汽车电工电子基础-课件 项目九任务四 认识晶体管

汽车电工电子基础项目九半导体器件任务4认识晶体管

任务引入汽车转向灯的工作原理如图9-4-1所示，是通过晶体管式闪光器实现：汽车左转，左侧转向灯闪烁；汽车右转，右侧转向灯闪烁的转向灯控制电路。识读电路图，指出图中各组成部分名称、作用及工作过程；按图搭建电路，实现转向灯控制功能。

任务4认识晶体管

图9-4-1汽车转向灯的工作原理图知识目标技能目标素养目标能说出晶体管的结构、类型、和主要参数能按图连接汽车转向灯电路规范操作、安全文明会判断晶体管的工作状态会叙述转向灯电路工作过程树立一丝不苟、精益求精的职业意识任务目标任务4认识晶体管

知识链接一、晶体管的结构晶体管是由一块极薄的硅材料或锗材料的半导体基片，经过特殊的工艺加工，制造出两个PN结，这两个PN结将整个半导体基片分为三个区域：基区、发射区和集电区，中间区域是基区。从三个区引出相应的电极，分别为基极B、发射极E和集电极C。发射极和基极之间形成的PN结称为发射结，集电极和基极之间形成的PN结称为集电结。按照两个PN结的组合方式的不同，可将晶体管分为PNP和NPN两种。图9-4-2晶体管的结构示意图和表示符号任务4认识晶体管

知识链接一、晶体管的结构不管是NPN型还是PNP型晶体管，其工作原理完全相同，只是工作电压的极性不同，因此三个电极的电流方向相反。两种晶体管的图形符号用发射极箭头方向的不同加以区分，箭头方向表示发射结正向偏置时发射极电流的实际方向。其结构、符号如图9-4-2所示。图9-4-2晶体管的结构示意图和表示符号任务4认识晶体管

知识链接二、晶体管的分类晶体管按所用材料不同，可以分为硅管和锗管；按管内部结构不同，可分为NPN型管和PNP型管；按功率大小不同，分为小功率管、中功率管和大功率管；按使用频率不同，分为低频管和高频管；按在电路中的用途不同，可分为放大管和开关管；按封装材料不同，分为金属封装、玻璃封装等。任务4认识晶体管

知识链接二、晶体管的分类NPN型晶体管连接电路如图9-4-3（a）所示，当有直流电压施加到基极和发射极之间时即施加偏置电压，基极电流IB从基极流向发射极，集电极电流IC从集电极流至发射极。PNP型晶体管连接电路如图9-4-3（b）所示，当有直流电压施加到发射极和基极之间时，基极电流IB从发射极流向基极，集电极电流IC从发射极流至集电极。图9-4-3晶体管连接电路图任务4认识晶体管

知识链接三、晶体管的特性曲线1.晶体管输入特性曲线

晶体管输入特性曲线如图9-4-4所示，指当晶体管集电极-发射极之间的电压UCE一定时，输入电流IB与输入电压UBE之间关系的曲线。在输入回路中，晶体管的发射结是一个正向偏置的PN结，其输入特性曲线与二极管的正向特性曲线非常相似，同样存在着“死区”。通常把晶体管电流开始明显增加的发射结电压称为导通电压。在室温下，硅管的导通电压约为0.6V～0.7V，锗管的导通电压约为0.2V～0.3V。图

9-4-4

晶体管输入特性曲线任务4认识晶体管

知识链接三、晶体管的特性曲线1.晶体管输入特性曲线

晶体管输入特性曲线如图9-4-4所示，指当晶体管集电极-发射极之间的电压UCE一定时，输入电流IB与输入电压UBE之间关系的曲线。在输入回路中，晶体管的发射结是一个正向偏置的PN结，其输入特性曲线与二极管的正向特性曲线非常相似，同样存在着“死区”。通常把晶体管电流开始明显增加的发射结电压称为导通电压。在室温下，硅管的导通电压约为0.6V～0.7V，锗管的导通电压约为0.2V～0.3V。图

9-4-4

晶体管输入特性曲线

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知识链接三、晶体管的特性曲线2.晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线如图9-4-5所示，指当晶体管的输入电流IB为某一常数时，输出电流IC与输出电压UCE之间的关系曲线。晶体管的输出特性曲线大致分为三个区，放大区、截止区、饱和区。放大区：在此区域晶体管集电极电流受控于基极电流，晶体管具有电流放大作用。截止区：在此区域晶体管失去了电流放大作用，相当于一个断开的开关。饱和区：在此区域晶体管失去了电流放大作用，相当于一个闭合的开关。。

图

9-4-5

晶体管输出特性曲线任务4认识晶体管

知识链接四、晶体管的工作状态

1.放大状态晶体管处于放大状态的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。特点是：集电极电流受基极电流控制。晶体管电极之间的关系为：

。当晶体管外加直流电压时，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，称为共发射极直流电流放大系数。晶体管的这一特性称为直流电流放大作用。可用公式表示为：

。当晶体管外加交流电压时，晶体管的交流电流放大倍数：

。一般低频时可认为β≈

，本书统一用β表示。晶体管β值通常为20～200。β值太小，电流放大作用差；β值过高，晶体管性能受环境因素影响较大。任务4认识晶体管

知识链接四、晶体管的工作状态2.截止状态晶体管处于截止状态的条件是：发射结反向偏置或零偏，集电结反向偏置。此时晶体管各极电流均很小，接近于

，

，三个极之间近似看作断路。当晶体管处于截止状态时，集电极和发射极之间的压降为电源电压，如同一个开关处于断路状态。如图9-4-6。任务4认识晶体管

知识链接四、晶体管的工作状态3.饱和状态晶体管处于饱和状态的条件是：发射结正向偏置，集电结正向偏置。此时，晶体管IC随着UBE的变化而变化，不受IB的控制，晶体管失去电流放大作用，处于饱和导通状态。当UCE=UBE时，集电极零偏，晶体管处于临界饱和状态。晶体管饱和时UCE的值称为饱和压降，用UCES表示。小功率硅管的UCES约为0.3V，锗管的UCES约为0.1V。当晶体管处于饱和状态时，如同一个开关处于闭合状态，相当于短路。如图9-4-7所示。任务4认识晶体管

知识链接四、晶体管的工作状态晶体管主要用于电路中的电流信号的放大，即工作在放大区。在汽车控制电路中，晶体管通常作为电子开关器件，控制电路或负载的通断，此时，晶体管工作在截止区和饱和区。任务4认识晶体管

任务实施一、准备工作按表准备工具、设备、元器件及导线，检查设备外观是否完好，如表。序号名称型号与规格单位数量1蓄电池12VDC块12灯泡12VDC只63晶体管闪光器

只14汽车转换开关

只15导线BVR1.0mm²根若干任务4认识晶体管

任务实施二、连接电路依照图9-4-1连接转向灯电路，实现灯泡闪烁。测量UBE电压，并将实验现象及测量结果填入表9-4-2。任务4认识晶体管

任务实施二、连接电路表9-4-2转向灯电路测量结果表步骤实验现象继电器状态UBE电压现象说明1灯泡发亮

2灯泡熄灭

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任务实施

打开左转向信号灯开关时，电流由蓄电池正极→闪光器接线柱B→电阻R1→继电器的常闭触点→接线柱S→转向灯开关→左转向信号灯→搭铁→蓄电池负极，左转向信号灯点亮。当电流通过电阻R1上产生电压降，晶体管因正向偏压而导通，集电极电流通过继电器线圈，使触点立即打开，左转向信号灯随之熄灭。晶体管导通的同时，其基极电流向电容器充电。任务4认识晶体管

三、转向灯电路工作过程

左转向信号灯熄灭后，电流由蓄电池正极→接线柱B→晶体管的发射极→基极→电容器→电阻R2→接线柱S→转向灯开关→转向灯→搭铁→蓄电池负极。随着电容器电荷的积累，充电电流逐渐减小，晶体管的集电极电流也随之减小，线圈中产生的磁力不足以维持衔铁的吸合而释放，继电器触点重又闭合，转向灯又再次点亮。这时电容器通过电阻R2、继电器触点放电，放电电流在R2产生的电压降为晶体管提供正向偏压使其导通。这样，电容器不断地充放电，晶体管也就不断地导通与截止，控制继电器触点反复开闭，使转向信号灯闪烁。任务实施四、清理现场实操结束，断开电源，拆除导线，按6s要求，清理现场，收拾工具、设备，整理操作台，清扫场地，完成任务评价表。任务4认识晶体管

任务评价依照评分标准对任务完成情况进行评价打分。任务4认识晶体管

小结归纳晶体管有两结（集电结、发射结）三区（放大区、截止区、饱和区）三极（基极、集电极、发射极）三个工