汽車電工電子基礎(chǔ)課件

單元五

常用半導(dǎo)體元件及應(yīng)用一、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)二、半導(dǎo)體二極管四、晶閘管五、單相整流電路六、汽車交流發(fā)電機(jī)整流電路單元小結(jié)三、半導(dǎo)體三極管返回七、基本放大電路八、集成運(yùn)算放大器學(xué)習(xí)目標(biāo)完成本單元學(xué)習(xí)后，你應(yīng)能：1.正確描述半導(dǎo)體的概念，理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦阅埽?.掌握二極管與三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)、特性及主要參數(shù)；3.正確使用萬(wàn)用表檢測(cè)判斷二極管與三極管的好壞；4.了解二極管與三極管的實(shí)際應(yīng)用，了解普通晶閘管的結(jié)構(gòu)及性能；5.掌握整流電路的組成及工作原理；6.敘述放大電路的基本組成、各元件的作用及正常工作的條件，分析簡(jiǎn)單的放大電路；7.闡述集成運(yùn)算放大器的基本組成和用途。建議學(xué)時(shí)：14學(xué)時(shí)目錄頁(yè)前一頁(yè)一、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。純凈的半導(dǎo)體又稱本征半導(dǎo)體，其原子都按一定規(guī)律整齊排列，因此都成晶體結(jié)構(gòu)。在本征半導(dǎo)體中摻入不同的微量元素，就會(huì)得到導(dǎo)電性質(zhì)不同的半導(dǎo)體材料：空穴型半導(dǎo)體（又稱P型半導(dǎo)體）、電子型半導(dǎo)體（又稱N型半導(dǎo)體）。目錄頁(yè)前一頁(yè)通過(guò)一定的工藝把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在它們的交界處就會(huì)形成PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體元件的基礎(chǔ)。將PN結(jié)經(jīng)特殊封裝并加上相應(yīng)的電極引線，就制成了半導(dǎo)體二極管。在一塊半導(dǎo)體基片上用一定的工藝方法形成兩個(gè)PN結(jié)，經(jīng)特殊封裝并加上相應(yīng)的電極引線，則制成了半導(dǎo)體三極管。目錄頁(yè)前一頁(yè)二、半導(dǎo)體二極管1.普通二極管的工作特性2.普通二極管的主要參數(shù)3.普通二極管性能與極性的判斷4.不同用途的半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用目錄頁(yè)前一頁(yè)二極管的外形及圖形符號(hào)a）外形；b）圖形符號(hào)目錄頁(yè)前一頁(yè)1.普通二極管的工作特性1）二極管具有正向?qū)ㄌ匦?）二極管具有反向截止特性3）二極管具有反向擊穿特性目錄頁(yè)前一頁(yè)二極管的工作特性a）正向?qū)?；b）反向截止；c）特性曲線目錄頁(yè)前一頁(yè)2.普通二極管的主要參數(shù)1）最大正向電流2）最高反向工作電壓3）正向管壓降目錄頁(yè)前一頁(yè)3.普通二極管性能與極性的判斷1）性能（好壞）的判斷2）極性的判斷目錄頁(yè)前一頁(yè)1）性能（好壞）的判斷（1）將指針式萬(wàn)用表的旋鈕撥到電阻R×100或R×

1k，用萬(wàn)用表的黑、紅表筆分別接二極管的兩極測(cè)量一次，然后交換兩表筆的位置再測(cè)量一次，如果兩次測(cè)得電阻值為一大一小，就表明該二極管是好的；若兩次測(cè)得電阻值均達(dá)，則表明該二極管已斷路；若兩次測(cè)得電阻值均小，就表明該二極管已被擊穿短路。目錄頁(yè)前一頁(yè)（2）將數(shù)字式萬(wàn)用表的旋鈕撥到測(cè)二極管位置，如下頁(yè)圖所示，示數(shù)為一個(gè)方向0.5～0.7V，另一方向電壓較高時(shí)，表明二極管是好的。（3）將二極管與一只汽車燈泡串聯(lián)，再和蓄電池連接成回路，然后把二極管調(diào)過(guò)頭再連接一次。如果燈泡一次亮一次不亮，則表明二極管是好的。目錄頁(yè)前一頁(yè)二極管的性能判斷目錄頁(yè)前一頁(yè)2）極性的判斷在測(cè)量二極管的好壞過(guò)程中，當(dāng)測(cè)得電阻值較小時(shí)，紅表筆與之相接的電極為二極管的負(fù)極，黑表筆與之相接的電極為二極管的正極；相反，當(dāng)測(cè)得電阻值較大時(shí)，紅表筆與之相接的電極為二極管的正極，黑表筆與之相接的電極為二極管的負(fù)極。目錄頁(yè)前一頁(yè)4.不同用途的半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1）整流二極管2）穩(wěn)壓二極管3）發(fā)光二極管4）光電二極管目錄頁(yè)前一頁(yè)想一想通常出租車在無(wú)乘客乘坐時(shí)，儀表臺(tái)上的空車標(biāo)示燈會(huì)顯示“空”，這個(gè)標(biāo)示燈除了用燈泡顯示外，還可以用哪種二極管進(jìn)行顯示？目錄頁(yè)前一頁(yè)三、半導(dǎo)體三極管1.半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)2.半導(dǎo)體三極管的3種工作狀態(tài)3.半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)4.半導(dǎo)體三極管的簡(jiǎn)易判別5.半導(dǎo)體三極管的應(yīng)用目錄頁(yè)前一頁(yè)1.半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和外形a）結(jié)構(gòu)；b）符號(hào)；c）外形目錄頁(yè)前一頁(yè)2.半導(dǎo)體三極管的3種工作狀態(tài)1）三極管的截止?fàn)顟B(tài)2）三極管的放大狀態(tài)3）三極管的飽和狀態(tài)目錄頁(yè)前一頁(yè)三極管實(shí)驗(yàn)電路（相應(yīng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5-1）目錄頁(yè)前一頁(yè)1）三極管的截止?fàn)顟B(tài)當(dāng)三極管基極電流Ib=0，發(fā)射結(jié)處于反向偏置或零偏置時(shí)，基極相當(dāng)于開(kāi)路，Ic約為零。通常把這種Ib=0、Ic=0的工作狀態(tài)稱為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。目錄頁(yè)前一頁(yè)2）三極管的放大狀態(tài)當(dāng)三極管基極電位升高，使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)反向偏置時(shí)，各電極的電流分配關(guān)系是：發(fā)射極電流Ie等于基極電流Ib與集電極電流Ic之和，即目錄頁(yè)前一頁(yè)3）三極管的飽和狀態(tài)當(dāng)三極管基極電位升高使發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏時(shí)，三極管集電極電流Ic受集電結(jié)回路最大供電能力的限制，不再與基極電流成比例增長(zhǎng)。三極管的這種工作狀態(tài)稱為三極管的飽和狀態(tài)。目錄頁(yè)前一頁(yè)3.半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)1）特性參數(shù)（1）電流放大系數(shù)β。（2）穿透電流Iceo。2）極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流。（2）集–射極反向擊穿電壓。（3）集電極最大耗散功率。目錄頁(yè)前一頁(yè)4.半導(dǎo)體三極管的簡(jiǎn)易判別1）NPN型和PNP型管子的判別2）好壞的判別3）放大系數(shù)β的估計(jì)目錄頁(yè)前一頁(yè)三極管的簡(jiǎn)易測(cè)試a）型號(hào)判別；b）好壞判別；c）放大系數(shù)估計(jì)目錄頁(yè)前一頁(yè)5.半導(dǎo)體三極管的應(yīng)用半導(dǎo)體三極管在3種不同工作狀態(tài)時(shí)有不同的性能。半導(dǎo)體三極管在實(shí)際使用時(shí)通常有兩種類型：模擬電子技術(shù)的應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用目錄頁(yè)前一頁(yè)想一想汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)中采用半導(dǎo)體三極管來(lái)接通和斷開(kāi)點(diǎn)火線圈初級(jí)電路，是利用三極管的什么特性來(lái)進(jìn)行工作的？目錄頁(yè)前一頁(yè)四、晶閘管1.晶閘管的結(jié)構(gòu)2.晶閘管的可控單向?qū)щ娦?.晶閘管的應(yīng)用目錄頁(yè)前一頁(yè)1.晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的外形及符號(hào)目錄頁(yè)前一頁(yè)2.晶閘管的可控單向?qū)щ娦跃чl管的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示（實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-2）。目錄頁(yè)前一頁(yè)晶閘管導(dǎo)通及關(guān)斷條件：1）導(dǎo)通條件在晶閘管的陽(yáng)極加正向電壓的同時(shí)，在門極也加適當(dāng)?shù)恼螂妷?。兩者缺一不可?）關(guān)斷條件只有改變陽(yáng)極電壓才能使晶閘管關(guān)斷。在晶閘管的陽(yáng)極加反向電壓，或去掉陽(yáng)極正向電壓，或增大可變電阻阻值讓主電路的電流下降到一定值以下都可使晶閘管關(guān)斷。目錄頁(yè)前一頁(yè)3.晶閘管的應(yīng)用晶閘管具有容量大、效率高、控制靈活和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它是大功率電能變化與控制的理想元件。目錄頁(yè)前一頁(yè)五、單相整流電路1.單相半波整流電路2.單相全波整流電路目錄頁(yè)前一頁(yè)1.單相半波整流電路目錄頁(yè)前一頁(yè)單相半波整流電路的電壓和電流波形a）電源電壓；b）負(fù)載電壓電流目錄頁(yè)前一頁(yè)2.單相全波整流電路單相全波整流電路也稱為單相橋式全波整流電路。目錄頁(yè)前一頁(yè)單相橋式全波整流電路及電壓和電流波形a）整流電路；b）整流電路的簡(jiǎn)化畫法；c）整流電路的電壓及電流波形目錄頁(yè)前一頁(yè)六、汽車交流發(fā)電機(jī)整流電路汽車交流發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過(guò)整流電路整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妼?duì)外輸出。目錄頁(yè)前一頁(yè)三相橋式整流電路及電壓波形a）整流電路；b）電壓波形目錄頁(yè)前一頁(yè)七、基本放大電路1.共發(fā)射極放大電路2.放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題目錄頁(yè)前一頁(yè)1.共發(fā)射極放大電路1）電路的組成及其放大作用2）放大電路的靜態(tài)3）放大電路的動(dòng)態(tài)4）放大電路的工作情況目錄頁(yè)前一頁(yè)三極管在電路中的3種基本連接方式a）共發(fā)射極接法；b）共集電極接法；c）共基極接法目錄頁(yè)前一頁(yè)1）電路的組成及其放大作用共發(fā)射極放大電路目錄頁(yè)前一頁(yè)電路中各組成元件的作用：（1）三極管V。（2）直流電源E。（3）集電極電阻Rc。（4）基極偏置電阻Rb。（5）耦合電容C1、C2。目錄頁(yè)前一頁(yè)2）放大電路的靜態(tài)當(dāng)放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，電路中各處的電壓、電流都是不變的直流，稱為直流工作狀態(tài)或靜態(tài)。目錄頁(yè)前一頁(yè)3）放大電路的動(dòng)態(tài)當(dāng)電路加上輸入信號(hào)后，電路中各處的電壓、電流均在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生相應(yīng)的變化，稱之為動(dòng)態(tài)。目錄頁(yè)前一頁(yè)4）放大電路的工作情況未加輸入信號(hào)時(shí)，三極管各電極間的電壓和各電極電流為恒定的滯留量；加輸入信號(hào)后，都在原來(lái)靜態(tài)的基礎(chǔ)上，又疊加了一個(gè)交流量。輸出電壓的值比輸入電壓的值大許多，而且為同頻率的正弦波。共射極電路具有倒相作用，這是共發(fā)射極放大電路的一個(gè)重要特性。目錄頁(yè)前一頁(yè)2.放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題靜態(tài)工作點(diǎn)在放大電路中是很重要的，它不僅關(guān)系到波形失真，而且對(duì)電壓增益也有重要影響，所以在放大電路中，為獲得較好的性能，必須設(shè)置一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。目錄頁(yè)前一頁(yè)分壓偏置電路目錄頁(yè)前一頁(yè)八、集成運(yùn)算放大器1.集成運(yùn)算放大器的組成2.集成運(yùn)放的符號(hào)與基本特性3.集成運(yùn)放在汽車上的應(yīng)用舉例目錄頁(yè)前一頁(yè)1.集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)放的基本組成主要有輸入級(jí)、中間放大、輸出級(jí)和偏置電路4部分。集成運(yùn)放組成方框圖目錄頁(yè)前一頁(yè)2.集成運(yùn)放的符號(hào)與基本特性1）集成運(yùn)放的符號(hào)2）理想運(yùn)算放大器及其基本特性目錄頁(yè)前一頁(yè)1）集成運(yùn)放的符號(hào)集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)a）集成運(yùn)放的圖形符號(hào)；b）國(guó)際常用表示符號(hào)目錄頁(yè)前一頁(yè)2）理想運(yùn)算放大器及其基本特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性a）運(yùn)放的電壓傳輸特性；b）理想運(yùn)放的電壓傳輸特性目錄頁(yè)前一頁(yè)3.集成運(yùn)放在汽車上的應(yīng)用舉例1）電橋放大電路2）集成運(yùn)放在幅值比較方面的應(yīng)用目錄頁(yè)前一頁(yè)1）電橋放大電路由傳感器電橋和運(yùn)算放大器組成的放大電路或由傳感器和云端放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。它應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號(hào)，并用運(yùn)算放大器作進(jìn)一步放大，或由傳感器和運(yùn)算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號(hào)。目錄頁(yè)前一頁(yè)2）集成運(yùn)放在幅值比較方面的應(yīng)用（1）簡(jiǎn)單電壓比較器。（2）過(guò)零比較器。（3）簡(jiǎn)單電壓比較器在汽車電子電路中的應(yīng)用。目錄頁(yè)前一頁(yè)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，可構(gòu)成幅值比較器（電壓比較器）。其功能是對(duì)送到集成運(yùn)放輸入端的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，并在輸出端以高、低電平的形式得到比較結(jié)果。比較器最常見(jiàn)的應(yīng)用電路有3種形式：簡(jiǎn)單電壓比較器滯回電壓比較器窗口比較器目錄頁(yè)前一頁(yè)（1）簡(jiǎn)單電壓比較器。電壓比較器電路及傳輸特性a）反向單門限比較器；b）同向單門限比較器目錄頁(yè)前一頁(yè)（2）過(guò)零比較器。a）反相輸入；b）同相輸入目錄頁(yè)前一頁(yè)（3）簡(jiǎn)單電壓比較器在汽車電子電路中的應(yīng)用。①氧傳感器通過(guò)電壓比較器與ECU之間進(jìn)行信號(hào)傳遞。②蓄電池電壓過(guò)低報(bào)警電路。目錄頁(yè)前一頁(yè)①氧傳感器通過(guò)電壓比較器與ECU之間進(jìn)行信號(hào)傳遞。目錄頁(yè)前一頁(yè)②蓄電池電壓過(guò)低報(bào)警電路。目錄頁(yè)前一頁(yè)單元小結(jié)1.半導(dǎo)體是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。2.半導(dǎo)體二極管的文字符號(hào)一般用VD表示。3.半導(dǎo)體三極管的文字符號(hào)一般用VT表示。4.晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體元件。目錄頁(yè)前一頁(yè)5.將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^(guò)程成為整流，擔(dān)任整流任務(wù)的電路稱為整流電路，整流電路是利用整流二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒔涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷模?.單相半波整流電路由交流電源、一只整流二極管及負(fù)載組成。7.單相橋式全波整流電路由交流電源、4只整流二極管及負(fù)載