項目4檢測電子元件與搭建模擬電路

任務(wù)5認知與檢測場效應管汽車電工電子

中國工信出版集團·電子工業(yè)出版社職業(yè)教育汽車類專業(yè)核心課程系列教材《汽車電工電子》教材編寫組知識目標：1．了解場效應管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳名稱；2．了解場效應管的分類、性能特點及應用；3．了解雙極型三極管與場效應管的區(qū)別。能力目標：1．會使用萬用表二極管擋檢測、判斷場效應管的好壞；2．能認識場效應管在汽車點火器、噴油器、節(jié)氣門電機、加熱型氧氣傳感器、燈光電路等中的驅(qū)動控制作用；3．會使用NIMultisim軟件搭建一個場效應管驅(qū)動的燈光電路并模擬檢驗。情感目標：1．養(yǎng)成探究學習的好習慣；2．培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作的精神。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標簡單直流電路搭建鞏固提升場效應管在汽車上擁有廣泛的應用，常用于汽車點火器、噴油器、節(jié)氣門電機、加熱型氧氣傳感器、燈光電路等的驅(qū)動控制。現(xiàn)有一輛雪佛蘭科魯茲汽車，制動燈不亮，經(jīng)檢測懷疑為BCM內(nèi)制動燈驅(qū)動損壞，你會檢修嗎？任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升初步認識電及電流的屬性在汽車上，很多執(zhí)行器的控制，都需要通過電腦模塊（發(fā)動機電腦、車身電腦、整車控制電腦、變速器電腦、制動模塊、鼓風機模塊、空調(diào)控制模塊、車窗電腦等）控制、驅(qū)動三極管，實現(xiàn)相關(guān)部件規(guī)定的特定功能，但一般的三極管（NPN型、PNP型）具有開關(guān)頻率低、輸入阻抗低，能耗大（電流驅(qū)動）等缺點，已被電壓驅(qū)動型控制器件場效應管所廣泛替代。如圖4-89所示為雪佛蘭科魯茲汽車發(fā)動機點火驅(qū)動電路圖，電路中的加熱型氧氣傳感器、進氣歧管調(diào)諧電磁閥、蒸發(fā)排放清洗電磁閥和點火線圈的驅(qū)動控制都用到了場效應管，這些場效應管被集成在一定的模塊中。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升一、場效應管及其分類場效應晶體管（FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET）簡稱場效應管。一般的三極管（PNP型、NPN型）是由兩種極性的載流子，即多數(shù)載流子和相反極性的少數(shù)載流子參與導電，因此稱為雙極型晶體管（雙極型三極管），而FET是僅由一種多數(shù)載流子參與導電的晶體管，又被稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，因此，被廣泛應用于汽車控制電路的設(shè)計中。場效應管分為結(jié)型和絕緣柵兩大類。結(jié)型場效應管因有兩個PN結(jié)而得名，絕緣柵場效應管則因柵極與其他電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（金屬-氧化物-半導體場效應管，MOSFET），如圖4-90所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升按溝道半導體材料的不同，結(jié)型場效應管和絕緣柵場效應管又劃分為N溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結(jié)型場效應管均為耗盡型，絕緣柵場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升圖4-90

場效應管分類圖二、結(jié)型場效應管1．N溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號結(jié)型場效應晶體管（JunctionField-EffectTransistor，JFET），按照構(gòu)成半導體的材料分為N溝道結(jié)型場效應管和P溝道結(jié)型場效應管。N溝道結(jié)型場效應管是在同一塊N型半導體上制作兩個高摻雜的P區(qū)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型電子導電的溝道（N溝道），所引出的電極稱為柵極G，N型半導體兩端分別引出兩個電極，分別稱為漏極D，源極S，如圖4-91所示。結(jié)型場效應管是一種具有放大功能的三端有源器件，是單極型晶體管中最簡單的一種。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升2．N溝道結(jié)型場效應管工作原理在柵、源極（G、S）之間未加反向電壓時，N溝道較寬，此時，漏、源極（D、S）之間能夠?qū)?；當在柵、源極（G、S）之間逐漸增大反向電壓時，N溝道逐漸變窄，漏、源極之間導通電流ID減??；當在柵、源極（G、S）之間的反向電壓達到夾斷電壓時，N溝道被夾斷，漏、源極之間不再導通。其控制原理是利用PN結(jié)反向電壓對耗盡層寬度的控制來改變導電溝道的寬度，從而控制通過的電流。溝道本來較寬，隨著反向電壓的加大，溝道逐漸減小，直至截止，所以被稱為耗盡型場效應管，如圖4-92所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升（二、二極管的類型、標注及型號2.二極管的標注任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升標注方法實物說明正負極標注

白邊一側(cè)為負極符號標注

帶有圓孔的一端為正極；標有二極管符號的為二極管電路板標注

在電路板上標注為VD或DD的為二極管元件。如圖紅圈處為二極管元件。長短腳標注

發(fā)光二極管的管腳引線以較長者為正極，較短者為負極3．P溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號P溝道結(jié)型場效應管是在同一塊P型半導體上制作兩個高摻雜的N區(qū)，形成兩個PN結(jié)夾著一個P型空穴導電的溝道（P溝道），如圖4-93所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升圖4-93

P溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號4．P溝道結(jié)型場效應管工作原理在柵、源極（G、S）之間未加正向電壓時，P溝道較寬，此時，漏、源極（D、S）之間能夠?qū)?；當在柵、源極（G、S）之間逐漸增大正向電壓時，P溝道逐漸變窄，漏源極之間導通電流ID減??；當在柵、源極（G、S）之間的正向電壓達到夾斷電壓時，N溝道被夾斷，漏、源極之間不再導通。其控制原理就是利用PN結(jié)正向電壓對耗盡層寬度的控制來改變導電溝道的寬度，從而控制通過的電流。溝道本來較寬，隨著反向電壓的加大，溝道逐漸減小，直至截止，所以被稱為耗盡型場效應管。結(jié)型場效應管缺點：雖然柵、源極間的電阻可高達107Ω以上，但在某些場合仍嫌不夠高；在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵、源極間的電阻會顯著下降；柵、源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流，絕緣柵場效應管就能很好地解決這一問題。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升三、絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管（InsulatedGateFET，IGFET），分為：增強型和耗盡型兩種，每種又都有N溝道、P溝道兩種形式。下面以N溝道增強型MOS管、N溝道耗盡型MOS管、P溝道增強型MOS管和P溝道耗盡型MOS管來分別講解。1．N溝道增強型MOS管1）結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號N溝道增強型MOS管用一塊P型硅片做襯底，在上面生成兩個摻雜濃度很高的N區(qū)，分別引出一個金屬電極作為源極和漏極，再在P型硅片上覆蓋二氧化硅絕緣層，用金屬電極連接作為柵極。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升所以，N溝道增強型MOS管包括4個電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B，內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似兩個背靠背的二極管連接在一起。N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號及實物如圖4-94所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升2）工作原理如圖4-95所示，如果在柵、源極（G、S）之間未加正向電壓UGS，即使在源極和漏極之間加上電壓，也不會有電流通過。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升如果首先在柵極、源極加上正向電壓UGS，就會在柵極絕緣層下方產(chǎn)生一個正向電場，將P型半導體中的少子電子吸附至兩個N+區(qū)之間，形成一個由電子構(gòu)成的連接兩個N+區(qū)的導電溝道，在源極和漏極之間，如果加上電壓，就會形成導電通道，使得左N+區(qū)的電子向右N+區(qū)運動，并形成漏極電流ID，如圖4-96所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升2．N溝道耗盡型MOS管N溝道耗盡型MOS管，仍以P型硅片為襯底，只是在柵極下方的絕緣層中摻入帶電的正離子，在柵、源極（G、S）之間未加電壓的情況下，就形成了一個正向電場，吸附P型半導體中的少子電子，形成一個導電的N溝道。所以，耗盡型MOS管與增強型MOS管的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別是在無柵極電壓時，增強型MOS管中不存在導電溝道，而耗盡型MOS管中存在導電溝道，如圖4-97所示。當UGS＞0時，將使ID進一步增加；當UGS＜0時，隨著UGS的減小，漏極電流逐漸減小，直至ID＝0。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升3．P溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)與工作原理P溝道增強型MOS管是在N型襯底（基片）上制作出兩個摻雜的P區(qū)，分別引出電極（源極S和漏極D），同時在漏極與源極之間的二氧化硅絕緣層上制作金屬柵極G。如圖4-98所示，其結(jié)構(gòu)和工作原理與N溝道MOS管類似；只是使用的柵-源和漏-源電壓極性與N溝道MOS管相反。在正常工作時，P溝道增強型MOS管的襯底必須與源極相連，而漏極對源極的電壓UDS應為負值，以保證兩個P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏，同時為了在襯底頂表面附近形成導電溝道，柵極對源極的電壓也應為負。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升四、雙極型三極管和場效應管的比較雙極型三極管和場效應管的區(qū)別如表4-12所示。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升雙極型三極管場效應管載流子多子擴散；少子漂移少子漂移輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源電壓控制電流源輸入電阻幾十到幾千歐幾兆歐以上噪聲較大較小靜電影響不受靜電影響易受靜電影響制造工藝不宜大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成五、絕緣柵場效應管的檢測1．引腳識別方法將絕緣柵場效應管字面向上，引腳正對自己，引腳順序一般為左側(cè)柵極，中側(cè)漏極，右側(cè)源極。如圖4-99所示為A03401、IRF3710PbF絕緣柵場效應管的引腳分布。2．增強型場效應管的檢測首先觸摸3個引腳釋放靜電，選擇萬用表的二極管擋，檢測漏極與源極，顯示OL，說明不導通，場效應管正常；然后紅表筆接觸柵極、黑表筆接觸源極，給場效應管充電，再將紅表筆接觸漏極、黑表筆接觸源極，萬用表有一定數(shù)值，說明場效應管正常，如果帶有二極管，還要紅表筆接觸源極、黑表筆接觸漏極，萬用表顯示二極管管壓降為0.5V，說明場效應管正常。如果復檢，需要再次放電。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升六、場效應管的應用由于場效應管是電壓控制型器件，輸入阻抗高、能量消耗小、開關(guān)速度快、漏極電流大、驅(qū)動能力強，常用于汽車的點火器、噴油器、節(jié)氣門電機、加熱型氧氣傳感器等的驅(qū)動中。如圖4-100所示為別克君威LB8/LW9汽車發(fā)動機電腦板1—4缸噴油器驅(qū)動器。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升一、實施條件1．場效應管若干，萬用表4塊，汽車電腦板4塊，電腦板維修資料1份.2．帶有NIMultisim軟件的計算機4臺。二、實施計劃1．使用萬用表檢測場效應管的好壞。2．借助電腦板維修資料在電腦板上查找各種驅(qū)動器。3．使用NIMultisim軟件搭建一個場效應管驅(qū)動的燈光電路并模擬檢驗。任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升任務(wù)導入任務(wù)準備任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)拓展學習總結(jié)學習目標鞏固提升學生學習情況評價表考核項目評分標準分值學生

自評

（20%）小組

互評

（30%）教師

評價

（50%）小計知識目標場效應管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部引腳名稱會敘述5

場效應管的分類及性能特點在理解基礎(chǔ)上會敘述10

考核項目評分標準分值學生

自評

（20%）小組

互評

（30%）教師

評價

（50%）小計知識目標雙極型三極管與場效應管的區(qū)別會敘述10

場效應管在汽車上具體的應用能說出10

技能目標使用萬用表二極管擋檢測、判斷場效應管的好壞會檢測與判斷10

認識場效應管在汽車點火器、噴油器、節(jié)氣門電機、加熱型氧氣傳感器、燈光電路等中的驅(qū)動控制作用借助維修資料能找到相應驅(qū)動器10

使用NIMultisim軟件搭建一個場效應管驅(qū)動的燈光電路并模擬檢驗會使用軟件，會搭建，會檢驗20

素養(yǎng)目標安全、規(guī)范操作無不安全行為和隱患5

對問題的質(zhì)疑和創(chuàng)新性能提出問題，并具有創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新性舉動5

學習成功經(jīng)驗能體會5

勞動紀律嚴格遵守5

團隊合作和諧5

總分100

教師簽名：

年

月

日得分MOS管使用的注意事項MOS管在使用時應注意分類，不能隨意互換。MOS管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時應注意以下規(guī)則。（1）MOS管出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中，切勿自行拿塑料袋包裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝。（2）取出的MOS管不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用元器件。（3）焊接用的電烙鐵必須良好接地。（4）在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，在MOS管焊接完