02汽车电学基础第二部分

汽车电学基础,第二部分,半导体器件,情境一：二极管,一、半导体的概念,自然界中，物质的种类繁多，性质各异。根据物质导电性能不同，可将物质分为三类。一类是导体，即是导电性能良好的物质，如银、金、铜、铁等。另一类是几乎不能导电的物体，叫作绝缘体，如塑料、陶瓷、玻璃、橡胶等。还有一类物质，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，这样一类物质叫半导体，如硅、锗、砷化镓及一些金属氧化物等。,二、什么是二极管,一块P型半导体和一块N型半导体有机地结合在一起，形成一个PN结，用两金属导体将这块半导体分别引出，用绝缘物质封装起来便构成一个二极管。,二极管的实物、结构及其符号,1.二极管的伏安特性,流过二极管的电流随着加在二极管上的电压变化而变化的性质称为二极管的伏安特性。,二极管的伏安特性曲线,（1）正向特性,（2）反向特性,（3）反向击穿特性,2.二极管的主要参数,01,02,最大电流If,最大电流是指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。,最高反向电压URM,最高反向电压是指二极管工作时两端所允许加的最大反向电压。,三、二极管的检测与焊接,二极管的测试,1.二极管的极性判断与好坏检测,一般情况下，二极管都有一定的标注，塑料封装二极管有标记环的一侧是负极；国产二极管带色点的一端为正极。,2.二极管的焊接,二极管的焊接与电子元件焊接类似，但要求焊接时间短。要有协助散热措施等（如吹风）。,四、二极管在汽车上的应用,汽车交流发电机整流二极管的安装示意图,汽车交流发电机的整流电路和电压波形,二极管续流电路,1.二极管的整流电路,2.二极管的续流电路,将交流电变成直流电的过程叫作整流。在汽车交流发电机中，就是利用二极管组成的整流板将发电机发出的三相交流电整流为直流电。,一般都在线圈旁边并联一个二极管来吸收反向电动势，这种电路就是二极管的续流电路,五、特殊二极管及其在汽车上的应用,除了普通二极管外，还有专供特殊用途的二极管，如稳压管、发光二极管和光敏二极管等。,稳压管是一种经过特殊工艺制造成的二极管，它与电阻配合使用，具有稳定电压的功能。,发光二极管（简称LED）是采用砷（As）、镓（Ga）、磷（P）合成的二极管，它同样具有单向导电性，当这种二极管通以正向电流时会发出光来。,光敏二极管的反向电流随光照强度的增加而上升。它的主要特点是：管子工作在反向状态，反向电流与光照度成正比。,稳压管符号及其伏安特性,1.稳压管,稳压管在汽车上的应用,操作规范：稳压管在正常工作时必须与一个电阻串联，这个电阻提供了稳压管的稳定工作电流。这个电阻的阻值根据稳压管的参数有一个取值范围。稳压管在工作时一定是正极接低电位，负极接高电位。,发光二极管外形实物及符号图,发光二极管检测电路,舌簧管开关式液位传感器,七段数码管结构示意图和引脚图,2.发光二极管,3.光敏二极管,光敏二极管的结构、符号和外形图,日照强度传感器及其特性图,凌志LS400UCF20自动空调系统日照强度传感器电路图,情境二：晶体管,一、晶体管的结构与参数,1.晶体管的概念,半导体器件中的晶体管是由两个相距很近的PN结组成的，是在一块半导体晶片上制造三个掺杂区，形成两个PN结，再引出三个电极，用管壳封装。晶体管由P型和N型材料组合的三层材料制成，按照两个PN结的组合方式不同,晶体管可分为NPN型和PNP型实际上,一个晶体管是拥有共同中间层的两个二极管.,各种晶体管实物图,晶体管的结构示意图和符号,操作规范：NPN型晶体管与PNP型晶体管不能互相代替。晶体管并不是两个PN结的简单组合，不能用两个二极管代替。,2.晶体管的基本参数,（1）电流放大倍数,晶体管在有输入信号的情况下，输出信号的电流变化与输入信号的电流变化之比，称为电流放大倍数，也就是一般简称的晶体管放大倍数。电流放大倍数决定了晶体管的基本放大能力。,（2）穿透电流ICEO,当基极b开路时，集电极c、发射极e之间加上一定电压时，c、e之间并不是没有电流流过，只是流过的电流很小，称为穿透电流ICEO。晶体管的穿透电流越小，管子的质量越好。,（3）极限参数,包括：集电极最大允许电流ICM；集电极最大允许耗散功率PCM；反向击穿电压。,二、晶体管的三种工作状态,晶体管的截止状态,晶体管的放大状态,晶体管工作状态实验电路,根据晶体管连接的外部电路条件，晶体管有三种工作状态。,1.截止,2.放大,3.饱和,三、晶体管的检测,1.管型与管脚的判别,（1）目测法,管型的判别,一般情况下，管型是NPN还是PNP应该从管壳上标注的型号来判别。依照部颁标准，晶体管型号的第二位（字母），A、C表示PNP管；B、D表示NPN管。,管脚极性的判别,常用的小功率晶体管有金属圆壳封装和塑料封装（半圆柱形）等。大功率晶体管的外形有金属壳封装（扁柱形）管脚排列，以及塑料封装（扁平、管脚直列）等形式。,常用晶体管的封装形式和管脚排列,（2）用万用表电阻挡判别,晶体管内部有两个PN结，利用PN结的单向导电性，可用万用表电阻挡判别晶体管类型和e、b、c三个极。,基极的判别,集电极和发射极的判别,2.晶体管好坏的判断,测晶体管正向阻值很大时，表明晶体管开路，如反向电阻值很小，或c-e极间的电阻值接近零，说明晶体管短路或已击穿。如c-e极间的电阻值很小，则表明晶体管的穿透电流过大，已不能使用。,四、晶体管放大电路在汽车电子电路中的应用,1.晶体管的基本放大电路,晶体管基本放大电路,电压波形,2.汽车电子电路中的晶体管放大电路,晶体管的最主要的性能是放大。在汽车电子电路中，主要用来对微弱信号进行放大。,汽车电气线路搭铁探测电路,信号经过晶体管放大，在放大电路中发生了三个变化：输入电压信号被放大；输入电流被放大；输出波形逆转180。,五、晶体管开关电路在汽车电子电路中的应用,1.晶体管开关电路,（1）NPN晶体管开关电路,当晶体管在基极电流控制下，在截止与饱和两种状态交替变换，就如同一个开关的断开与闭合状态交替变换一样。,NPN晶体管的开关状态,NPN晶体管开关电路,NPN管开关电路实验,（2）PNP晶体管开关电路,PNP管的开关电路与NPN管开关电路组成和工作原理类似，只不过加在基极b上的控制信号要低于发射极电位。,（3）多级开关电路,有时在电路中为了控制的需要，要用到两级或三级开关电路，这些电路在汽车发电机电子调压器电路中经常用到。,（4）达林顿管,所谓达林顿管就是连接在一起的两只晶体管，又称为复合管，它的放大倍数是两个晶体管放大倍数的乘积。,PNP晶体管的开关状态,PNP管开关电路实验,晶体管多级开关电路,达林顿管结构示意图,2.汽车电子电路中的晶体管开关电路,（1）电子电压调压器,电子调压器就是利用晶体管的开关作用来控制励磁线圈电路的通断，达到调节电压的目的。,（2）电子点火器,晶体管点火电路的点火信号由装在分电器内的信号发生器提供。磁感应式点火信号发生器由信号转子、传感线圈、铁心、永久磁铁等组成。,（3）蓄电池液位报警电路,汽车电路中包含很多信号报警电路，基本原理就是监控一个点的电位变化，来控制晶体管的开关，发出声音或光的报警信号。,国产JFT106型电子调节器,JFT106型电子调节器电路,国产JFT106型电子调节器为14V外搭铁式，调节电压为13.814.6V，可与14V、750W的九管外搭铁硅整流发电机配套使用，也可与14V、1000W的普通六管硅整流发电机配套使用。,国产JFT201型电子调压器,JFT201型电子调压器适用于14V、500W以下的各种交流发电机。,JFT201型电子调压器,丰田20R型发动机用磁感应式电子点火系统,磁感应式信号发生器的组成与工作原理,不同转速下传感线圈磁通变化和感应电动势,蓄电池液位报警电路,六、晶体管构成的多谐振荡器及其在汽车电子电路中的应用,1.多谐振荡器,多谐振荡器是由晶体管放大电路和将晶体管集电极输出信号反传给晶体管基极的正反馈电路组成的。这种电路一般都画成左右对称的形式，在电路中比较容易辨认。,多谐振荡器电路,2.多谐振荡器在汽车中的应用,（1）电子式电喇叭,电子式电喇叭即无触点电喇叭，它具有音色和音量不变且易调整、故障少等优点，因而在现代汽车上使用愈来愈广泛。,（2）刮水器间歇控制,SG31型全电子式闪光器,电子式电喇叭电路图,刮水器多谐振荡控制器,情境三：特殊晶体管,一、光敏晶体管,光敏晶体管在原理上类似于晶体管，只是它的集电极为光敏二极管结构。光敏晶体管的基极电流由光敏二极管提供，所以一般没有基极外引线。,光敏晶体管的等效电路及符号,光敏晶体管的基本应用电路,光传感器示意图,光敏晶体管在汽车上主要应用于传感器中。把发光二极管和光敏晶体管组合在一起，可实现以光信号为媒介的电信号的转换，采用这种组合方式的器件称为光电耦合器。,在汽车上，光电式传感器被应用到许多场合，主要有曲轴位置检测、车高位置检测、转向角度检测、车速传感器等。均是利用在光传感器的中间设置遮挡物，利用遮挡物是否挡住光线来判断遮挡物的位置，传递位置信号或转过的遮挡物的个数信号。,NISSAN公司光电式曲轴位置传感器,光电式车速传感器,光电式车速传感器装在组合仪表内，由带切槽的转子和光电耦合器组成。,二、晶闸管,晶闸管也叫可控硅，从外观上看与晶体管没有什么区别，是一种仅有开关功能（导通或阻断）的硅半导体元件。,晶闸管结构示意图和符号,三、场效应管,晶体管是通过改变基极电流来实现对集电极电流的控制，是一种电流控制器件。场效应管是通过改变输入电压的大小来实现对输出电流的控制，是一种电压控制器件。场效应管在控制时基本不需要电流，且受温度、外界辐射影响小，便于制作成大规模集成电路。,MOS管结构及符号,情境四：课题实验,实验一晶体管放大器实验,一、实验目的,1.测量晶体管放大电路静态工作点及放大倍数。,2.观察静态工作点对晶体管放大电路输出波形的影响。,二、实验器材,凌凯汽车电学基础实验箱一台、EXCELV-252示波器一台、DT9208A数字万用表一台、音频信号发生器TAG-101一台，交流毫伏表TVT-321一台。,三、实验电路及参数,凌凯汽车电学基础实验箱上有两个晶体管实验电路，实验一是典型的共发射极基本放大电路，实验二在实验一的基础上加了射极偏置电路，在实验过程中可以理解二者的优缺点。,晶体管实验电路一,晶体管实验电路二,四、实验内容及步骤,（一）晶体管放大器实验项目一,测量静态工作点,放大倍数测试,观察工作点对输出波形VO的影响,放大倍数实验测量结果,实验测量VO及VCEQ结果,测量静态工作点实验结果,测量静态工作点,放大倍数测试,观察工作点对输出波形的影响,放大倍数实验测量结果,实验测量VO及VC结果,测量静态工作点实验结果,（二）晶体管放大器实验项目二,VC=，VB=，IC=。,五、实验报告,实验二LED数码管显示实验,一、实验目的,1.掌握LED数码管显示数字的基本原理。,2.掌握分析LED数码管显示故障的方法。,二、实验器材,蓄电池1个，万用表1个，面包板1块。,LED共阴数码管、LED共阳数码管各2个，1k电阻8个，单股导线若干。,三、操作步骤及工作要点,共阴数码管显示实验电路,四、注意事项,不能将数码管管脚不经过电阻直接连接到电源上。,实验三晶体管电压调节实验,1.掌握晶体管电压调节器的工作原理。,2.掌握晶体管电压调节器动态实验方法。,直流可调电源1个，万用表1个。,不同