZ的較大增大，于是限流電阻R上的電流IR增大，R上電壓降也增大，這在很大程度上讓R承擔(dān)了Ui的變化，從而使UO基本上趨于穩(wěn)定（Ui↑→UO↑→IZ↑→I↑→UR↑→UO↓）。2008-7-151.4電子元件2．穩(wěn)壓電路201.4電子元件反之，當(dāng)Ui下降而引起變小時，也會引起IZ減小，R上電壓降UR減小，同樣保持了UO的基本穩(wěn)定。同理，當(dāng)負(fù)載電流IL變化（即RL變化），如IL增大，在Ui不變的情況下，勢必會引起UO（即UZ）的減小，使IL有較大的下降，因而保持了總電流IR（IR=IZ+IL）基本不變，使UL基本穩(wěn)定。

1.4.4三極管1．三極管的結(jié)構(gòu)和符號晶體管是由三層不同性質(zhì)的半導(dǎo)體組合而成的。按半導(dǎo)體的組合方式不同，可將其分為NPN型管和PNP型管。晶體管的圖形符號中的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時的電流方向。三極管為保證其電流放大作用，采取了如下結(jié)構(gòu)措施：（1）基區(qū)很薄，摻雜的濃度低，使其電子（N型）或空穴（P型）的數(shù)量少。（2）發(fā)射區(qū)摻雜的濃度高，一般高于集電區(qū)，比基區(qū)則高許多倍。2008-7-151.4電子元件反之，當(dāng)Ui下降1.4電子元件晶體管的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示：2008-7-151.4電子元件晶體管的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示：201.4電子元件2．三極管的電流放大原理下面以NPN型三極管為例，說明一下三極管的電流放大原理。如圖所示，發(fā)射結(jié)加正向電壓，而集電結(jié)加反向電壓。2008-7-151.4電子元件2．三極管的電1.4電子元件進(jìn)入集電區(qū)的自由電子被電源EC拉走，形成集成電極電流IC；電源不斷地向發(fā)射區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流IE；電源EC從基區(qū)拉走電子。形成了基極電流IB。由于基區(qū)的空穴數(shù)量很少，從發(fā)射區(qū)進(jìn)人基區(qū)的自由電子與基區(qū)的空穴復(fù)合的很少，而大量的是被集電結(jié)內(nèi)電場拉到了集電區(qū)，因此，。IC與IB的比值就是三極管的電流放大倍數(shù)。2008-7-151.4電子元件進(jìn)入集電區(qū)的自由1.4電子元件

3．三極管的特性（1）三極管的放大特性三極管級成的放大電路有共射、共集和共基。要使三極管工作在放大狀態(tài)，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，而與集射極電壓無關(guān)，如圖所示。

2008-7-151.4電子元件3．三極管的特性201.4電子元件

（2）三極管的開關(guān)特性三極管除了放大工作狀態(tài)外，還有截止工作狀態(tài)和飽和導(dǎo)通工作狀態(tài)，即三極管還具有開關(guān)特性。①三極管的截止?fàn)顟B(tài)。三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時C、E極之間近似于開路，相當(dāng)于開關(guān)斷開狀態(tài)，如圖所示。②三極管的飽和導(dǎo)通狀態(tài)。三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)時C、E極之間近似于短路，相當(dāng)于開關(guān)接通狀態(tài)，如圖所示。2008-7-151.4電子元件（2）三極管的1.4電子元件

1.4.5晶閘管（可控硅）1．晶閘管的結(jié)構(gòu)我國目前生產(chǎn)的晶閘管，從外形上來分有兩種形式：螺栓式和平板式。晶閘管內(nèi)部是由三個PN結(jié)組成，可以把它中間的N1和P2分為兩部分，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管，如圖所示。2008-7-151.4電子元件1.4.5晶閘1.4電子元件2．晶閘管的導(dǎo)通原理

晶閘管工作時，它的陽極和陰極分別與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路；晶閘管的門極和陰極與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。如圖所示的是晶閘管的實(shí)驗(yàn)電路，主電源EA和門極電源EG通過雙刀雙擲開關(guān)S1和S2可正向或反向作用于晶閘管的有關(guān)電極，主電路的通斷由燈泡顯示。

由實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：（1）當(dāng)晶閘管承受反向陽極電壓時，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。2008-7-151.4電子元件2．晶閘管1.4電子元件

（2）當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓時，晶閘管才能被導(dǎo)通，即從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)必須同時具備正向陽極電壓和正向門極電壓兩個條件。（3）晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要仍有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管仍保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去控制作用。（4）晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主電路電壓（或電流）減小到接近零時，晶閘管關(guān)斷。從晶閘管實(shí)驗(yàn)中，我們可得到晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的條件。1.4.6集成電路集成電路它是把多個元器件相互連接在一起，并且同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組合成一個不可分割的整體。1．集成電路的外形結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體集成電路是利用硅平面工藝技術(shù)，把具有某種功能的電路元件，如電阻、電容、二極管、三極管以及它們的連線都集中制作在一小塊硅片上。這樣，不但縮小了電路的體積和重量，降低了成本，而且大大提高了電路工作的可靠性，減輕了組裝和調(diào)試的工作量。2008-7-151.4電子元件（2）當(dāng)晶閘管1.4電子元件把小硅片電路及引線封裝在金屬或塑料外殼內(nèi)，只露出外引線，這就是集成電路，如圖所示。它看上去是個器件，實(shí)際上是一個電路系統(tǒng)，它把元件和電路一體化了，集成電路又稱固體電路。

2008-7-151.4電子元件把小硅片電1.4電子元件2．集成電路的分類集成電路可按制作工藝、功能和集成規(guī)模的不同進(jìn)行分類。①按制作工藝，集成電路分為集成電路半導(dǎo)體集成電路薄膜集成電路混合集成電路雙極型集成電路MOS集成電路2008-7-151.4電子元件2．集成電路的分類集成電路半導(dǎo)體集成電1.4電子元件②按功能性質(zhì)，集成電路分為③按集成規(guī)模，集成電路分為集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路微波集成電路線性集成電路非線性集成電路集成電路小集成電路集成電路大集成電路中集成電路2008-7-151.4電子元件②按功能性質(zhì)，集成電路分為集成電路數(shù)字1.4電子元件3．集成電路特點(diǎn)（1）體積小，重量輕。（2）可靠性高，壽命長。（3）速度高，功耗低。（4）成本低。2008-7-151.4電子元件3．集成電路特點(diǎn)2008-7-151.5基本電路單元

1.5.1R－C電路單元如圖所示為典型的R—C電路單元及其電壓、電流特性曲線。從圖中可見，雖然電容C的電流可以突變，即在開關(guān)S閉合的瞬間（t=0）,電流可以從零跳躍到最大值圖（c），但C兩端的電壓卻不能突變，必須經(jīng)過一定的時間才能達(dá)到電源電壓。這個過程稱為電路的過渡過程。通常定義當(dāng)電壓達(dá)到63％的電源電壓時所需的時間為R—C電路的時間常數(shù)，這個常數(shù)在數(shù)值上為：汽車的電子電路，在刮水器間歇控制、電喇叭、防盜裝置中常利用這個單元作延時或振蕩之用，也常用于點(diǎn)火性能的改善。2008-7-151.5基本電路單元1.5.11.5基本電路單元

1.5.2L—R電路單元如圖所示，在直流回路中，電感兩端的電壓雖然可以突變，但電流卻不可以突變（點(diǎn)火線圈正是利用這一原理工作的）。同理，將電流上升到飽和值E／R的63％時，所需要的時間為L—R電路的時間常數(shù)：

分析點(diǎn)火系性能時，常利用這一電路單元。汽車電路中也常見其用于電路扼流、濾波、抗干擾等。2008-7-151.5基本電路單元1.5.21.5基本電路單元1.5.3L—R—C電路單元 如圖所示，可見該單元的參數(shù)不同而可以有各種過渡狀態(tài)。在一定條件下，點(diǎn)火系統(tǒng)的電路單元可以簡化為這一回路。需要指出的是，圖（b）中所示的振蕩