汽車電工電子基礎課件

單元五

常用半導體元件及應用一、半導體基礎知識二、半導體二極管四、晶閘管五、單相整流電路六、汽車交流發(fā)電機整流電路單元小結三、半導體三極管返回七、基本放大電路八、集成運算放大器學習目標完成本單元學習后，你應能：1.正確描述半導體的概念，理解PN結的單向導電性能；2.掌握二極管與三極管的結構、符號、特性及主要參數；3.正確使用萬用表檢測判斷二極管與三極管的好壞；4.了解二極管與三極管的實際應用，了解普通晶閘管的結構及性能；5.掌握整流電路的組成及工作原理；6.敘述放大電路的基本組成、各元件的作用及正常工作的條件，分析簡單的放大電路；7.闡述集成運算放大器的基本組成和用途。建議學時：14學時目錄頁前一頁一、半導體基礎知識半導體是導電性能介于導體和絕緣體之間的物質。純凈的半導體又稱本征半導體，其原子都按一定規(guī)律整齊排列，因此都成晶體結構。在本征半導體中摻入不同的微量元素，就會得到導電性質不同的半導體材料：空穴型半導體（又稱P型半導體）、電子型半導體（又稱N型半導體）。目錄頁前一頁通過一定的工藝把P型半導體和N型半導體結合在一起，在它們的交界處就會形成PN結。PN結是構成各種半導體元件的基礎。將PN結經特殊封裝并加上相應的電極引線，就制成了半導體二極管。在一塊半導體基片上用一定的工藝方法形成兩個PN結，經特殊封裝并加上相應的電極引線，則制成了半導體三極管。目錄頁前一頁二、半導體二極管1.普通二極管的工作特性2.普通二極管的主要參數3.普通二極管性能與極性的判斷4.不同用途的半導體二極管及其應用目錄頁前一頁二極管的外形及圖形符號a）外形；b）圖形符號目錄頁前一頁1.普通二極管的工作特性1）二極管具有正向導通特性2）二極管具有反向截止特性3）二極管具有反向擊穿特性目錄頁前一頁二極管的工作特性a）正向導通；b）反向截止；c）特性曲線目錄頁前一頁2.普通二極管的主要參數1）最大正向電流2）最高反向工作電壓3）正向管壓降目錄頁前一頁3.普通二極管性能與極性的判斷1）性能（好壞）的判斷2）極性的判斷目錄頁前一頁1）性能（好壞）的判斷（1）將指針式萬用表的旋鈕撥到電阻R×100或R×

1k，用萬用表的黑、紅表筆分別接二極管的兩極測量一次，然后交換兩表筆的位置再測量一次，如果兩次測得電阻值為一大一小，就表明該二極管是好的；若兩次測得電阻值均達，則表明該二極管已斷路；若兩次測得電阻值均小，就表明該二極管已被擊穿短路。目錄頁前一頁（2）將數字式萬用表的旋鈕撥到測二極管位置，如下頁圖所示，示數為一個方向0.5～0.7V，另一方向電壓較高時，表明二極管是好的。（3）將二極管與一只汽車燈泡串聯，再和蓄電池連接成回路，然后把二極管調過頭再連接一次。如果燈泡一次亮一次不亮，則表明二極管是好的。目錄頁前一頁二極管的性能判斷目錄頁前一頁2）極性的判斷在測量二極管的好壞過程中，當測得電阻值較小時，紅表筆與之相接的電極為二極管的負極，黑表筆與之相接的電極為二極管的正極；相反，當測得電阻值較大時，紅表筆與之相接的電極為二極管的正極，黑表筆與之相接的電極為二極管的負極。目錄頁前一頁4.不同用途的半導體二極管及其應用1）整流二極管2）穩(wěn)壓二極管3）發(fā)光二極管4）光電二極管目錄頁前一頁想一想通常出租車在無乘客乘坐時，儀表臺上的空車標示燈會顯示“空”，這個標示燈除了用燈泡顯示外，還可以用哪種二極管進行顯示？目錄頁前一頁三、半導體三極管1.半導體三極管的基本結構2.半導體三極管的3種工作狀態(tài)3.半導體三極管的主要參數4.半導體三極管的簡易判別5.半導體三極管的應用目錄頁前一頁1.半導體三極管的基本結構半導體三極管的結構、符號和外形a）結構；b）符號；c）外形目錄頁前一頁2.半導體三極管的3種工作狀態(tài)1）三極管的截止狀態(tài)2）三極管的放大狀態(tài)3）三極管的飽和狀態(tài)目錄頁前一頁三極管實驗電路（相應數據見表5-1）目錄頁前一頁1）三極管的截止狀態(tài)當三極管基極電流Ib=0，發(fā)射結處于反向偏置或零偏置時，基極相當于開路，Ic約為零。通常把這種Ib=0、Ic=0的工作狀態(tài)稱為三極管的截止狀態(tài)。目錄頁前一頁2）三極管的放大狀態(tài)當三極管基極電位升高，使發(fā)射結處于正向偏置，集電結反向偏置時，各電極的電流分配關系是：發(fā)射極電流Ie等于基極電流Ib與集電極電流Ic之和，即目錄頁前一頁3）三極管的飽和狀態(tài)當三極管基極電位升高使發(fā)射結和集電結都處于正偏時，三極管集電極電流Ic受集電結回路最大供電能力的限制，不再與基極電流成比例增長。三極管的這種工作狀態(tài)稱為三極管的飽和狀態(tài)。目錄頁前一頁3.半導體三極管的主要參數1）特性參數（1）電流放大系數β。（2）穿透電流Iceo。2）極限參數（1）集電極最大允許電流。（2）集–射極反向擊穿電壓。（3）集電極最大耗散功率。目錄頁前一頁4.半導體三極管的簡易判別1）NPN型和PNP型管子的判別2）好壞的判別3）放大系數β的估計目錄頁前一頁三極管的簡易測試a）型號判別；b）好壞判別；c）放大系數估計目錄頁前一頁5.半導體三極管的應用半導體三極管在3種不同工作狀態(tài)時有不同的性能。半導體三極管在實際使用時通常有兩種類型：模擬電子技術的應用數字電子技術的應用目錄頁前一頁想一想汽車電子點火系統中采用半導體三極管來接通和斷開點火線圈初級電路，是利用三極管的什么特性來進行工作的？目錄頁前一頁四、晶閘管1.晶閘管的結構2.晶閘管的可控單向導電性3.晶閘管的應用目錄頁前一頁1.晶閘管的結構晶閘管的外形及符號目錄頁前一頁2.晶閘管的可控單向導電性晶閘管的實驗電路如圖所示（實驗結果見表5-2）。目錄頁前一頁晶閘管導通及關斷條件：1）導通條件在晶閘管的陽極加正向電壓的同時，在門極也加適當的正向電壓。兩者缺一不可。2）關斷條件只有改變陽極電壓才能使晶閘管關斷。在晶閘管的陽極加反向電壓，或去掉陽極正向電壓，或增大可變電阻阻值讓主電路的電流下降到一定值以下都可使晶閘管關斷。目錄頁前一頁3.晶閘管的應用晶閘管具有容量大、效率高、控制靈活和壽命長等優(yōu)點，它是大功率電能變化與控制的理想元件。目錄頁前一頁五、單相整流電路1.單相半波整流電路2.單相全波整流電路目錄頁前一頁1.單相半波整流電路目錄頁前一頁單相半波整流電路的電壓和電流波形a）電源電壓；b）負載電壓電流目錄頁前一頁2.單相全波整流電路單相全波整流電路也稱為單相橋式全波整流電路。目錄頁前一頁單相橋式全波整流電路及電壓和電流波形a）整流電路；b）整流電路的簡化畫法；c）整流電路的電壓及電流波形目錄頁前一頁六、汽車交流發(fā)電機整流電路汽車交流發(fā)電機定子繞組產生的三相交流電經過整流電路整流后轉變?yōu)橹绷麟妼ν廨敵?。目錄頁前一頁三相橋式整流電路及電壓波形a）整流電路；b）電壓波形目錄頁前一頁七、基本放大電路1.共發(fā)射極放大電路2.放大電路的工作點穩(wěn)定問題目錄頁前一頁1.共發(fā)射極放大電路1）電路的組成及其放大作用2）放大電路的靜態(tài)3）放大電路的動態(tài)4）放大電路的工作情況目錄頁前一頁三極管在電路中的3種基本連接方式a）共發(fā)射極接法；b）共集電極接法；c）共基極接法目錄頁前一頁1）電路的組成及其放大作用共發(fā)射極放大電路目錄頁前一頁電路中各組成元件的作用：（1）三極管V。（2）直流電源E。（3）集電極電阻Rc。（4）基極偏置電阻Rb。（5）耦合電容C1、C2。目錄頁前一頁2）放大電路的靜態(tài)當放大電路沒有輸入信號時，電路中各處的電壓、電流都是不變的直流，稱為直流工作狀態(tài)或靜態(tài)。目錄頁前一頁3）放大電路的動態(tài)當電路加上輸入信號后，電路中各處的電壓、電流均在靜態(tài)值的基礎上產生相應的變化，稱之為動態(tài)。目錄頁前一頁4）放大電路的工作情況未加輸入信號時，三極管各電極間的電壓和各電極電流為恒定的滯留量；加輸入信號后，都在原來靜態(tài)的基礎上，又疊加了一個交流量。輸出電壓的值比輸入電壓的值大許多，而且為同頻率的正弦波。共射極電路具有倒相作用，這是共發(fā)射極放大電路的一個重要特性。目錄頁前一頁2.放大電路的工作點穩(wěn)定問題靜態(tài)工作點在放大電路中是很重要的，它不僅關系到波形失真，而且對電壓增益也有重要影響，所以在放大電路中，為獲得較好的性能，必須設置一個合適的靜態(tài)工作點。目錄頁前一頁分壓偏置電路目錄頁前一頁八、集成運算放大器1.集成運算放大器的組成2.集成運放的符號與基本特性3.集成運放在汽車上的應用舉例目錄頁前一頁1.集成運算放大器的組成集成運放的基本組成主要有輸入級、中間放大、輸出級和偏置電路4部分。集成運放組成方框圖目錄頁前一頁2.集成運放的符號與基本特性1）集成運放的符號2）理想運算放大器及其基本特性目錄頁前一頁1）集成運放的符號集成運算放大器的圖形符號a）集成運放的圖形符號；b）國際常用表示符號目錄頁前一頁2）理想運算放大器及其基本特性集成運放的電壓傳輸特性a）運放的電壓傳輸特性；b）理想運放的電壓傳輸特性目錄頁前一頁3.集成運放在汽車上的應用舉例1）電橋放大電路2）集成運放在幅值比較方面的應用目錄頁前一頁1）電橋放大電路由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和云端放大器構成的電橋都稱為電橋放大電路。它應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器等，經常通過電橋轉換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放大，或由傳感器和運算放大器直接構成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。目錄頁前一頁2）集成運放在幅值比較方面的應用（1）簡單電壓比較器。（2）過零比較器。（3）簡單電壓比較器在汽車電子電路中的應用。目錄頁前一頁集成運放工作在非線性區(qū)時，可構成幅值比較器（電壓比較器）。其功能是對送到集成運放輸入端的兩個信號進行比較，并在輸出端以高、低電平的形式得到比較結果。比較器最常見的應用電路有3種形式：簡單電壓比較器滯回電壓比較器窗口比較器目錄頁前一頁（1）簡單電壓比較器。電壓比較器電路及傳輸特性a）反向單門限比較器；b）同向單門限比較器目錄頁前一頁（2）過零比較器。a）反相輸入；b）同相輸入目錄頁前一頁（3）簡單電壓比較器在汽車電子電路中的應用。①氧傳感器通過電壓比較器與ECU之間進行信號傳遞。②蓄電池電壓過低報警電路。目錄頁前一頁①氧傳感器通過電壓比較器與ECU之間進行信號傳遞。目錄頁前一頁②蓄電池電壓過低報警電路。目錄頁前一頁單元小結1.半導體是導電性能介于導體和絕緣體之間的物質。2.半導體二極管的文字符號一般用VD表示。3.半導體三極管的文字符號一般用VT表示。4.晶閘管是一種大功率半導體元件。目錄頁前一頁5.將交流電轉變?yōu)橹绷麟姷倪^程成為整流，擔任整流任務的電路稱為整流電路，整流電路是利用整流二極管的單向導電性能將交流電轉變?yōu)橹绷麟姷模?.單相半波整流電路由交流電源、一只整流二極管及負載組成。7.單相橋式全波整流電路由交流電源、4只整流二極管及負載