項目1模塊一：常用半導(dǎo)體元件課件

項目一：電子電路基礎(chǔ)知識應(yīng)用

［項目描述］汽車電子技術(shù)的應(yīng)用給汽車技術(shù)的概念賦予了新的含義。1958年帶二極管直流發(fā)電機在汽車上第一次使用，汽車電子技術(shù)開始逐步發(fā)展。1965年汽車晶體管點火系的出現(xiàn)標(biāo)志著汽車技術(shù)進入了電子時代。如今電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車的各個系統(tǒng)部件中，電子系統(tǒng)的價格從1980年占整車價格的0.5%至2010年預(yù)測可達24%。因此，我們學(xué)習(xí)并掌握電子電路基礎(chǔ)知識是為以后學(xué)習(xí)先進的汽車電子技術(shù)打好扎實的基礎(chǔ)。［技能要點］認識和區(qū)分常用半導(dǎo)體元件；掌握晶體二極管、三極管檢測方法；掌握電子元件焊接基本方法；學(xué)會制作簡單的汽車晶體管電路。［知識要點］ 通過本項目學(xué)習(xí)，了解半導(dǎo)體元件的分類；掌握二極管、晶體管的特性；熟悉汽車常用半導(dǎo)體及特征用途；理解并能分析各晶體管在電路中的應(yīng)用模塊一汽車常用半導(dǎo)體元件

任務(wù)一認識常用半導(dǎo)體元件

單元目標(biāo)：熟練區(qū)分出無源元器件和半導(dǎo)體元器件；掌握常用無源元件的名稱；了解電阻的色環(huán)含義；掌握電子元件的焊接方法

圖1-1汽車收音機［知識鏈接］

一、電子元件可分為兩大類：無源元件和半導(dǎo)體元件。無源元器件有電阻器、電容器、電感等。半導(dǎo)體元件有二極管、晶體管、晶閘管等。

無源元件

電阻器電阻是導(dǎo)體的一種基本性質(zhì)，其值與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān)。電阻器是電氣、電子設(shè)備中最常用的基本元件之一，如圖1-2

圖1-2各種電阻器1、電阻器有不同的分類方法。按材料分，有碳膜電阻、水泥電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等；按功率分，有1/16W、l/8W、1/4W、l／2W、1W、2W、5W直到500W等額定功率的電阻：按電阻值的精確度分，有精確度為±5％、±10％、±20％等的普通電阻，還有精確度為±0.l％、±0.2％、±0.5％、±1％和±2％等的精密電阻，電阻器類別可以通過外觀的標(biāo)記去識別。

電阻器的種類雖然有很多，但通常可分為三大類，即固定電阻、可變電阻、特種電阻。

［小帖示］色環(huán)電阻的色環(huán)代表什么含義？

［小帖示］1電容在電子線路中通過交流阻隔直流，也用來儲存和釋放電荷充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈沖信號。2 電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質(zhì)并引出兩個電極，即正極（+）和負極（-），它們的極性不能接錯。電容的極性用箭頭表示

3、電感器和電容器一樣，電感也是一種儲能元件如圖1-4所示，它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿?，并在磁場中儲存能量。與電容的特性相反，電感器具有阻止交流電通過而讓直流電通過的特性，它經(jīng)常和電容器一起工作，構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。電感器用符號L表示，它的基本單位是亨利(H)，毫亨（mH)為常用單位。其主要技術(shù)指標(biāo)包括電感量L、品質(zhì)因數(shù)Q、自諧頻率F、直流電阻RDC、額定電流I、絕緣電阻K等。

圖1-4各種電感器

電感器的種類較多，按用途可分通用元件和專用元件；按工作原理不同可分為電感線圈和變壓器兩大類。其中，通用元件可分固定電感元件(立式、臥式與片狀)、阻流圈(高頻、低頻、工頻)等；專用元件包括各種振蕩線圈(電視與收音機用)以及電視機上的校正電感與偏轉(zhuǎn)線圈等。

二、半導(dǎo)體元件

半導(dǎo)體元器件用硅或鍺等半導(dǎo)體材料制成的電子元件。常用的有半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管，發(fā)光二極管，變?nèi)荻O管，光電管，晶體管，可控硅，光敏電阻，負溫度系數(shù)的熱敏電阻和各種集成電路等，如圖1-5所示。半導(dǎo)體到底是什么東西呢，我們將在后面的任務(wù)中進一步認識。

圖1-5各種半導(dǎo)體元件圖1-6手工焊接工具手工焊接基本步驟：第一步準(zhǔn)備：一手拿焊絲，一手拿烙鐵，看準(zhǔn)焊點，隨時待焊。第二步加熱：烙鐵尖先送到焊接處，注意烙鐵尖應(yīng)同時接觸焊盤和元件引腳，把熱量同時傳輸?shù)胶附訉ο笊?。第三步送焊錫：焊盤和引線被融化的助焊劑所浸濕，除掉表面的氧化層，焊料在焊盤和引線連接處呈錐狀，形成理想的無缺憾的焊點。

第四步去焊錫：當(dāng)焊絲融化到一定量后，迅速移開焊錫絲。第五步完成：當(dāng)焊料完全浸潤焊點后迅速移開電烙鐵。任務(wù)二半導(dǎo)體的基本知識

單元目標(biāo)：了解半導(dǎo)體的發(fā)展歷史；掌握半導(dǎo)體的基本知識

活動一了解半導(dǎo)體的歷史發(fā)展物質(zhì)存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較差或不好的材料，如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等，稱為絕緣體。而把導(dǎo)電、導(dǎo)熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導(dǎo)體?？梢院唵蔚陌呀橛趯?dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)實際上可以追溯到很久以前，1833年，英國巴拉迪最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個特征。

1873年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這是半導(dǎo)體又一個特有的性質(zhì)。

1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的導(dǎo)電與所加電場的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過來，它就不導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應(yīng)。

半導(dǎo)體的這四個效應(yīng)，雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導(dǎo)體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結(jié)出半導(dǎo)體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。很多人會疑問，為什么半導(dǎo)體被認可需要這么多年呢？主要原因是當(dāng)時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關(guān)的問題就難以說清楚。在早期，半導(dǎo)體還用來做整流器、光伏電池、紅外探測器等，半導(dǎo)體的四個效應(yīng)都用到了。二戰(zhàn)時英國就利用紅外探測器多次偵探到了德國的轟炸機。

1947年，美國貝爾實驗室的研究人員研制出了晶體管，這年的12月23日成為晶體管的正式發(fā)明日。研究人員用了一個非常簡單的裝置，就是在一塊鍺晶體上，用兩個非常細的金屬針尖扎在鍺的表面，在一個針上加正電壓，在另外一個探針上加一個負電壓，我們現(xiàn)在分別稱為發(fā)射極和集電極，N型鍺就變成了一個基極，這樣就形成了一個有放大作用的PNP晶體管，這就是晶體三極管。

晶體管的發(fā)明不僅引起了電子工業(yè)的革命，從而徹底的改變了我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)、生活方式。我們今天日常所用的電器幾乎沒有一樣不用晶體管，如通信、電腦、電視、航天、航空等，特別是近三十年在汽車技術(shù)上的應(yīng)用和發(fā)展更為迅猛。

［小實驗］實驗準(zhǔn)備：電池一節(jié)、小燈泡一個、二極管一個、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。按下圖連接，觀察燈泡是否亮，如果調(diào)換二極管接線方向，情況又如何？思考一下，為什么？我們將在下一活動中進一步來探討……半導(dǎo)體既不屬于導(dǎo)體也不屬于絕緣體，半導(dǎo)體材料的原子外層軌道上只有四個電子。鍺和硅是兩種典型的半導(dǎo)體材料，它們都沒有自由電子來形成電流。但是，如果在鍺和硅中加入另外的物質(zhì)提供電子運動所必需的條件，這些半導(dǎo)體材料就可以用來傳導(dǎo)電流。將其他材料以很小的比例添加到半導(dǎo)體里的過程稱為半導(dǎo)體摻雜，摻人的微量物質(zhì)叫做雜質(zhì)。在加了另外的微量物質(zhì)后，鍺和硅就不再是純凈材料。添加到純凈硅或鍺中的雜質(zhì)原子數(shù)占純凈硅或鍺材料原子的億分之一被用來提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。因為電子的數(shù)量依然與混合材料中的質(zhì)子的數(shù)量相等，摻雜后的原子依然是電中性的。根據(jù)兩種材料結(jié)合部位的電子數(shù)量不同，這些混合材料被分為兩類：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。如圖1-7（a）、（b）所示。

圖1-7（a）N型半導(dǎo)體材料

N型半導(dǎo)體：在硅或鍺中摻入像磷等元素。每種摻雜元素在原子外層軌道上都有五個電子，這五個電子與硅或鍺的四個電子混合成總共九個電子。然而在半導(dǎo)體材料和摻雜元素的結(jié)合處只能容納八個電子，這樣就產(chǎn)生一個多余電子。

圖1-7（b）P型半導(dǎo)體材料P型半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體是在硅和鍺中摻人雜質(zhì)硼等材料所產(chǎn)生的。硼的原子外層軌道上只有三個電子，與硅或鍺結(jié)合后，總共有七個電子，比在原子結(jié)合時所需要的少一個電子。因而盡管混