汽車電學(xué)基礎(chǔ)第二部分半導(dǎo)體器件◆情境一：二極管一、半導(dǎo)體的概念自然界中，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，叫作絕緣體，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。二、什么是二極管一塊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。二極管的實物、結(jié)構(gòu)及其符號1.二極管的伏安特性流過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。二極管的伏安特性曲線（1）正向特性（2）反向特性（3）反向擊穿特性2.二極管的主要參數(shù)0102最大電流If最大電流是指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。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。三、二極管的檢測與焊接二極管的測試1.二極管的極性判斷與好壞檢測一般情況下，二極管都有一定的標注，塑料封裝二極管有標記環(huán)的一側(cè)是負極；國產(chǎn)二極管帶色點的一端為正極。2.二極管的焊接二極管的焊接與電子元件焊接類似，但要求焊接時間短。要有協(xié)助散熱措施等（如吹風(fēng)）。四、二極管在汽車上的應(yīng)用汽車交流發(fā)電機整流二極管的安裝示意圖汽車交流發(fā)電機的整流電路和電壓波形二極管續(xù)流電路1.二極管的整流電路2.二極管的續(xù)流電路將交流電變成直流電的過程叫作整流。在汽車交流發(fā)電機中，就是利用二極管組成的整流板將發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流為直流電。一般都在線圈旁邊并聯(lián)一個二極管來吸收反向電動勢，這種電路就是二極管的續(xù)流電路五、特殊二極管及其在汽車上的應(yīng)用除了普通二極管外，還有專供特殊用途的二極管，如穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管和光敏二極管等。1.穩(wěn)壓管3.光敏二極管2.發(fā)光二極管穩(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。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發(fā)出光來。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。穩(wěn)壓管符號及其伏安特性1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管在汽車上的應(yīng)用操作規(guī)范：穩(wěn)壓管在正常工作時必須與一個電阻串聯(lián)，這個電阻提供了穩(wěn)壓管的穩(wěn)定工作電流。這個電阻的阻值根據(jù)穩(wěn)壓管的參數(shù)有一個取值范圍。穩(wěn)壓管在工作時一定是正極接低電位，負極接高電位。發(fā)光二極管外形實物及符號圖發(fā)光二極管檢測電路舌簧管開關(guān)式液位傳感器七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)示意圖和引腳圖2.發(fā)光二極管3.光敏二極管光敏二極管的結(jié)構(gòu)、符號和外形圖日照強度傳感器及其特性圖凌志LS400UCF20自動空調(diào)系統(tǒng)日照強度傳感器電路圖◆情境二：晶體管一、晶體管的結(jié)構(gòu)與參數(shù)1.晶體管的概念半導(dǎo)體器件中的晶體管是由兩個相距很近的PN結(jié)組成的，是在一塊半導(dǎo)體晶片上制造三個摻雜區(qū)，形成兩個PN結(jié)，再引出三個電極，用管殼封裝。晶體管由P型和N型材料組合的三層材料制成，按照兩個PN結(jié)的組合方式不同,晶體管可分為NPN型和PNP型實際上,一個晶體管是擁有共同中間層的兩個二極管.各種晶體管實物圖晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號操作規(guī)范：NPN型晶體管與PNP型晶體管不能互相代替。晶體管并不是兩個PN結(jié)的簡單組合，不能用兩個二極管代替。2.晶體管的基本參數(shù)（1）電流放大倍數(shù)β晶體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)，也就是一般簡稱的晶體管放大倍數(shù)。電流放大倍數(shù)決定了晶體管的基本放大能力。（2）穿透電流ICEO當基極b開路時，集電極c、發(fā)射極e之間加上一定電壓時，c、e之間并不是沒有電流流過，只是流過的電流很小，稱為穿透電流ICEO。晶體管的穿透電流越小，管子的質(zhì)量越好。（3）極限參數(shù)包括：①集電極最大允許電流ICM；②集電極最大允許耗散功率PCM；③反向擊穿電壓。二、晶體管的三種工作狀態(tài)晶體管的截止狀態(tài)晶體管的放大狀態(tài)晶體管工作狀態(tài)實驗電路根據(jù)晶體管連接的外部電路條件，晶體管有三種工作狀態(tài)。1.截止2.放大3.飽和三、晶體管的檢測1.管型與管腳的判別（1）目測法①管型的判別一般情況下，管型是NPN還是PNP應(yīng)該從管殼上標注的型號來判別。依照部頒標準，晶體管型號的第二位（字母），A、C表示PNP管；B、D表示NPN管。②管腳極性的判別常用的小功率晶體管有金屬圓殼封裝和塑料封裝（半圓柱形）等。大功率晶體管的外形有金屬殼封裝（扁柱形）管腳排列，以及塑料封裝（扁平、管腳直列）等形式。常用晶體管的封裝形式和管腳排列（2）用萬用表電阻擋判別晶體管內(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晶體管類型和e、b、c三個極。①基極的判別②集電極和發(fā)射極的判別2.晶體管好壞的判斷測晶體管正向阻值很大時，表明晶體管開路，如反向電阻值很小，或c-e極間的電阻值接近零，說明晶體管短路或已擊穿。如c-e極間的電阻值很小，則表明晶體管的穿透電流過大，已不能使用。四、晶體管放大電路在汽車電子電路中的應(yīng)用1.晶體管的基本放大電路晶體管基本放大電路電壓波形2.汽車電子電路中的晶體管放大電路晶體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行放大。汽車電氣線路搭鐵探測電路信號經(jīng)過晶體管放大，在放大電路中發(fā)生了三個變化：①輸入電壓信號被放大；②輸入電流被放大；③輸出波形逆轉(zhuǎn)180°。五、晶體管開關(guān)電路在汽車電子電路中的應(yīng)用1.晶體管開關(guān)電路（1）NPN晶體管開關(guān)電路當晶體管在基極電流控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)交替變換，就如同一個開關(guān)的斷開與閉合狀態(tài)交替變換一樣。NPN晶體管的開關(guān)狀態(tài)NPN晶體管開關(guān)電路NPN管開關(guān)電路實驗（2）PNP晶體管開關(guān)電路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。（3）多級開關(guān)電路有時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)電機電子調(diào)壓器電路中經(jīng)常用到。（4）達林頓管所謂達林頓管就是連接在一起的兩只晶體管，又稱為復(fù)合管，它的放大倍數(shù)是兩個晶體管放大倍數(shù)的乘積。PNP晶體管的開關(guān)狀態(tài)PNP管開關(guān)電路實驗晶體管多級開關(guān)電路達林頓管結(jié)構(gòu)示意圖2.汽車電子電路中的晶體管開關(guān)電路ABC（1）電子電壓調(diào)壓器電子調(diào)壓器就是利用晶體管的開關(guān)作用來控制勵磁線圈電路的通斷，達到調(diào)節(jié)電壓的目的。（2）電子點火器晶體管點火電路的點火信號由裝在分電器內(nèi)的信號發(fā)生器提供。磁感應(yīng)式點火信號發(fā)生器由信號轉(zhuǎn)子、傳感線圈、鐵心、永久磁鐵等組成。（3）蓄電池液位報警電路汽車電路中包含很多信號報警電路，基本原理就是監(jiān)控一個點的電位變化，來控制晶體管的開關(guān)，發(fā)出聲音或光的報警信號。①國產(chǎn)JFT106型電子調(diào)節(jié)器JFT106型電子調(diào)節(jié)器電路國產(chǎn)JFT106型電子調(diào)節(jié)器為14V外搭鐵式，調(diào)節(jié)電壓為13.8～14.6V，可與14V、750W的九管外搭鐵硅整流發(fā)電機配套使用，也可與14V、1

000W的普通六管硅整流發(fā)電機配套使用。②國產(chǎn)JFT201型電子調(diào)壓器JFT201型電子調(diào)壓器適用于14V、500W以下的各種交流發(fā)電機。JFT201型電子調(diào)壓器豐田20R型發(fā)動機用磁感應(yīng)式電子點火系統(tǒng)磁感應(yīng)式信號發(fā)生器的組成與工作原理不同轉(zhuǎn)速下傳感線圈磁通變化和感應(yīng)電動勢蓄電池液位報警電路六、晶體管構(gòu)成的多諧振蕩器及其在汽車電子電路中的應(yīng)用1.多諧振蕩器多諧振蕩器是由晶體管放大電路和將晶體管集電極輸出信號反傳給晶體管基極的正反饋電路組成的。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。多諧振蕩器電路2.多諧振蕩器在汽車中的應(yīng)用（1）電子式電喇叭電子式電喇叭即無觸點電喇叭，它具有音色和音量不變且易調(diào)整、故障少等優(yōu)點，因而在現(xiàn)代汽車上使用愈來愈廣泛。（2）刮水器間歇控制SG31型全電子式閃光器電子式電喇叭電路圖刮水器多諧振蕩控制器◆情境三：特殊晶體管一、光敏晶體管光敏晶體管在原理上類似于晶體管，只是它的集電極為光敏二極管結(jié)構(gòu)。光敏晶體管的基極電流由光敏二極管提供，所以一般沒有基極外引線。光敏晶體管的等效電路及符號光敏晶體管的基本應(yīng)用電路光傳感器示意圖光敏晶體管在汽車上主要應(yīng)用于傳感器中。把發(fā)光二極管和光敏晶體管組合在一起，可實現(xiàn)以光信號為媒介的電信號的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為光電耦合器。在汽車上，光電式傳感器被應(yīng)用到許多場合，主要有曲軸位置檢測、車高位置檢測、轉(zhuǎn)向角度檢測、車速傳感器等。均是利用在光傳感器的中間設(shè)置遮擋物，利用遮擋物是否擋住光線來判斷遮擋物的位置，傳遞位置信號或轉(zhuǎn)過的遮擋物的個數(shù)信號。NISSAN公司光電式曲軸位置傳感器光電式車速傳感器光電式車速傳感器裝在組合儀表內(nèi)，由帶切槽的轉(zhuǎn)子和光電耦合器組成。二、晶閘管晶閘管也叫可控硅，從外觀上看與晶體管沒有什么區(qū)別，是一種僅有開關(guān)功能（導(dǎo)通或阻斷）的硅半導(dǎo)體元件。晶閘管結(jié)構(gòu)示意圖和符號三、場效應(yīng)管晶體管是通過改變基極電流來實現(xiàn)對集電極電流的控制，是一種電流控制器件。場效應(yīng)管是通過改變輸入電壓的大小來實現(xiàn)對輸出電流的控制，是一種電壓控制器件。場效應(yīng)管在控制時基本不需要電流，且受溫度、外界輻射影響小，便于制作成大規(guī)模集成電路。MOS管結(jié)構(gòu)及符號◆情境四：課題實驗實驗一晶體管放大器實驗一、實驗?zāi)康?.測量晶體管放大電路靜態(tài)工作點及放大倍數(shù)。2.觀察靜態(tài)工作點對晶體管放大電路輸出波形的影響。二、實驗器材凌凱汽車電學(xué)基礎(chǔ)實驗箱一臺、EXCELV-252示波器一臺、DT9208A數(shù)字萬用表一臺、音頻信號發(fā)生器TAG-101一臺，交流毫伏表TVT-321一臺。三、實驗電路及參數(shù)凌凱汽車電學(xué)基礎(chǔ)實驗箱上有兩個晶體管實驗電路，實驗一是典型的共發(fā)射極基本放大電路，實驗二在實驗一的基礎(chǔ)上加了射極偏置電路，在實驗過程中可以理解二者的優(yōu)缺點。12晶體管實驗電路一晶體管實驗電路二四、實驗內(nèi)容及步驟123（一）晶體管放大器實驗項目一測量靜態(tài)工作點放大倍數(shù)測試觀察工作點對輸出波形VO的影響放大倍數(shù)實驗測量結(jié)果RLViVoVu?2.7k|給定條件Vo波形VCEQ①維持實驗步驟的靜態(tài)工作點Rc=R3=2kΩ，R=∞Ω②R2不變RL=2.7kΩ，RC=R3=2kΩ③R2不變RL=∞，Rc=R4=4kΩ④R2=1MΩ，RC=R3=2kΩ

RL=∞⑤R2=0，RC=R3=2kΩ

RL=∞實驗測量VO及VCEQ結(jié)果測量靜態(tài)工作點實驗結(jié)果123測量靜態(tài)工作點放大倍數(shù)測試觀察工作點對輸出波形的影響放大倍數(shù)實驗測量結(jié)果RLViVoAv∞2.7kΩ實驗測量VO及VC結(jié)果測量靜態(tài)工作點實驗結(jié)果（二）晶體管放大器實驗項目二條件VoVc①R18

=0②R18

=100kΩVC=

，VB=

，IC=

。五、實驗報告實驗二LED數(shù)碼管顯示實驗一、實驗?zāi)康?.掌握LED數(shù)碼管顯示數(shù)字的基本原理。2.掌握分析LED數(shù)碼管顯示故障的方法。二、實驗器材12蓄電池1個，萬用表1個，面包板1塊。LED共陰數(shù)碼管、LED共陽數(shù)碼管各2個，1kΩ電阻8個，單股導(dǎo)線若干。三、操作步驟及工作要點共陰數(shù)碼管顯示實驗電路四、注意事項不能將數(shù)碼管管腳不經(jīng)過電阻直接連接到電源上。實驗三晶體管電壓調(diào)節(jié)實驗一、實驗?zāi)康?.掌握晶體管電壓調(diào)節(jié)器的工作原理。2.掌握晶體管電壓調(diào)節(jié)器動態(tài)實驗方法。1