汽车电工电子单元五汇编

1、单元五单元五 晶体管及其应用晶体管及其应用 任务任务5. 1半导体器件半导体器件 任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 任务任务5. 3三极管放大电路三极管放大电路 任务任务5. 4集成运算放大器在汽车中的应用集成运算放大器在汽车中的应用 任务任务5. 5技能训练技能训练返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件5.1.1半导体基本特性半导体基本特性半导体在导体与非导体之间居特殊的地位。半导体的导电性能与温度、半导体在导体与非导体之间居特殊的地位。半导体的导电性能与温度、压力、照射的光强度有关，或与半导体中外部原子压力、照射的光强度有关，或与半导体中外部原子(掺杂掺杂)的数量有关。的数量有关

2、。 5.1.1.1半导体的特性半导体的特性 我们把导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。常用的我们把导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。常用的半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓以及大多数金属氧化物等。半导体半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓以及大多数金属氧化物等。半导体中参与导电的粒子有两种中参与导电的粒子有两种:带正电荷的空穴和带负电荷的自由电子，带正电荷的空穴和带负电荷的自由电子，它们统称为载流子。由于纯净的硅和锗它们统称为载流子。由于纯净的硅和锗(称为本征半导体称为本征半导体)晶体具有稳晶体具有稳定的共价键结构，受热激发产生的载流子的数目很少，故导电能力较定的共价键结构，受热激

3、发产生的载流子的数目很少，故导电能力较弱。弱。 半导体之所以得到广泛的应用，其原因不但在于它的导电能力介于半导体之所以得到广泛的应用，其原因不但在于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而在于它的导电能力在不同条件下有很大的差异。导体和绝缘体之间，而在于它的导电能力在不同条件下有很大的差异。下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件此外，半导体的导电能力还随它所掺入的有用杂质、受光线照射、电此外，半导体的导电能力还随它所掺入的有用杂质、受光线照射、电场、磁场等作用而发生显著的变化。总之，半导体就是一种在外界条场、磁场等作用而发生显著的变化。总之，半导体就是一种在外界条件下有时导电，有时几乎不能

4、导电，容易受到热、光、电、磁和杂质件下有时导电，有时几乎不能导电，容易受到热、光、电、磁和杂质等作用而改变其导电能力的一种固体材料。等作用而改变其导电能力的一种固体材料。 1.杂敏特性杂敏特性 这是半导体最显著的特点。掺入杂质，它影响电子的数量和种类。这是半导体最显著的特点。掺入杂质，它影响电子的数量和种类。纯净的半导体叫做本征半导体。锗和硅是两种最常用的半导体，它们纯净的半导体叫做本征半导体。锗和硅是两种最常用的半导体，它们最外层都有四个价电子，处于半稳定状态，其导电性介于导体和绝缘最外层都有四个价电子，处于半稳定状态，其导电性介于导体和绝缘体之间。如体之间。如图图5-1所示。所示。 (1)

5、P型半导体型半导体 在四价元素硅半导体中掺入微量三价元素，如硼或铝等杂质，硼原在四价元素硅半导体中掺入微量三价元素，如硼或铝等杂质，硼原子最外层有三个价电子。子最外层有三个价电子。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件当其构成共价键时当其构成共价键时,将因缺少一个电子而形成一个空穴，如将因缺少一个电子而形成一个空穴，如图图5-2所示。所示。 (2)N型半导体型半导体 在四价元素硅半导体中掺入微量五价元素，如磷或砷等杂质，磷原在四价元素硅半导体中掺入微量五价元素，如磷或砷等杂质，磷原子最外层有五个价电子。当硅晶体中某些位置上的硅原子被磷原子替子最外层有五个价电子。当硅晶体中某些位

6、置上的硅原子被磷原子替代后，只需要四个价电子参与共价键结构，多余的一个价电子很容易代后，只需要四个价电子参与共价键结构，多余的一个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子，如挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子，如图图5 -3所示。所示。 2.热敏特性热敏特性 温度可明显地改变半导体的电导率，它影响电子的数量和活泼性。温度可明显地改变半导体的电导率，它影响电子的数量和活泼性。利用这一特性，可制成自动检测系统中的热敏元件，如汽车油箱和水利用这一特性，可制成自动检测系统中的热敏元件，如汽车油箱和水箱中的进行温度检测的热敏电阻，但另一方面热敏特性使半导体的热箱中的进行温度检测的热敏电阻，但另一方面热

7、敏特性使半导体的热稳定性下降，因此，在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参稳定性下降，因此，在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参数等措施。数等措施。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 3.光敏特性光敏特性 光照光照(曝光曝光)不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，它影不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，它影响电子的数量。利用这一特性，可制成光敏电阻，光敏三极管、光电响电子的数量。利用这一特性，可制成光敏电阻，光敏三极管、光电池等。光敏电阻可用于汽车前照灯的自动变光器电路中，光电池已在池等。光敏电阻可用于汽车前照灯的自动变光器电路中，光电池已在空间技术

8、中得到广泛应用，为人类利用太阳能提供了广阔的前景。空间技术中得到广泛应用，为人类利用太阳能提供了广阔的前景。 本征半导体经过不同掺杂和工艺处理后就呈现以上的特性。汽车就本征半导体经过不同掺杂和工艺处理后就呈现以上的特性。汽车就是利用这些特性制作成不同功能的汽车电子元件和汽车传感器。如是利用这些特性制作成不同功能的汽车电子元件和汽车传感器。如 表表5-1所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件5. 1 .2 PN结结 1. PN结的形成结的形成 当当P型半导体和型半导体和N型半导体通过一定的工艺结合在一起时，在交接型半导体通过一定的工艺结合在一起时，在交接面必然要发生由

9、于载流子浓度不均匀而引起的电子和空穴的扩散运动，面必然要发生由于载流子浓度不均匀而引起的电子和空穴的扩散运动，则在这两种半导体的交界处将形成一个具有特殊性质的薄层，因此称则在这两种半导体的交界处将形成一个具有特殊性质的薄层，因此称为为PN结。如结。如图图5 -4所示。所示。PN结虽然只有微米级的宽度，但却有十分结虽然只有微米级的宽度，但却有十分重要的导电性能，它是各种半导体器件的工作基础。重要的导电性能，它是各种半导体器件的工作基础。 2. PN结的导电特性结的导电特性 (1)PN结加正向电压结加正向电压(简称正偏简称正偏) 如如图图5-5(a)所示，即所示，即P区接外电源的正极，区接外电源的

10、正极，N区接负极，这种接法叫区接负极，这种接法叫PN结的正向偏置，简称正偏。结的正向偏置，简称正偏。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件这时空间电荷区变窄，这时空间电荷区变窄，PN结呈现低阻态，形成了从结呈现低阻态，形成了从P区流向区流向N区的正区的正向电流，即向电流，即PN结处于正向导通状态。相当于开关闭合结处于正向导通状态。相当于开关闭合 (2)PN结加反向电压结加反向电压(简称反偏简称反偏) 图图5-5(b)所示，即所示，即P区接外电源的负极，区接外电源的负极，N区接正极，这种接法叫区接正极，这种接法叫PN结的反向偏置，简称反偏。这时空间电荷区变宽，结的反向偏置，简称反

11、偏。这时空间电荷区变宽，PN结呈现高阻结呈现高阻态，只有很小的反向漏电流从态，只有很小的反向漏电流从N区流向区流向P区，即区，即PN结处于反向截止状结处于反向截止状态。相当于开关断开。态。相当于开关断开。5.1.3半导体二极管半导体二极管5.1.3.1二极管的结构二极管的结构半导体二极管，实际上是由一个半导体二极管，实际上是由一个PN结加两个引出电极和外壳制成的，结加两个引出电极和外壳制成的，如如图图5-6所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 5.1.3.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管实质上就是一个二极管实质上就是一个PN结，当在其两端分别加上正反向电

12、压，结，当在其两端分别加上正反向电压，并逐点测量流过其中的电流，就可以描绘出反映二极管两端电压和流并逐点测量流过其中的电流，就可以描绘出反映二极管两端电压和流过其中的电流之间的关系，成为二极管的伏安特性。伏安特性一般可过其中的电流之间的关系，成为二极管的伏安特性。伏安特性一般可用实验方法测出，也可在产品说明书和有关乎册中直接查到。用实验方法测出，也可在产品说明书和有关乎册中直接查到。 图图5 -7是测量二极管的伏安特性的电路图。是测量二极管的伏安特性的电路图。根据测量结果绘制出的二极管伏安特性曲线如根据测量结果绘制出的二极管伏安特性曲线如图图5 -8所示。所示。 5.1.3.3二极管的主要参数

13、二极管的主要参数 二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可用它的参数来说明，二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可用它的参数来说明，二极管的主要参数有二极管的主要参数有:上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 1.最大整流电流最大整流电流Ifm 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。使用时工作电流要小于这个电流，否则，电流过大，将有可能电流。使用时工作电流要小于这个电流，否则，电流过大，将有可能使二极管烧坏使二极管烧坏 2.最高反向工作电压最高反向工作电压Urm 指允许加在二极管两端的最大反向

14、电压，最高反向工作电压一般为指允许加在二极管两端的最大反向电压，最高反向工作电压一般为击穿电压的一半或三分之二。击穿电压的一半或三分之二。 3.最高反向电流最高反向电流Ir 当二极管加反向工作电压时的反向电流，此值越小，则二极管的单当二极管加反向工作电压时的反向电流，此值越小，则二极管的单向导电性就越好。其值随着温度的上升而显著增加。向导电性就越好。其值随着温度的上升而显著增加。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 4.最高工作频率最高工作频率fm 指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。当工作频率过高指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。当工作频率过高时，二极管的

15、单向导电性能就会变差，甚至失去单向导电性。点接触时，二极管的单向导电性能就会变差，甚至失去单向导电性。点接触型锗管其最高工作频率可达数百型锗管其最高工作频率可达数百mHz，而面接触型硅整流管，其最高，而面接触型硅整流管，其最高工作频率只有工作频率只有3 kHz . 5.1.3.4二极管的类型二极管的类型 1.根据构造分类根据构造分类 半导体二极管主要是依靠半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。根据结而工作的。根据PN结结构的特点，结结构的特点，晶体二极管分类如下晶体二极管分类如下: (1)点接触型二极管。点接触型二极管。 (2)键型二极管。键型二极管。 (3)合金型二极管。合金型二极管。 (4

16、)扩散型二极管。扩散型二极管。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 (5)台面型二极管。台面型二极管。 (6)平面型二极管。平面型二极管。 (7)合金扩散型二极管。合金扩散型二极管。 (8)外延型二极管。外延型二极管。 (9)肖特基二极管。肖特基二极管。 2.根据用途分类根据用途分类 (1)检波用二极管检波用二极管 (2)整流用二极管整流用二极管 (3)限幅用二极管限幅用二极管 (4)调制用二极管调制用二极管 (5)混频用二极管混频用二极管 (6)放大用二极管放大用二极管 (7)开关用二极管开关用二极管 5.1.3.5二极管的检查和测量二极管的检查和测量 1.电压测量电压测量

17、 依据上述数据，我们通过对二极管两端电压的测量可判断其是否处依据上述数据，我们通过对二极管两端电压的测量可判断其是否处于导通状态，如于导通状态，如图图5-9(a) , (b)所示。正向使用时二极管两端电压为所示。正向使用时二极管两端电压为0. 7 V，反向使用时二极管两端测得的电压为蓄电池电压，反向使用时二极管两端测得的电压为蓄电池电压12 V.上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件2.电阻测量电阻测量用一个万用电表的欧姆挡可以检查二极管，如用一个万用电表的欧姆挡可以检查二极管，如图图5一一10所示。一个完所示。一个完好的二极管在导通方向上电阻为几欧姆到几百欧姆，在阻流方向上为

18、好的二极管在导通方向上电阻为几欧姆到几百欧姆，在阻流方向上为几千欧姆到几兆欧姆，电阻值取决于结构尺寸。几千欧姆到几兆欧姆，电阻值取决于结构尺寸。 5.1.3.6其他类型的二极管其他类型的二极管 1.发光二极管发光二极管(LED ) 发光二极管简称发光二极管简称LE D，通常用元素周期表中，通常用元素周期表中I , V族元素的化合物族元素的化合物制成。这种管子在正偏时由于其内有小的透镜使得电流通过时能看到制成。这种管子在正偏时由于其内有小的透镜使得电流通过时能看到光。根据材料的不同，光。根据材料的不同，LE D可发出红、黄、绿、蓝色等颜色光。其可发出红、黄、绿、蓝色等颜色光。其外形及电路符号如外

19、形及电路符号如图图5-11所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 与标准硅二极管相似，与标准硅二极管相似，LE D有一个恒定的导通电压。然而，其导有一个恒定的导通电压。然而，其导通电压通常比标准二极管的导通电压更高。而正是导通电压的值定义通电压通常比标准二极管的导通电压更高。而正是导通电压的值定义了光的颜色，如了光的颜色，如表表5-2所示。所示。 2.稳压管稳压管(齐纳二极管齐纳二极管) 稳压管是一种特殊工艺制成的面接触型的硅二极管，其正向特性曲稳压管是一种特殊工艺制成的面接触型的硅二极管，其正向特性曲线与普通二极管类似。只是反向击穿特性曲线很陡。如线与普通二极管类

20、似。只是反向击穿特性曲线很陡。如图图5-12所示。所示。 稳压管的主要参数有稳压管的主要参数有: 稳定电压稳定电压Uz 稳定电流稳定电流Iz 动态电阻动态电阻rz 3.光电二极管光电二极管 如如图图5-13所示，光电二极管又称光敏二极管。它的结构与标准二极所示，光电二极管又称光敏二极管。它的结构与标准二极管类似，使用时，其管类似，使用时，其PN结工作在反偏状态。结工作在反偏状态。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 在光的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升在光的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升(这时的反向电这时的反向电流叫光电流流叫光电流)，所以，光电二极管是一种将

21、光信号转换为电信号的半，所以，光电二极管是一种将光信号转换为电信号的半导体器件。导体器件。 4.雪崩二极管雪崩二极管 雪崩二极管是当反偏电压超过临界击穿电压时反向导电的二极管，雪崩二极管是当反偏电压超过临界击穿电压时反向导电的二极管，它在运转时与稳压二极管相似不过与稳压二极管不同，击穿是由雪崩它在运转时与稳压二极管相似不过与稳压二极管不同，击穿是由雪崩引起。当反向电场跨过引起。当反向电场跨过PN结运动，造成载流子倍增结运动，造成载流子倍增(就像雪崩一样就像雪崩一样)，导致反向电流增大。雪崩二极管设计在一个不会造成破坏的定义明确导致反向电流增大。雪崩二极管设计在一个不会造成破坏的定义明确的反向电

22、压点处击穿。反向击穿电压大约在的反向电压点处击穿。反向击穿电压大约在6. 2伏或以上。如伏或以上。如图图5-14所示所示.上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 5.钳位二极管钳位二极管 无论什么时候通过线圈的电流中断时，会产生冲击性过电压或电压无论什么时候通过线圈的电流中断时，会产生冲击性过电压或电压尖脉冲。冲击是线圈周围的电磁场塌陷的结果。磁场穿过绕组的运动尖脉冲。冲击是线圈周围的电磁场塌陷的结果。磁场穿过绕组的运动感应出一个非常高的电压尖脉冲，这种电压尖脉冲通过系统时会损坏感应出一个非常高的电压尖脉冲，这种电压尖脉冲通过系统时会损坏电子元器件。在有些电路中，能使用电容器作

23、为预防尖脉冲损坏器件电子元器件。在有些电路中，能使用电容器作为预防尖脉冲损坏器件的减震器。在当今的复杂电气系统中，通常使用钳位二极管预防电压的减震器。在当今的复杂电气系统中，通常使用钳位二极管预防电压尖脉冲。通过与线圈并联安装一个钳位二极管，在电路断开期间提供尖脉冲。通过与线圈并联安装一个钳位二极管，在电路断开期间提供了对电流的旁路了对电流的旁路 5. 1. 4半导体三极管半导体三极管 半导体三极管是由两个背靠背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两结构成的。在工作过程中，两种载流子种载流子(电子和空穴电子和空穴)都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶都参与导电，故又称

24、为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。它是组成各种电子电路的核心器件。体管或三极管。它是组成各种电子电路的核心器件。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件三极管的种类很多，按照材料可以分为硅管和锗管三极管的种类很多，按照材料可以分为硅管和锗管;按照结构可以分按照结构可以分为为NPN和和PNP两种类型，目前国内生产的双极型硅晶体管多为两种类型，目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型型(3D系列系列)，锗晶体管多为，锗晶体管多为PNP型型(3A系列系列);按频率高低又有高频管、按频率高低又有高频管、低频管之别低频管之别;根据功率大小还可分为大、中、小功率管根据功率大小还可分为大、中

25、、小功率管. 5.1.4.1三极管的结构三极管的结构 如如图图5-15(a)所示为几种三极管的外形及管脚排列。三极管一般为所示为几种三极管的外形及管脚排列。三极管一般为三个管脚，但大功率管一般以管壳兼作集电极三个管脚，但大功率管一般以管壳兼作集电极;而工作频率较高的小而工作频率较高的小功率管，除了功率管，除了E, B, C电极外，管壳还有供屏蔽接地用的引线。电极外，管壳还有供屏蔽接地用的引线。 由图由图5-15(b)可见，三极管内部有三个区，分别称为发射区、基区可见，三极管内部有三个区，分别称为发射区、基区和集电区。由三个区各引出一个电极，分别称为发射极和集电区。由三个区各引出一个电极，分别称

26、为发射极E、基极、基极B和和集电极集电极C。发射区和基区之间的。发射区和基区之间的PN结称为发射结，集电区和基区之间结称为发射结，集电区和基区之间的的PN结称为集电结。结称为集电结。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 三极管的电路符号如三极管的电路符号如图图5一一15(b), (c)所示，图中箭头方向表示发射所示，图中箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向，箭头向外的是结正偏时发射极电流的实际方向，箭头向外的是NPN型管，发射极箭型管，发射极箭头向里的是头向里的是PNP型管。型管。 5.1.4.2三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 三极管具有电流放大作用的内部条

27、件是三极管具有电流放大作用的内部条件是: 三极管在内部结构上具有发射区掺杂浓度高、基区很薄而且浓度低、三极管在内部结构上具有发射区掺杂浓度高、基区很薄而且浓度低、集电区面积大且掺杂浓度很低的特点。集电区面积大且掺杂浓度很低的特点。 三极管具有电流放大作用的外部条件是三极管具有电流放大作用的外部条件是:发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。这个条件一也可以用三极管的三个电极的电位关系来表示，对于这个条件一也可以用三极管的三个电极的电位关系来表示，对于NPN型管必须满足型管必须满足:VcVb Ve;对于对于PNP型管必须满足型管必须满足:Ve Vb Vc。外。外加电源与三极管的连接方式如

28、加电源与三极管的连接方式如图图5-16所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 下面以下面以NPN型三极管为例来分析三极管的电流放大作用，其计算型三极管为例来分析三极管的电流放大作用，其计算机仿真实验电路如机仿真实验电路如图图5一一17所示。在这个电路中，由基极电源所示。在这个电路中，由基极电源V,、基、基极电阻极电阻R，和三极管发射结组成的回路叫输入回路，和三极管发射结组成的回路叫输入回路;由集电极电源砚、由集电极电源砚、集电极电阻集电极电阻R,和三极管集电极、发射极电路组成的回路叫输出回路。和三极管集电极、发射极电路组成的回路叫输出回路。由于发射极是两个回路的公共

29、端，故称为共发射极电路。共发射极电由于发射极是两个回路的公共端，故称为共发射极电路。共发射极电路是实际应用中最为常见的电路路是实际应用中最为常见的电路 实验结果如实验结果如表表5一一3所示。所示。 5.1.4.3三极管的工作特性三极管的工作特性 晶体管采用共射极接法时，信号从基极一发射极回路输入，从集电晶体管采用共射极接法时，信号从基极一发射极回路输入，从集电极一发射极回路输出，所以有两条工作特性极一发射极回路输出，所以有两条工作特性(伏安特性伏安特性)曲线，分别是曲线，分别是输入特性曲线和输出特性曲线。输入特性曲线和输出特性曲线。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件这两种特

30、性曲线可用晶体管特性图示仪直观地显示出来，一也可通过这两种特性曲线可用晶体管特性图示仪直观地显示出来，一也可通过如如图图5一一18(a)所示的实验电路进行测绘。图中，所示的实验电路进行测绘。图中，Ucc Ubb，以使发，以使发射结正偏，集电结反偏，保证晶体管放大的外部条件射结正偏，集电结反偏，保证晶体管放大的外部条件 1.输入特性曲线输入特性曲线2.输出特性曲线输出特性曲线 3.三极管的开关特性三极管的开关特性 在放大状态，三极管在放大状态，三极管CE间的电流是随着基极间的电流是随着基极B的电流增大而增大的电流增大而增大的，但当三极管基极电流增加到一定时，再增大正向偏压，加大基极的，但当三极管

31、基极电流增加到一定时，再增大正向偏压，加大基极电流，电流，CE间的电流维持在一个最大值而不再怎么放大，此时视间的电流维持在一个最大值而不再怎么放大，此时视CE间间导通，导通，CE之间相当于一个开关闭合，如之间相当于一个开关闭合，如图图5一一19所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 5.1.4.4三极管的主要参数三极管的主要参数 三极管的性能参数是工程上选用三极管的依据，其主要参数有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:电电流放大系数流放大系数(B)、极间反向电流、极间反向电流(穿透电流穿透电流Iceo、集电极一基极间反向、集电极一基极间反向饱和电

32、流饱和电流Icbo)以及极限参数等。电流放大系数反映三极管的电流放以及极限参数等。电流放大系数反映三极管的电流放大能力，极间反向电流则是衡量三极管质量的重要参数。极限参数是大能力，极间反向电流则是衡量三极管质量的重要参数。极限参数是三极管正常工作时，允许加在各极上的最高工作电压、最大工作电流三极管正常工作时，允许加在各极上的最高工作电压、最大工作电流以及集电极上允许耗散的最大功率。使用三极管时，超过这些极限值，以及集电极上允许耗散的最大功率。使用三极管时，超过这些极限值，将使管子性能变差，甚至损坏。根据集电极最大允许电流、集电极最将使管子性能变差，甚至损坏。根据集电极最大允许电流、集电极最大允

33、许功耗以及基极开路时集电极一发射极间的反向击穿电压大允许功耗以及基极开路时集电极一发射极间的反向击穿电压Uc ，可以确定出三极管的安全工作区，如可以确定出三极管的安全工作区，如图图5 - 20所示。三极管工作时必所示。三极管工作时必须保证在安全区内，并具有一定的裕量。须保证在安全区内，并具有一定的裕量。上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 5. 1 .5晶闸管晶闸管5.1.5.1晶闸管的结构晶闸管的结构 晶闸管是一种大功率的半导体器件，是由晶闸管是一种大功率的半导体器件，是由Pl, N1, P2, N2四层三端四层三端结构元件，共有三个结构元件，共有三个PN结结(J, , J

34、Z , J3。分析原理时，可以把它看作。分析原理时，可以把它看作由一个由一个PNP管和一个管和一个NPN管所组成，如图管所组成，如图5 -21(a)所示。由最外的所示。由最外的P1层和层和N2层引出两个电极，分别为阳极层引出两个电极，分别为阳极A和阴极和阴极K，由中间的，由中间的P2层引出层引出控制极控制极G。图图5 -21(b)是晶闸管的图形符号，其文字符号常用是晶闸管的图形符号，其文字符号常用T(或或V)来表示。来表示。5.1.5.2工作条件工作条件 为了说明晶闸管的导电原理，可按为了说明晶闸管的导电原理，可按图图5 - 22所示的电路做一个简单所示的电路做一个简单的实验的实验.上一页 下

35、一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 5.1.5.3主要参数主要参数 为了正确的选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压、电流等主要为了正确的选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压、电流等主要参数的意义。晶闸管的主要参数有以下几项参数的意义。晶闸管的主要参数有以下几项: (1)正向重复峰值电压正向重复峰值电压Unrm 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用符号叽端的正向峰值电压，称为正向重复峰值电压，用符号叽r、表示。普、表示。普通晶闸管的叽通晶闸管的叽ra值为值为100-

36、3 000 V (2)反向重复峰值电压反向重复峰值电压Iv 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，用在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，用符号符号Urrm表示。普通晶闸管的值为表示。普通晶闸管的值为100-3 000 V上一页 下一页返回任务任务5. 1半导体器件半导体器件 (3)正向平均电流入正向平均电流入 在环境温度不大于在环境温度不大于40C和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流以连续通过的工频正弦半波电流(在一个周期内的在一个周期内的)平均值，称为正向平均值，称为正向平均电流平均电流I，

37、简称正向电流。其值一般从，简称正向电流。其值一般从1一一1 000 A (4)维持电流维持电流IH 在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流称为维持电流IH r;当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。动关断。上一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源5. 2. 1整流电路整流电路 所谓所谓“整流整流”指利用二极管的单向导电性将大小、方向都变化的交指利用二极管的单向导电性将大小、方向都变化的交流电变换成单向脉动直流电。能完成整流任务的电子电路称

38、为整流电流电变换成单向脉动直流电。能完成整流任务的电子电路称为整流电路。根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流电路与三相整流电路。根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流电路与三相整流电路等路等;根据输出脉动直流电的波形，又可分为半波整流和全波整流。根据输出脉动直流电的波形，又可分为半波整流和全波整流。 5.2.1.1单相半波整流单相半波整流 单相半波整流电路如单相半波整流电路如图图5 - 23 ( a)所示。它是最简单的整流电路，所示。它是最简单的整流电路，由整流元件二极管及负载电阻组成。变压器将发电机产生的交流电压由整流元件二极管及负载电阻组成。变压器将发电机产生的交流电压变换成汽车电路

39、所需的直流电压，设整流变压器的副边电压为变换成汽车电路所需的直流电压，设整流变压器的副边电压为下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 5. 2. 1. 2单相桥式整流单相桥式整流 单相桥式整流电路由四个整流二极管构成桥形，电路图有如单相桥式整流电路由四个整流二极管构成桥形，电路图有如图图5-24所示。桥式整流电路要求所用的四个二极管的性能参数要尽可能一致，所示。桥式整流电路要求所用的四个二极管的性能参数要尽可能一致，但市场上已有集成的整流桥供应，它把四个整流二极管做在一个集成但市场上已有集成的整流桥供应，它把四个整流二极管做在一个集成块里，性能参数比较好。块里，性能参数比较好。 5

40、. 2. 1. 3车用桥式整流车用桥式整流 为了将单元二中汽车三相发电机产生的交流电整流成直流电，目前为了将单元二中汽车三相发电机产生的交流电整流成直流电，目前在汽车上普遍采用的大多是由六只硅二极管组成的车用整流器，即三在汽车上普遍采用的大多是由六只硅二极管组成的车用整流器，即三相桥式整流电路。它与单相桥式整流电路的区别在于用到了六个二极相桥式整流电路。它与单相桥式整流电路的区别在于用到了六个二极管，彼此互用，相当于三个单相图桥式整流电路的组合，但他们的工管，彼此互用，相当于三个单相图桥式整流电路的组合，但他们的工作原理基本相似作原理基本相似,都是利用了二极管的单向导电性将交流电变成直流都是利

41、用了二极管的单向导电性将交流电变成直流电。电。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 车用整流器的二极管分为正极管和负极管两种类型，其外形和符号车用整流器的二极管分为正极管和负极管两种类型，其外形和符号如如图图5 - 25所示，引线和外壳分别是它们的两个电极。其中，正极管所示，引线和外壳分别是它们的两个电极。其中，正极管的外壳为负极，引出极为正极，在管壳底上一般标有红色标记的外壳为负极，引出极为正极，在管壳底上一般标有红色标记;负极负极管的外壳为正极，引出极为负极，在管壳底上一般标有黑色标记。管的外壳为正极，引出极为负极，在管壳底上一般标有黑色标记。 在负极搭铁的硅整流发电

42、机中，三个正极管的外壳压装在散热板的在负极搭铁的硅整流发电机中，三个正极管的外壳压装在散热板的三个座孔内，共同组成发电机的正极，由一个与发电机后端盖绝缘的三个座孔内，共同组成发电机的正极，由一个与发电机后端盖绝缘的整流板固定螺栓通至机壳外，作为发电机的火线接线柱整流板固定螺栓通至机壳外，作为发电机的火线接线柱“B”(.+”、A”或或“电枢电枢”接线柱接线柱)。三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔。三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔内，和发电机外壳一起成为发电机的负极。其安装示意图如内，和发电机外壳一起成为发电机的负极。其安装示意图如图图5 -26所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 2

43、汽车直流电源汽车直流电源 三个正极管和三个负极管构成的整流电路称为三相桥式整流电路，三个正极管和三个负极管构成的整流电路称为三相桥式整流电路，它将发电机的交流电整流成它将发电机的交流电整流成12 V的直流电。整流电路及其整流波形如的直流电。整流电路及其整流波形如图图5 - 27所示。所示。5. 2. 2电容及应用电容及应用5. 2. 2. 1电容结构电容结构1.电容概念电容概念电容也称电容器，它能储存电荷。在电工技术中常用两金属片，中间电容也称电容器，它能储存电荷。在电工技术中常用两金属片，中间隔以电介质，从两个导体分别引出两根引线组成电路元件。用字母隔以电介质，从两个导体分别引出两根引线组成

44、电路元件。用字母C标注，如标注，如图图5 - 30所示。所示。 我们把电容器的两极板间的电势差增加我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容伏所需的电量，叫做电容器的电容。一也可表式为器的电容。一也可表式为: C=e *S/ d上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 式中式中e极板间介质介电常数，不同介质数值不同极板间介质介电常数，不同介质数值不同; S-电容极板面积电容极板面积; d两极板间的距离。两极板间的距离。 上式表示电容器的电容量与电容极板的面积成正比，与极板间距离上式表示电容器的电容量与电容极板的面积成正比，与极板间距离成反比，并与极板间介质有关

45、。电容量越大，充电后两极板电压越高。成反比，并与极板间介质有关。电容量越大，充电后两极板电压越高。在汽车中电容器作为短期的电荷存储装置，用于稳定电压和抗干扰。在汽车中电容器作为短期的电荷存储装置，用于稳定电压和抗干扰。根据实际情况决定使用非极化或者是极化电容器。常可制成汽车制动根据实际情况决定使用非极化或者是极化电容器。常可制成汽车制动压力传感器和侧向加速度传感器。压力传感器和侧向加速度传感器。 切记切记:电容是表征两导体在单位电压作用下储存电荷的能力，只与电容是表征两导体在单位电压作用下储存电荷的能力，只与导体形状尺寸以及中间介质有关。导体形状尺寸以及中间介质有关。上一页 下一页返回任务任务

46、5. 2汽车直流电源汽车直流电源 电容量电容量C的单位为法拉的单位为法拉F，实际应用中电容器的数值小于，实际应用中电容器的数值小于1法拉。法拉。它们之间的换算关系如下它们之间的换算关系如下: 注意注意:非极化电容器的两个连接件是相同的，也就是说它们可以互非极化电容器的两个连接件是相同的，也就是说它们可以互换非极化电容器可通过换非极化电容器可通过DC电源和电源和AC电源驱动电路符号如电源驱动电路符号如图图5 -31所示所示 极化电容器的两个极板是不同的，一个正极连接件和一个负极连接极化电容器的两个极板是不同的，一个正极连接件和一个负极连接件，这两个连接件千万不能互换。极化电容器千万不要通过件，这

47、两个连接件千万不能互换。极化电容器千万不要通过AC电源电源驱动。符号表示如驱动。符号表示如图图5-32所示。所示。 5. 2. 2. 2电容器原理及连接方式电容器原理及连接方式 将电容器与一个将电容器与一个DC供电电源连接起来时，电荷就会开始移动。在供电电源连接起来时，电荷就会开始移动。在两个导电板之间形成的作用范围称为电场。电容器充电后，即使供电两个导电板之间形成的作用范围称为电场。电容器充电后，即使供电电源仍保持着连接状态，也不再通过电流。电源仍保持着连接状态，也不再通过电流。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源切断供电电源后，电容器保持充电状态并发挥供电电源一样的作

48、用。切断供电电源后，电容器保持充电状态并发挥供电电源一样的作用。所以说，电容器能够存储电能。所以说，电容器能够存储电能。 1.电容的连接方式电容的连接方式 (1)电容器并联电容器并联 如如图图5-33所示，根据中学物理常识，两个电容并联时，所带电荷为所示，根据中学物理常识，两个电容并联时，所带电荷为g1 = C1U, ,9z=Cz Uz。 则总电量为则总电量为9 =91+9z，因各电容器上电压相等，电容器并联后的，因各电容器上电压相等，电容器并联后的总电容为各电容值之和。并联连接电容器时电容增大，所存储的电容总电容为各电容值之和。并联连接电容器时电容增大，所存储的电容亦随之增多。亦随之增多。

49、C=C1+Cz上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 【例【例5】用电容可作成汽车制动压力传感器】用电容可作成汽车制动压力传感器 在单元一中我们学会了电桥平衡原理。现在由两个电阻变成两个电在单元一中我们学会了电桥平衡原理。现在由两个电阻变成两个电容，组成电桥电路此时两个电容是并联的关系。容，组成电桥电路此时两个电容是并联的关系。 如如图图5一一34所示。在其他因素不变的条件下，电容所示。在其他因素不变的条件下，电容C由两极板间间由两极板间间隙决定，它可吸收一定量的电荷。其中一个电极被固定，另一个可在隙决定，它可吸收一定量的电荷。其中一个电极被固定，另一个可在压力作用下移动。

50、当压力作用在可移动电极上时，两极间间隙变小，压力作用下移动。当压力作用在可移动电极上时，两极间间隙变小，电容增大。压力降低时，电极间隙增大，电容减小。通过电容变化，电容增大。压力降低时，电极间隙增大，电容减小。通过电容变化，指示压力变化。指示压力变化。 (2)电容器串联电容器串联 如如图图5-35所示，根据中学物理常识，两个电容串联时，所带电荷为所示，根据中学物理常识，两个电容串联时，所带电荷为9i= Ci U1, q2=C 2 U 2 。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 【例例5 -6】如如图图5 - 36所示。两个串联电容，中间极片可在作用力所示。两个串联电容，中

51、间极片可在作用力下运动。电容可吸收一定量电荷。只要没有侧向力作用在中间极片上，下运动。电容可吸收一定量电荷。只要没有侧向力作用在中间极片上，则两电容间隙保持恒定，电容相等。中间电极在侧向力作用下，其中则两电容间隙保持恒定，电容相等。中间电极在侧向力作用下，其中一个电容间隙增加，另一个减小，串联电容值也随之改变。最终，电一个电容间隙增加，另一个减小，串联电容值也随之改变。最终，电荷的改变决定了侧向力的大小和方向。荷的改变决定了侧向力的大小和方向。 2.电答的特性电答的特性 电容的主要特性如下电容的主要特性如下: (1)电容器不消耗任何功率。所有储存在电容器中的电压在电容器电容器不消耗任何功率。所

52、有储存在电容器中的电压在电容器放电时返回电路放电时返回电路 (2)电容器可以区别对待交流和直流信号，具有电容器可以区别对待交流和直流信号，具有“隔断直流，传导隔断直流，传导交流交流”的作用的作用上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 5. 2. 2. 3电容的分类及标注方法电容的分类及标注方法 1.电容的分类电容的分类 (1)按极性分按极性分:有极性电容和无极性电容。无极性电容有钮电容、瓷有极性电容和无极性电容。无极性电容有钮电容、瓷片介质电容、贴片电容片介质电容、贴片电容;有极性电容有电解电容和贴片电解电容。有极性电容有电解电容和贴片电解电容。 (2)按照结构分三大类按照

53、结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器固定电容器、可变电容器和微调电容器 (3)按用途分有按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频藕合、低高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频藕合、低频藕合、小型电容器频藕合、小型电容器 (4)按制造材料的不同可以分为按制造材料的不同可以分为:瓷介电容、涤纶电容、电解电容、瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钮电容，还有先进的聚丙烯电容等等。钮电容，还有先进的聚丙烯电容等等。 每一个电容都有它的耐压值。一般无极电容的标称耐压值比较高，每一个电容都有它的耐压值。一般无极电容的标称耐压值比较高，有有63 V ,100 V, 160 V , 250 V等等

54、;上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 有极性电容的耐压相对比较低，一般标称耐压值有有极性电容的耐压相对比较低，一般标称耐压值有:4 V, 6.3 V, 10 V, 25 V , 50 V等。如等。如图图5-37所示。所示。 2.电容的标注方法电容的标注方法 电容的标注方法有三种形式电容的标注方法有三种形式:直标法、数标法和色标法直标法、数标法和色标法 5. 2. 2. 4电容的应用电容的应用 1.电容器的充放电电容器的充放电 (1)充电充电:当电容器接在直流电路中时，如当电容器接在直流电路中时，如图图5 - 38所示。所示。 (2)储电储电:电容器相当于电源。如果把直流

55、电源和电容器断开，此时电容器相当于电源。如果把直流电源和电容器断开，此时电容器上便储存上了电荷。当电容器两端的电压一定时，电容器的容电容器上便储存上了电荷。当电容器两端的电压一定时，电容器的容量越大，它所储存的电荷量一也越大量越大，它所储存的电荷量一也越大 (3)放电放电:是将带有电荷的电容器与电阻是将带有电荷的电容器与电阻R相连接，如相连接，如图图5-39所示。所示。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 2.电容器在电路中的用途电容器在电路中的用途 电容两端电压不能瞬变，且具有电容两端电压不能瞬变，且具有“隔直通交、阻低频通高频隔直通交、阻低频通高频”的特的特性。广泛应

56、用在低频、高频、藕合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量性。广泛应用在低频、高频、藕合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量转换和自动控制等电路。转换和自动控制等电路。 3.滤波电路滤波电路 由于整流电路的输出电压为含有多种频率交流成分的脉动直流电压，由于整流电路的输出电压为含有多种频率交流成分的脉动直流电压，为减少负载电压中的交流成分，还应在整流电路与负载之间接入滤波为减少负载电压中的交流成分，还应在整流电路与负载之间接入滤波电路。滤波电路能滤除交流成分，使输出电压变得比较平滑。滤波电电路。滤波电路能滤除交流成分，使输出电压变得比较平滑。滤波电路通常由电容、电感元件组成。我们先介绍电容滤波电路。路通常由电

57、容、电感元件组成。我们先介绍电容滤波电路。 在整流电路输出端与负载之间并联一个大容量的电容，如在整流电路输出端与负载之间并联一个大容量的电容，如图图5-40(a)所示。即构成最简单的电容滤波器。其工作原理利用了电容两端的电所示。即构成最简单的电容滤波器。其工作原理利用了电容两端的电压在电路的状态改变是不能跃变的特性。压在电路的状态改变是不能跃变的特性。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源把电容、电感适当地组合，可组成复式滤波，就可以更好地完成滤波把电容、电感适当地组合，可组成复式滤波，就可以更好地完成滤波任务。其余滤波电路参照如任务。其余滤波电路参照如图图5 -41所示。

58、所示。5. 2. 3集成三端稳压电路集成三端稳压电路 5. 2. 3. 1集成稳压器简介集成稳压器简介 利用半导体工艺将串联型稳压电路做在一块芯片上，就成为一个集利用半导体工艺将串联型稳压电路做在一块芯片上，就成为一个集成稳压器。集成稳压器不仅体积小、价格低、使用方便，而且工作可成稳压器。集成稳压器不仅体积小、价格低、使用方便，而且工作可靠、稳定精度高。集成稳压器的类型很多，按输出电压是否可调可分靠、稳定精度高。集成稳压器的类型很多，按输出电压是否可调可分为固定和可调两种形式为固定和可调两种形式;按引出端子分为三端固定式、三端可调式、按引出端子分为三端固定式、三端可调式、四端可调式和多端可调式

59、等。下面就以常用的四端可调式和多端可调式等。下面就以常用的W7800系列和系列和W7900系列为例来介绍一下三端固定式集成稳压器。系列为例来介绍一下三端固定式集成稳压器。上一页 下一页返回任务任务5. 2汽车直流电源汽车直流电源 三端固定式集成稳压器只有输入、输出和公共端三个引出端，因此三端固定式集成稳压器只有输入、输出和公共端三个引出端，因此称为三端稳压器，称为三端稳压器，W7 800系列为正电压输出，系列为正电压输出，W7900系列为负电压系列为负电压输出。输出电压由具体型号的后两位数字表示，其输出电压有输出。输出电压由具体型号的后两位数字表示，其输出电压有5 V, 6 V, 8 V, 1

60、2 V, 15 V, 18 V, 24 V共七个挡次。而额定输出电流以共七个挡次。而额定输出电流以78(79)后面的字母来区分。后面的字母来区分。L表示表示0. 1 A , M表示表示0. 5 A，无字母表示，无字母表示1. 5 A。三端固定式集成稳压器的外形和图形符号如三端固定式集成稳压器的外形和图形符号如图图5-42所示。所示。 5. 2. 3. 2基本稳压电路基本稳压电路 三端集成稳压器内部设有比较完善的保护电路，它具有过流、过压三端集成稳压器内部设有比较完善的保护电路，它具有过流、过压和过热的保护。由它构成的稳压电路结构有多种。下面介绍最基本的和过热的保护。由它构成的稳压电路结构有多种