新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全 課件 2 常用電子元器件工作原理與檢測(cè)

新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17模塊一電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與電子元器件檢測(cè)本模塊介紹電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與電子元器件檢測(cè)，分為三個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，分別為：學(xué)習(xí)任務(wù)一，基礎(chǔ)電路認(rèn)知；學(xué)習(xí)任務(wù)二，常用電子元器件工作原理與檢測(cè)；學(xué)習(xí)任務(wù)三，功率變換電路應(yīng)用。通過(guò)以上學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)習(xí)，你能夠?qū)W會(huì)測(cè)量電阻、電壓和電流等電路基本參數(shù)的方法；能夠識(shí)別并檢測(cè)常用電子元器件；能夠識(shí)別新能源汽車(chē)的功率變換電路及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17學(xué)習(xí)任務(wù)1常用電子元器件工作原理與檢測(cè)任務(wù)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：1.能夠描述電阻器的類(lèi)型及其作用；2.能夠描述電容器的類(lèi)型及其作用；3.能夠描述電感器的類(lèi)型及其作用；4.能夠描述二極管、晶體管、MOSTET和IGBT分立器件辨識(shí)方法。

能力目標(biāo)：1.能夠識(shí)別常用的電子元器件；2.能夠檢測(cè)常用的電子元器件。

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和工匠精神；2.培養(yǎng)安全意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；3.培養(yǎng)自我管理和自主學(xué)習(xí)能力。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17情境導(dǎo)入

情境描述：

在電路板上你會(huì)發(fā)現(xiàn)好多電子元器件都有3個(gè)管腳，他們都是“三極管”嗎？

情境提示：

有3個(gè)管腳的元器件不一定都是晶體三極管，還有可能是場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT。如果需要確定是哪種類(lèi)型的元器件，可以采用萬(wàn)用表檢測(cè)或者查閱其型號(hào)。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全知識(shí)學(xué)習(xí)

一、電阻器的類(lèi)型、應(yīng)用、封裝與檢測(cè)1.電阻器的類(lèi)型與應(yīng)用電阻器簡(jiǎn)稱(chēng)電阻，是電子電路上應(yīng)用最廣泛的電子器件之一，其作用一般是限流、分流、降壓、分壓和電路偏置。電阻器在電路中可以單獨(dú)使用，也可以和其他元器件一起使用，如電感、電容以及各種IC。電阻器在電路板上的絲印符號(hào)為R。（1）電阻器的分類(lèi)方式電阻器分類(lèi)方式如下：1）按阻值分類(lèi)，可分為固定電阻、可變電阻和特種電阻。2）按制造材料分類(lèi)，可分為薄膜類(lèi)、合金類(lèi)、合成類(lèi)和敏感類(lèi)等。如碳膜電阻、金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、線繞電阻等。3）按安裝方式分類(lèi)，可分為插件電阻和貼片電阻。4）按功能分類(lèi)，可分為負(fù)載電阻、采樣電阻、分流電阻、保護(hù)電阻等。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）常用的電阻器及應(yīng)用1）預(yù)充電阻預(yù)充電阻內(nèi)部是繞線電阻。在檢查預(yù)充電路時(shí)，要注意了解預(yù)充電阻的阻值和額定功率。在進(jìn)行元器件替換時(shí)，除注意阻值外，還要確定功率是否匹配。預(yù)充電路的示意圖中由R1與C1構(gòu)成典型的RC電路。在電動(dòng)汽車(chē)上電瞬間，如果不經(jīng)過(guò)預(yù)充電路，高壓電直接加到電容上，會(huì)因電流過(guò)大損壞電容器及其他元器件。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全動(dòng)力電池中的預(yù)充電路熔絲預(yù)充電阻預(yù)充接觸器新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2）碳膜電阻（型號(hào)：RT）碳膜電阻是在陶瓷骨架表面上，將碳?xì)浠衔镌谡婵罩型ㄟ^(guò)高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結(jié)晶導(dǎo)電膜。碳膜電阻價(jià)格低廉，阻值范圍寬(1Ω~10MΩ)，溫度系數(shù)為負(fù)值。碳膜電阻常用額定功率為1/8W~10W，精度等級(jí)為+5%、10%、20%，在一般的電子產(chǎn)品中大量使用。3）金屬膜電阻（型號(hào)：RJ）金屬膜電阻是在陶瓷骨架表面，經(jīng)真空高溫或燒滲工藝蒸發(fā)沉積一層金屬膜或合金膜。金屬膜電阻的特點(diǎn)是：精度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、體積小、高頻特性好，且允許工作環(huán)境溫度范圍大(-55~+125℃)、溫度系數(shù)低((50~100)x10-6/℃)。金屬膜電阻是電子電路應(yīng)用最廣泛的電阻之一。金屬膜電阻常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標(biāo)稱(chēng)阻值在10Ω~10MΩ之間。4）金屬氧化膜電阻（型號(hào)：RY）在玻璃、瓷器等材料上，通過(guò)高溫以化學(xué)反應(yīng)形式生成以二氧化錫為主體的金屬氧化層。該電阻器由于氧化膜膜層比較厚，因而具有極好的脈沖、高頻和過(guò)負(fù)荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數(shù)比金屬膜電阻差。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全5）合金類(lèi)電阻用塊狀電阻合金拉制成合金或碾壓成合金箔制成電阻，主要包括：繞線電阻（型號(hào)：RX）和精密合金箔電阻（型號(hào)：RJ）。6）合成類(lèi)電阻將導(dǎo)電材料與非導(dǎo)電材料按一定比例混合成不同的電阻率的材料后制成的電阻。該電阻最突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高。常見(jiàn)的合成類(lèi)電阻有金屬玻璃釉電阻（型號(hào)：RI）、實(shí)芯電阻（型號(hào)：RS）、合成膜電阻（型號(hào)：RH）、電阻排等。7）敏感類(lèi)電阻常見(jiàn)的敏感類(lèi)電阻如熱敏電阻、壓敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等，汽車(chē)上通常應(yīng)用在傳感器上。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（1）直插電阻直插電阻的類(lèi)型有軸向封裝具有扁平輪廓和圓柱或箱形設(shè)計(jì)，兩端帶引線。電阻器阻值的標(biāo)識(shí)方法常用的有直標(biāo)法、文字符號(hào)法、數(shù)碼法和色標(biāo)法。2.電阻器的封裝不同類(lèi)型電阻器在電路板上常見(jiàn)的封裝方式不一定相同。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）貼片電阻貼片電阻(SMDResistor)又名片式固定電阻器(ChipFixedResistor)，是合成類(lèi)金屬玻璃釉電阻器中的一種，將金屬粉和玻璃釉粉混合，采用絲網(wǎng)印刷法印在基板上制成的電阻器。這種電阻特點(diǎn)是耐潮濕和高溫，溫度系數(shù)小，還可以大大節(jié)約電路空間成本，使設(shè)計(jì)更精細(xì)化。貼片電阻一般采用數(shù)碼法進(jìn)行標(biāo)注。如391表示39×101=390Ω；473表示47×103=47000Ω；5R60表示5.60Ω。（3）晶圓電阻（無(wú)引腳電阻）晶圓電阻，也叫做無(wú)引腳電阻，是一種金屬膜柱狀電阻。它介于貼片電阻與直插電阻之間，主要適用于電流較大、耐高壓沖擊、安全性要求高的高階電路中。與直插電阻相比，由于去掉了引線，因此很大程度上降低了直插電阻在高頻時(shí)引線所產(chǎn)生的寄生電感，同時(shí)能夠解決直插電阻小阻值中精度與溫度系數(shù)無(wú)法提高的問(wèn)題。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電阻器的檢測(cè)電路維修中，通常需要使用數(shù)字式萬(wàn)用表對(duì)電阻器進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量電阻時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：1）測(cè)量時(shí)電阻及所在電路不得帶電。2）測(cè)量電阻時(shí)，最好能將電阻從電路中斷開(kāi)。3）在電路板上測(cè)量電阻時(shí)，測(cè)量值一般會(huì)小于或等于標(biāo)稱(chēng)電阻值（由于電路的并聯(lián)關(guān)系），故測(cè)量值不準(zhǔn)確。如果測(cè)量值大于標(biāo)準(zhǔn)電阻，說(shuō)明電路有故障。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全二、電容器的類(lèi)型、應(yīng)用、工作原理與檢測(cè)1.電容器的類(lèi)型與應(yīng)用（1）電容器的分類(lèi)方式電容器簡(jiǎn)稱(chēng)電容。電容在電路中的作用很多，比如濾波、旁路、補(bǔ)償、耦合、去耦、整流、抑制干擾、儲(chǔ)能等，具體作用要根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分析。電容器在電路板上的絲印符號(hào)是C。電容器的種類(lèi)很多，分類(lèi)法方法也有所不同。1）電容器從原理上可分為：無(wú)極性可變電容、無(wú)極性固定電容、有極性電容等。2）電容器從材料上可分為：CBB電容（聚乙烯）、滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）常用的電容器及應(yīng)用以下介紹幾種常用的電容器及應(yīng)用。1）電解電容電解電容是電容的一種，金屬箔為正極（鋁或鉭），與正極緊貼金屬的氧化膜（氧化鋁或五氧化二鉭）是電介質(zhì)，陰極由導(dǎo)電材料、電解質(zhì)（電解質(zhì)可以是液體或固體）和其他材料共同組成，因電解質(zhì)是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。同時(shí)電解電容正負(fù)不可接錯(cuò)。電解電容在電路板上的絲印符號(hào)一般是CE。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2）鉭電容鉭電容全稱(chēng)是鉭電解電容，也是屬于電解電容的一種，但是使用金屬鉭做為介質(zhì)，不像普通電解電容那樣使用電解液。鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙繞制，本身幾乎沒(méi)有電感。鉭電容的性能優(yōu)異，是電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品，在電源濾波、交流旁路等用途上應(yīng)用最廣泛。鉭電容也是一種有極性的電容，帶橫線一側(cè)是電容的正極。3）MLCC電容（獨(dú)石電容）MLCC（Multi-layerCeramicCapacitors）是片式多層陶瓷電容器的英文縮寫(xiě)。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來(lái)，經(jīng)過(guò)一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個(gè)類(lèi)似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨(dú)石電容器。這種電容是無(wú)極性電容，在電路板上應(yīng)用數(shù)量最多。

新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全4）安規(guī)電容安規(guī)電容是指電容器失效后，不會(huì)導(dǎo)致電擊，不危及人身安全的安全電容器。安規(guī)電容通常只用于抗干擾電路中的濾波。它們用在電源濾波器里，起到電源濾波作用，分別對(duì)共模、差模干擾起濾波作用。出于安全考慮和EMC（電磁兼容性）考慮，一般在電源入口建議加上安規(guī)電容。安規(guī)電容分為x型和y型。交流電源輸入分為3個(gè)端子：火線L/零線N/地線G，(L=Line,N=Neutral,G=Ground)。跨于“L-N”之間，即“火線-零線”之間的是X電容；跨于“L-G/N-G”之間，即“火線-地線或零線-地線”之間的是Y電容?；鹁€與零線之間接個(gè)電容就像是“X”,而火線與地線之間接個(gè)電容像個(gè)“Y”。

新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全5）超級(jí)電容器超級(jí)電容器（SC），也稱(chēng)法拉電容器，是一種高容量電容器，其電容值遠(yuǎn)高于其他電容器，但電壓限制較低，它彌合了電解電容器和可充電電池之間的差距。它通常比電解電容器在每單位體積或質(zhì)量上存儲(chǔ)10到100倍的能量，可以比電池更快地接受和傳遞電荷，并且比可充電電池耐受更多的充電和放電循環(huán)。超級(jí)電容器用于需要許多快速充電/放電循環(huán)而不是長(zhǎng)期緊湊型能量存儲(chǔ)的應(yīng)用中。它們用于汽車(chē)及其他工程機(jī)械再生制動(dòng)、短期能量存儲(chǔ)或突發(fā)模式供電。較小的單元可用作靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的備用電源。與普通電容器不同，超級(jí)電容器不使用常規(guī)的固體電介質(zhì)，而是使用靜電雙層電容或電化學(xué)電容。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.電容器的充放電原理（1）電容器的充電和放電過(guò)程1-直流電壓電源；2-開(kāi)關(guān)；3-電流表；4-電阻；5-電容器圖

電容器的充電和放電過(guò)程1-電容器充電；2-電容器放電；i-電流；u-電壓；t-時(shí)間圖

電容器的充電和放電時(shí)的電壓電流曲線新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）電容器的充電和放電時(shí)間計(jì)算充電和放電時(shí)間時(shí)，需要電容器充電電流經(jīng)過(guò)的電阻阻值和電容器的電容值。施加的電壓大小對(duì)充電時(shí)間沒(méi)有影響。電容容值C越小，電阻值R越小，充放電過(guò)程越快。因此電容器C與電阻R的乘積為時(shí)間常數(shù)τ，即：τ=R*C（3）電容器串并聯(lián)將電容器依次連接在一起且相同電流經(jīng)過(guò)所有電容器時(shí)，電容器為串聯(lián)形式。容器并聯(lián)時(shí)，施加在所有電容器上的電壓都相同。因?yàn)橥ㄟ^(guò)電流為電容器充電，所以所有電容器的總電容大于所有單個(gè)電容器的電容。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電容器的檢測(cè)電容器的損壞主要是外觀的損壞、短路、開(kāi)路、電參數(shù)的退化。從外觀判斷，如果有開(kāi)裂、鼓包、漏液（比如電解電容）那可以立刻判斷此電容器已經(jīng)損壞。如果從電容器外觀不能判斷好壞，則需要通過(guò)對(duì)電容器的測(cè)量來(lái)判斷。測(cè)量前需要先將電容器放電，如果是耐壓值小或容值較小的電容器，可以直接將兩腳短路放電，而其它情況下需要串接電阻或者燈泡等負(fù)載進(jìn)行放電。另外，和測(cè)量電阻類(lèi)似，電路不能帶電，并且最好將電容器取下進(jìn)行測(cè)量。如果在電路中測(cè)量電容器，因電容器本身是個(gè)儲(chǔ)能的元器件，而且電路中其他元器件對(duì)它的影響較大，所以在電路中測(cè)量電容器的容值會(huì)不準(zhǔn)確。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（1）使用數(shù)字萬(wàn)用表電容檔測(cè)量電容器使用數(shù)字萬(wàn)用表電容檔測(cè)量電容器的容值時(shí)，需要注意被測(cè)電容器的容值和萬(wàn)用表的量程是否匹配。同時(shí)要注意被測(cè)電容器是有極性還是無(wú)極性電容。對(duì)于容值較小的電容器，測(cè)量時(shí)偏差較大。（2）使用數(shù)字萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量電容器有的數(shù)字萬(wàn)用表沒(méi)有電容檔位，此時(shí)可以用電阻檔的最大檔位來(lái)測(cè)量判斷電容器的好壞。在此檔位時(shí)，萬(wàn)用表的紅黑表筆間有一定電壓，連接好電容器后，相當(dāng)于給電容充電。隨著充電電壓的上升，充電電流減小。由R=U/I,電流I不斷減小，電阻R的讀數(shù)會(huì)不斷變大。實(shí)際測(cè)量時(shí)，電阻阻值的讀數(shù)會(huì)不斷變大，直至超量程。放電后，再次測(cè)量，讀數(shù)仍由小變大，說(shuō)明電容器無(wú)故障。注意：萬(wàn)用表讀數(shù)變化的快慢與被測(cè)電容器的容值有關(guān)。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（3）使用指針式萬(wàn)用表測(cè)量電容器使用指針式萬(wàn)用表也可以測(cè)量電容器的好壞。測(cè)量時(shí)按照以下步驟進(jìn)行。1）第1步：萬(wàn)用表機(jī)械調(diào)零。2）第2步：看電容刻度盤(pán)；刻度盤(pán)顯示CX1，表示量程是1微法；CX10表示量程是10微法。通過(guò)刻度盤(pán)的分度讀數(shù)，可以顯示在量程內(nèi)的其他讀數(shù)。3）第3步：選擇量程，再次調(diào)零。先將兩指針短接，再次調(diào)零。4）第4步：測(cè)量前，先將電容放電，連接表筆測(cè)量電容。測(cè)量時(shí)，萬(wàn)用表的黑表筆連接內(nèi)部電源的正極，紅表筆連接內(nèi)部電源的負(fù)極。帶極性的電容器正極連接黑色表筆。如果電容正常，指針迅速右偏至正常讀數(shù)后向左擺到底，說(shuō)明該電容正常。若表針回轉(zhuǎn)后指示的數(shù)值很小，說(shuō)明電容已擊穿；若表針無(wú)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電容已開(kāi)路。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全三、電感器的類(lèi)型、應(yīng)用、工作原理與檢測(cè)1.電感器的類(lèi)型與應(yīng)用（1）電感器的分類(lèi)方式電感器(Inductor)，又稱(chēng)扼流器、電抗器、動(dòng)態(tài)電抗器，是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元器件。電感器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于變壓器，但只有一個(gè)繞組。電感器的電感只阻礙電流的變化。如果電感器在沒(méi)有電流通過(guò)的狀態(tài)下，電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過(guò)它；如果電感器在有電流通過(guò)的狀態(tài)下，電路斷開(kāi)時(shí)它將試圖維持電流不變。電感器的種類(lèi)很多，分類(lèi)法方法也有所不同。1）電感器按外形可分為實(shí)心電感器（實(shí)心線圈）和空心電感器（空心線圈）。2）按工作性質(zhì)可分為高頻電感器（各種天線線圈、振蕩線圈）、中頻電感器和低頻電感器（各自扼流圈、濾波線圈）。3）按照封裝形式可分為普通電感器、色環(huán)電感器、環(huán)氧樹(shù)脂電感器和貼片電感器等。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）電感器的應(yīng)用電感器在電路中起阻流和濾波作用，還具有抑制電磁波干擾、篩選信號(hào)、穩(wěn)定電流以及過(guò)濾噪聲的作用，具體作用要根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分析。電感器在電路板上的絲印符號(hào)L，計(jì)量單位是H（亨利）。圖是帶鐵芯和不帶鐵芯電感器在電路中的符號(hào)。1-不帶鐵芯的線圈；2-帶鐵芯的線圈新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電感器的工作原理如圖所示，電感線圈L通過(guò)一個(gè)電阻R與一個(gè)直流電源連接在一起。開(kāi)關(guān)接通時(shí)，幾乎全部電壓UB都加在線圈上。接通時(shí)線圈起到中斷作用，這與電容器的作用相反。圖中，在階段1中，磁場(chǎng)建立。此時(shí)電感兩端電壓由大變小，電流由小變大。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合到2的位置時(shí)，磁場(chǎng)消失，此時(shí)電壓發(fā)生突變并反向，由磁場(chǎng)能變成電場(chǎng)能輸出，電流由大變小，直至到0。1-磁場(chǎng)建立；2-磁場(chǎng)消失；i-電流；u-電壓；t-時(shí)間新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全4.電感器的檢測(cè)在電路檢修中，可以使用數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)電感器進(jìn)行檢測(cè)。如果萬(wàn)用表沒(méi)有電感測(cè)試功能的，可以選用電阻檔測(cè)量線圈是否斷路、短路或絕緣不良。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全四、二極管的特性與工作原理、類(lèi)型與檢測(cè)1.二極管的特性與工作原理二極管是用半導(dǎo)體材料(硅、硒、鍺等)制成的一種電子器件。它具有單向?qū)щ娦阅?，即給二極管陽(yáng)極加上正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通。當(dāng)給陽(yáng)極和陰極加上反向電壓時(shí)，二極管截止，即“正向?qū)?，反向截止”。因此，二極管的導(dǎo)通和截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)。二極管是最早誕生的半導(dǎo)體元器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。特別是在各種電子電路中，利用二極管和電阻、電容、電感等元器件進(jìn)行合理的連接，構(gòu)成不同功能的電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電整流、對(duì)調(diào)制信號(hào)檢波、限幅和鉗位以及對(duì)電源電壓的穩(wěn)壓等多種功能。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.二極管的類(lèi)型（1）穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管,在電路板上的絲印符號(hào)一般是ZD。穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿時(shí)，主要參數(shù)是穩(wěn)定電壓Uz和穩(wěn)定電流Iz。穩(wěn)定電壓小于4V的具有負(fù)溫度系數(shù)特性，高于7V的具有正溫度系數(shù)特性，即溫度高穩(wěn)定電壓也高。（2）發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）也具有單向?qū)щ娦?，開(kāi)啟電壓比普通二極管大。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色取決于材料，管腳長(zhǎng)的是二極管的正極。在電路中，發(fā)光二極管一般和限流電阻一起使用，保證發(fā)光二極管不被損壞。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（3）光電二極管光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體元器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器件。（4）肖特基二極管肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫(xiě)成SBD)的簡(jiǎn)稱(chēng)。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。SBD具有開(kāi)關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。肖特基二極管最大的缺點(diǎn)是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大，設(shè)計(jì)上需注意其熱失控。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（5）快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱(chēng)FRD）是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用?？旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。（6）瞬態(tài)抑制二極管瞬態(tài)電壓抑制二極管簡(jiǎn)稱(chēng)TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10的負(fù)12次方秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受電路中各種浪涌脈沖的損壞。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.二極管的檢測(cè)在電路檢修中，可使用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檔測(cè)量二極管的好壞。數(shù)字萬(wàn)用表的紅色表筆連接二極管的正極，黑色表筆連接二極管的負(fù)極。當(dāng)二極管正常時(shí)，萬(wàn)用表顯示二極管正常導(dǎo)通的電壓降。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全五、三極管的工作原理與檢測(cè)三極管全稱(chēng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。三極管作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。在PCB上三極管的絲印符號(hào)一般是Q或VT新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全1.三極管的工作原理（1）三極管的結(jié)構(gòu)原理三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元器件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以NPN型為例，位于中間的P區(qū)稱(chēng)作基區(qū)，它很薄且雜質(zhì)濃度很低，位于上層的是N區(qū)是發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高；位于下層的N區(qū)是集電區(qū)，面積很大。三極管的外特性與三個(gè)區(qū)域的上述特點(diǎn)緊密相關(guān)，它們所引出的三個(gè)電極分別為基極b、發(fā)射極e和集電極c。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）三極管的工作特性三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量，這是三極管最基本的和最重要的特性。圖是三極管的基本放大電路，Δu1為輸入電壓信號(hào)，接入基極-發(fā)射極回路，稱(chēng)為輸入回路；放大后的信號(hào)在集電極-發(fā)射極回路，稱(chēng)為輸出回路。由于發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端，故稱(chēng)該電路為共射放大電路。使晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。發(fā)射極電流IE，基極電流IB，集電極電流IC。從外部看：IE=IC+IB用β表示共射交流直流放大系數(shù)，小功率管的β較大，有的可達(dá)300到400百倍；大功率管的β較小，有的甚至只有30到40倍。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全1）輸入特性曲線輸入特性曲線描述管壓降UCE一定的情況下，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系，即：iB=f（uBE）|UCE=常數(shù)2）輸出特性曲線輸出特性曲線描述基極電流IB為一常量時(shí)，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系。即：iC=f（uCE）|iB=常數(shù)從輸出特性看，三極管有3個(gè)工作區(qū)域：①截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓且集電極反向偏置。②放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。③飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置。模擬電路中，絕大多數(shù)情況下應(yīng)保證三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)三極管做開(kāi)關(guān)時(shí)，工作在截止、飽和兩個(gè)狀態(tài)。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.三極管的檢測(cè)（1）三極管極性及管型判斷把數(shù)字萬(wàn)用表打到蜂鳴二極管檔，首先用紅筆假定三極管的一只引腳為b極，再用黑表筆分別角碰其余兩只引腳，如果測(cè)得兩次讀數(shù)相差不大，且讀數(shù)都在600左右，則表明假定是對(duì)的，紅表筆接的就是b極，而且此管為ＮＰＮ型管。在兩次測(cè)量中黑表筆接觸的引腳，讀數(shù)較小的是c極，讀數(shù)較大的是e極。按以上方法，紅表筆接任一極，未出現(xiàn)另外兩極同時(shí)有讀數(shù)時(shí)，則按ＰＮＰ型管測(cè)。ＰＮＰ型管的判斷只須把紅黑表筆調(diào)換即可，測(cè)量方法同上。黑表筆不動(dòng)，另外兩極均有讀數(shù)，則黑表筆接觸的為b極，其余為b、c極。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.三極管的檢測(cè)（2）三極管好壞判斷按以上方法測(cè)量時(shí)兩組讀數(shù)在300-800為正常，如果有一組數(shù)值不正常則表明三極管損壞，如果兩組數(shù)值相差不大則說(shuō)明三極管性能劣化。正常測(cè)量?jī)赡_（如c、e），如果讀數(shù)為0，說(shuō)明三極管c和e之間短路或擊穿；如果讀數(shù)為1，說(shuō)明三極管c和e之間開(kāi)路。（3）代換原則NPN型和PNP型三極管之間不能代換，硅管和鍺管之間不能代換。2）原則上要同型號(hào)替換；不能同型號(hào)代換時(shí)，硅管代換硅管，NPN型代換NPN型。代換時(shí)，管腳位置不能弄錯(cuò)。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全六、場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理與檢測(cè)1.場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體元器件。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，F(xiàn)ET是單極型晶體管。FET體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107-1012歐姆，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，耗電省。FET分為結(jié)型和絕緣柵型兩種不同的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ET為電壓控制元件。這里主要介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，英文縮寫(xiě)為IGFET。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離，因此而得名。又因柵極為金屬鋁，故又稱(chēng)為MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor，縮寫(xiě)為MOS）。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全MOS管有N溝道和P溝道兩種，每一類(lèi)又有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。故MOS管可以分成4種類(lèi)型，以下主要介紹N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.場(chǎng)效應(yīng)晶體管的檢測(cè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管T的檢測(cè)方法如下：1）第1步，測(cè)量MOS場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)的二極管是否導(dǎo)通。使用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檔，紅表筆連接S極，黑表筆連接D極，若二極管正常，則會(huì)顯示二極管導(dǎo)通的正向壓降。其余管腳均不應(yīng)導(dǎo)通。2）第2步，檢測(cè)漏-源是否導(dǎo)通。先對(duì)各管腳放電，然后利用萬(wàn)用表表筆對(duì)G極充電，再測(cè)量D-S極是否導(dǎo)通，正常情況下應(yīng)導(dǎo)通；放電后再測(cè)量是否導(dǎo)通，正常情況下漏-源應(yīng)截止。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全七、絕緣柵雙極型晶體管IGBT的工作原理與檢測(cè)1.IGBT的工作原理IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有）金氧半場(chǎng)效晶體管（MOSFET的高輸入阻抗和電力晶體管（GTR）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.IGBT的檢測(cè)IGBT的檢測(cè)和MOS場(chǎng)效應(yīng)管類(lèi)似，可以使用數(shù)字萬(wàn)用表二極管檔測(cè)量管腳。1）第1步：檢測(cè)發(fā)射極E和集電極C之間的快恢復(fù)二極管是否導(dǎo)通。使用數(shù)字萬(wàn)用表二極管檔測(cè)量E、C間的二極管是否導(dǎo)通。2）第2步：檢測(cè)E、C之間是否導(dǎo)通。先對(duì)管子放電，再對(duì)G極充電，檢測(cè)E、C是否導(dǎo)通。放電后，再測(cè)量E、C是否截止。新能源汽車(chē)電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全八、半導(dǎo)體材料和碳化硅MOSFET功率器件介紹1.半導(dǎo)體材料（1）第一代半導(dǎo)體材料第一代半導(dǎo)體是“元素半導(dǎo)體”。20世紀(jì)50年代以來(lái),以硅(Si)、鍺(Ge)為代的第一代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，取代了笨重的電子管，讓以集成電路為核心的微電子工業(yè)的發(fā)展和整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的飛躍。（2）第二代半導(dǎo)體材料然而由于硅材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場(chǎng)較低等原因，硅材料在光電子領(lǐng)域和高頻高功率器件方面的應(yīng)用受到諸多限制。因此，以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導(dǎo)體材