汽車電工電子基礎(chǔ)課件 項目六 模擬電路基礎(chǔ)知識及應(yīng)用

項目六模擬電路基礎(chǔ)知識及應(yīng)用

任務(wù)二汽車常用電子電路任務(wù)一常用半導(dǎo)體元件

任務(wù)一常用半導(dǎo)體元件

一、

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

自然界中的物質(zhì)按照導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體。

典型的元素半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge，此外，還有化合物半導(dǎo)體砷化鎵GaAs等。導(dǎo)

體：導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。

絕緣體：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡膠、陶瓷、玻璃、塑料等。

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：雜敏性：所謂雜敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因摻入

適量雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化。

(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：所謂熱敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度

的變化而迅速變化。(可做成溫度敏感元件，

如熱敏電阻)。1P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體

完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式4價硅單晶中的共價健結(jié)構(gòu)共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理空穴自由電子

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就

愈好。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。

注意：（1）N型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價元素SiSiSiSip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。（2）P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。（1）PN結(jié)的形成多子的擴散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)2PN結(jié)（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

a、PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄外電場IF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–b、PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+PN結(jié)變寬外電場

內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－結(jié)論：在PN結(jié)上加正向電壓時，正向電流大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；在PN結(jié)上加反向電壓時，反向電流很小，PN結(jié)處于截止狀態(tài)。就是說：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。二、半?dǎo)體二極管一塊

P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體有機地結(jié)合在一起，形成一個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)成一個二極管1.二極管的伏安特性反向擊穿電壓導(dǎo)通電壓

外加電壓大于門限電壓時二極管才能導(dǎo)通。3.反向擊穿特性

外加電壓大于反向擊穿電壓時，二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.正向特性2.反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.1~0.3VUI死區(qū)PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。門限電壓或閥電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。Uth二極管的伏安特性1.正向特性:

非線性。①

U=0,I=0。U較小時，I很小幾乎為零。此段曲線稱為死區(qū)。②

U≧Uth(稱門限電壓或閾值電壓)，I隨U幾乎作線性增長。把I隨U作線性增長時對應(yīng)的電壓稱為導(dǎo)通電壓。2.反向特性:當給二極管加反向電壓時，二極管的反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)基本上不隨反向電壓的變化而變化，此時二極管處于反向截止區(qū)3.反向擊穿特性：反向電壓超過反向擊穿電壓時，反向電流激增，二極管擊穿。2.二極管的主要參數(shù)1最大電流

IF二極管允許長期流過二極管的最大正向平均電流。2

最高反向電壓URM最高反向電壓是指二極管工作時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，以保證二極管安全工作，防止被擊穿。3反向電流IR指二極管加反向電壓而未擊穿時的電流。解：首先將二極管斷開，二極管兩端承受的電壓為

UAB=UA-UB=-5V-（-8V）=3V顯然，二極管接入后處于正向偏置，工作在導(dǎo)通狀態(tài)。由于二極管的導(dǎo)通壓降為0.7V，則輸出電壓UO=UA-UD=-5V-0.7V=-5.7V（若把二極管視為理想器件，正向?qū)▔航禐?V，則輸出電壓UO=UA-UD=-5V）﹝例6-1﹞二極管電路如圖所示，設(shè)二極管的導(dǎo)通壓降為0.7V。判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止狀態(tài)，并確定電路輸出端電壓UO。3.其他特殊二極管（1）穩(wěn)壓管的結(jié)構(gòu)1.符號UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性

穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻

穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO應(yīng)用：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)。如果儀表電壓必須限定在8V，便可使用額定電壓為8V的穩(wěn)壓管。汽車電源電壓一部分降落在電阻上，8V電壓降落在穩(wěn)壓管上。即使電源電壓發(fā)生變化，也只是引起不同大小的電流流過電阻和穩(wěn)壓管，改變降落在電阻上的電壓，而穩(wěn)壓管始終維持8V電壓不變。解：先判斷當兩個穩(wěn)壓管開路時，兩個穩(wěn)壓管均加入20V的反偏電壓，故兩個管子均工作在穩(wěn)壓狀態(tài)。故UAB=UZ1+UZ2=8V+6V=14V（例6-2）電路如圖所示，其中限流電阻R=2KΩ，硅穩(wěn)壓管DZ1，DZ2的穩(wěn)定電壓分別為UZ1=8V，UZ2=6V，正向電壓降為0.7V，求A，B間的電壓UAB?

（2）發(fā)光二極管發(fā)光二極管（簡稱LED）是采用砷（As）、鎵（Ga）、磷（P）合成的二極管，它同樣具有單向?qū)щ娦?，當這種二極管通以正向電流時，會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。。發(fā)光二極管的檢測：對于發(fā)光二極管，在用萬用表檢測時正反向電阻差值很小，不易區(qū)分，可以用以下方法，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

（3）光敏二極管光敏二極管也叫光電二極管，它的結(jié)構(gòu)和一般二極管相似，也具有單向?qū)щ娦浴Ｊ且环N能將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。光敏二極管的反向電流隨光照強度的增加而上升。它的主要特點是：管子工作在反向狀態(tài)，反向電流與光照度成正比。光敏二極管在遠距離光電傳輸中的應(yīng)用變?nèi)荻O管是利用二極管內(nèi)部極間電容可變的原理制成的半導(dǎo)體器件，在高頻調(diào)諧、通信等電路中作可變電容器使用。（4）變?nèi)荻O管4、二極管極性及質(zhì)量好壞的判別（1）通過觀察二極管外形標記，判斷二極管的正負極（2）用萬用表檢測用萬用表電阻擋來判斷二極管的正、負極和好壞。三、半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，簡稱三極管，是具有電流放大作用的半導(dǎo)體器件。符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管1.基本結(jié)構(gòu)

三極管是一個電流控制器件，用一個很小的基極電流就能控制一個很大的集電極電流或發(fā)射極電流?；鶚O電流能夠控制集電極電流或發(fā)射極電流，就是電流的放大，從而實現(xiàn)三極管對信號的放大作用，實現(xiàn)“以小控大”。2、三極管的電流放大作用

要使三極管具有電流放大作用，必須具備相應(yīng)的外部條件：要給三極管加上合適的工作電壓，即保證發(fā)射結(jié)外加正向電壓，集電結(jié)外加反向電壓。NPN型管：UC>UB>UEPNP型管：UC<UB<UE3、三極管電流放大作用的外部條件(例6-3)測得某電路中，處在放大狀態(tài)的三極管的各引腳電位如圖6-19所示，試判斷哪個引腳是基極b，哪個是發(fā)射極e，哪個是集電極c，并說明是NPN管還是PNP管？解：根據(jù)三極管放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，確定基極和發(fā)射極。圖例中2，3引腳電壓為0.7V，故1腳為集電極c，根據(jù)三極管放大條件可判斷2腳為基極b，3腳為發(fā)射極e，該三極管為PNP型。4.三極管的工作狀態(tài)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：截止區(qū)（1）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)(2)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)（3）飽和區(qū)晶體管工作于飽和態(tài)。在飽和區(qū)，

IB

IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。（例6-4）測量三極管三個電極對地電位如圖6-24所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。解：(a)三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，管子處于放大狀態(tài)。

（b）三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏，管子處于飽和狀態(tài)。

（c）三極管的發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏，管子處于截止狀態(tài)。

5、三極管的主要參數(shù)（1）電流放大倍數(shù)β

（3）極限參數(shù)

6、三極管類型及管腳的判斷平面朝向自己，引腳朝下，從左到右依次為發(fā)射極e，基極b，集電極c。有文字面朝向自己，引腳朝下，從左到右依次為基極b，集電極c，發(fā)射極e。管腳面對人，三個引腳呈等腰三角形，則從頂角開始，逆時針依次為基極b，發(fā)射極e，集電極c管腳面對人，較遠的孔與二個引腳呈等腰三角形，由頂角開始逆時針依次為集電極c，發(fā)射極e，基極b

三極管內(nèi)部有兩個PN結(jié)，利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，可用萬用表電阻擋判別管子類型和E、B、C三個極。7、用萬用表判斷三極管的類型及引腳判別管腳時應(yīng)首先確認基極。一般情況下，基極排列在三個電極的中間（大功率金屬殼扁平形封裝除外）。

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極。若測得電阻都較小，為幾百歐至幾千歐，則將紅、黑表筆對調(diào)；若測得電阻都較大，為幾百千歐以上，則這個管子就是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極。若測得電阻都較大，為幾百千歐以上，則將紅、黑表筆對調(diào)；若測得電阻都較小，為幾百歐至幾千歐，則這個管子就是PNP管。最初黑表筆接的就是基極。1）

基極的判別對于NPN管，確定基極后，用指針式萬用表的兩個表筆分別接觸另外兩個管腳，然后用兩只手指分別接觸黑表筆和基極，觀察萬用表指針的擺動情況；將兩個表筆對調(diào)，重復(fù)上述過程。取指針擺動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。如圖6-26所示（圖中用100K電阻代表手指接觸）

對于PNP管，確定基極后，采用相同方法測量。取指針

擺動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。2）

集電極和發(fā)射極的判別任務(wù)二汽車常用電子電路

一、整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式整流等。分析時可把二極管當作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦?.半波整流電路2)工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3)工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。1)電路圖–++–aTrDuoubRLiou

tOuoO

半波整流電路的基本參數(shù)2.全波整流電路1)電路圖2)工作原理

正半周，Va>Vb，二極管D1導(dǎo)通；D2截止

負半周，Va<Vb，二極管D1截止；D2導(dǎo)通。toto

2

3

2

3

uOu2

全波整流電路的基本參數(shù)+uo

RLio+u2

u1+uo

ioRLD4D3D2D1u2u13.橋式整流電路

1）電路圖3.橋式整流電路

2）工作原理RLioD4D3D2D1+u2

+uo

承受反壓截止+u1

u2正半周：D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止RLD4D3D2ioD1+u2

+uo

u2負半周：+u1

承受反壓截止D2和D4導(dǎo)通,D1和D3截止3）波形輸入負半周D3RLD4D2D1u1u2+uo

+

ioioRLD4D3D2D1+

u2u1+uo

輸入正半周toto

2

3

2

3

uOu2

橋式整流電路的基本參數(shù)

解:整流電流的平均值流過每只二極管電流平均值變壓器次級電壓有效值每只二極管承受的最高反向電壓

UM=2U=157V根據(jù)以上計算，可選用額定電流1A，最大反向電壓200V的二極管電容濾波電路二、濾波電路將脈動的直流電變成平滑的直流電的電路，就是濾波電路。常見的濾波電路有電感濾波電路復(fù)式濾波電路（1）電容濾波電路電路的結(jié)構(gòu)如圖及工作原理

輸出電壓估算（例6-6）有一單相橋式整流濾波電路如圖6-42，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200

，要求直流輸出電壓Uo=30V，試選擇合適的整流二極管。解:流過二極管的電流變壓器副邊電壓的有效值二極管承受的最高反向電壓根據(jù)以上計算，可選擇額定電流100mA，最大反向電壓50V的二極管。（2）電感濾波電路電感濾波電路圖及工作原理（3）復(fù)式濾波電路把電容接在負載并聯(lián)支路，把電感或電阻接在串聯(lián)支路，就組成了復(fù)式濾波電路三、穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源的原理方框圖功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩(wěn)壓1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路2.

三端集成穩(wěn)壓器單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器四、基本放大電路

放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。

放大的實質(zhì):

用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。放大的概念:1、單管共射極放大電路電路是以三極管為核心的基本放大電路，因為發(fā)射極是輸入回路與輸出回路的公共端，故稱為共發(fā)射極放大電路放大電路的基本組成晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放區(qū)?；鶚O電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

放大電路的基本組成集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸ｑ詈想娙軨1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時使信號順利輸入、輸出。信號源負載共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

放大電路的工作原理放大電路的靜態(tài)工作點

放大電路工作原理

放大電路靜態(tài)分析

解：先畫出直流通路，如圖6-57，根據(jù)公式得：IB=EC-UBERB=12-0.7280mA≈0.04?mA=40μAIC≈β?IB=50×0.04mA=2?mAUCE=EC-ICRC

=12-2×3.3V=5.4V（例6-７）電路如圖6-56所示，已知：EC=12V，RC=3.3k

，RB=280k

，

=50。用估算法計算靜態(tài)工作點。放大電路的主要性能指標有放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等。（5）放大電路主要性能指標

2、多級放大電路多級放大電路前后兩級之間