汽車電工電子基礎(chǔ) 第2版 教學(xué)大綱 任務(wù)一 認(rèn)知與檢測(cè)常用的二極管

福建工業(yè)學(xué)校電子講義第15頁(yè)共15頁(yè)模塊四常見(jiàn)半導(dǎo)體器件任務(wù)一認(rèn)知與檢測(cè)常用的二極管【任務(wù)目標(biāo)】知識(shí)目標(biāo)：了解二極管的結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)、引腳、伏安特性、單向?qū)щ娦?；了解硅穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管、光電二極管、變?nèi)荻O管等特殊二極管的外形特征、功能和實(shí)際應(yīng)用。核心素養(yǎng)：通過(guò)實(shí)踐操作，養(yǎng)成認(rèn)真記錄、規(guī)范操作和嚴(yán)謹(jǐn)分析的職業(yè)習(xí)慣。技能目標(biāo)：辨析各種不同類型的二極管；能用萬(wàn)用表判別二極管的極性和質(zhì)量?jī)?yōu)劣。建議課時(shí)：4課時(shí)?！救蝿?wù)描述】二極管在汽車當(dāng)中有著廣泛的應(yīng)用，通過(guò)任務(wù)實(shí)施認(rèn)識(shí)二極管，了解二極管的結(jié)構(gòu)和基本特性，熟悉其功能以及實(shí)際應(yīng)用，學(xué)會(huì)檢測(cè)二極管的極性，并能夠判別其好壞?！救蝿?wù)實(shí)施】二極管識(shí)別與檢測(cè)。一、器材所需器材如表4-1所示。序號(hào) 名 稱 實(shí)物圖序號(hào) 名 稱 實(shí)物圖1普通二極管3數(shù)字萬(wàn)用表表4-1二極管識(shí)別檢測(cè)所需器材2發(fā)光二極管4模擬萬(wàn)用表二、分別使用數(shù)字和模擬萬(wàn)用表檢測(cè)二極管步驟1．認(rèn)識(shí)各種二極管把不同的外觀的二極管分別分給各小組，請(qǐng)各小組根據(jù)表4-2所示的二極管外形，了解所分到的各二極管外種類，并記錄下來(lái)。表4-2不同用途的二極管種 類 外 形 符 號(hào) 用 途整流二極管多用于整流電路中，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電開(kāi)關(guān)二極管多用于邏輯電路中，起開(kāi)關(guān)作用檢波二極管用于檢波電路中穩(wěn)壓二極管用于電路中需要穩(wěn)壓的部分發(fā)光二極管用于電氣設(shè)備指示燈等光電二極管多用于遙控接收器和工業(yè)自動(dòng)控制的檢測(cè)元件變?nèi)荻O管多用于電調(diào)諧、自動(dòng)頻率調(diào)整、穩(wěn)頻電路中二極管有兩條從密封的管體上引出的電極引線，我們稱之為正極（或陽(yáng)極）和負(fù)極（或陰極），管體外殼的標(biāo)記通常表示負(fù)極。外形如圖4-2所示。在電路當(dāng)中，我們通常用圖4-3的符號(hào)來(lái)表示二極管。（+）正極（（+）正極（—）負(fù)極圖4-2二極管的外形圖4-3二極管的符號(hào)2．用模擬（指針式）萬(wàn)用表測(cè)量各二極管正反向電阻，并判別極性1）檔位選擇。將模擬萬(wàn)用表置于R×lk（或R×100）2）調(diào)零。調(diào)節(jié)歐姆調(diào)節(jié)旋鈕，使指針指到0Ω處。注意：每次換檔之后都要進(jìn)行調(diào)零。具體操作如圖4-4所示。圖4-4萬(wàn)用表調(diào)零3）模擬萬(wàn)用表測(cè)試二極管極性。先用紅、黑表筆任意測(cè)量二極管兩端子間的電阻值，然后交換表筆再測(cè)量一次，如果二極管是好的，兩次測(cè)量結(jié)果必定出現(xiàn)一大一小，如圖4-5所示。以阻值較小的一次測(cè)量為準(zhǔn)，模擬萬(wàn)用表黑表筆所接的一端為二極管正極，紅表筆所接的一端則為二極管負(fù)極。圖4-5 模擬萬(wàn)用表測(cè)試二極管極性ａ）阻值大b）阻值小4）記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。萬(wàn)用表黑表筆對(duì)著陽(yáng)極，紅表筆對(duì)著陰極，萬(wàn)用表顯示_______________。萬(wàn)用表黑表筆對(duì)著陰極，紅表筆對(duì)著陽(yáng)極，萬(wàn)用表顯示______________。3.用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量二極管的極性1）測(cè)量：將數(shù)字萬(wàn)用表置于二極管檔位，紅表筆接二極管陽(yáng)極，黑表筆接陰極，可顯示二極管的正向壓降，如圖4-6a）所示，正常應(yīng)顯示零點(diǎn)幾的數(shù)字（硅材料為0.5~0.8V，鍺材料為0.15~0.3V）。此時(shí)所顯示的讀數(shù)“522”，其含義是二極管導(dǎo)通電壓為“0.522V”；若紅黑表筆對(duì)調(diào)，再次測(cè)量，如圖4-6b）所示，顯示屏顯示數(shù)值為“1”，表示二極管截止。圖4-6 數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試二極管極性ａ）有數(shù)值顯示“522”b）顯示數(shù)值仍為“1”2）記錄：數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆對(duì)著陽(yáng)極，黑表筆對(duì)著陰極，顯示數(shù)字_______________數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆對(duì)著陰極，紅表筆對(duì)著陽(yáng)極，顯示梳子_______________4．結(jié)論通過(guò)測(cè)量不難發(fā)現(xiàn)，二極管正向?qū)ǎ娮韬苄。聪蚪刂梗娮璺浅４螅?，我們將這一特性稱之為二極管的單向?qū)щ娦浴Ｈ绻O管測(cè)量出的結(jié)果如表4-3所示，則表示二極管異常。表4-3鑒別質(zhì)量好壞序 號(hào)測(cè)量現(xiàn)象參考結(jié)果分析測(cè)量記錄１正向電測(cè)量壓降為0V反向電測(cè)量壓降也為0V二極管擊穿短路，損壞２11二極管開(kāi)路，損壞３一個(gè)測(cè)量壓降小于1，一個(gè)測(cè)量壓降為1二極管正常４兩個(gè)測(cè)量壓降小于1，很接近失去單向?qū)щ娦?，損壞5．認(rèn)識(shí)二極管單向?qū)щ姲凑請(qǐng)D4-7所示電路連接元件，電路中用燈亮或不亮，來(lái)判別電路導(dǎo)通或不通。在圖a中，給二極管兩端加一定的正向電壓（正極電位＞負(fù)極電位），發(fā)現(xiàn)燈亮，表明二極管導(dǎo)通；b圖中，給二極管加反向電壓（正極電位＜負(fù)極電位），發(fā)現(xiàn)燈不亮，二極管截止。這就是晶體二極管的單向?qū)щ娦栽趯?shí)際電路當(dāng)中的效果。因此，汽車電路當(dāng)中，二極管經(jīng)常被當(dāng)作“電子開(kāi)關(guān)”來(lái)使用，它有著無(wú)觸點(diǎn)火花、工作壽命常、易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。圖4-7 二極管的單向?qū)щ娦詀）燈亮b）燈不亮想一想 為什么二極管能夠單向?qū)щ娔?？它又有著怎樣的?nèi)部結(jié)構(gòu)呢？【檢測(cè)評(píng)價(jià)】檢測(cè)評(píng)價(jià)如表4-4所示。表4-4檢測(cè)評(píng)價(jià)序號(hào)實(shí)操活動(dòng)步驟評(píng)分細(xì)則分值得分1準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工具器材器材和工具準(zhǔn)備齊全52認(rèn)識(shí)二極管依次認(rèn)識(shí)各二極管正確判別二極管類型103用模擬萬(wàn)用表測(cè)量二極管測(cè)量二極管萬(wàn)用表操作規(guī)范204用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量二極管測(cè)量二極管萬(wàn)用表操作規(guī)范205鑒別二極管質(zhì)量好壞檢測(cè)二極管好壞正確使用模擬和數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)二極管206素養(yǎng)提升工匠精神規(guī)范使用儀器儀表，認(rèn)真對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與判斷10安全文明生產(chǎn)按指導(dǎo)教師要求操作，操作完畢，把器件、工具和萬(wàn)用表歸位，并進(jìn)行工位清潔和整理107時(shí)間限制25min超時(shí)3min扣1分，超時(shí)5min扣5分5合計(jì)100說(shuō)明：每項(xiàng)分都是扣完為止【知識(shí)鏈接】一、半導(dǎo)體基本知識(shí)1．半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體是指電導(dǎo)能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。常見(jiàn)的半導(dǎo)體主要由硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）等材料制成。硅晶體內(nèi)部是由單個(gè)硅原子構(gòu)成的固態(tài)結(jié)構(gòu)，每個(gè)原子的外部電子殼內(nèi)都有4個(gè)電子，如圖4-8所示。原子各個(gè)方向上都有一個(gè)電子與相鄰元素的相應(yīng)電子相連，與其形成穩(wěn)定的電子化合物。因此，純硅在固態(tài)形式下形成晶格，其電阻較高，是一種不良導(dǎo)體。為了有目的地影響或控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，通過(guò)加入更高或更低化合價(jià)的雜質(zhì)，這一過(guò)程稱為“摻雜”。在室溫條件下半導(dǎo)體的導(dǎo)電性很低。半導(dǎo)體受到熱、光、電壓形式的能量或磁能影響時(shí)，其導(dǎo)電能力就會(huì)發(fā)生變化。由于半導(dǎo)體對(duì)壓力、溫度和光線很敏感，因此，在汽車上也是理想的傳感器材料。圖4-8硅原子基本結(jié)構(gòu)2．雜質(zhì)半導(dǎo)體（1）N型摻雜將一個(gè)五價(jià)元素（例如磷）作為雜質(zhì)加入一個(gè)硅晶體內(nèi)時(shí)，磷原子可以順利地加入硅晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)。雖然磷原子有五個(gè)電子，但其中只有四個(gè)電子能與相鄰的硅原子形成穩(wěn)定的電子對(duì)連接。也就是說(shuō)還剩余一個(gè)自由電子，可以使得導(dǎo)電性能大大提升。以這種方式摻雜形成的晶體為N型半導(dǎo)體。如圖4-9a所示。（2）P型摻雜向一個(gè)硅晶體內(nèi)加入一個(gè)三價(jià)元素（例如硼）的雜質(zhì)。一個(gè)硼原子的最外側(cè)電子軌道上有三個(gè)電子，但需要四個(gè)電子與其四個(gè)相鄰元素形成穩(wěn)定的電子對(duì)連接。在缺少一個(gè)電子的部位留下了一個(gè)“洞”，這個(gè)“空位”，我們稱之為空穴?？昭ê苋菀自俅挝针娮樱员阒匦逻_(dá)到中性狀態(tài)，導(dǎo)電能力也因此得到提升。摻雜后帶有這種空穴的晶體稱為P型半導(dǎo)體。如圖4-9b所示。圖4-9 雜質(zhì)半導(dǎo)體a）N型半導(dǎo)體b）P型半導(dǎo)體3．PN結(jié)將采用不同的摻雜方式所得到的兩種半導(dǎo)體，P型和N型半導(dǎo)體以一定的工藝結(jié)合在一起，在兩種材料之間就會(huì)形成一個(gè)邊界層，稱為PN結(jié)。如圖4-10所示。圖4-10PN結(jié)內(nèi)部電子和空穴的運(yùn)動(dòng)受環(huán)境熱量的影響，兩個(gè)區(qū)域邊界層上的電子由N型半導(dǎo)體移入P型半導(dǎo)體，并填補(bǔ)那里的空穴。同時(shí)在N型半導(dǎo)體內(nèi)留下空穴。這樣就在P型與N型半導(dǎo)體之間的邊界處形成了一個(gè)空間電荷區(qū)。如果電壓電源正極連接在N型半導(dǎo)體上，負(fù)極連接在P型半導(dǎo)體上，N型摻雜半導(dǎo)體中多余的電子就會(huì)通過(guò)電源進(jìn)入P型摻雜半導(dǎo)體的空穴內(nèi)。這樣邊界層就會(huì)擴(kuò)大，且沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)硅晶體。如圖4-11a。此時(shí)，PN結(jié)出現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)。a）b）圖4-11 PN結(jié)外加電壓時(shí)的內(nèi)部工作狀態(tài)a）截止方向（反向）電壓b）導(dǎo)通方向（正向）電壓相反，如果左側(cè)連接電壓電源負(fù)極，右側(cè)連接正極，那么經(jīng)過(guò)N型摻雜邊界層就會(huì)從電壓電源獲得大量電子，而P型摻雜邊界層的電子則被吸收，從而在N型摻雜邊界層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)更多的剩余電子，而右側(cè)區(qū)域內(nèi)則會(huì)出現(xiàn)更多的空穴。這樣絕緣層就會(huì)完全消失并有電流流過(guò)。如圖4-11b）。此時(shí)，PN結(jié)出現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)?？傊?，PN結(jié)作為整流器（二極管）允許電流朝一個(gè)方向流動(dòng)并阻止其向另一個(gè)方向流動(dòng)，這與單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)論一致。二、判別二極管的極性二極管極性的識(shí)別很簡(jiǎn)單，可以通過(guò)外殼上的標(biāo)志進(jìn)行判別。小功率二極管的N極（負(fù)極），在二極管表大多采用一種色圈標(biāo)出來(lái)，有些二極管也用二極管專用符號(hào)標(biāo)志為“P”“N”來(lái)確定二極管極性的，發(fā)光二極管的正負(fù)極可從引腳長(zhǎng)短來(lái)識(shí)別，長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)。若無(wú)法看出極性，可采用模擬萬(wàn)用表或數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)判別。

1）從外殼的形狀上的圖形符號(hào)上看，如圖4-16所示。圖形符號(hào)印在外殼上圖形符號(hào)印在外殼上圖4-12外殼的形狀上的圖形符號(hào)上看極性2）用色環(huán)來(lái)標(biāo)志電極，如圖4-13所示。有色標(biāo)的一端為二極管的負(fù)極有色標(biāo)的一端為二極管的負(fù)極如圖4-13用色環(huán)標(biāo)志看極性三、二極管的伏安特性二極管是一個(gè)二端元件，它不同于電阻一類的二端元件，有其正反向工作特性，我們可以通過(guò)圖4-14所示的圖形來(lái)認(rèn)識(shí)一下它的電流與其兩端電壓之間的關(guān)系，即伏安特性。1）正向特性：正向特性表現(xiàn)為圖4-14中的OC段。當(dāng)正向電壓較小，正向電流幾乎為零，此工作區(qū)域稱為死區(qū)，對(duì)應(yīng)的電壓為死區(qū)電壓（硅管約為0.4-0.5V，鍺管約為0.2V）。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流便迅速增長(zhǎng),二極管正向?qū)?。?duì)應(yīng)的正偏電壓：硅管約為0.6-0.7V，鍺管約為0.3V。2）反向特性：反向特性表現(xiàn)為如圖4-14中的OD段。由于是少數(shù)載流形成反向飽和電流，所以其數(shù)值很小，此