电工电子第5章

1、汽车维护与保养汽车维护的目的及意义1.1.了解了解PNPN结的单向导电性，掌握二极管的电压、电流和结的单向导电性，掌握二极管的电压、电流和主要参数；理解稳压二极管的特性。主要参数；理解稳压二极管的特性。2.2.了解三极管的结构和主要参数、晶闸管的工作特性和了解三极管的结构和主要参数、晶闸管的工作特性和主要参数。主要参数。3.3.理解三极管的电流放大作用、三种工作状态（放大、理解三极管的电流放大作用、三种工作状态（放大、饱和、截止）。饱和、截止）。1.1.会使用常用仪器、仪表。会使用常用仪器、仪表。2.2.学会识别与检测常见电子元器件如二极管、三极管、晶闸管。学会识别与检测常见电子元器件如二极管

2、、三极管、晶闸管。3.3.掌握焊接电子元件的技能。掌握焊接电子元件的技能。4.4.认识半导体热敏电阻、发光二极管、光电晶体管。认识半导体热敏电阻、发光二极管、光电晶体管。 物质按导电能力的不同可分为物质按导电能力的不同可分为导体导体、半导体半导体和和绝缘体绝缘体三三大类。金属导体的电导率一般在大类。金属导体的电导率一般在10105 5s/cms/cm量级；塑料、云母量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是等绝缘体的电导率通常是1010-22-221010-14-14s/cms/cm量级；半导体的量级；半导体的电导率则在电导率则在1010-9-9 10102 2s/cms/cm量级。量级。 半导体

3、的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的。体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的。1. 半导体及其特性半导体及其特性半导体受光照后，其导电能力大大增强；半导体受光照后，其导电能力大大增强；受温度的影响，半导体导电能力变化很大；受温度的影响，半导体导电能力变化很大；在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电 能力极大地增强。能力极大地增强。半导体材料的独特性能是由其半导体材料的独特性能是由其所决定的。所决定的。 半导体的导电机理与金属导体的导电机理有本质上的区别：

4、半导体的导电机理与金属导体的导电机理有本质上的区别：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流两种载流子同时参与导电子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由。两种载流子电量相等、符号相反，即自由电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。444444444 自由电子载流子运动可以形自由电子载流子运动可以形容为没有座位的人的移动；空容为没有座位的人的移动；空穴穴载流子运动则可形容为有座载流子运动则

5、可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运位的人依次向前挪动座位的运动。动。半导体内部的这两种运动半导体内部的这两种运动总是总是共存共存的，且在的，且在一定温度下一定温度下达到达到动态平衡动态平衡。半导体的导电机理半导体的导电机理444444444三价元素硼三价元素硼(B)B掺入硼杂质的硅半掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴导体晶格中，空穴载流子的数量大大载流子的数量大大增加。因此增加。因此空穴空穴是是这种半导体的这种半导体的导电导电主流主流。 掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大于自掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做由电子载

6、流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。型半导体。 在在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带子，而不能移动的离子带负电负电。2. P2. P型半导体和型半导体和N N型半导体型半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。五价元素磷(P)4444

7、44444P掺入磷杂质的硅半掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由导体晶格中，自由电子的数量大大增电子的数量大大增加。因此加。因此自由电子自由电子是这种半导体的是这种半导体的导导电主流电主流。 在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于1010-6-6数量级时，电数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价五价元素的杂质半导元素的杂质半导体由于自由电子多而称为体由于自由电子多而称为电子型电子型半导体，也叫做半导体，也叫做N N型型半导体。半导体。 一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数一般情况下，杂质半导体中的多数载流子

8、的数量可达到少数载流子数量的载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体的导电能力可增强几十万倍。的导电能力可增强几十万倍。 不论是不论是N N型半导体还是型半导体还是P P型半导体，其中的多子和少子的型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此起数量，因此起主要导电作用主要导电作用的是的是多数载流子多数载流子。掺入杂质后虽然形成了掺入杂质后虽然形成了N N型或型或P P型半导体，但整个半型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。导体晶体仍然呈电中性。

9、一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等。P型半导体中的空穴型半导体中的空穴多于自由电子，是否多于自由电子，是否意味着带正电意味着带正电？自由电子导电和空自由电子导电和空穴导电的区别在哪穴导电的区别在哪里？空穴载流子的里？空穴载流子的形成是否由自由电形成是否由自由电子填补空穴的运动子填补空穴的运动形成的？形成的？ 何谓杂质半导体中的多子何谓杂质半导体中的多子和少子和少子 ？N N型半导体中的多型半导体中的多子是什么？少子是什么？子是什么？少子是什么？3. PN结及其单向导电性结及其单向导电性PN结的形成结的形成 杂质半导体的导电能力虽然比本征

10、半导体极大增强，但它杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导结是一切半导体器件的体器件的“元概念元概念”和技术起始点。和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷元素硼和五价元素磷 + + + + + + + + + + + + + + + +空间电荷区空间电荷区内电场内电场动画演示 PNPN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移漂移共存共存。开始时多子的扩散运动占优势，。开始时多子的扩散运动

11、占优势，扩散运动的结扩散运动的结果使果使PNPN结加宽，内电场增强结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：少子的漂移运动：P P区的少子电子向区的少子电子向N N区漂移，补充了交界区漂移，补充了交界面上面上N N区失去的电子，同时，区失去的电子，同时， N N区的少子空穴向区的少子空穴向P P区漂移，区漂移，补充了原交界面上补充了原交界面上P P区失去的空穴，显然区失去的空穴，显然漂移运动减少了空漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PNPN结变窄结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡

12、，空间电荷区的最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即宽度基本稳定，即PNPN结形成结形成。 PNPN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但但PNPN结两侧的结两侧的P P区和区和N N区导电率很高，相当于导体，这一点和区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说电容比较相似，所以说PNPN结具有结具有电容效应电容效应。 PN结的单向导电性结的单向导电性当当PNPN结外加结外加正向电压正向电压，即，即P P区接电源正极，区接电源正极，N N区接电区接电源负极，此时灯亮，说明源负极，此时灯亮，说明

13、PNPN结处于结处于导通状态导通状态 当当PNPN结外加结外加反向电压反向电压，即即P P区接电源负极，区接电源负极，N N区区接电源正极，此时灯不接电源正极，此时灯不亮，说明亮，说明PNPN结处于结处于截止截止状态状态 PN结的上述结的上述“正向导通，反向阻断正向导通，反向阻断”作用，说明它具有作用，说明它具有，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。 由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不

14、随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流反向饱和电流。反。反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PNPN结对结对反向电流呈反向电流呈高阻高阻状态，也就是所谓的状态，也就是所谓的作用。作用。 PN结中反向电流的讨论结中反向电流的讨论值得注意的是，反向电流将随温度的升高而成倍增值得注意的是，反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此在设计电路时必须考虑温度补偿问题。此在设计电路时必须考虑温度补偿问题。1.结构与类型结

15、构与类型 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型。例如：例如： 点接触型二极管点接触型二极管二极管符号二极管符号 为了满足汽车交流发电机整流电路的需要，专为了满足汽车交流发电机整流电路的需要，专门设计了门设计了汽车用整流二极管汽车用整流二极管 。 开启电压开启电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。工作电压工作电压 : : 硅管硅管0.61V,锗管锗管0.20.5V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)2.2.伏安特性和主要参数伏安特性和主要参数uDiDISIFuD（1）最大整流电流最大整流电流I IFMFM（2）最大反向工作电压最大反向工作电压

16、U URMRM （3）反向饱和电流反向饱和电流I IR R 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例取取 B 点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。D6V12V3k BAUAB+UIUZIZIZmax UZ IZ稳压误差稳压误差曲线越陡，电曲线越陡，电压越稳定。压越稳定。+-主要参数主要参数1.1.稳定电压稳定电压 U UV V2.2.稳定电流稳定电流I IV V、最最大、最小稳定电流大、最小稳定电流I IVmaxVmax、 I IVmianVmian3.3.最大允许功耗最大允许功耗maxZZZMIUP硅稳压二极管在汽车电路中的

17、应用硅稳压二极管在汽车电路中的应用 并联在电子式电压调节器两端的稳压二极管，当电并联在电子式电压调节器两端的稳压二极管，当电路产生瞬间高压时，稳压管反向击穿导通，将电压限路产生瞬间高压时，稳压管反向击穿导通，将电压限制在一定范围内，避免了瞬间高压损坏电压调节器。制在一定范围内，避免了瞬间高压损坏电压调节器。 在汽车电子点火系中，将稳压二极管串在汽车电子点火系中，将稳压二极管串接在点火控制器的输入级，对磁感应式点火接在点火控制器的输入级，对磁感应式点火信号发生器产生的交变脉冲信号起到削波（信号发生器产生的交变脉冲信号起到削波（即限幅）作用，以防止输入的点火信号波形即限幅）作用，以防止输入的点火信

18、号波形峰值过大，烧坏输入级的晶体三极管。峰值过大，烧坏输入级的晶体三极管。 案例5.1利用万用表电阻挡判别二极管的极性，检测二极管利用万用表电阻挡判别二极管的极性，检测二极管 普通万用表普通万用表1只、二极管若干只、二极管若干 （1 1）万用表置于电阻挡时，表内电池的正）万用表置于电阻挡时，表内电池的正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连，与极与黑表笔相连，负极与红表笔相连，与万用表面板上用来表示测量直流电压或电万用表面板上用来表示测量直流电压或电流的流的“+”+”、“-”-”号相反。号相反。 （2 2）由于）由于R R1 1挡内部电流较大，容易烧坏二挡内部电流较大，容易烧坏二极管，极管，R R1

19、010挡内部电压较高，可能将二极管挡内部电压较高，可能将二极管击穿，所以一般不用这两挡检测二极管。击穿，所以一般不用这两挡检测二极管。 【注意事项注意事项】（1）将万用表拨到）将万用表拨到“”挡（选用挡（选用R100或或R1k挡）；挡）； （2）将万用表的红、黑表笔分别接二极管的两端，观）将万用表的红、黑表笔分别接二极管的两端，观察测得的电阻值；察测得的电阻值； （3）若测得的阻值在几百欧到几千欧，将二极管两个）若测得的阻值在几百欧到几千欧，将二极管两个电极对调继续测量。若测得的阻值在几十千欧或几百电极对调继续测量。若测得的阻值在几十千欧或几百千欧，则表明二极管是正常的；千欧，则表明二极管是正

20、常的； （4）若测得的正反向电阻均较小，说明二极管内部短）若测得的正反向电阻均较小，说明二极管内部短路，若测得的正、反向电阻值都很大，说明二极管开路路，若测得的正、反向电阻值都很大，说明二极管开路或接触不良。或接触不良。 NPN型型PNP型型 集集电电结结 B 发发射射结结 N P N 集集电电区区 基基区区 发发射射区区 C C E E B 集集电电结结 B 发发射射结结 P N P C C E E B 集集电电区区 基基区区 发发射射区区 1.三极管的结构和类型三极管的结构和类型2. 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用iC = F(uCE) IB =常数iB = F(uBE) UCE

21、 =常数iCiBuCEuBEVBBRw1RbRw2VCCmAVAV输入特性输出特性iB = F(uBE) UCE =常数iB(A)uBE(V)204060800.40.8UCE1ViC = F(uCE) IB =常数iC(mA )1234uCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当当UCE大于一定的数值时，大于一定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，I C= I B。CEB（1）电流放大系数）电流放大系数（2）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（3）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM（4）集电极、发射极

22、之间反向击穿电压）集电极、发射极之间反向击穿电压U（BR）CEO3、三极管的工作状态、三极管的工作状态iC(mA )uCE(V)IB=0截止区截止区饱和区饱和区放大区放大区,0BI0CI,0BEU截止区：截止区：,7 .0VUBE,BCII放大区：放大区：,7 .0VUBE饱和区饱和区：反偏,0VUUUBECECB,7 . 0 VUCE正偏,0VUUUBECECB,7 . 0 VUCEIBICCCViuTCEBJe 反偏反偏Je正偏正偏Je正偏正偏案例5.2利用万用表欧姆挡判别三极管的管型和管脚利用万用表欧姆挡判别三极管的管型和管脚 （1）将万用表转换开关置于）将万用表转换开关置于“”挡，选择

23、挡，选择R100或或R1K挡，用黑表笔（内接表内电池的正极）接三极管的任意一只挡，用黑表笔（内接表内电池的正极）接三极管的任意一只管脚，再用红表笔（内接表内电池的负极）接触其余两只管管脚，再用红表笔（内接表内电池的负极）接触其余两只管脚。脚。若两次测量的电阻值都很小，则黑表笔接的管脚是基若两次测量的电阻值都很小，则黑表笔接的管脚是基极，且该三极管是极，且该三极管是NPN型三极管。型三极管。若两次测量的电阻值都若两次测量的电阻值都很大，则黑表笔接的管脚是基极，且该三极管是很大，则黑表笔接的管脚是基极，且该三极管是PNP型三极型三极管管（2）若测试结果不符合两次电阻均很小或很大的条件，则黑）若测试

24、结果不符合两次电阻均很小或很大的条件，则黑表笔接的不是基极，更换一个管脚进行测试，表笔接的不是基极，更换一个管脚进行测试， （3）对于）对于NPN型三极管，测定基极后，假设其余的两只管脚型三极管，测定基极后，假设其余的两只管脚中的一只为集电极中的一只为集电极C，在，在B、C之间接入一个电阻之间接入一个电阻RB=10-100k，或用手指捏住基极，或用手指捏住基极B和假定的集电极和假定的集电极C，注意两极不，注意两极不能接触，用黑表笔接触能接触，用黑表笔接触C极，红表笔接触极，红表笔接触E极，读出阻值，然极，读出阻值，然后将假定的后将假定的C、E对调一下，再测一次阻值，比较两次测得的对调一下，再测一次阻值，比较两次测得的电阻值的大小，读数较小（即电流较大）的一次为正确的假电阻值的大小，读