汽车电工电子教案

1、汽汽 车车 电电 子子 技技 术术 (普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材)冯渊冯渊 主编主编2014年3月1. 本课程的性质本课程的性质 是汽车电子技术专业的一门技术基础课，目的是是汽车电子技术专业的一门技术基础课，目的是使学生掌握模、数电路的基本理论，基本知识和基本使学生掌握模、数电路的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析与解决汽车电子电路问题的能力。技能，培养学生分析与解决汽车电子电路问题的能力。为后续汽车复杂电路的学习打下坚实的基础为后续汽车复杂电路的学习打下坚实的基础及今后从及今后从事实际的工作事实际的工作打下良好的基础。打下良好的基础。 4、学

2、习方法、学习方法 课前预习，课堂做笔记，跟上老师的讲课进度，课前预习，课堂做笔记，跟上老师的讲课进度，带着问题听课，没有明白的问题下课后一定要带着问题听课，没有明白的问题下课后一定要问老师，作业按时独立完成。注重理解和掌握问老师，作业按时独立完成。注重理解和掌握集成器件的功能和应用，注重把理论与实训紧集成器件的功能和应用，注重把理论与实训紧密联系起来。密联系起来。5、学习目标、学习目标 （1）养成严肃、认真的科学态度和良好的学）养成严肃、认真的科学态度和良好的学习方法；习方法； （2）养成独立分析问题和解决问题的能力并）养成独立分析问题和解决问题的能力并具有协作和团队精神；具有协作和团队精神；

3、 （3）能独立运用所学知识和技能独立解决课）能独立运用所学知识和技能独立解决课程设计中遇到的实际问题；程设计中遇到的实际问题； （4）具有一定的创新意识；具有一定的自学、）具有一定的创新意识；具有一定的自学、表达、获取信息等方面的能力。表达、获取信息等方面的能力。 参考书：参考书：秦曾煌主编秦曾煌主编电工学第六版电工学第六版 高等教育出版社高等教育出版社其它参考书见书后参考书目其它参考书见书后参考书目6、教材及教学参考书、教材及教学参考书7 7、电子技术的分类：、电子技术的分类： 模拟电子技术模拟电子技术-研究模拟电路研究模拟电路 Analog CircuitsAnalog Circuits

4、：传递和处理模拟信号：传递和处理模拟信号-A A 数字电子技术数字电子技术-研究数字电路研究数字电路 Digital CircuitsDigital Circuits ：传递和处理数字信号：传递和处理数字信号-D D电子电路中的信号电子电路中的信号模拟信号模拟信号-Analog signalAnalog signal数字信号数字信号- Digital signalDigital signal时间和幅度上连续的信号时间和幅度上连续的信号时间和幅度都是离散的信号时间和幅度都是离散的信号8 8、电子技术的应用领域：、电子技术的应用领域：CommunicationCommunicationContro

5、lControlComputerComputerCulture lifeCulture life汽车、电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、汽车、电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、电子测量仪表、航天、核物理、生物、医疗和日常生活电子测量仪表、航天、核物理、生物、医疗和日常生活（门铃、游戏、家电、生活管理）等，无处不存在。（门铃、游戏、家电、生活管理）等，无处不存在。 4C 4C人类进入到数字时代人类进入到数字时代,数字技术是发展最快数字技术是发展最快 、 应用最广泛的技术应用最广泛的技术. 航空航天航空航天“勇气勇气”号号 火星探测器火星探测器雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自

6、动控制计算机、自动控制第六章第六章 常用半导体器件及应用常用半导体器件及应用6.1 6.1 半导体简介半导体简介6.2 6.2 三极管基本应用电路三极管基本应用电路6.3 6.3 集成运放及其应用集成运放及其应用6.4 6.4 直流稳压电源直流稳压电源本章要点本章要点1.1.半导体的基本知识。半导体的基本知识。 2.2.常用半导体器件特性及其在汽车中的应常用半导体器件特性及其在汽车中的应用用 。3.3.三极管基本应用电路。三极管基本应用电路。 4.4.稳压电路的组成以及汽车整流、调压电稳压电路的组成以及汽车整流、调压电路路。第六章第六章 常用半导体器件及应用常用半导体器件及应用 根据物体导电能

7、力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和导体、绝缘体和半导体半导体。 导导 体体：109cm 半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。导电性能介于导体和绝缘体之间。 6.1 6.1 半导体简介半导体简介 半导体的材料半导体的材料 典型的元素半导体有典型的元素半导体有硅硅Si和和锗锗Ge 及化合物半及化合物半导体导体砷化镓砷化镓GaAs等。等。本征半导体本征半导体 纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。纯净的单晶半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子

8、所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅( (锗锗) )的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子( (束缚电子束缚电子) )空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动1、本征半导体的导电特性、本征半导体的导电特性一、半导体的基本特性一、半导体的基本特性 半导体的三大导电特性：半导体的三大导电特性： 热敏性热敏性 光敏性光敏性 掺杂性（杂敏性）掺杂性（杂敏性） 半导体导电性能是由其原子结构决定的。半导体导电性能是由其原子结构决定的。半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所

9、以的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：它具有不同于其它物质的特点。例如：1.1.掺杂性掺杂性往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性当受外界热和光的作用时，它的导电能力当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。明显变化。本征半导体本征半导体（1 1）本征半导体的结构特点）本征半导体的结构特点GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个

10、。完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。体称为本征半导体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成与其相邻的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。+4+4+4+4+4+4+4+4

11、+4在在绝对温度（绝对温度（T=0KT=0K）或或没有外界激发没有外界激发时，时，所有的价电子都被共所有的价电子都被共价键紧紧价键紧紧束缚束缚在共价在共价键中，不会成为自由键中，不会成为自由电子，因此本征半导电子，因此本征半导体的体的导电能力很弱导电能力很弱，接近绝缘体。接近绝缘体。本征半导体共价键结构本征半导体共价键结构正离子核正离子核价电子价电子（2 2）本征半导体的共价键结构示意图）本征半导体的共价键结构示意图 共价键共价键室温室温（T=300KT=300K）或）或光照光照下，下，少数少数价电子即可摆脱共价键价电子即可摆脱共价键的束缚成为的束缚成为自由电子自由电子，同时，同时在共价键中留

12、下在共价键中留下空位空位，称为，称为空穴空穴。 这一现象称为这一现象称为本征激本征激发发，也称热激发。，也称热激发。可见，自由电子和空穴总是伴可见，自由电子和空穴总是伴随着本征激发随着本征激发成对成对出现的，也出现的，也叫叫电子空穴对电子空穴对。+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子和空穴在运动中相自由电子和空穴在运动中相遇遇重新结合重新结合而而成对消失成对消失，这，这种现象称为种现象称为复合复合。（与导电。（与导电无关）无关）空穴的移动方向和价电子移空穴的移动方向和价电子移动的方向相反动的方向相反电子与空穴的移动电子与空穴的移

13、动价电子填充空位移动看成价电子填充空位移动看成空穴的移动空穴的移动载流子：运载电荷运动的粒载流子：运载电荷运动的粒子。子。空穴载流子和电子载流空穴载流子和电子载流子子（3 3）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在外界因素的作用下，在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于来填补，结果相当于空穴的迁移，效果相空穴的迁移，效果相当于正电荷的移动，当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是因此可以认为空穴是载流子，能定向移动载流子，能定向移动而形成电流。而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等，称本征半导体中两种载流子的数量相等，

14、称自由自由电子空穴对电子空穴对。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点大特点-半导体的半导体的热敏性热敏性。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： （1 1）自由电子移动产生的电流。）自由电子移动产生的电流。 （2 2）空穴移动产生的电流。）空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电

15、子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）同时又不断的复合）结结 论论 （1）半导体中存在两种载流子，一）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。流。 （2）本征半导体中，自由电子和空）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。穴相伴产生，数目相同。 （3）一定温度下，本征半导体中电）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。空穴对的数目相对稳定。 （4）温度升高，激发的电

16、子空穴对）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。数目增加，半导体的导电能力增强。 空穴的出现是半导体导电区别导体导电空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。的一个主要特征。2 2、杂质半导体的导电特性、杂质半导体的导电特性在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。度大大增加。P P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂

17、质半导体，也称为空穴型半导体。称为空穴型半导体。N N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子型半导体。也称为电子型半导体。杂质半导体分为两大类：杂质半导体分为两大类：（1） N型半导体型半导体 在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（量的五价元素，如磷（P）、砷（）、砷（As）等，）等，则构成则构成N型半导体。型半导体。在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代

18、。由于磷原子的最外层有五个价电子，原子取代。由于磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子（不能移动的带正电的离子（施主离子施主离子）。）。自由电自由电子参与导电移动后，在原来的位置留下一个不能子参与导电移动后，在原来的位置留下一个不能移动的正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此移动的正离子，半导体仍然呈现电中性，但与此同时没有相应的空穴产

19、生，同时没有相应的空穴产生，本征半导体电子和空本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。穴成对出现的现象也被打破。 N型半导体的共价键结构示意图 +4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子有哪的载流子有哪些呢？些呢？（1 1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。（2 2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。）本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导自由电子浓度

20、远大于空穴浓度的杂质半导体称为体称为N N型半导体。型半导体。在在N N型半导体中，自由电子为型半导体中，自由电子为多数多数载流子载流子（多子多子），空穴为），空穴为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。（2 2）P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴

21、。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。 三价的元素只有三个价电子，在与三价的元素只有三个价电子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，由于缺少一个价电子，在晶体中便产生由于缺少一个价电子，在晶体中便产生一个空位，邻近的束缚电子如果获取足一个空位，邻近的束缚电子如果获取足够的能量，有可能填补这个空位，使原够的能量，有可能填补这个空位，使原子成为

22、一个不能移动的负离子（子成为一个不能移动的负离子（受主离受主离子子），半导体仍然呈现电中性，但与此），半导体仍然呈现电中性，但与此同时没有相应的自由电子产生，如图所同时没有相应的自由电子产生，如图所示。示。 P型半导体共价键结构示意图型半导体共价键结构示意图 P型半导体中，空穴为多数载流子型半导体中，空穴为多数载流子（多子），自由电子为少数载流子（少（多子），自由电子为少数载流子（少子）。子）。P型半导体主要靠空穴导电。型半导体主要靠空穴导电。三、杂质半导体的示意图三、杂质半导体的示意图P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体小小 结结2.N2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺

23、杂提供型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近近似认为多子与杂质浓度相等。似认为多子与杂质浓度相等。3.P3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1. 1. 本征半导体中受激（热激发即本征激发）产本征半导体中受激（热激发即本征激发）产生的电子和空穴成对出现，数量很少。生的电子和空穴成对出现，数量很少。4.4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度决

24、定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。要由本征激发决定，所以受温度影响较大。提问：提问： 1. 何为本征半导体、何为本征半导体、P型半导体、型半导体、N型半型半导体？它们在导电性能上各有何特点？导体？它们在导电性能上各有何特点？ 2. 半导体导电和导体导体的本质区别是半导体导电和导体导体的本质区别是什么？什么？ 3. N、P型半导体是本征半导体还是杂质型半导体是本征半导体还是杂质半导体？半导体？ 4. N型半导体能做成型半导体能做成P型半导体吗？型半导体吗？1、 PN 结的形成结的形成耗尽层耗尽层空间电荷区空间

25、电荷区PN1）扩散运动）扩散运动2）扩散运）扩散运动形成空间电荷动形成空间电荷区区电 子 和 空 穴电 子 和 空 穴浓度差形成浓度差形成多数多数载流子的扩散运载流子的扩散运动。动。 PN 结，耗结，耗尽层。尽层。PN二、二、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性3） 空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电位壁垒电位壁垒；4）漂移运动）漂移运动内电场有利内电场有利于少子运动于少子运动漂漂移。移。 少子的运动少子的运动与多子运动方向与多子运动方向相反相反 阻挡层阻挡层内电场阻止多子的扩散

26、内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。5）扩散和漂移）扩散和漂移扩散：载流子从高浓度区向低浓度区的运动扩散：载流子从高浓度区向低浓度区的运动漂移：在电场作用下，载流子作定向的运动漂移：在电场作用下，载流子作定向的运动扩散漂移动态平衡：扩散电流扩散漂移动态平衡：扩散电流=漂移电流漂移电流2、PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结加正向电压（正偏）时导通；加反向结加正向电压（正偏）时导通；加反向电压（反偏）时截止的特性，称为电压（反偏）时截止的特性，称为PN结的单向导结的单向导电性电性。PN结PN结三、半导体二极管三、半导体二极管1.二极管的结构、材料二极管的结构、材料 结构结构 材料材料硅、锗硅

27、、锗图形符号二极管管脚极性及质量的判断二极管管脚极性及质量的判断在在 R 100或或 R 1 k 档测量档测量红表笔红表笔是是( (表内电源表内电源) )负极负极，黑表笔黑表笔是是( (表内电源表内电源) )正极正极。 正反向电阻各测量一次，正反向电阻各测量一次， 测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。( (1) ) 用指针式万用表检测用指针式万用表检测*一般硅管正向电阻为几千欧，一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电锗管正向电阻为几百欧；反向电阻电阻为几百千欧。阻电阻为几百千欧。*正反向电阻相差小为劣质管。正反向电阻相差小为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零正反向电阻都是

28、无穷大或零则二极管内部断路或短路。则二极管内部断路或短路。 1k 0 0 0( (2) ) 用数字式万用表检测用数字式万用表检测红红表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )正极，正极，黑黑表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡进行测量，当挡进行测量，当 PN 结完好结完好且正偏时，显示值为且正偏时，显示值为 PN 结两端的结两端的正向压降正向压降( (V) )。反偏时，显示。反偏时，显示 。2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 正向特性正向特性 死区电压死区电压：硅管硅管0.5V左右；左右；锗管锗管0.1V左右。左右。 导通电压：导通电

29、压：硅管为硅管为0.60.7V左右；锗管为左右；锗管为0.20.3V左右。左右。死区电压死区电压导通电压导通电压 反向电流：反向电流： 在一定温度在一定温度下，当反向电下，当反向电压达到一定值压达到一定值后，反向电流后，反向电流饱和，基本保饱和，基本保持不变。持不变。 反向电流容反向电流容易受温度的影易受温度的影响。响。-IS锗管锗管硅管硅管 反向特性反向特性 反向击穿：反向击穿：当当反向电压达到一反向电压达到一定数值时，反向定数值时，反向电流急剧增加的电流急剧增加的现象称为反向击现象称为反向击穿（穿（电击穿电击穿）。）。若不加限流措施，若不加限流措施，PN结将过热而损结将过热而损坏，此称为坏

30、，此称为热击热击穿穿。电击穿是可。电击穿是可逆的，而热击穿逆的，而热击穿是不可逆的，应是不可逆的，应该避免。该避免。击穿击穿 反向击穿特性反向击穿特性第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分第五部分第五部分用数字表示器用数字表示器件电极数目件电极数目用汉语拼音表示器件的用汉语拼音表示器件的材料和极性材料和极性用汉语拼音表示器件的类型用汉语拼音表示器件的类型符符号号意义意义符符号号意义意义符符号号意义意义符符号号意义意义23二极管二极管三极管三极管AN型，锗材料型，锗材料P普通管普通管D低频大功率管低频大功率管用数字表示用数字表示器件序号器件序号用汉语拼音用汉语拼音表示规

31、格号表示规格号BP型，锗材料型，锗材料V微波管微波管A高频大功率管高频大功率管CN型，硅材料型，硅材料W稳压管稳压管T半导体闸流管半导体闸流管DP型，硅材料型，硅材料C参量管参量管Y体效应器件体效应器件APNP型，锗材料型，锗材料Z整流管整流管B雪崩管雪崩管BNPN型，锗材料型，锗材料L整流堆整流堆J阶跃恢复管阶跃恢复管CPNP型，硅材料型，硅材料S隧道管隧道管CS场效应器件场效应器件DNPN型，硅材料型，硅材料N阻尼管阻尼管BT半导体特殊器件半导体特殊器件E化合物材料化合物材料U光电器件光电器件FH复合管复合管K开关管开关管PINPIN型管型管X低频小功低频小功率管率管JG激光管激光管G高频

32、小功高频小功率管率管3.二极管的使用常识二极管的使用常识 型号型号 主要参数主要参数(1) 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR和和 最大反向工作电压最大反向工作电压UR(3) 反向电流反向电流IR(4) 正向压降正向压降UF(5) 最高工作频率最高工作频率fM第三堂课第三堂课 内容及重点与要求内容及重点与要求1、简要复习上堂课主要内容。、简要复习上堂课主要内容。2、本堂课要学习的内容：特殊二极管；晶体、本堂课要学习的内容：特殊二极管；晶体管的特性与参数。管的特性与参数。3、重点：、重点：晶体管的特性与参数。晶体管的特性与参数。 4、难点：、难点：晶体管的电流放大

33、作用晶体管的电流放大作用。5、要求：、要求：了解特殊二极管的工作原理；理解了解特殊二极管的工作原理；理解晶体管的特性与参数。晶体管的特性与参数。例例 1.3.2 设二极管为理想二极管，计算回路中电流设二极管为理想二极管，计算回路中电流 ID 和输和输出电压出电压 UO 。（设二极管为硅管）。（设二极管为硅管）US1UOR2 k ID12 V16VUS2URa b解：解：假设二极管断开假设二极管断开Ua = 12 VUb = 16 VUa Ub 二极管二极管正偏正偏导通导通例例3：二极管构成二极管构成“门门”电路，设电路，设 V1、V2 均为理想二极管，均为理想二极管，当输入电压当输入电压 UA

34、、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBV1V2 管脚和质量判别管脚和质量判别二极管 黑表笔 红表笔 现象结论阳极A指针偏转角度大二极管正常阴极K阳极A指针偏转角度小阴极K二极管 黑表笔 红表笔 现象结论阳极A指针偏转角度大二极管短路阴极K阳极A指针偏转角度大阴极K二极管 黑表笔 红表笔 现象结论阳极A指针偏转角度小二极管断路阴极K阳极A指针偏转角度小阴极K4.特殊二极管特殊二极管 稳压管稳压管 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压利用二

35、极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。时工作在反向电击穿状态。伏安特性伏安特性图形图形符号符号主要参数：主要参数：稳定电压、稳定电流、稳定电压、稳定电流、最大最大允许耗散功率、动态电阻允许耗散功率、动态电阻汽车仪表稳压电路：汽车仪表稳压电路：4.特殊二极管特殊二极管 发光二极管发光二极管图形符号图形符号 工作电压一般在工作电压一般在1.52.5V之间，工作电流在之间，工作电流在530mA之之间，电流越大，发光越强。间，电流越大，发光越强。外形外形四、双极型三极管（晶体管）四、双极型三极管（晶体管）1.三极管的结构、符号、分类三极管的结构、符号、分类 NPN型型 PNP

36、型型 发射极发射极Emitter集电极集电极Collector基极基极Base2.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用发射结正偏射结正偏集电结反偏集电结反偏NPN管，管， VC VB VEPNP管，管， VE VB VC 实现电流放大的外部条件实现电流放大的外部条件2.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用穿透电流穿透电流 时不加区分使用一般II BC,交流电流放大系数，交流电流放大系数，表表示电流放大能力示电流放大能力IE=IB+ ICBCCEOCIIII 时，时，当当当输入为变化量（动态量）时当输入为变化量（动态量）时 电流放大特电流放大特性性第四堂课第四堂课 内容及重点与要求内容及

37、重点与要求1、简要复习上堂课主要内容。、简要复习上堂课主要内容。2、本堂课要学习的内容：晶体管的特性与参数；晶、本堂课要学习的内容：晶体管的特性与参数；晶体管基本应用电路。体管基本应用电路。3、重点：、重点：晶体管的特性与参数；晶体管基本应用电晶体管的特性与参数；晶体管基本应用电路。路。 4、难点：、难点：晶体管的特性晶体管的特性。5、要求：、要求：理解晶体管的特性与参数；会分析计算晶理解晶体管的特性与参数；会分析计算晶体管基本应用电路。体管基本应用电路。+-bce共射极放大电路VBBVCCUBEiCiB+-uCERbRcuCE = 0VuCE 1V当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特

38、性曲线时，相当于发射结的正向伏安特性曲线当当uCE1V时，特性曲线右移，同样的时，特性曲线右移，同样的UBE下下IB减小减小三极管输入端存在死区三极管输入端存在死区 输入特性曲线输入特性曲线3.三极管的特性曲线三极管的特性曲线饱和区：饱和区：iC明显受明显受uCE控制，控制，该区域内，该区域内，uCE=uCES0.7V (硅管硅管)。此时，。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小集电结正偏或反偏电压很小。放大区：放大区：iC平行于平行于uCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。BCBCIIII ,截止

39、区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， uBE小于死区电压，集电结反偏小于死区电压，集电结反偏。饱和导通饱和导通cbecbe电流放大电流放大ibibcbe反向截止反向截止输出特性曲线输出特性曲线思考题：思考题： 1晶体管工作在饱和区时发射结晶体管工作在饱和区时发射结 偏；集电结偏；集电结 偏。偏。 2三极管按结构分为三极管按结构分为_ 和和 两种类型，均具有两个两种类型，均具有两个PN结，即结，即_和和_。 3.三极管是三极管是_控制器件。控制器件。 4.放大电路中，测得三极管三个电极电位为放大电路中，测得三极管三个电极电位为U1=

40、6.5V,U2=7.2V,U3=15V，则该管是，则该管是_类型管子，类型管子，其中其中_极为集电极。极为集电极。5三极管的发射结和集电结都正向偏置或反向偏置时，三极管的发射结和集电结都正向偏置或反向偏置时，三极管的工作状态分别是三极管的工作状态分别是_ _和和_。 6.三极管有放大作用的外部条件是发射结三极管有放大作用的外部条件是发射结_，集电结集电结_。 7三极管按结构分为三极管按结构分为_和和_两种类型，均具两种类型，均具有两个有两个PN结，即结，即_和和_。 8若一晶体三极管在发射结加上反向偏置电压，在集若一晶体三极管在发射结加上反向偏置电压，在集电结上也加上反向偏置电压，则这个晶体三

41、极管处于电结上也加上反向偏置电压，则这个晶体三极管处于状态。状态。 9晶体三极管用于放大时，应使发射极处于偏置，晶体三极管用于放大时，应使发射极处于偏置，集电极处于偏置集电极处于偏置 。 1.有万用表测得有万用表测得PNP晶体管三个电极的电位分别是晶体管三个电极的电位分别是VC=6V，VB=0.7V，VE=1V则晶体管工作在（则晶体管工作在（ ）状）状态。态。 2.一一NPN型三极管三极电位分别有型三极管三极电位分别有VC=3.3V，VE=3V，VB=3.7V，则该管工作在（，则该管工作在（ ） 3.三极管参数为三极管参数为PCM=800mW, ICM=100mA, UBR(CEO)=30V,

42、在下列几种情况中，（在下列几种情况中，（ ）属于正常）属于正常工作。工作。 AUCE=15V，IC=150 mA BUCE=20V，IC=80 mA CUCE=35V，IC=100 mA DUCE=10V，IC=50mA 4.用万用表测得用万用表测得PNP晶体管三个电极的电位分别是晶体管三个电极的电位分别是VC=6V，VB=0.7V，VE=1V则晶体管工作在（则晶体管工作在（ ）状）状态。态。 例例1判断图示三极管的工作状态。0.7V5V0V(a)3V2V6V(c)-1.7V-5V-1V(b)3V3.7V3.3V(d)例例2 用万用表测的放大电路中某个三极管两个电极的电流用万用表测的放大电路中

43、某个三极管两个电极的电流值如图值如图. （1）求另一个电极的电流大小，在图上标出实际方向）求另一个电极的电流大小，在图上标出实际方向 （2）判断是）判断是PNP还是还是NPN管管? （3）图上标出管子的）图上标出管子的E.B.C.极极 （4）估算管子的）估算管子的值值. 补充作业：补充作业：判断图示各三极管的工作状态并说明是硅判断图示各三极管的工作状态并说明是硅管还是锗管。管还是锗管。+7.5V-8V+7.1V+5V+3.2V (a)+3.5V-3V-2.3V (b)+6.9V+4V(c)+5V0V(d)4.复合管复合管4.复合管复合管复合管又称达林顿管。复合管又称达林顿管。5.三极管使用常识

44、三极管使用常识 主要参数主要参数三极管的性能参数是工程上选用三极管的依据，其三极管的性能参数是工程上选用三极管的依据，其主要参数有：电流放大系数主要参数有：电流放大系数、极间反向电流以及、极间反向电流以及极限参数等。极限参数等。 集电极最集电极最大允许电大允许电流流ICM最大集最大集电极耗电极耗散功率散功率PCM反向击穿反向击穿电压电压三极管的测试三极管的测试1.目测判别三极管极性目测判别三极管极性n n 选择万用表选择万用表“R1K”挡。挡。n n 用黑表笔接一管脚（假定其为用黑表笔接一管脚（假定其为B极），红表笔分极），红表笔分别接另外两管脚，测得两个电阻值。别接另外两管脚，测得两个电阻值

45、。二个阻值均为小数值，则管子为二个阻值均为小数值，则管子为NPN管，则黑表棒接触的为管，则黑表棒接触的为B极。极。三极管管脚识别检测三极管管脚识别检测判断基极判断基极B和管子类型和管子类型步骤：步骤：如如一个一个阻值均为阻值均为无穷大无穷大，另，另一个一个为为小数值小数值，则黑表棒假定的则黑表棒假定的B B极错误，需重新假定直致找极错误，需重新假定直致找到为止。到为止。判别：判别：如如二个二个阻值均为阻值均为无穷大无穷大，则管子为，则管子为PNP管，管，则黑表棒接触的为则黑表棒接触的为B极，极， 假定正确。假定正确。如如二个二个阻值均为阻值均为小数值小数值，则管子为，则管子为NPN管，管，则黑

46、表棒接触的为则黑表棒接触的为B极，极， 假定正确。假定正确。l l 具有具有“或或h hFEFE”挡的万用表测量（如挡的万用表测量（如MF47）图图示示测电流的放大系数测电流的放大系数将万用表置于将万用表置于“h hFEFE”挡，如图所示将挡，如图所示将三极管插入测量插座（基极插入三极管插入测量插座（基极插入b孔，另两管脚随意插入），孔，另两管脚随意插入），记下记下读数。再将另两管脚对调后插入，也记下读数。再将另两管脚对调后插入，也记下读数。两读数。两次测量中，次测量中，读数大的那一次管脚插入是正确的。测量时需读数大的那一次管脚插入是正确的。测量时需注意注意NPN管和管和 PNP管应插入各自相

47、应的插座。管应插入各自相应的插座。图 测电流的放大系数 识别集电极识别集电极c和发射极和发射极e常利用测量三极管的电流放大系数常利用测量三极管的电流放大系数来判别。来判别。如如没有没有“或或hFE”挡的万用表测量（如挡的万用表测量（如MF30）将万用表置于）将万用表置于“R1K”挡（以挡（以NPN管为例），红表笔接基极以外的管脚，管为例），红表笔接基极以外的管脚，左手拇指与中指将黑表笔与基极以外的另一管脚捏在一起，左手拇指与中指将黑表笔与基极以外的另一管脚捏在一起，同时用左手食指触摸余下的管脚，同时用左手食指触摸余下的管脚， 这时表针应向右摆动。将基极以外的两管脚对调后再测一这时表针应向右摆动

48、。将基极以外的两管脚对调后再测一次。两次测量中，表针摆动幅度较大的那一次，黑表笔所接次。两次测量中，表针摆动幅度较大的那一次，黑表笔所接为集电极，红表笔所接为发射极。表针摆动幅度越大，说明为集电极，红表笔所接为发射极。表针摆动幅度越大，说明被测三极管的被测三极管的值越大。（如图所示）值越大。（如图所示）图图 MF30测量电流放大系数测量电流放大系数三级管管脚的判别（数字式万用表）三级管管脚的判别（数字式万用表） 将万用表置于二极管挡将万用表置于二极管挡,此时红表笔此时红表笔带正电带正电,黑表笔带负电黑表笔带负电(和指针万用表和指针万用表的极性相反的极性相反) 一一 、判别基极、判别基极(B)例

49、如把红表笔固定例如把红表笔固定接在任意一个引脚上接在任意一个引脚上,用黑表笔先后用黑表笔先后接触另外两个引脚接触另外两个引脚,这两次测量可得这两次测量可得到如下的结果到如下的结果:(1)两次所显示的电压两次所显示的电压值都很小值都很小 .此时红表笔所接的引脚就此时红表笔所接的引脚就是基极是基极B,而且测量的管为而且测量的管为NPN型型.(2)两次显示溢出两次显示溢出.此时红表笔接的也是此时红表笔接的也是基极基极B.但是被测量的管则为但是被测量的管则为PNP型型. 2k20k200k2M 20M200 二、二、 判别集电极判别集电极(c)和发射极和发射极(E)找到了基极找到了基极(B)后可以按下

50、面的方法进行后可以按下面的方法进行.(1)如果是如果是NPN管管,将将红表笔固定在基极红表笔固定在基极B,用黑表笔依次接触另外两用黑表笔依次接触另外两个引脚个引脚(即剩余的集电极和发射极即剩余的集电极和发射极).(2)测量所得测量所得的结果会有两个一大一小的电压值的结果会有两个一大一小的电压值.在测量所得在测量所得的电压值较大的电压值较大,黑表笔接的引脚就是发射极黑表笔接的引脚就是发射极.剩剩余的是集电极余的是集电极.(3)如果是如果是PNP管管,将黑表笔固定将黑表笔固定在基极在基极B,用红表笔依次接触另外两个引脚用红表笔依次接触另外两个引脚(即剩即剩余的集电极和发射极余的集电极和发射极).(

51、4)测量所得的结果也会测量所得的结果也会有两个一大一小的电压值有两个一大一小的电压值.在测量所得的电压值在测量所得的电压值较大红表笔接的引脚就是发射极较大红表笔接的引脚就是发射极.黑表笔接的是黑表笔接的是集电极集电极.螺栓型晶闸管平板型晶闸管外形及结构五、晶闸管简介五、晶闸管简介G P1P2N1N21. UAUGAKGUAUGAKGUAUGAKGUGUAAKG反向阻断正向阻断触发导通触发导通2. 晶闸管的工作状态晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件晶闸管关断的条件晶闸管关断的条件 使阳极电流减小到维持电流以下。使阳极电流减小到维持电流以下。 将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的

52、注意：晶闸管导通后，控制极便失去作用额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示用百位或千位数表示额定正向平均电流额定正向平均电流( (IF) 晶闸管晶闸管K P类型类型型号型号3. 型号和主要参数UDRM: URRM： 主要参数主要参数 4. 晶闸管的保护 过电流保过电流保护护 电路中接快速熔断器电路中接快速熔断器。与晶闸与晶闸管串联管串联接在接在输入输入端端接在接在输出输出端端快速熔断器有三种接入方式快速熔断器有三种接入方式 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路

53、，以保证晶闸管的安全。以保证晶闸管的安全。与晶闸与晶闸管串联管串联接在接在输入输入端端接在接在输出输出端端过电流保护过电流保护 将造成过电压的能量变成电场能量储存到电将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。容中，然后释放到电阻中消耗掉。RCRC晶闸管元件晶闸管元件的阻容保护的阻容保护过电压保护过电压保护6.2 三极管基本应用电路三极管基本应用电路一、三极管基本放大电路一、三极管基本放大电路1. 共发射极放大电路基极偏置电阻集电极负载电阻耦合电容耦合电容 输入回路输入回路 输出回路输出回路1） 静态分析 静态：静态：放大电路没有交流输入信号（放大电路没有交流输入信号（

54、ui=0）时的）时的直流直流工作状态工作状态。静态时，电路中只有直流电源。静态时，电路中只有直流电源VCC作用，作用，三极三极管各极电流和极间电压都是直流值。管各极电流和极间电压都是直流值。 UC E + IB + UB E VC C Rc Rb IC 直流通路直流通路 静态工作静态工作点点bBEQCCRUVIBQBQCQIICCQCCCEQRIVU（1）画出直流通路）画出直流通路（2）列输入回路方程，求）列输入回路方程，求IBQ（3）作直流负载线）作直流负载线bCCbBECCBQRVRUVI 静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法（4）确定静态工作点）确定静态工作点Q Rc VCC V

55、CC uCE iC IBQ斜率斜率-1/RCQUCEQICQ2） 动态分析 动态：动态：放大电路在有输入信号时（放大电路在有输入信号时（ui0）的工作状态）的工作状态称为动态。称为动态。 ICQ UCEQ IBQ iB t t t t t ui iC ui + iB + VBB Rb + ui=sinwt 时时（动动态态） VCC Rc uCE uo iC uCE uo QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQQ1Q2ibuiuo3） 性能指标 交流通路交流通路交流电流流经的通路，交流电流流经的

56、通路，用于动态分析用于动态分析。对于交流通路：对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。 C2 + Rs us Rc Rb RL Rc + Rs us C1 VC C Rb RL 性能指标性能指标（1）电压放大倍数）电压放大倍数beLiourRUUA低频小功率管的输入电阻低频小功率管的输入电阻rbe可用下式估算可用下式估算：mAmV261030EIrbe共射放大电路的电压放大倍数一般较大，通共射放大电路的电压放大倍数一般较大，通常为几十倍至几百倍。常为几十倍至几

57、百倍。输出电压与输入电输出电压与输入电压相位相反压相位相反交流负载等效电阻交流负载等效电阻RL = RC/RL 性能指标性能指标（2）输入电阻）输入电阻输入电阻越大，放大电路的实际输入电压就越输入电阻越大，放大电路的实际输入电压就越接近于所接信号源电压。接近于所接信号源电压。 共射放大电路的输入电阻：共射放大电路的输入电阻： ri=Rb/rbe （几百欧至几千欧（几百欧至几千欧 ） （3）输出电阻）输出电阻输出电阻越小，放大电路的带负载能力越强输出电阻越小，放大电路的带负载能力越强。共射放大电路的输出电阻：共射放大电路的输出电阻： ro=Rc（几千欧至几十千欧（几千欧至几十千欧 ） 4） 放大

58、电路的非线性失真Q1qQ2qUCEQ2qUCEQ1ib1ic1ic2uo 1uo 2ICEQ1ICEQ2 饱和失饱和失真真 截止失截止失真真2. 射极输出器电路特点：电路特点：电压增益接近于电压增益接近于1 1输入电阻大，输入电阻大，对电压信号源衰减小对电压信号源衰减小输出电阻小，输出电阻小，带载能力强带载能力强二、功率放大电路二、功率放大电路 功率放大电路是一种能够向负载提供足够大功率放大电路是一种能够向负载提供足够大的功率的放大电路。因此，的功率的放大电路。因此，要求要求同时输出较大的同时输出较大的电压和电流电压和电流。 管子管子工作在接近极限状态工作在接近极限状态。一般直。一般直接驱动负

59、载，接驱动负载，带载能力要强带载能力要强。 要要求求（1） 输出功率足够大（2） 效率高（3） 非线性失真小 特特点点 -Vcc T1 T2 ui 1ei2ei+ uo - RL +Vcc 1ei2eittOO2/TToutO2/TT优点：优点：直接耦合，频率特性好。直接耦合，频率特性好。双电源互补对称功率放大电路（双电源互补对称功率放大电路（OCL）LCESCCLoomRUVRUP222(max)最大输出功率最大输出功率单电源互补对称功率放大电路（单电源互补对称功率放大电路（OTL） +Vcc/2 T1 T2 ui + uo - RL OTL功功率率放放大大电电路路 +Vcc 优点：优点：单

60、电源供电。单电源供电。 静态时：静态时：V1和和V2均截止，由均截止，由于 电 路 对 称 ，于 电 路 对 称 ， E 点 电 位点 电 位 VE= VCC/2 ，电容，电容C上的电压也等于上的电压也等于VE= VCC/2 。 动态时：动态时：输入信号正半周电输入信号正半周电源源Vcc向向T1管供电；输入信号负管供电；输入信号负半周，电容半周，电容C上存储的电压上存储的电压Vcc/2向向T2管供电。管供电。最大输出功率最大输出功率L2CCOm81RVP三、多级放大电路三、多级放大电路常用的耦合方式常用的耦合方式: : 直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。多级放大电