汽車電子元件及檢測

1、 二極管 三極管 特殊晶體管 課題實(shí)驗(yàn) 半導(dǎo)體的概念 什么是二極管 二極管的檢測與焊接 二極管在汽車上的應(yīng)用 特殊二極管及其在汽車上的應(yīng)用自然界中，物質(zhì)的種類繁多，性質(zhì)各異。根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電性能不同，可將物質(zhì)分為三類。一類是導(dǎo)體，即是導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)，如銀、金、銅、鐵等。另一類是幾乎不能導(dǎo)電的物體，叫做絕緣體，如塑料、陶瓷、玻璃、橡膠等。還有一類物質(zhì)，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這樣一類物質(zhì)叫半導(dǎo)體，如硅、鍺、砷化鎵及一些金屬氧化物等。一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)PN結(jié)，用兩金屬導(dǎo)體將這塊半導(dǎo)體分別引出，用絕緣物質(zhì)封裝起來便構(gòu)成一個(gè)二極管（如圖2-1-1）。二極

2、管按制造材料可分為硅二極管、鍺二極管。二極管可以看作電流的單向止回閥，它只允許電流以一個(gè)方向流動(dòng)，即從二極管的正極流向負(fù)極，這就是二極管的單向?qū)щ娦浴Ａ鬟^二極管的電流隨著加在二極管上的電壓變化而變化的性質(zhì)稱為二極管的伏安特性。如圖2-1-2所示為二極管伏安特性曲線。（1）正向特性（2）反向特性（3）反向擊穿特性（1） 最大電流IF 最大電流是指二極管長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。實(shí)際使用時(shí)的工作電流應(yīng)小于IF，如果超過此值，將引起PN結(jié)過熱而燒壞。 （2） 最高反向電壓URM 最高反向電壓是指二極管工作時(shí)兩端所允許加的最大反向電壓。通常URM約為反向擊穿電壓UR的一半，以保證二極管安

3、全工作，防止擊穿。 一般情況下，二極管都有一定的標(biāo)注，塑料封裝二極管有標(biāo)記環(huán)的一側(cè)是負(fù)極；國產(chǎn)二極管帶色點(diǎn)的一端為正極。無標(biāo)記的二極管，如果要檢測二極管的好壞，可以用萬用表二極管檔或電阻擋來判斷二極管的正、負(fù)極和好壞。根據(jù)二極管正向電阻小、反向電阻大的特點(diǎn)。用表筆分別與二極管的兩極相接，測出兩個(gè)電阻值。在所測得阻值較小的一次，與紅表筆相接的一端為二極管正極。同理，在所測得電阻值較大的一次，與紅表筆相接的是二極管負(fù)極，如2-1-3所示。返回返回返回返回如果測得的正、反向電阻值均很小，說明二極管內(nèi)部短路；若正、反向電阻值均很大，說明二極管內(nèi)部開路，這兩種情況下，二極管就不能使用了。以上是普通二極管

4、的檢測方法，汽車交流發(fā)電機(jī)上的整流二極管就可以按照上述方法進(jìn)行檢測。二極管的焊接與電子元件焊接類似，但要求焊接時(shí)間短。要有協(xié)助散熱措施等（如吹風(fēng)）。將交流電變成直流電的過程叫做整流。在汽車交流發(fā)電機(jī)中，就是利用二極管組成的整流板將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流為直流電。為了適應(yīng)汽車發(fā)電機(jī)的需要，專門制作了用于汽車的整流二極管，它們分為正極管和負(fù)極管。如圖2-1-4所示。三個(gè)正極管和三個(gè)負(fù)極管構(gòu)成的整流電路稱為三相橋式整流電路，將發(fā)電機(jī)的交流電變?yōu)?2V的直流電。整流電路如圖2-1-5所示。一個(gè)通電的線圈，當(dāng)突然斷電時(shí)，就會(huì)在線圈中產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢，如果這個(gè)反向電動(dòng)勢疊加在電路中的其他電子元件上（

5、一般為三極管）就會(huì)引起元件的損壞。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般都在線圈旁邊并聯(lián)一個(gè)二極管來吸收反向電動(dòng)勢，這種電路就是二極管的續(xù)流電路（如圖2-1-6所示）。在這種電路中，二極管起到了對其他電子元件的保護(hù)作用，所以也稱為保護(hù)二極管。除了普通二極管外，還有專供特殊用途的二極管，如穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管和光電二極管等。穩(wěn)壓管是一種經(jīng)過特殊工藝制造成的二極管，它與電阻配合使用，具有穩(wěn)定電壓的功能。普通二極管加上反向電壓不導(dǎo)通，可是當(dāng)反向電壓達(dá)到一定程度（大于UR）時(shí)二極管會(huì)反向擊穿，普通二極管就會(huì)燒毀。但是經(jīng)過特殊工藝制造的穩(wěn)壓管就能夠耐得住反向電流。穩(wěn)壓管的外形與普通二極管區(qū)別不大，它的符號和伏安特性

6、如圖2-1-7所示。操作：用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源驗(yàn)證二極管的穩(wěn)壓作用。如圖2-1-8（a）所示，限流電阻的阻值為500，負(fù)載電阻阻值為3k，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5.3V，調(diào)整穩(wěn)壓電源的電壓輸出值從412V逐步變化，對應(yīng)一個(gè)輸出值，用萬用表測量負(fù)載電阻兩端的電壓，觀察電壓變化。如圖2-1-8（b）所示，是利用穩(wěn)壓管為汽車儀表提供穩(wěn)定電源的電路，圖中的穩(wěn)壓管與電阻串聯(lián)而與儀表并聯(lián)。發(fā)光二極管的外形及符號如圖2-1-9所示。發(fā)光二極管的檢測：對于發(fā)光二極管，在用萬用表檢測時(shí)正反向電阻差值很小，不易區(qū)分，可以用圖2-1-10所示的方法，自制一根測試線，連接到發(fā)光二極管上，直接檢測是否發(fā)光。如圖2-1-11所示

7、為浮子舌簧管開關(guān)式液位傳感器應(yīng)用電路。如圖2-1-12所示。光電二極管的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。它的主要特點(diǎn)是：管子工作在反向狀態(tài)，反向電流與光照度成正比。光電二極管的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-1-13所示。 三極管的結(jié)構(gòu)與參數(shù) 三極管的三種工作狀態(tài) 三極管的檢測 三極管放大電路在汽車電子電路中的應(yīng)用 三極管開關(guān)電路在汽車電子電路中的應(yīng)用 三極管構(gòu)成的多諧振蕩器及其在汽車電子電路中的應(yīng)用半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管。它是由兩個(gè)相距很近的PN結(jié)組成的，是在一塊半導(dǎo)體晶片上制造三個(gè)摻雜區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)，再引出三個(gè)電極，用管殼封裝，實(shí)物如圖2-2-1所示。 三極管由P型和N型材料組合的三層材料制成

8、。按照兩個(gè)PN結(jié)的組合方式不同，三極管可分為NPN型如圖2-2-2（a）、（b）所示和PNP型如圖2-2-2（c）、（d）所示兩種。實(shí)際上，一個(gè)三極管是擁有共同中間層的兩個(gè)二極管。三極管的性能可以用參數(shù)來進(jìn)行描述，三極管參數(shù)是工程實(shí)踐中選用管子的主要依據(jù)，各種參數(shù)均可在三極管手冊中查到。（1）電流放大倍數(shù)三極管在有輸入信號的情況下，輸出信號的電流變化與輸入信號的電流變化之比，稱為電流放大倍數(shù)，也就是一般簡稱的三極管放大倍數(shù)。電流放大倍數(shù)決定了三極管的基本放大能力。 （2）穿透電流ICEO當(dāng)基極b開路時(shí)，集電極c、發(fā)射極e之間加上一定電壓時(shí)，ce之間并不是沒有電流流過，只是流過的電流很小，稱為穿

9、透電流ICEO。三極管的穿透電流越小，管子的質(zhì)量越好。（3） 極限參數(shù)使三極管得到充分利用而又安全可靠工作的參數(shù)，叫做極限參數(shù)。1） 集電極最大允許電流ICM集電極電流的上升會(huì)引起電流放大倍數(shù)的下降，通常將值下降到正常值的三分之二時(shí)所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。ic超過ICM時(shí)，三極管不一定損壞，但放大能力會(huì)下降。2） 集電極最大允許耗散功率PCM當(dāng)集電極耗散功率是指集電極流過的電流與加載的電壓的乘積。當(dāng)集電極耗散功率上升時(shí)，三極管發(fā)熱，溫度上升，管子性能下降，甚至損壞。PCM是指集電結(jié)溫度不超過允許值（手冊上有規(guī)定）時(shí)，集電極所允許的最大功耗。3） 反向擊穿電壓三極管工作時(shí)

10、，加在任何兩個(gè)電極之間的反向電壓超過一定值時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生很大電流，從而導(dǎo)致管子損壞。U（BR）CEO是指基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓值。除此之外，還有U（BR）EBO、U（BR）CEO等，均可在手冊中查出。操作規(guī)范：ICM、PCM、U（BR）CEO是三極管的極限參數(shù)，使用時(shí)不允許超過它，這三個(gè)參數(shù)共同確定了三極管的安全工作區(qū)域。根據(jù)三極管連接的外部電路條件，三極管有三種工作狀態(tài)。基極加了反向偏壓。在這種狀態(tài)下，三極管不導(dǎo)通，沒有電流流動(dòng)，稱為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。如果把ce間看作一個(gè)開關(guān)的兩端，截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開關(guān)斷開。對于PNP型三極管，發(fā)射極e與基極b電位差小于0.3V，如圖2-2-3

11、（b）所示，基極加了反向偏壓，PNP三極管截止。如圖2-2-4（a）所示，當(dāng)NPN管的基極b與發(fā)射極e電位差大于0.7V，這種情況稱為基極加了正向偏壓。在這種狀態(tài)下，三極管導(dǎo)通，集電極C向發(fā)射極e有電流，而且流過的電流的大小與基極b流入的電流成正比，稱為三極管的放大狀態(tài)。對于PNP管，放大狀態(tài)的條件是基極b的電位比發(fā)射極e的電位低0.3V以上。如圖2-2-4（b）所示。 在放大狀態(tài)，三極管ce之間的電流是隨著基極b的電流增大而增大的。但是，當(dāng)三極管的基極電流增加到一定值時(shí)，再增大正向偏壓，加大基極電流，ce之間的電流維持在一個(gè)最大值而不再增大了，這種狀態(tài)稱為三極管的飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)，三極管

12、ce之間電位差很小，幾乎為零，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的兩端閉合。在分析汽車電路中，如果遇到三極管飽和的狀態(tài)，可認(rèn)為c、e電位相等。一般情況下，管型是NPN還是PNP應(yīng)該從管殼上標(biāo)注的型號來判別。依照部頒標(biāo)準(zhǔn)，三極管型號的第二位（字母），A、C表示PNP管；B、D表示NPN管。 常用的小功率三極管有金屬圓殼封裝和塑料封裝（半圓柱形）等，管腳排列如圖2-2-6（a）所示。大功率三極管的外形有金屬殼封裝（扁柱形）管腳排列如圖2-2-6（b）所示，以及塑料封裝（扁平、管腳直列）等形式。 用指針式萬用表的黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個(gè)極。若測得電阻都較小，約為幾百歐至幾千歐；將紅黑表筆對調(diào)，測得電

13、阻都較大，約為幾百千歐以上，這個(gè)管子就是NPN管，最初黑表筆接的就是基極。用指針式萬用表的黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個(gè)極。若測得電阻都較大，約為幾百千歐以上；將紅黑表筆對調(diào)，測得電阻都較小，約為幾百歐至幾千歐。這個(gè)管子就是PNP管。最初黑表筆接的就是基極。對于NPN管，確定基極后，用指針式萬用表的兩個(gè)表筆分別接觸另兩個(gè)管腳，同時(shí)用指尖輕觸基極，觀察萬用表指針擺動(dòng)情況；將兩個(gè)表筆對調(diào)，重復(fù)上述過程。取指針擺動(dòng)較大一次的表筆接觸位置，黑表筆接觸的是集電極c，紅表筆接觸的是發(fā)射極e。對于PNP管，確定基極后，用指針式萬用表的兩個(gè)表筆分別接觸另兩個(gè)管腳，同時(shí)用指尖輕觸基極，觀察萬用表指

14、針擺動(dòng)情況；將兩個(gè)表筆對調(diào)，重復(fù)上述過程。取指針擺動(dòng)較大一次的表筆接觸位置，黑表筆接觸的是發(fā)射極e，紅表筆接觸的是集電極c。測晶體三極管正向阻值很大時(shí)，表明三極管開路，如反向電阻值很小，或c-e極間的電阻值接近零，說明三極管短路或已擊穿。如c-e極間的電阻值很小，則表明三極管的穿透電流過大，已不能使用。也可以測量晶體管直流電壓來判斷，短接基極與發(fā)射極，如集電極不變化或低于電源電壓，表示晶體三極管漏電或已擊穿，檢測NPN硅管放大器的直流工作狀態(tài)時(shí)，可以測Vb、Ve、Vc。Vb應(yīng)比Ve高為約0.7V，即Vbe=0.7V，這可作為判斷三極管好壞的依據(jù)，另外汽車電路中用NPN型晶體管作振蕩器，正常時(shí)基

15、極電壓應(yīng)比發(fā)射電壓低。但上述測量是用指針式萬用表在三極管的空腳上進(jìn)行的，如果三極管是焊在電路上，就要考慮并聯(lián)處電路的影響，不能僅以電阻值來判斷三極管的好壞。返回返回返回返回返回按照三極管處于放大狀態(tài)的條件構(gòu)成三極管基本放大電路，如圖2-2-7所示。用信號發(fā)生器產(chǎn)生如圖2-2-8（a）所示的電壓波形，輸入到圖2-2-7電路中的基極，在集電極就會(huì)得到如圖2-2-8（b）所示的電壓波形。用示波器觀察對比輸入、輸出波形。信號經(jīng)過三極管放大，在放大電路中發(fā)生了三個(gè)變化：（1） 輸入電壓信號被放大。（2） 輸入電流被放大。（3）輸出波形反了180用三極管進(jìn)行信號放大時(shí)，信號一定是從基極輸入的，放大的信號可

16、以從集電極輸出也可以從發(fā)射極輸出。 三極管的最主要的性能是放大。在汽車電子電路中，主要用來對微弱信號進(jìn)行放大。圖2-2-9所示為利用三極管的放大特性制作的汽車電氣線路搭鐵（短路）探測器。當(dāng)三極管在基極電流控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)交替變換，就如同一個(gè)開關(guān)的斷開與閉合狀態(tài)交替變換一樣。如圖2-2-10所示為NPN管的開關(guān)狀態(tài)。圖2-2-11為NPN管開關(guān)電路。操作：按照圖2-2-12所示電路連接。當(dāng)按下開關(guān)后，發(fā)光二極管發(fā)光；開關(guān)斷開后，發(fā)光二極管熄滅。討論：分析圖2-2-12電路的工作原理。PNP管的開關(guān)電路與NPN管開關(guān)電路組成和工作原理類似，只不過加在基極b上的控制信號要低于發(fā)射極電位。

17、如圖2-2-13示為PNP管的開關(guān)狀態(tài)。操作：按照圖2-2-14所示電路連接。當(dāng)開關(guān)閉合后，發(fā)光二極管發(fā)光；開關(guān)斷開后，發(fā)光二極管熄滅。討論：分析圖2-2-14電路的工作原理。術(shù)語：工程實(shí)踐中，一些三極管經(jīng)過特殊工藝制造。只需要很小的基極電流就能夠達(dá)到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這種管子幾乎就只工作在截止和飽和導(dǎo)通兩種狀態(tài)，即開關(guān)狀態(tài)。一般將經(jīng)常工作在開關(guān)狀態(tài)，起開關(guān)作用的三極管叫做開關(guān)管。操作規(guī)范：在開關(guān)管控制的繼電器或噴油器等線圈結(jié)構(gòu)的電子器件旁邊一定并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。有時(shí)在電路中為了控制的需要，要用到兩級或三級開關(guān)電路，這些電路在汽車發(fā)電機(jī)電子調(diào)壓器電路中經(jīng)常用到。如圖2-2-15（a）所示為兩級開

18、關(guān)電路，圖2-2-15（b）所示為三級開關(guān)電路。所謂達(dá)林頓管就是連接在一起的兩只三極管，又稱為復(fù)合管，它的放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘積。如圖2-2-16所示，三極管VT1用作前置放大管，它產(chǎn)生推動(dòng)VT2的基極電流，VT2是末級放大管，它與控制電路是隔離的，將電流繼續(xù)放大以驅(qū)動(dòng)負(fù)載部件。國產(chǎn)JFT106型電子調(diào)節(jié)器為14V外搭鐵式，調(diào)節(jié)電壓為13.814.6V，可與14V、750W的九管外搭鐵硅整流發(fā)電機(jī)配套使用，也可與14V、1000W的普通六管硅整流發(fā)電機(jī)配套使用，其電路如圖2-2-17所示。JFT201型電子調(diào)壓器適用于14 V、500 W以下的各種交流發(fā)電機(jī)，電路如圖2-2-18所

19、示。晶體管點(diǎn)火電路的點(diǎn)火信號由裝在分電器內(nèi)的信號發(fā)生器提供，如圖2-2-19為一種磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號發(fā)生器。磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號發(fā)生器由信號轉(zhuǎn)子、傳感線圈、鐵心、永久磁鐵等組成，如圖2-2-20所示。整個(gè)信號發(fā)生器裝在分電器內(nèi)，永久磁鐵和鐵心固定在分電器內(nèi)，傳感線圈繞在鐵心上。信號轉(zhuǎn)子由分電器軸帶動(dòng)，其上的凸齒數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相同。傳感線圈中磁通的變化和感應(yīng)電動(dòng)勢如圖2-2-21所示。汽車電路中包含很多信號報(bào)警電路，基本原理就是監(jiān)控一個(gè)點(diǎn)的電位變化，來控制三極管的開關(guān)，發(fā)出聲音或光的報(bào)警信號。如圖2-2-22所示為監(jiān)測蓄電池液位報(bào)警電路。多諧振蕩器是由三極管放大電路和將三極管集電極輸出信號反傳給三極

20、管基極的正反饋電路組成的，如圖2-2-23（a）所示。這種電路一般都畫成左右對稱的形式，在電路中比較容易辨認(rèn)。圖2-2-23（b）所示電路為幫助理解多諧振蕩器的電路。多諧振蕩器工作原理：操作：用示波器觀察圖2-2-23所示電路的輸出波形，描繪三極管基極和集電極的波形。選用不同的容量的C1和C2及不同阻值的R1和R2，就可以改變電容的放電時(shí)間，由此改變振蕩電路的振蕩周期。（1） 電子式閃光器改變電阻R2、R3和電容器C的大小以及V3的值，即可改變閃光頻率，如圖2-2-24。（2） 電子式電喇叭電子式電喇叭即無觸點(diǎn)電喇叭，它具有音色和音量不變且易調(diào)整、故障少等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代汽車上使用愈來愈廣泛。電子式電喇叭主要由多諧振蕩器及功率放大器組成，圖2-2-25為其電路圖。V1、V2、V3構(gòu)成一多諧振蕩器。（3）刮水器間歇控制圖2-2-26為多諧振蕩器控制的間歇式電動(dòng)刮水器。其中R