汽车电工电子技术基础 课件 项目三 汽车常用半导体电子器件知识

项目三汽车常用半导体电子器件知识单击输入您的封面副标题【项目描述】

本项目旨在企业开发和制作基于半导体技术的汽车电子系统，包括汽车整流电路和音响电路。通过深入学习半导体的基本知识、二极管和三极管的结构与功能，以及整流和放大电路的设计原理，学员将掌握如何利用这些元件来构建和优化汽车电子系统。此外，项目还包括示波器的使用培训，以确保学员能够准确测量和分析电路性能。实物外型图59。

汽车发电机整流器汽车发电机外形图

汽车音响设备外形图汽车音响电路图59任务一

半导体二极管

汽车电路，主要由电阻、半导体器件等组成。本任务重点讲述汽车电路里半导体二极管相关知识，通过深入了解其特性与应用，助力企业提升汽车电路相关产品研发、生产与维护水平，保障汽车电路稳定运行。【任务目标】1、知识目标

学员需全面掌握半导体基础知识，包括本征与杂质半导体特性。深入理解PN结结构及单向导电性原理，清晰区分二极管加正向、反向电压的工作状态。熟悉二极管结构、伏安特性曲线，牢记主要参数含义及二极管型号命名规则，知悉各类二极管特点。2、技能目标

学员要能依据半导体特性，判断其在汽车电路特定场景中的适用性。熟练运用PN结单向导电性原理，分析汽车电路中电流流向及二极管工作状态。精准通过引脚及伏安特性曲线等判断二极管质量，准确依据型号命名规则识别二极管类型，在实际项目中合理选用二极管。3、素养目标

培养学员严谨的科学态度，在面对汽车电路复杂情况时，能精准分析与解决问题。同时，树立团队协作意识，共同攻克汽车电路产品研发、生产与维护难题，保障汽车电路稳定运行。【知识准备】一、半导体基础知识（一）、本征半导体人们按照物质导电性能，通常将物质分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体是容易传导电流的物质，如电缆的线芯所使用的铜、铝等金属。绝缘体是能够可靠地隔绝电流的物质，如电缆的包皮所使用的橡胶、塑料等。导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)等都是半导体。半导体的特性有：一是热敏性，当温度升高，将使半导体的导电能力大大增强。二是光敏性，当半导体有光线照射，光照越强，导电能力越强。三是掺杂性，在纯净的半导体中掺入极其微量的杂质元素，则它的导电能力将大大增强。应用掺杂技术可以制造出各种半导体元器件。硅和锗的原子核最外层都有4个价电子，如将硅、锗材料提纯并形成单晶体后，所有原子基本上整齐排列，这种纯净半导体称为本征半导体。如图60半导体晶体结构示意图所示，在常温下，大多数的价电子均被束缚在原子周围，不易自由移动，所以本征半导体的导电能力差。图60半导体晶体结构示意图二）、杂质半导体1、P型半导体为增强导电性，通常在本征半导体中掺入某种微量元素。如果在本征半导体（如硅）中掺入微量三价元素（如硼），就形成P型半导体。如图61P型半导体所示，P型半导体中空穴占多数，称为多数载流子，电子相对少，称为少数载流子。

图61P型半导体

图62N型半导体2、N型半导体如果在本征半导体（如硅）中掺入微量五价元素（如磷），就形成N型半导体。如

图62N型半导体所示，N型半导体中电子占多数，称为多数载流子，空穴相对少，称为少数载流子。

二、PN结及其单向导电性1、PN结的形成（见图63）图63PN结的形成

在本征半导体硅（或锗）中一边掺入三价元素（如硼），形成P型半导体，另一边掺入五价元素（如磷），形成N型半导体，在交界面两边电子和空穴存在浓度差，开始时P区的空穴向N区扩散运动，N区的电子向P区扩散运动，内电场增强；随着时间的延长，在交界面两边电子和空穴数量越来越少，留下不能移动的正、负离子，内电场不再增强，半导体内部达到一种动态平衡，此时交界面两侧正、负离子形成的空间电荷区域，称为PN结（也称为耗尽层，阻挡层）。2、PN结单向导电性（1）PN结加正向电压所谓PN结加正向电压，是指外电源的正极接PN结的P区，外电源的负极接PN结的N区。如图64PN结加正向电压，空间电荷区变窄，PN结导通。图64PN结加正向电压

所谓PN结加反向电压，是指外电源的正极接PN结的N区，负极接P区。如图65PN结加反向电压，空间电荷区加宽，PN结截止。图65PN结加反向电压从上面分析可知，PN结加正向电压导通，加反向电压截止，这就是PN结的单向导电性。例1、如下图66所示，二极管均为理想二极管，A点的电位为多少伏。【解析】VD2截止看成开路。把VD1断开时，VD1两端所加的电压为>0，所以，VD1导通相当于导线。可求出=11V。图66三、半导体二极管（一）、二极管的结构与电路符号以PN结为管芯，在P型区和N型区的两侧接上电极引线，就制成了半导体二极管，简称二极管。图67为常用二极管外形，图68为二极管电路符号。图67常用二极管外形

图68二极管电路符号（二）、二极管的伏安特性曲线二极管的电流iD与加在二极管两端的电压VD的关系曲线，称为二极管伏安特性曲线。如图69二极管伏安特性曲线所示。图69二极管伏安特性曲线1、正向特性死区

当二极管外加正向电压较小时，正向电流几乎为零。硅二极管死区电压约为0.5V，锗二极管死区电压约为0.1V。正向导通区

当二极管正向电压大于死区电压Vth时，电流随电压增加，二极管处于导通状态.导通电压降硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。2、反向特性（1）、反向截止区

当二极管承受的反向电压未达到击穿电压V（BR）时，二极管呈现很大电阻。

（2）、反向击穿区

当二极管承受的反向电压已达到击穿电压V（BR）时，反向电流急剧增加，该现象称为二极管反向击穿。稳压二极管工作在此区域。（三）、二极管的主要参数1、最大整流电流IFM：是管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流。2、最高反向工作电压URM

：又称额定工作电压，它是保证二极管不至于反向击穿而规定的最高反向电压。

3、反向饱和电流IR

：它指管子未进入击穿区的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。4、最高工作频率fM

：是保证管子正常工作的最高频率。四、二极管型号命名

国产二极管的型号由四部分组成（见表13）。表13晶体管型号第二、三部分表示的意义晶体管的类别字母意义字母意义字母意义AN型，锗材料P普通管D低频大功率管（f<3MHz,Pc>1W）BP型，锗材料V微波管A高频大功率管（f>3MHz,Pc>1W）CN型，硅材料W稳压管T晶闸管DP型，硅材料C参量管Y体效应器件APNP型，锗材料Z整流管B雪崩管BNPN型，锗材料L整流堆J阶跃恢复管CPNP型，硅材料S隧道管CS场效应器件DNPN型，硅材料N阻尼管BT晶体特征器件E化合物材料V光电器件PINPIN型管

K开关管PH复合管

X低频小功率管（f<3MHz,Pc<1W）JG激光器件

G高频小功率管（f<3MHz,Pc<1W）

例如：2AP9表示N型锗材料普通二极管。五、其它类型的二极管任务二

二极管整流电路【任务目标】

1、知识目标：

学员需清晰掌握直流稳压电源各部分组成，理解电源变压器电压转换、整流电路交直流变换、滤波电路平滑处理及稳压电路稳定输出的原理。同时，熟悉半波、桥式整流电路工作原理、基本参数及元件选用，掌握汽车发电机整流原理，为实际工作奠定理论基础。2、技能目标：

学员要能够依据给定参数，准确选用半波与桥式整流电路二极管。理解汽车发电机工作机制，能分析其整流过程。可运用所学知识诊断并解决汽车电源系统整流电路常见问题，设计简单整流电路，提升实践操作与问题解决能力。3、素养目标：

培养学员严谨细致的工作态度，面对复杂电路问题时具备冷静分析、科学处理的素养。增强学员团队协作能力，在汽车电源系统研发与维护项目中，能与成员有效沟通、共同进步，树立高度的职业责任感。【知识准备】直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成，其组成框图如图66直流稳压电源组成框图所示。电源变压器：是将输入的交流220V或380V电压变换为所需的低压交流电；整流电路：是将低压交流电转换成脉动直流电；滤波电路：将脉动直流电变为比较平滑的直流电，使输出电压平滑；稳压电路：能使输出的直流电压基本不受电网波动及负载变动的影响。

整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电转换成直流电的电路。它在直流稳压电源中是不可缺少的一部分。

图72直流稳压电源组成框图常见的整流电路有半波整流电路、桥式整流电路。一、半波整流电路及元件选用1、半波整流电路半波整流电路如图73半波整流电路所示。它是最简单的一种整流电路，通过电源变压器T将初级的单相交流电压U1所需要的次级电压U2，VD是整流二极管元件，RL是负载电阻。

图73半波整流电路

2、半波整流电路的工作原理（1）当电压U2为正半周时，二极管正向导通（理想情况下二极管的正向压降为零），负载电阻RL上的电压U0=U2，流过负载的电流

I0=U0/RL。它们的波形如图74半波整流波形图所示。（2）当电压U2为负半周时，二极管反向截止，此时U0=0，I0=0。因此，负载电阻RL上得到的是一个半波整流电压，该电压方向不变(极性不变)，但大小变化，我们称之为脉动直流电压。图74半波整流波形图3、半波整流电路的基本参数（1）整流输出电压平均值U0≈0.45U2（2）负载的电流I0=0.45U0/RL（3）二极管的正向电流ID=I0=0.45U0/RL（4）二极管承受的反向峰值电压URM=综上分析，半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。半波整流电路的输出电压不到输入电压的一半，交流分量大，效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。U24、半波整流电路二极管的选用当整流电路的变压器二次电压有效值和负载电阻值确定后，电路对二极管参数的要求也就确定了。一般应根据流过二极管电流和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。半波整流二极管应满足：额定电压URM不低于

额定电流IFM不低于负载电流I0。U2。二、桥式整流电路及元件选用为了克服半波整流电路的缺点，在实用电路中多采用全波整流电路，最常用的全波整流电路是桥式整流电路。1、

桥式整流电路桥式整流电路如图75桥式整流电路所示。它是由变压器T，四个整流二极管VD1～VD4，以及负载RL组成，也常称为整流桥。图75桥式整流电路2、图76桥式整流电路工作原理

（a）正半周

（b）负半周（c）波形图图76桥式整流电路工作原理（1）当输入信号为正半周时，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，负载上有半波输出；（2）当输入为负半周时，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，负载上有半波输出；在输入信号的一个周期内，负载上得到两个半波。3、桥式整流电路的基本参数（1）整流输出电压平均值U0≈0.9U2（2）负载的电流I0=0.9U0/RL（3）二极管的正向电流ID=I0=0.45U0/RL（4）二极管承受的反向峰值电压URM=

综上分析，桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器次级电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此，得到相当广泛的应用。U24、桥式整流电路二极管的选用

桥式整流电路中整流二极管应满足：额定电压URM不低于额定电流IFM不低于负载电流0.45I0。U2。三、汽车用整流电路1、汽车发电机汽车蓄电池存储的电能是有限的，在它放电后必须及时得到补充。因此，

在汽车上除配有蓄电池外，还另装有充电系统。该系统由交流发电机、调节器和充电指示装置等组成。其中交流发电机的主要作用是当发动机所需电压高于蓄电池电压时，通过调节器能及时向蓄电池充电，并向全车用电设备(除起动机外)直接供电，如图77汽车发电机实物及作用原理图所示。图77汽车发电机实物及作用原理图目前，汽车普遍采用硅整流发电机。发动机的转速变化时，发电机的输出电压也随之发生变化，发电机配有调节电压的电压调节器，以保持发电机输出的电压基本稳定，满足汽车用电设备对电压的要求。汽车发电机整流器实物及作用原理如图78汽车发电机整流器实物及原理图所示。图78汽车发电机整流器实物及原理图2、图79汽车发电机的整流原理图79汽车发电机的整流原理

在交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是三相交流电，要通过6只二极管组成的三相桥式整流电路来将其整流为直流电。二极管具有单向导电性。当给二极管加上正向电压时，二极管导通；当给二极管加上反向电压时，二极管截止。在三相桥式整流电路中，二极管的导通原则如下：(1)当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。(2)当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通。(3)同时导通的二极管有且只有两个，正二极管一个，负二极管一个。根据此原则，三相桥式整流电路中的6个二极管依次循环导通，最终使得负载两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。三相桥式整流电路波形图如图80汽车发电机的三相桥式整流电路波形所示。图80汽车发电机的三相桥式整流电路波形【任务目标】

1、知识目标：学员需全面了解三极管结构，区分NPN和PNP型，熟知按材料、结构、用途等的不同分类。掌握电流放大原理，明晰伏安特性曲线及三种工作状态。理解放大电路元件作用、信号符号规定，熟知直流通路、交流通路及多级放大电路耦合方式等知识，为产品研发奠定坚实理论基础。2、技能目标：学员要能依据三极管特性，设计共发射极等基本放大电路，精确计算静态工作点与放大倍数。熟练运用仿真软件，如Multisim14进行三极管及放大电路的仿真实验。面对实际电路，能根据电位判断三极管电极与工作状态，为企业产品的设计与维护提供技术支持。3、素养目标：培养学员严谨的科学态度，面对复杂三极管及放大电路知识能深入钻研。提升其团队协作能力，在企业项目中与成员高效配合。增强创新意识，鼓励在产品研发中运用所学知识创新改进，助力企业提升行业竞争力。任务三

半导体三极管及放大电路【知识准备】半导体三极管也称为晶体三极管，简称三极管。三极管具有电流放大作用，是构成放大电路中的主要元件。因此由三极管组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用（见图88），如收音机、电视机；此外，在汽车电气设备及无人驾驶中也都用到了三极管。图88一、晶体三极管的结构、符号及型号命名（一）、三极管的结构与类型1、三极管的结构通过一定的制作工艺使三层半导体形成两个PN结，自三层半导体各引出一个电极，然后用管壳封装，就构成了组成各种电子电路的核心半导体器件——三极管。如图89三极管内部结构图所示。三个电极分别称为发射极e、基极b、集电极c。电极对应的每层半导体分别称为发射区、基区、集电区。发射区与基区交界处的PN结称为发射结，集电区与基区交界处的PN结称为集电结。图89三极管内部结构图

三极管的结构特点：发射区的掺杂浓度远远大于集电区掺杂浓度、基区要制造得很薄且载流子浓度很低、集电区面积要大。三极管根据结构的不同可分为NPN和PNP两种，如图90晶体三极管的结构及符号所示。

NPN三极管结构及电路符号PNP三极管结构及电路符号图90晶体三极管的结构及符号2.三极管的类型按半导体材料分，可分为硅管和锗管。硅管工作稳定优于锗管，因此当前生产和使用常用硅管。按三极管内部基本结构分，可分为NPN型和PNP型两类。目前我国制造的硅管多为NPN型(也有少量PNP型)，锗管多为PNP型。按用途分，可分为普通放大管和开关管等。按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。按工作频率分，可分为超高频管、高频管、低频管。3、三极管的符号及实物图（1）三极管的文字符号：V（2）三极管实物图：如图91常用三极管实物图所示。

大功率低频三极管

中功率低频三极管

小功率高频三极管图91常用三极管实物图（二）、晶体三极管的型号命名国产三极管的型号由四部分组成（见表18）。表18晶体管型号第二、三部分表示的意义半导体的材料与极性晶体管的类别字母意义字母意义字母意义AN型，锗材料P普通管D低频大功率管（f<3MHz,Pc>1W）BP型，锗材料V微波管A高频大功率管（f>3MHz,Pc>1W）CN型，硅材料W稳压管T晶闸管DP型，硅材料C参量管Y体效应器件APNP型，锗材料Z整流管B雪崩管BNPN型，锗材料L整流堆J阶跃恢复管CPNP型，硅材料S隧道管CS场效应器件DNPN型，硅材料N阻尼管BT晶体特征器件E化合物材料V光电器件PINPIN型管

K开关管PH复合管

X低频小功率管（f<3MHz,Pc<1W）JG激光器件

G高频小功率管（f<3MHz,Pc<1W）

例如：3DD200表示NPN硅材料低频大功率三极管。二、三极管的电流放大作用三极管具有电流放大作用的外部条件：

若使三极管具有电流放大作用必须具备相应的外部条件：要给三极管加上合适的工作电压，即保证发射结加正向电压，集电结加反向电压。满足电流放大的外部条件时，三极管引脚的电位关系如下表19所示。NPN型管PNP型管UC>UB>UEUC＜UB＜UE表19【课堂仿真实验】（用Multisim14仿真）图92三极管的电流放大仿真图

电路如图92，三极管的电流放大仿真图所示，重点考察三极管三个电极上电流IB、IC、IE的分配关系，数据填入书上表20。电流第一次第二次第三次第四次第五次B48.292uA54.041uA61.343uA70.926uA84.059uAIC2.375mA2.376mA2.377mA2.379mA2.38mAIE2.424mA2.43mA2.439mA2.449mA2.464mA表20仿真实验结论：（1）三极管三个电极上电流IB、IC、IE的分配关系为：IE=IB+IC（2）基极电流IB变化会引起集电极电流IC也跟着变化，IC受IB控制，且比例关系几乎保持不变，为一常数，三极管的这一特性称为直流电流放大作用。可用下面公式表示为:称为共发射极直流电流放大系数。（3）当三极管外加交流电压时，三极管的交流电流放大倍数：注意：一般低频时可认为，估算时可通用。结论归纳：

三极管是一个电流控制器件，是用一个很小的基极电流去控制一个很大的集电极电流或发射极电流。基极电流能够控制集电极电流或发射极电流，就是电流的放大，从而实现三极管对信号的放大作用，实现“以小控大”的作用，但并没有实现能量的放大。三、三极管的伏安特性曲线（一）、三极管输入特性曲线当输出电压UCE一定时，反映输入电流IB与输入电压UBE之间关系的曲线，称为三极管输入特性曲线。如图93三极管输入特性曲线所示。图93三极管输入特性曲线

（1）在输入回路中，由于三极管的发射结是一个正向偏置的PN结，所以三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线非常相似。（2）通常把三极管电流开始明显增加的发射结电压称为导通电压。在常温下，硅管的导通电压约为0.7V，锗管的导通电压约为0.3V。（二）、三极管输出特性曲线输出特性曲线是反映三极管输出回路电压与电流关系的曲线，是指基极电流IB为某一定值时，集电极电流IC与集电极发射极电压VCE对应关系的曲线。如图94三极管输出特性曲线所示。图94三极管输出特性曲线（三）、三极管的三种工作状态

【课堂仿真实验】（用Multisim14仿真）按图83三极管的三种工作状态仿真图所示连接电路，其中VBB和VCC的大小和极性均可调节根据表95中三极管工作条件改变VBB和VCC的极性，观察LED亮度的变化情况。图95三极管的三种工作状态仿真图表21三极管工作条件表三极管工作条件LED三极管状态发射结和集电结均反偏不亮三极管ce相当于开关断开发射结正偏集电结反偏亮具有放大作用发射结和集电结均正偏亮度不变三极管ce相当于开关闭合

（1）截止区：三极管的发射结和集电结均反偏。在此区域三极管失去了电流放大作用，相当于一个断开的开关。（2）放大区：三极管的发射结正偏，集电结反偏。在此区域三极管集电极电流受控于基极电流，三极管具有电流放大作用。（3）饱和区：三极管的发射结和集电结均正偏。IC不受IB的控制，三极管失去了电流放大作用，相当于一个闭合的开关。三极管饱和时UCE的值称为饱和压降，记作UCES，小功率硅管的UCES约为0.3V，锗管的UCES约为0.1V。

【例3-1】测得某电路中三极管的三个电极A、B、C对地电位分别为UA=-9V，UB=-6V，UC=-6.3V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明该管是PNP管还是NPN管。

【解析】实际应用中我们常根据三极管各极电位判别三个电极e、b、c。一般如果两个电极之间的电压约为0.3V或者0.7V，则这两个电极构成发射结，其中一个是基极，另一个是发射极，进而可以直接判别出集电极。在此基础上根据三极管放大的外部条件（发射结正偏，集电结反偏），可以进一步确定基极和发射极。根据以上方法可知三个电极A、B、C分别是集电极c、发射极e、基极b，该三极管是PNP锗管。

【例3-2】测量三极管三个电极对地电位如下图96所示，试判断三极管的工作状态。【解析】a)三极管的发射结正偏，集电结反偏，管子处于放大状态。b)三极管发射结和集电结均反偏，管子处于截止状态。c)三极管的发射结和集电结均正偏，管子处于饱和状态。图96（四）、晶体三极管的主要参数（见表22）参数名称说明电流放大系数

直流放大系数反映晶体管电流放大能力强弱的参数

交流放大系数反映晶体管电流放大能力的参数=△IC/△IB。反向饱和电流ICBO集电极—基极反向饱和电流三极管发射极开路时，从集电极流到基极的电流。ICEO集电极—发射极反向饱和电流（穿透电流）三极管基极开路时，集电极与发射极之间加上规定的电压，从集电极流到发射极的电流。极限参数ICM集电极最大允许电流如果集电极电流IC超过ICM，则三极管的值将下降到正常值的2/3以下，甚至可能烧坏。PCM集电极最大允许耗散功率集电极允许的最大功率。若超过此值，三极管的性能会下降或烧坏U（BR）CEO集电极-发射极反向击穿电压基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压，若UCE超过此值会使三极管被击穿。四、三极管基本放大电路（一）、放大电路的基本知识放大电路也称放大器，收音机、电视机、扩音机都是放大电路的典型应用，下图所示为扩音机结构和外型示意图97。首先话筒把声音信号转换为电信号，然后经扩音机内部的放大电路对其放大后，送给扬声器，最后扬声器又把被放大的电信号还原成了声音信号。图97（二）、基本放大电路的构成1.电路元件作用

共发射极基本放大电路由三极管、电阻和电容所组成。如图98共发射极基本放大电路所示。V—晶体三极管，起电流放大作用+VCC—直流供电电源Rb—基极偏置电阻

C1—输入耦合电容C2—输出耦合电容RC—集电极负载电阻图98共发射极基本放大电路

2.放大电路的电压、电流符号规定直流分量——用大写字母和大写下标表示，如IB、IC、IE、VBE、VCE。交流信号——用小写字母和小写下标表示，如ib、ic、ie、vbe、vce。交流和直流叠加信号——用小写字母和大写下标表示，如iB、iC、iE、vBE、vCE。3．三种基本放大电路的比较（见图99）（a）共射极接法(b)共基极接法(c)共集电极接法图99（1）共发射极放大电路的电压、电流、功率放大倍数都较大，所以应用在多级放大器的中间级。（2）共集电极放大电路只有电流放大作用，无电压放大作用，它的输入电阻大，输出电阻小，常用作实现阻抗匹配或作为缓冲电路来使用，也可作为多级放大器的输入级和输出级。（3）共基极放大电路主要是频率特性好，所以多用作高频放大器、高频振荡器及宽频带放大器。（三）、放大电路的分析1.直流通路和静态工作点的近似计算。以图100单管共发射极放大电路为例说明。【直流通路】指静态时放大电路直流电流通过的路径。

画直流通路原则：将电容视为开路。如图101直流通路所示。

图100单管共发射极放大电路

图101直流通【静态工作点的近似计算】静态时，放大电路中各处的电压、电流均为直流量。对直流通路作电路分析，求解输入、输出电路的电流、电压即放大电路的静态分析，从而确定出静态工作点Q。以单管共射放大电路为例，其直流通路如右下图所示。设电路参数VCC、Rb、RC和三极管放大倍数β已知，忽略三极管的UBEQ（硅管UBEQ≈0.7V，锗管UBEQ≈0.3V）,可以推导得：

由上述公式求得的IB、IC和UCE值即是静态工作点Q。例1、如图101共发射极基本放大电路所示，已知：Rb=270KΩ，Rc=3KΩ，Vcc=12V，β=50，求电路静态工作点。

解：≈44.4uA=50×44.4uA=2.2mA=12V-2.2mA×3KΩ=5.4V2.交流通路及主要性能指标【交流通路】指输入交流信号时放大电路交流信号流通的路径。

画交流通路的原则：直流电源、电容视作短路

仍以共发射极放大电路为例，其交流通路如图102共发射极放大电路的交流通路所示。图102共发射极放大电路的交流通路【主要性能指标】（1）、放大倍数电压放大倍数电压增益

(dB)电流放大倍数

电流增益(dB)功率放大倍数

功率增益(dB)（2）、输入电阻和输出电阻输入电阻

输出电阻五、多级放大器实际应用中，放大电路的输入信号通常很微弱（毫伏或微伏数量级），为了使放大后的信号能够驱动负载，仅仅通过单管放大电路进行信号放大，很难达到实际要求，常常需要采用多级放大电路。采用多级放大电路可有效地提高放大电路的各种性能，如提高电路的电压增益、电流增益、输入电阻、带负载能力等。1.多级放大器的组成【定义】多级放大电路是指两个或两个以上的单级放大电路所组成的电路。

【各级作用】通常称多级放大电路的第一级为输入级。对于输入级，一般采用输入阻抗较高的放大电路，以便从信号源获得较大的电压输入信号并对信号进行放大。中间级主要实现电压信号的放大，一般要用几级放大电路才能完成信号的放大。通常把多级放大电路的最后一级称为输出级，主要用于功率放大，以驱动负载工作。【多级放大电路的耦合方式】在多级放大电路中，各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合方式。常见的连接方式有三种：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。2.多级放大器的简单分析【电压放大倍数Au】多级放大电路的电压放大倍数等于各单级放大电路电压放大倍数的乘级。即:

【输入电阻Ri】多级放大电路的输入电阻Ri等于从第一级放大电路的输入端所看到的等效输入电阻Ri1

即：

【输出电阻Ro】多级放大电路的输出电阻Ro等于从最后一级（末级）放大电路的输出端所看到的等效电阻Ron即：3、多级放大电路的耦合方式多级放大电路中每个单管放大电路称为“级”，级与级之间的连接方式叫耦合。表23三种常用耦合方式比较名称电路特点直接耦合

（1）无耦合元器件（2）能够耦合直流和交流信号，低频特性好（3）直流放大器必须采用这种耦合电路（4）前级和后级放大器之间的直流电路相连，电路设计和故障维修难度增加阻容耦合

（1）只用一只容量足够大的耦合电容，要求耦合电容对信号的容抗接近零。信号频率高时耦合电容容量可以小，反之电容容量大（2）低频特性不很好，不能用于直流放大器中（3）前级和后级放大器之间的直流电路被隔离，电路设计和故障维修难度下降变压器耦合

（1）采用变压器耦合，成本较高（2）能够隔离前、后级放大器之间的直流电路（3）低频和高频特性不好任务四

汽车用传感器【任务目标】1、知识目标：

学员需了解传感器的定义、结构组成，掌握多种分类方法，明晰在信息技术中的地位及广泛应用领域。尤其要熟知汽车常用传感器，如半导体热敏电阻和霍尔式传感器的原理与特性，为产品研发与优化提供理论支撑。2、技能目标：

学员应能依据传感器特性，准确选用适合汽车不同系统的传感器。熟练掌握半导体热敏电阻、霍尔式传感器的检测与安装方法，会处理传感器常见问题。能运用相关知识，参与汽车企业相关系统的设计、测试与优化工作，提升产品性能与质量。3、素养目标

通过本项目学习，培养学员严谨的科学态度与创新精神，使其在面对汽车传感器技术难题时勇于探索。增强学员团队协作意识，在企业项目中能与成员高效配合。提升学员对汽车行业发展的敏感度，关注前沿技术，为汽车产业发展贡献力量。【知识准备】一、传感器的定义及分类（一）、传感器的定义国家标准GB7665-2005中，传感器（Ttransducer/Sensor）的定义为：能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。按输入量分类（传感器）效应位移、速度、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、热、电压、电流、气体成分、浓度和黏度传感器物理效应所谓“可用信号”，是指便于传输、便于处理的信号。就目前而言，电信号最为满足便于传输、便于处理的要求。因此，也可以把传感器狭义地定义为：能把外界非电量信息转换成电信号输出的器件或装置。

传感器传感器通常由敏感元件、转换元件、调理电路和辅助电源四部分组成，传感器结构如图104传感器结构图所示。图104传感器结构图敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分。转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。调理电路是把传感元件输出的电信号转换成便于处理、控制、记录和显示的有用电信号所涉及的有关电路。辅助电源为传感器中的元件和电路提供工作能源。目前只要谈到传感器，指的几乎都是以电为输出的传感器。除电信号以外，人们在不断探索和利用新的信号媒介。可以预料，当人类跨入光子时代，光信号能够更为快速、高效传输与处理时，一大批以光信号为输出的器件和装置将加入到传感器的家族里来。

传感器是生物体感官的工程模拟物；反过来，生物体的感官则可以看作是天然的传感器。（见图105）

图105（二）、传感器的分类

现已发展起来的传感器用途纷繁、原理各异、形式多样，就其分类方法也有多种，其中有两种分类法最为常用:一是按外界输入信号变换至电信号过程中所利用的效应来分类。如利用物理效应进行变换的为物理传感器；利用化学反应进行变换的为化学传感器；利用生物效应进行变换的为生物传感器等;二是按输入量分类。比如，输入信号是用来表征压力大小的，就称为压力传感器。这种分类法可将传感器分为位移（线位移和角位移）、速度、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度、光、热、电压、电流、气体成分、浓度和粘度传感器等。传感器分类方法较多，无统一方法，大体有以下几种：（见图107）感觉传感器效应视觉（眼）光敏传感器物理效应听觉（耳）压力敏、磁敏传感器物理效应触觉（皮肤）压力敏、热敏传感器物理效应嗅觉（鼻）气敏、热敏传感器化学效应、生物效应味觉（舌）味敏传感器化学效应、生物效应图107二、传感器的作用与地位今天，信息技术对社会发展、科学进步起到了决定性的作用。现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理。传感技术与信息技术的关系：信息-采集-传感技术；信息-处理-计算机技术；信息-传输-通讯技术。传感器位于信息采集系统之首、检测与控制之前，是感知、获取与检测的最前端。

传感器广泛应用于各个学科领域:在基础学科和尖端技术的研究中；在工业自动化与国防领域；在生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等与人们的生活密切相关的方面，传感器的应用层出不穷。可以肯定地说，未来的社会将是充满传感器的世界。（见图108）

图108汽车与传感器对行驶速度、行驶距离等有关参数的测量；汽车安全气囊系统，防盗、防抱死装置，防滑控制系统及汽车“黑匣子”等新设施上都应用了传感器；语音控制、人工智能技术、自动驾驶技术应用成为热门。（见图109）图109三、常用传感器（一）、半导体热敏电阻半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。热敏电阻是用某些金属氧化物或单晶锗、单晶硅等材料，按特定工艺制成的感温元件。半导体热敏电阻的阻值随温度变化呈指数规律变化，测温范围一般在-40~350℃，其温度系数比金属大，灵敏度很高。半导体材料的电阻率大，可以制作体积小而电阻值大的元器件。其缺点是互换性差，稳定性一般，但由于其结构简单、价格便宜，所以在家电、汽车站等行业有着广泛的应用。热敏电阻根据其电阻和温度关系的可分为三种类型，即正温度系数（PTC）热敏电阻、负温度系数（NTC）热敏电阻、临界温度（CTR）热敏电阻。正温度系数热敏电阻是指正温度系数很大的半导体材料或元器件，它是一种具有温度敏感性的半导体电阻，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，温度越高，电阻值越大，如图110半导体热敏电阻特性中曲线2所示。

图110半导体热敏电阻特性负温度系数热敏电阻是一种氧化物的复合烧结体，其电阻值随温度的增加而减小，如图96半导体热敏电阻特性中曲线1所示。其优点是电阻温度系数大、结构简单、体积小、电阻率高、热惯性小、易于维护、制造简单、使用寿命长，能进行远距离控制；其缺点是互换性差，非线性严重。（二）、霍尔式传感器基于霍尔效应制成的传感器称为霍尔式传感器。霍尔效应是1879年美国物理学家爱德文·霍尔在金属材料中发现的，当时有人想利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器，但终因金属材料的霍尔效应太弱而没有成功。随着半导体材料和制作工艺的发展，人们又利用半导体材料制成霍尔元件，由于其霍尔效应显著而得到使用和发展，广泛用于非电量测量、自动控制、电磁测量和计算装置等领域。1、霍尔式传感器的工作原理（1）．霍尔效应将金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象被称为霍尔效应。从本质上说，霍尔效应是半导体中的载流子受磁场中洛仑兹力作用而产生的。如图111霍尔效应所示，将一块N型半导体薄片，置于磁感应强度为B的磁场中，使磁场方向垂直于薄片。图111霍尔效应

若在薄片左、右两端通一电流I（称为控制电流），那么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流I相反的方向运动。在外磁场B的作用下，电子受到磁场力FL（洛仑兹力）作用运动方向朝半导体后端面发生偏转，结果使后端面上因积累电子而带负电，前端面上因缺少电子而带正电，在前、后端面之间形成一个电场。该电场使电子受到一个电场力FH，这个电场力方向和磁场力方向想反，阻止电子继续偏转。当FH与FL相等时，电子的积累达到动态平衡。（2）．霍尔元件图112霍尔元件所示为霍尔元件，其结构简单，一般为四端元件，如图112（b）所示，从一个矩形薄片状半导体基片上两个相互垂直方向的侧面上，各引出一对电极，两个电极为激励电流输入端，另外两个电极为霍尔电势输出端。有的霍尔元件只有三个电极，两个电极是激励电流输入端，另外一个电极为霍尔电势输出端。（a）外形（b）结构（c）图形符号图112霍尔元件霍尔元件具有许多优点：结构牢固，体积小，质量小，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHz），耐振动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。线性霍尔元件的精度高、线性度好；开关霍尔元件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达微米级）。采用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围可达-55℃~150℃。2．霍尔式传感器的应用（1）．霍尔转速表在需要测量转速的转轴上安装一个齿盘，或选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘，如图113霍尔转速表示意图所示。图113霍尔转速表示意图

齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而发生周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，磁感应强度大，可产生较大的霍尔电势，经放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，磁感应强度小，产生较小的霍尔电势，放大、整形后输出低电平。汽车防抱死装置示意图如图114汽车防抱死装置示意图所示，若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险，用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。图114汽车防抱死装置示意图（2）.霍尔电流传感器钳形电流表是一种霍尔电流传感器，将钳形电流表的钳扣夹住需要检测电流的导线，如图115霍尔电流传感器所示。图115霍尔电流传感器任务五

示波器的使用1、知识目标：学员需了解示波器将电信号转化为可视图形的基本功能，明晰模拟式与数字式示波器的差异，熟知DS5022M型示波器性能参数，掌握各面板控制部件功能，为实际操作奠定坚实知识基础。2、技能目标：学员要熟练完成测量前准备，精准进行信号测量操作，掌握电压、时间等基本测量方法，能依据测量结果分析处理得出结论，且操作时遵循注意事项，确保示波器高效、准确使用，提升实际工作效能。3、素养目标：培养学员严谨科学态度，操作中精准细致，避免失误。养成正确使用、维护示波器习惯，延长仪器寿命。强化团队协作，在项目中分享经验，共同提升，树立良好职业素养，为企业发展贡献力量。【知识准备】一、示波器基本功能将电信号转换为可以观察的视觉图形，以便人们观测。若利用传感器将各种物理参数转换为电信号后，可利用示波器观测各种物理参数的数量和变化。二、示波器的种类

示波器可分为两大类：模拟式示波器和数字式是示波器。

模拟式示波器以连续方式将被测信号显示出来。数字示波器首先将被测信号抽样和量化，变为二进制信号存贮起来，再从存贮器中取出信号的离散值，通过算法将离散的被测信号以连续的形式在屏幕上显示出来。

DS5022M型数字示波器，最大灵敏度为5mV/div,最大扫描速度为0.2μs/div,并可扩展10倍使扫描速度达到20ns/div。该示波器采用6英寸并带有刻度的矩形CRT,操作简单，稳定可靠。面板如图116示波器的面板图所示。

图116示波器的面板图三

、面板控制及功能说明1、电源开关及校准信号

2、垂直通道控制3、扫描及触发部分

4、辅助测量设置及操作方式控制四、基本操作：

1、测量前的准备工作(１)检查电源电压接通电源前务必先检查电压是否与当地电网一致，然后将控制元件按表27设置；(２)打开电源电源指示灯亮，约20秒后屏幕出现光迹。调节亮度和聚焦旋钮，使光迹清晰度较好。

（3）调节CH1垂直移位使扫描基线设定在屏幕的中间，若此光迹在水平方向略微倾斜，调节光迹旋转旋钮使光迹与水平刻度线相平行。

（4）校准探头由探头输入方波校准信号，当荧光屏上出现如图117标准探头及校准（a）时为最佳补偿，如出现如图117标准探头及校准（b）和如图117标准探头及校准（c）所示情况时，可将微调至最佳。（a）最佳补偿（b）过补偿图117标准探头及校准（c）欠补偿垂直位置（▲▼POSITION）

居中垂直衰减（VOLTS/DIV）

0.5V/DIV调节（VARIABLE）

GAL(校正位置)AC-GND-DC

GND触发源（source）

通道1极性（SLOPE）

+触发交替选择（TRIG.ALT）

释放触发方式（TRIGGERMODE）

自动扫描时间（TIME/DIV）

0.5mSec/DIV微调（SWP.VER）

校正位置水平位置（POSITION）

居中扫描扩展（X10MAG）