三极管开关电路及特殊管

4.5.4三极管开关电路在汽车上的应用三极管的两个作用：放大和开关。开关即三极管在饱和区和截止区交替工作，在饱和区时为开关的接通，在截止区时为开关的断开。饱和的条件为：发射结、集电结均正偏；截止的条件为：发射结零偏或反偏、集电结反偏。在三极管开关电路中，三极管相当于由基极信号所控制的无触点开关，时断、时通，三极管的工作状态也时而从饱和转为截止，时而又从截止转为饱和。通常采用共射极接法+UCCRBRCC1C2T++开关的开或关最终决定于基极电位的高低一、三极管开关电路RbECRCICbceuiICRCceECKRCceECK当基极输入高电位（正脉冲）控制信号时，三极管将导通并进入饱和状态，集电极回路电流较大，集-射极间电压接近于零，此时三极管相当于一个接通的开关；当基极由高电位变低电位时，管子截止，相当于一个断开的开关，切断了集电极回路只要基极输入相应的控制信号，就可使三极管起到开关作用如图为三极管饱和时各极之间电压的典型值Rb：基极限流电阻，防止基极电流过大（也即控制信号）损坏三极管。Rc:集电极电阻，防止三极管导通时，电源短路，实际开关电路中，常由被控电子元件取代。二、三极管开关电路应用三极管的开关特性在汽车电路上的应用非常广泛，如晶体管调节器、无触点电子闪光器等。1.晶体管调节器(PNP内搭铁)基本结构：工作原理：点火时蓄电池在R1上的分压UAB通过T1发射极加到D上，由于蓄电池电压低于交流发电机的调整电压（13.8~14.8V），D截止，T2导通，蓄电池向发电机磁场绕组提供电流。发电机电压超过调整值时，D反向击穿而导通，T1导通，T2发射极被短路而截止，励磁电路断开，发电机电压下降。如此反复，以维持交流发电机电压稳定。开关管小结通常采用共射极接法开关的开或关最终决定于基极电位的高低当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，这样的三极管我们一般把它叫做开关管4.3.6达林顿管•就是连接在一起的两只三极管，又称复合管，其电流放大系数β=β1β2VT1作为前置放大管，产生推动VT2的基极电流，VT2是末级放大管。bceVT1VT2复合管连接的原则是按两管电流前后流向一致的规律连接。等效管型取决于前一只管子的管型★特殊晶体管在分析电路时可将达林顿管看作是点划线内构成的一个大功率三极管。汽车电子点火系统的控制模块大多采用达林顿管作为控制输出端。达林顿管及其在汽车中的应用举例•如图所示，判断复合连接是否正确，如正确，画出其复合等效为什么类型的三极管，标出复合后的各极。NPNPNPbbcceeו4.3.7光敏三极管•原理：类似于三极管，只是集电结为光电二极管结构，基极电流由光电二极管提供。•符号及等效电路：当光敏三极管接收到光时而集电极加电源正极、发射极接地，这时就会产生电流通过电路。通过电路的电流随着光敏三极管上的光照量而变化。因此，照在光敏三极管上的光照量和普通三极管通过基极电流有同样的功能。光敏三极管在汽车上主要应用于传感器中。把发光二极管和光敏三极管组合在一起，可实现以光信号为媒介的电信号的转换，采用这种组合方式的器件称为光电耦合器。当光电耦合器作为传感器来使用时，称为光传感器，它可以检测物体的有无和遮挡次数等信号。光敏三极管在汽车中的应用光电式车速传感器4.7晶闸管晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件，又称可控硅，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的（可控硅），主要用于大功率变换与控制，如：整流、逆变、变频、交流调压等方面。它有普通型、双向型和可关断型等。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。1、晶闸管的结构基本结构晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。G控制极K阴极阳极APPNN四层半导体(b)结构KGA(a)符号三个PN结(c)外形螺栓式扁平式双向晶闸管螺栓式晶闸管模块平板式小功率塑封管PPNNKGA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合PPNNNPAGK（1）截止：UA≤0,无论UG0或UG≤0；（2）正向阻断：UA0,UG0或UG=0或UG=∞；（3）正向导通：UA0,UG0，晶闸管导通；（4）保持导通：导通后去掉触发信号UG，继续导通。（5）导通变截止：UA≤0使阳极iA小于某一很小的电流IH（称为维持电流）时，晶闸管由导通变为截止。1.晶闸管导电实验2.晶闸管导通条件(1)阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。(2)控制电路(控制极与阴极之间)加正向触发电压。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。3.晶闸管关断条件(1)必须使阳极电流减小到维持电流以下。(2)将阳极电源断开或者加反向电压。4.晶闸管具有单向导电性，且导通时刻可以控制，可用于可控整流电路。可控整流io+–+–T1T2RLuoD1D2au1u2+–b+_1.电路两桥臂为晶闸管，另两个为二极管，故为单相半控桥式整流电路。在实际生产中，很多设备需要大小可调的直流电，例如，电解、电镀、电焊等设备。由晶闸管组成的可控整流电路可以把交流电变成直流电，达到直流电源输出电压可调的目的。4、晶闸管的应用2.工作原理和二极管单相桥式整流电路基本相同，只是每当T1或T2承受正向阳极电压，而且在该晶闸管的控制极上加上控制电压时，它才开始导通。io+–+–T1T2RLuoD1D2au1u2+–b+_触发电压uG用尖脉冲电压，由专门电路提供。可通过改变α来调节输出直流电压UO的大小。3.工作波形tOut2uO2tGuOαπ+ααθuO为一个不完整的全波脉动电压，它相当于从完整的脉动电压上切去了α前的一块。α越大，uO平均值越小。α为在正向阳极作用下开始导通的角度，称为控制角。θ为晶闸管在一个周期内导通的范围，称为导通角。可控硅式燃油油量警告灯电路燃油油量警告灯电路与汽车上已有的燃油表和传感器一起工作。当仪表电源稳压器每输送一个电压脉冲给指示表，在可变电阻式传感器上便会出现油液位成比例的脉冲电压。场效应管(简称FET)是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，它具有输入电阻大(可高达105~1012Ω)，噪声低，热稳定性好和耗电少等优点。因此，场效应管被广泛应用于各种电子线路中。场效应管按其结构不同，可分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）两大类。绝缘栅型场效应管（MOSFET）应用更广泛。绝缘栅型场效应管（MOSFET）——简称MOS管。4.4场效应管PNN绝缘栅型场效应管MOS管结构：P型薄硅片做衬底参杂浓度很高的N型区参杂浓度很高的N型区源极（s）漏极（d）栅极（g）二氧化硅绝缘层金属铝PNNsgd绝缘栅型场效应管MOS管原理：UGSUDDID－－－IG=0,输入电阻高；UGS控制ID；只有一种载流子运动。SDG（a）N沟道JFETSDG（b）P沟道JFETBGSD（c）耗尽型NMOS管GSDB（d）增强型NMOS管GSDB（e）耗尽型PMOS管GSDB（f）增强型PMOS管场效应管的电路符号;在UDD作用下，MOS管N型沟道中电子就从源极侧向漏极运动，形成ID。如果电压UGS增加(或降低)，则垂直于衬底的表面电场强度加强(或减弱)，从而使导电沟道加宽(或变窄)，引起ID增大(或减小)。因此MOS管是利用半导体表面的电场效应来改变导电沟道的宽窄而控制漏极电流的。或者说，是利用UGS来控制漏极电流ID。场效应管共源极放大电路场效应管和三极管的差别为：(1)外形相似：三个极。栅极相当于基极；源极相当于发射极；漏极相当于集电极。(2)性能上主要区别：①普通三极管是电流控制元件，其输入电阻较低。场效应管是以UGS控制漏极电流，属电压控制元件；栅极回路基本上不取用电流，即IG=0。因此，输入电阻很高。②普通三极管中，载流子有电子和空穴两种，称为双极型晶体管；而场效应管中，只有一种载流子运动，称为单极型晶体管。小结•1.三极管开关电路•2.达林顿管•3.光电三极管•4.晶闸管•5.场效应管小结与练习1.晶闸管由几层半导体、几个PN结构成？有哪三个极？2.晶闸管的导通与关断条件是？晶闸管一旦导通后控制极是否还起作用？3.如图所示，判断复合连接是否正确，如正确，画出其复合等效为什么类型的三极管，标出复合后的各极。4.场效应管与晶体管的主要区别是？作业1•P132—4.23RL=4kΩ,求Au，ri，ro作业2•场效应管和普通三极管的区别