汽车电工与电子基础5

常用半导体元件及应用一、半导体基础知识二、半导体二极管四、晶闸管五、单相整流电路六、汽车交流发电机整流电路三、半导体三极管七、基本放大电路八、集成运算放大器学习目标1.正确描述半导体的概念，理解PN结的单向导电性能；2.掌握二极管与三极管的结构、符号、特性及主要参数；3.正确使用万用表检测判断二极管与三极管的好坏;4.了解二极管与三极管的实际应用，了解普通晶闸管的结构及性能；5.掌握整流电路的组成及工作原理；6.叙述放大电路的基本组成、各元件的作用及正常工作的条件，分析简单的放大电路；7.阐述集成运算放大器的基本组成和用途。一、半导体基础知识半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。纯净的半导体又称本征半导体，成晶体结构。在本征半导体中掺入不同的微量元素。通过一定的工艺把P型半导体和N型半导体结合在一起，在它们的交界处就会形成PN结。将PN结经特殊封装并加上相应的电极引线，就制成了半导体二极管。在一块半导体基片上用一定的工艺方法形成两个PN结，经特殊封装并加上相应的电极引线，则制成了半导体三极管。二、半导体二极管1.普通二极管的工作特性2.普通二极管的主要参数3.普通二极管性能与极性的判断4.不同用途的半导体二极管及其应用二极管的外形及图形符号a）外形b）图形符号1.普通二极管的工作特性1）二极管具有正向导通特性2）二极管具有反向截止特性3）二极管具有反向击穿特性二极管的工作特性a）正向导通b）反向截止c）特性曲线2.普通二极管的主要参数1）最大正向电流2）最高反向工作电压3）正向管压降3.普通二极管性能与极性的判断1）性能（好坏）的判断2）极性的判断1）性能（好坏）的判断（1）用万用表的黑、红表笔分别接二极管的两极测量一次，然后交换两表笔的位置再测量一次，如果两次测得电阻值为一大一小，就表明该二极管是好的；若两次测得电阻值均达，则表明该二极管已断路；若两次测得电阻值均小，就表明该二极管已被击穿短路。（2）将数字式万用表的旋钮拨到测二极管位置，如下页图所示，示数为一个方向0.5～0.7V，另一方向电压较高时，表明二极管是好的。（3）将二极管与一只汽车灯泡串联，再和蓄电池连接成回路，然后把二极管调过头再连接一次。如果灯泡一次亮一次不亮，则表明二极管是好的。二极管的性能判断2）极性的判断在测量二极管的好坏过程中，当测得电阻值较小时，红表笔与之相接的电极为二极管的负极，黑表笔与之相接的电极为二极管的正极；相反，当测得电阻值较大时，红表笔与之相接的电极为二极管的正极，黑表笔与之相接的电极为二极管的负极。4.不同用途的半导体二极管及其应用1）整流二极管2）稳压二极管3）发光二极管4）光电二极管三、半导体三极管1.半导体三极管的基本结构2.半导体三极管的3种工作状态3.半导体三极管的主要参数4.半导体三极管的简易判别5.半导体三极管的应用1.半导体三极管的基本结构半导体三极管的结构、符号和外形a）结构b）符号c）外形2.半导体三极管的3种工作状态1）三极管的截止状态2）三极管的放大状态3）三极管的饱和状态三极管实验电路1）三极管的截止状态当三极管基极电流Ib=0，发射结处于反向偏置或零偏置时，基极相当于开路，Ic约为零。通常把这种Ib=0、Ic=0的工作状态称为三极管的截止状态。2）三极管的放大状态当三极管基极电位升高，使发射结处于正向偏置，集电结反向偏置时，各电极的电流分配关系是：发射极电流Ie等于基极电流Ib与集电极电流Ic之和，即3）三极管的饱和状态当三极管基极电位升高使发射结和集电结都处于正偏时，三极管集电极电流Ic受集电结回路最大供电能力的限制，不再与基极电流成比例增长,称为三极管的饱和状态。3.半导体三极管的主要参数1）特性参数（1）电流放大系数β。（2）穿透电流Iceo。2）极限参数（1）集电极最大允许电流。（2）集–射极反向击穿电压。（3）集电极最大耗散功率。4.半导体三极管的简易判别1）NPN型和PNP型管子的判别2）好坏的判别3）放大系数β的估计三极管的简易测试a）型号判别b）好坏判别c）放大系数估计5.半导体三极管的应用半导体三极管在3种不同工作状态时有不同的性能。半导体三极管在实际使用时通常有两种类型：模拟电子技术的应用数字电子技术的应用四、晶闸管1.晶闸管的结构2.晶闸管的可控单向导电性3.晶闸管的应用1.晶闸管的结构晶闸管的外形及符号2.晶闸管的可控单向导电性晶闸管的实验电路如图所示晶闸管导通及关断条件：1）导通条件在晶闸管的阳极加正向电压的同时，在门极也加适当的正向电压。2）关断条件只有改变阳极电压才能使晶闸管关断。在晶闸管的阳极加反向电压，或去掉阳极正向电压，或增大可变电阻阻值让主电路的电流下降到一定值以下都可使晶闸管关断。3.晶闸管的应用晶闸管具有容量大、效率高、控制灵活和寿命长等优点，它是大功率电能变化与控制的理想元件。五、单相整流电路1.单相半波整流电路2.单相全波整流电路1.单相半波整流电路单相半波整流电路的电压和电流波形a）电源电压b）负载电压电流2.单相全波整流电路单相全波整流电路也称为单相桥式全波整流电路。单相桥式全波整流电路及电压和电流波形a）整流电路b）整流电路的简化画法c）整流电路的电压及电流波形六、汽车交流发电机整流电路汽车交流发电机定子绕组产生的三相交流电经过整流电路整流后转变为直流电对外输出。三相桥式整流电路及电压波形a）整流电路b）电压波形七、基本放大电路1.共发射极放大电路2.放大电路的工作点稳定问题1.共发射极放大电路1）电路的组成及其放大作用2）放大电路的静态3）放大电路的动态4）放大电路的工作情况三极管在电路中的3种基本连接方式a）共发射极接法b）共集电极接法c）共基极接法1）电路的组成及其放大作用共发射极放大电路电路中各组成元件的作用：（1）三极管V。（2）直流电源E。（3）集电极电阻Rc。（4）基极偏置电阻Rb。（5）耦合电容C1、C2。2）放大电路的静态当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静态。3）放大电路的动态当电路加上输入信号后，电路中各处的电压、电流均在静态值的基础上产生相应的变化，称之为动态。4）放大电路的工作情况未加输入信号时，三极管各电极间的电压和各电极电流为恒定的滞留量；加输入信号后，都在原来静态的基础上，又叠加了一个交流量。输出电压的值比输入电压的值大许多，而且为同频率的正弦波。共射极电路具有倒相作用。2.放大电路的工作点稳定问题静态工作点在放大电路中是很重要的，它不仅关系到波形失真，而且对电压增益也有重要影响，所以在放大电路中，为获得较好的性能，必须设置一个合适的静态工作点。分压偏置电路八、集成运算放大器1.集成运算放大器的组成2.集成运放的符号与基本特性3.集成运放在汽车上的应用举例1.集成运算放大器的组成集成运放的基本组成主要有输入级、中间放大、输出级和偏置电路4部分。集成运放组成方框图2.集成运放的符号与基本特性1）集成运放的符号2）理想运算放大器及其基本特性1）集成运放的符号集成运算放大器的图形符号a）集成运放的图形符号b）国际常用表示符号2）理想运算放大器及其基本特性集成运放的电压传输特性a）运放的电压传输特性b）理想运放的电压传输特性3.集成运放在汽车上的应用举例1）电桥放大电路2）集成运放在幅值比较方面的应用1）电桥放大电路由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和云端放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。它经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。2）集成运放在幅值比较方面的应用（1）简单电压比较器（2）过零比较器（3）简单电压比较器在汽车电子电路中的应用集成运放工作在非线性区时，可构成幅值比较器（电压比较器）。其功能是对送到集成运放输入端的两个信号进行比较，并在输出端以高、低电平的形式得到比较结果。比较器最常见的应用电路有3种形式：(1)简单电压比较器(2)滞回电压比较器(3)窗口比较器（1）简单电压比较器电压比较器电路及传输特性a）反向单门限比较器b）同向单门限比较器（2）过零比较器a）反相输入b）同相输入（3）简单电压比较器在汽车电子电路中的应用①氧传感器通过电压比较器与ECU之间进行信号传递②蓄电池电压过低报警电路①氧传感器通过电压比较器与ECU之间进行信号传递②蓄电池电压过低报警电路单元小结1.半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。2.半导体二极管的文字符号一般用VD表示。3.半导体三极管的文字符号一般用VT表示。4.晶闸管是一种大功率半导体元件。5.将交流电转变为直流电的过程称为整流，整流电路是利用整流二极管的单向导电性能将交流电转变为直流电的。6.单相半波整流电路由交流电源、一只整流二极管及负载组成。7.单相桥式全波整流电路由交流电源、4只整流二极管及负载组成。8.汽车发电机的整流电路一般用6只硅二极管接成三相桥式全波整流电路。9.放大电路应满足的条件：三极管发射结正偏，集电结反偏。10.放大电路的3种基本连接方式：共发射极、共集电极、共基极。11.放大的本质是能量的控制作用，即用小能量的输入信号控制输出信号，就可以得到大能量的输出信号。12.放大电路的静态工作点很容易受外界条件的影响而变动，其中最主要的原因是温度的变化和管子参数的分散性。13.集成运放的基本组成主要是输入级、中间放大、输出级和偏置电路四部分。本单元结束