汽车电工电子技术 第2版 课件 项目二汽车电源交流电路的分析与测量

项目二汽车电源交流电路的分析与测量

项目二汽车电源交流电路的分析与测量

任务1

正弦交流电路的分析与测量

任务2汽车交流发电机的拆解与检测

任务3汽车汽车整流电路的分析与测量任务1正弦交流电路的分析与测量一、正弦交流电二、单一元件正弦交流电路的特性三、三相交流电路（1）正弦交流电的周期、频率和角频率u、it0周期、频率与角频率三者的数量关系：正弦量变化一个循环所需要的时间，单位是秒[s]正弦量每秒时间内完成循环变化的次数，单位［1/s］[Hz]T=0.02sf=50Hz正弦量单位时间内经历的弧度数，单位：每秒弧度[rad/s]。ω=100πrad/s

三者从不同角度反映了同一要素正弦量随时间变化的快慢程度小知识：我国电网交流电的频率为50Hz，通常将这一交流电压简称为工频电压。周期：频率：角频率：1.表征正弦交流电的物理量图2.1正弦交流电流波形

一、正弦交流电

大小和方向随时间按正弦规律变化的电流或电压统称正弦交流电或正弦量。

图2.1正弦交流电流波形幅值（最大值）角频率初相位确定一个正弦量必须具备三个要素：最大值Im（或有效值I）、角频率ω和初相位φ。（2）正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值ut0瞬时值：正弦量不同的时刻有不同的大小，任一时刻t所对应的值叫瞬时值，用i、u表示。最大值：最大的瞬时值称最大值，也称振幅或峰值，用Im表示。最大值反映了正弦量变化的范围。Um图2.1正弦交流电流波形

与交流电热效应相同的直流电数值定义为交流电的有效值。如果交流电流i与直流电流I通过相同电阻R在时间t内产生的热量相等，则这个直流电流I的数值称为交流电流的有效值，用I表示。有效值与最大值的关系为※工程上所说的交流电压、交流电流的大小，均是指有效值。如电灯电压220V，交流用电设备铭牌上所标的电压和电流，仪表测量的交流电压和交流电流都是指有效值。有效值：RiRI注意：正弦量的有效值和直流电虽然表示符号相同，但各自表达的概念是不同的。（3）正弦交流电的相位、初相和相位差相位是时间的函数，它反映了正弦量随时间变化的整个进程。初相是正弦量计时始t=0时的电角度。初相确定的要素是正弦量对应计时始的位置※规定：初相不得超过±180°。相位：只有当（ωt+φ）这个角度一定时，才给出正弦量在某一瞬间的状态，这个角度称为正弦量的相位角，简称相位，单位为rad（弧度）。初相：图2.2正弦交流电初相示意图【例1】已知一正弦交流电流求：该电流（1）最大值、有效值；（2）角频率、频率、周期；（3）初相位。

习题讲解

Im

2TiOt-Im解：（1）最大值、有效值：（2）角频率：初相位：频率：周期：图2.3例题1图习题练【例2】已知正弦量重在对知识的理解，只有理解透彻才能真正掌握根据函数式写出该正弦量的三要素。【例3】已知正弦电流的频率为50Hz，有效值为5A，初相是60°，试写出该正弦量的解析式。【例4】已知波形图，写出正弦量的解析式。同频率正弦量的相位差两个同频率正弦量之间的相位差，即为它们的初相之差。已知，求u、i的相位差。相位差的几个名词只有同频率的正弦量之间才能进行相位的比较，才有相位差的概念相位差无解电流超前电压900电压与电流同相

电流超前电压

电压与电流反相uiωtui

Ouiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiOuuuuiii

与正弦量相对应的复数形式的电压和电流称为相量。为区别与一般复数，相量的头顶上一般加符号“·”。例：正弦量i=14.1sin(ωt+36.9°)A的最大值相量表示为：其有效值相量为：

由于一个电路中各正弦量都是同频率的，所以相量只需对应正弦量的两要素即可。即模值对应正弦量的最大值或有效值，幅角对应正弦量的初相。2.正弦量的相量表示法（1）复数与正弦量当频率已知时，一个正弦量由幅值（或有效值）和初相位就可确定。正弦量有效值形式相量表示：幅值形式相量表示：实际应用更多的是有效值形式的相量表示！复数模辐角幅值、有效值初相位复数的模即为正弦量的幅值或有效值。复数的辐角即为正弦量的初相位。2.正弦量的相量表示法（2）相量图相量图：在复平面上，按照各个正弦量的大小和相位关系画出的若干个相量的图形。图2-5正弦交流电压与电流相量图向量长度等于正弦量的最大值（也可以表示有效值），向量初始位置与横轴正向的夹角等于初相，

画在横轴上方，

画在横轴下方，同时令向量的旋转速度等于正弦量的角频率。图2.5正弦交流电的旋转相量

图2.4正弦交流电压与电流相量图

【例5】将u1、u2

用相量表示,并画出相量图。解:(1)相量式(2)相量图+1+j

超前（2）相量图图2.6例题图示（3）同频率正弦量相加求：

解：+1+j方法一：同频率的正弦量可以画在同一平面中，用相量图。（1）平行四边形法：以相加的两个相量为两边，作平行四边形，对角线就是相量和。图2.7同频率的正弦量相加示意图图2.8电阻元件交流电路

只考虑电阻作用的理想元件为电阻元件，常见的白炽灯、电炉、电烙铁等交流电路都是由纯电阻负载与交流电源组成的纯电阻交流电路。1.纯电阻交流电路（1）电压与电流的关系u、i最大值或有效值之间符合欧姆定律的数量关系。

当电阻元件两端接上正弦交流电压时，电阻上电压与电流的关系服从欧姆定律。

二、单一元件交流电路的特性相量图Ru+_iωtuO比较u与i可得：（1）电阻元件上的u和i为同频率的正弦量；（2）

u和i的最大值或有效值之间的关系符合欧姆定律，

即

Um=RIm

或U=RI

（3）电压和电流的相位相同（相位差为0）。

1.纯电阻交流电路图2.9纯电阻交流电路 （2）功率

1）瞬时功率

在交流电路中，电路元件上的瞬时电压与瞬时电流之积为该元件的瞬时功率，用p表示，单位为瓦(W)。

2）有功功率（平均功率）

瞬时功率计算起来很不方便，因此在工程上常取它在一个周期内的平均值，称平均功率，用P表示，单位为瓦(W)。可以证明p也是时间的函数，并且p≥0，表示电阻总是从电源取用功率，是一个耗能元件。注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。图2.10纯电阻交流电路瞬时功率 【例6】设加于880W电炉上的电压为

，求电炉丝的电阻R和通过电炉丝的电流I，并写出i的解析式与画出u、i的相量图。解：①I＝—＝———＝4A

；R＝—＝———＝55ΩP880WU220VU220VI4A

②i与u同频率且同相位，因

图2.11例题1相量图

③电压、电流的相量图如图所示。【例7】有一正弦电压u=10sin(314t-600)V，接在电阻R=2Ω两端，求：（1）通过此电阻的电流瞬时值表达式。（2）电阻消耗的功率。（3）画出电压电流的相量图Ru+_解：（1）（3）相量图解：（3）相量图（2）（1）图2.12例题2图示 【例8】有一个功率为100W的白炽灯，接到电压

的电源上，通过白炽灯的电流有效值为多少？写出电流的解析式。解：白炽灯两端电压的有效值根据功率表达式，电流有效值由纯电阻电路中电压、电流的关系，得电流解析式为

（1）电感的伏安关系当

时，

，电感两端有感应电压。当i在瞬间变化很大（如开关的断与闭）时，则在产生很高的脉冲电压。

当通过绕组电流发生变化时，就会在绕组中产生感应电动势，因而在电感两端形成感应电压u。电感电压与电流的变化率成正比。

2.纯电感交流电路

二、单一元件交流电路的特性图2.13电感的伏安关系

基本关系式：

（2）电压与电流的关系设：+-eL+-Lu在相位上超前i90°电角度！导出u、i的有效值关系式：上式称为电感元件的欧姆定律表达式。u、i

最大值的数量关系为：图2.14纯电感交流电路电压电流关系电感电路中电感电流i与两端电压u之间有如下关系：

①电感元件的u和i为同频率的正弦量；

②u和i最大值或有效值之间的关系符合欧姆定律，即

Um＝ωLIm或U＝ωLI式中

XL＝ωL＝2πfL

③

在关联参考方向下，电压相位超前电流相位90º，

即φu＝φi+90º图2.15电感元件交流电路

（2）电压与电流的关系

（3）感抗

XL

感抗XL与电源频率ƒ成正比。L不变，频率愈高，感抗愈大，对电流的阻碍作用愈大。

如果频率非常高且ƒ→∞时，则XL→∞，此时电感相当于开路;

如果ƒ＝0，即直流时，则XL＝0，此时电感相当于短路。

电感元件特性：通直流、阻交流；通低频，阻高频

称为电感感抗，简称感抗，单位为欧（Ω）。它表明电感对交流电流起阻碍作用。在一定的电压下，XL愈大，电流愈小。

电感元件具有通直阻交的作用

为和有功功率相区别，无功功率的单位定义为乏尔[Var]。②平均功率P电感元件不耗能！

电感元件虽然不耗能，但它与电源之间的能量交换始终在进行，

这种电能和磁场能之间交换的规模可用无功功率来衡量。即：③无功功率

Q

电感L是储能元件，不消耗功率，但与电源之间的能量交换用无功功率表示。

①

瞬时功率p

电感元件上的瞬时功率为

p＝ui＝Umcosωt·Imsinωt

＝-UmImsin2ωt

＝UIsin2ωt

p>0，吸收能量p<0，释放能量

（4）功率【例9】已知加在L＝10mH电感线圈两端的正弦交流电压u＝100sin(1000t+45º)V，求：①感抗XL；②线圈中的电流最大值Im和线圈中的电流i；③作电路中电压与电流的相量图；④无功功率Q。解：①感抗XL＝ωL＝1000×10×10−3＝10Ω

φi＝φu−90º＝45º−90º＝−45º

i＝10sin(1000t−45º)（A）

②Im＝—＝———＝10（A）XL10ΩUm100V③由于电压的初相为45°，而电流的初相为−45º，故电压和电流的相量图如图所示。1122④Q＝UI＝—UmIm＝—×100×10=500（var）图2.16例题9向量图（1）电容的伏安特性图2.17电容元件

当电容两端电压变化时，极板上的电荷也相应地变化，这时电容器所在的电路就有电荷作定向运动，形成电流。选定电容上电压与电流的参考方向为关联参考方向时，电容的伏安关系为

i＝—＝C—dqdudtdt即电容电流与电压的变化率成正比。3.纯电容交流电路（2）电流与电压的关系uiC+_

基本关系式：电流与电压的变化率成正比。则：设：其中3.纯电容交流电路电容电路中电容电流i与两端电压u之间有如下关系：①电容元件的u和i为同频率的正弦量；②u和i最大值或有效值之间的关系符合欧姆定律，

即

③在关联参考方向下，电流相位超前电压相位90º，

即φi＝φu+90º（a）电路iuCCu+–uiiuOt（b）波形图TTTT————4444I·U·φi=90°φu=0°（c）相量图（2）电流与电压的关系图2.18纯电容交流电路注意：①电容元件电路中，电流相位超前电压相位90°，即φi＝φu+90°；②电容对交流电流起阻碍作用。容抗XC与电源频率ƒ成反比。在C不变的条件下，频率愈高，容抗愈小，对电流的阻碍作用愈小。如果ƒ→∞，则XC＝0，此时电容相当于短路。如果直流ƒ＝0，XC→∞，此时电容相当于开路。电感电路与电容电路的比较3.纯电容交流电路

容抗

电容元件具有隔直通交的作用

为和有功功率相区别，无功功率的单位定义为乏尔[Var]。②平均功率P电容元件不耗能！

电容元件虽然不耗能，但它与电源之间的能量交换始终在进行，

这种电源电能和电容电能之间交换的规模可用无功功率来衡量。即：③无功功率

Q

电容C是储能元件，不消耗功率，但与电源之间的能量交换用无功功率表示。

①

瞬时功率p

电容元件上的瞬时功率为

p＝ui＝Umcosωt·Imsinωt

＝-UmImsin2ωt

＝UIsin2ωt

p>0，吸收能量p<0，释放能量

（3）功率（d）功率puipi+OtTTTTu+––p−−−−4444图2.19纯电容交流电路顺瞬时功率【例10】有C=31.8μF的电容接到u=220sin（314t+30º）V的交流电源上。求：①电容容抗XC；②电路中的电流有效值I和电路中的电流i；③作电路中电压与电流的相量图；④无功功率Q。图2.20例题10相量图想想练练1.电阻元件在交流电路中电压与电流的相位差是多少？判断下列表达式的正误。2.纯电感元件在交流电路中电压与电流的相位差是多少？感抗与频率有何关系？判断下列表达式的正误。3.纯电容元件在交流电路中电压与电流的相位差是多少？容抗与频率有何关系？判断下列表达式的正误。

三相交流发电机1电枢（是固定的，亦称定子）磁极（是转动的，亦称转子）1.三相交流电源三、三相交流电路图2.21三相交流发电机

三相交流发电机13个绕组在空间位置互差12003个绕阻的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示。三相绕组单相绕组1.三相交流电源三、三相交流电路uUuVuW

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

XAV2W1BW2SN+••+•+U相V相W相

U2U1V2W1V1W2SN+•++••u

三相交流电的产生2三相绕组的电压幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120°。1.三相交流电源三、三相交流电路uU＝UmsinωtuV＝Umsin(ωt+120º)uW＝Umsin(ωt−120º)对称三相正弦量到达最大值的先后次序叫相序，uU、uV、uW的相序为U-V-W。三相交流电压波形图0uωt

三相交流电的产生2120°120°120°三相电压相量图对称正弦量特点为：

三相交流电的产生2N中点或零点N

把发电机三相绕组的末端U2、V2、W2接成一点。而把始端

U1、V1、W1

作为与外电路相连接的端点，这种联接方式称为电源的星形连接。火线中线或零线火线火线线电压相电压图2.23三相四线制UVW（1）三相电源的星形连接2.三相电源的连接N中点或零点N火线中线或零线火线火线线电压相电压根据KVL：UVW（1）三相电源的星形连接各线电压与相电压之间的关系为:图2.24三相电源各电压间的相量关系30o30o30o

线电压的有效值用UL

表示,相电压的有效值用Up表示。由相量图可知它们的关系为:

在相位上，线电压超前相应的相电压300（1）三相电源的星形连接电源三角形连接时，三相线电压即为三相相电压UVWU1U2V1V2W1W2-uUV+-uWU

对称（2）三相电源的三角形连接图2.25三相电源的三角形连接如果三相电源对称，则三相电压的相量和为零，即：

如果将某一相绕组接反，三角形回路中的总电压为：N

NUVW线电流iWiViU相电流iN中线电流各相负载中通过的电流分别为：中线电流：（1）负载的星形连接3.三相负载的连接图2.26三相负载的星形连接

但是如果三相负载不对称,中线上就会有电流IN通过,此时中线是不能被除去的,否则会造成负载上三相电压严重不对称,使用电设备不能正常工作。在三相不对称负载的星形联结中，规定中性线不准安装熔断器和开关。中线电流：

三相电源对称、三相Y接负载也对称的情况下，三相负载电流也是对称的，此时中线电流为零。故可将中线除去,而成为三相三线制系统。应用实例--照明电路正确接法:每组灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：

当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等，但每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。A.........一组二组三组CBN若三相不对称，能否去掉中线？图2.27照明电路图2.28例题11图示【例11】如图所示，设三相电源电压对称，且UL=380V。U相接UU=220V、PU=100W的

白炽灯一盏，W相接UW=220V、PW=40W的白炽灯一盏。问两盏灯的工作情况如何。

①S2断开，S1闭合时；

②S2与S1全断开时。解：①

S1闭合表示有中线时，加在U相及W相白炽灯上的相电压均为

两盏灯能正常发光。②S1断开表示中线断开，则两盏灯变成串联电路，加在两盏灯上的电压为UL=380V，因两白炽灯的功率不等，则两白炽灯的电阻为于是流过两白炽灯的电流

则U相100W灯上的实际电压为RU＝——＝——＝484（Ω）UU22202PU100RW＝——＝——＝1210（Ω）UW22202PW

40

UU=RUI=484×0.224=108.4（V）W相40W灯上的实际电压为

UW=RWI=1210×0.224=271（V）I＝———＝—————＝0.224（A）

UL380

RU+RW484+1210UVWNL1L2L3中性线未接U相线(端线、火线)N中性线(零线)V相线(端线、火线)W相线(端线、火线)

负载的端电压等于电源线电压；（2）负载的三角形连接图2.29负载的三角形连接uUVuVWuWU负载的端电压等于电源线电压。负载中通过的电流称为相电流IP；火线上通过的电流称为线电流Il；各相负载中通过的电流分别为：ACBZZZ线电流iWiViU相电流iUViVWiWU在对称条件下,线电流是相电流的倍,即（2）负载的三角形连接iBiCiAiCAiBCABCiAB相电流：iAB、iBC、iCA线电流：iA、iB、iC负载的相电流与线电流之间的关系在对称条件下,线电流是相电流的倍,即三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压决定。当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联接；当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联接。注意三相四线制三角形联接星形联接NUVWZ3Z2Z1M3~【例12】有三个100Ω的电阻，将它们联结成星形或三角形，分别将它们接到线电压为380V的对称三相电源上，如图所示。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少？解：①负载作星形联结，见图（a）。

负载的线电压为

UL＝380V

负载的相电流等于线电流

1.73380VUP220VR100Ω

Ip＝IL＝—＝———＝2.2（A）

②负载作三角形联结，见图（b）。负载的线电压为

UL＝380V

负载的相电压等于线电压，即

UP＝UL＝380V负载的相电流为

通过上面的计算可知，在同一个对称三相电源的作用下，对称负载作三角形联结时的线电流是该负载作星形联结时线电流的三倍。任务2汽车交流发电机的拆解与检测一、汽车交流发电机二、交流发电机的检测三、安全用电

汽车上的三相交流发电机是汽车的主电源它提供汽车运行时的所有用电器的电量，交流电经整流器整流后变为直流电，供给汽车电器使用，所以我们大家一起认识交流发电机图2.30三相交流发电机一、汽车交流发电机1.后端盖

2.电刷架

3.电刷

4.电刷弹簧压盖

5.硅二极管

6.元件板（散热板）7.转子总成

8.定子总成

9.前端盖

10.风扇

11.V带轮1.交流发电机的构造图2.31三相交流发电机结构（1）转子转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图。转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。（2）定子定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组成。定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法，产生三相交流电。三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。图2.33三相交流发电机定子（3）整流器(1)作用：将定子绕组产生的三相交流电动势转换为脉动直流电。(2)组成：6只硅整流二极管。（4）前后端盖(1)组成：铝合金压铸，为非导磁材料，轻便，便于安装、拆下。(2)作用：支撑相关部件。（5）电刷与滑环接触，接通励磁电路。（6）风扇在发电机工作时，强制通风冷却发电机内部。2.交流发电机的工作原理

图2.34三相交流发电机工作原理交流发电机的励磁方式1)当发电机输出电压高于蓄电池电压，励磁方式为自励。2)当发电机输出电压低于蓄电池电压，励磁方式为他励。发电机特殊的励磁方式是由其转子磁极剩磁较弱的特性决定的。图2.35三相交流发电机励磁方式

二、交流发电机的检测（a）定子绕组的电阻检测

（b）定子绕组的绝缘检测图1.定子绕组的检测图2.36三相交流发电机定子绕组的检测

（a）转子绕组的电阻检测（b）转子绕组的绝缘检测图2.转子绕组的检测图2.37三相交流发电机转子绕组的检测（a）正极管的检测（b）负极管的检测

3.硅整流管的检测图2.38三相交流发电机硅整流管的检测三、安全用电

1.安全用电基础知识

（1）触电危害

1）电伤电伤是指电流的热效应、化学效应、机械效应对人体外表造成的局部伤害，最常见的有电灼伤、电烙印、皮肤金属化三种类型。

2）电击电击是指电流通过人体而造成的内部器官在生理上的反应和病变。

触电对人体的伤害程度取决于通过人体电流的大小。当通过人体的工频电流超过50mA，且通过时间超过1s时，可能造成生命危险。

安全电压：36V以下（2）常见的触电形式

1）单相触电单相触电是指人体在地面或其他接地体上，人体的某一部分触及一相带电体的触电事故。2）两相触电两相触电是指人体两处同时触及两相带电体而发生的触电事故，电流从一根相线经过人体流至另一根相线。

3）跨步电压触电输电线断线落地或者外壳接地的电气设备绝缘损坏而漏电时，电流在落地点或接地体周围地面产生强大的电场。当人走过落地点周围时，其两脚间会承受一定的电压，称为跨步电压。图2.39常见触电方式（a）单相触电

（b）两相触电

（c）跨步电压触电

图2.40保护接地图2.41保护接零

2.电气安全防护

（1）保护接地：在中性点不接地的三相电源系统中，保护接地就是把电气设备的金属外壳与地做可靠的金属连接。

（2）保护接零：保护接零就是在中性点接地的系统中，将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与零线做良好的金属连接。

3.触电急救

（1）口对口人工呼吸法：迅速解开触电人的衣服、裤带，松开上身的衣服，使其胸部能自由扩张，不妨碍呼吸，使触电人仰卧，不垫枕头，头先侧向一边清除其口腔内的异物，救护人员位于触电人头部的左边或右边，用一只手捏紧其鼻孔，不使漏气，另一只手托在触电者颈后，将颈部上抬。救护人员做深呼吸后，紧贴触电人的嘴巴，向他大口吹气，然后放松捏着鼻子的手，让气体从触电者的肺部排出。如此反复进行，每5s一次（吹气2s，停3s），直到触电者苏醒为止。

（2）胸外挤压心脏法：使触电人仰卧，解开触电人的衣裤，清除口腔内异物，使其胸部能自由扩张。救护人员位于触电人一边，最好是跨跪在触电人的腰部，将右手的掌根放在心窝稍高一点的地方（掌根放在胸骨的下二分之一部位），中指指尖对准锁骨间凹陷处边缘，左手压在右手上，呈两手交叠状。掌跟用力下压3～4cm，然后突然放松，让胸部自行弹起，每分钟100次为宜，必须坚持连续进行，不可间断。图2.42胸外挤压心脏法任务3汽车整流电路的分析与测量一、二极管的识别与检测二、汽车交流发电机整流器电路三、整流、稳压电路一、二极管的识别与检测1.半导体基本知识

具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体。晶体通常具有规则的几何形状，在空间中按点阵（晶格）排列。最常用的半导体材料为硅（Si）和锗（Se）。

天然的硅和锗经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。实际上半导体的晶格结构是三维的。共价键结构本征半导体是完全纯净的结构完整的半导体。无杂质稳定的结构（1）本征半导体图2.43本征半导体

受光照和温度上升的影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱共价键的束缚游离到空间成为自由电子。

在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，称为空穴。（2）本征激发图2.43本征激发电子与空穴运动方向有什么关系？

受光照或温度上升影响，共价键中其它一些价电子直接跳进空穴，使失电子的原子重新恢复电中性。

价电子填补空穴的复合运动，使本征半导体中形成一种不同于本征激发下的电荷迁移—空穴载流子。

注意:空穴载流子运动是人们根据共价键中出现空位的移动而虚拟出来的，实际上空穴本身是不能移动的。（2）本征激发

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)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。

在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。（3）杂质半导体图2.44杂质半导体共价键示意图＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。因此空穴是这种半导体的导电主流。

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载流子数量的1010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。

掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P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负电。－图2.44杂质半导体共价键示意图2.PN结及其单向导电性

PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：削弱了内电场，使PN结变窄。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PN结形成。图2.45PN结示意图PN结的单向导电性图2.46PN结加正向电压图2.47PN结加反向电压3.二极管

使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。（1）基本结构

图2.48二极管结构82正向特性反向特性

二极管的伏安特性是指二极管两端的端电压与流过二极管的电流之间的关系。I+-U（2）二极管的伏安特性图2.49二极管的伏安特性①

正向特性二极管正极接高电位，负极接低电位。死区电压硅管：约0.5V锗管：约0.1V导通电压硅管：0.6-0.8V锗管：0.2-0.3V正向导通区死区（2）二极管的伏安特性二极管正极接低电位，负极接高电位。截止区反向击穿区反向击穿区反向截止区发生热击穿时，若二极管没有限流措施，易过热损坏。量变与质变由于少子的漂移运动产生。反向电流几乎为0。反向击穿电压UBR电击穿、热击穿②

反向特性（2）二极管的伏安特性（3）二极管的主要参数

1）最大整流电流IDM：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热条件决定。

2）最高反向工作电压URM：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反向工作电压值。

3）反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特别加以注意。

4）最大工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性能将变得较差。（4）二极管的识别与检测1）从外观判别二极管的极性

二极管的正、负极性一般都标注在其外壳上，有时会将二极管的图形直接画在其外壳上。两引脚若是轴向引出，则在二极管外壳上印有标记，有时在负端以色环（点）标志，用以区分正负极。图2.50二极管正负极性的识别2）万用表检测普通二极管的极性

万用表测量二极管极性是根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，用万用表的R100或R1k档测量二极管的正、反向电阻。若两次阻值相差很大，说明该二极管性能良好。并根据测量电阻小的那次的表棒接法，判断出与黑表棒连接的是二极管的正极，与红表棒连接的是二极管的负极。图2.51万用表检测普通二极管的极性2）万用表检测普通二极管的极性

万用表测量二极管极性是根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，用万用表的R100或R1k档测量二极管的正、反向电阻。若两次阻值相差很大，说明该二极管性能良好。并根据测量电阻小的那次的表棒接法，判断出与黑表棒连接的是二极管的正极，与红表棒连接的是二极管的负极。I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化，这就是稳压二极管的显著特性。D

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特性与普通二极管相似反向击穿

特性ΔIZΔUZ（1）稳压二极管实物图图符号及文字符号

显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。4.特殊二极管图2.52稳压二极管

为了发挥稳压管的稳压作用，在使用时要注意以下几点：1）稳压管使用时必须加反向电压即正极接低电位，负极接高电位。2）稳压管在电路中应与被稳压的负载并联连接。3）为防止稳压管反向工作电流超过最大值而过热损坏，使用时必须串联限流电阻。图2.53汽车仪表稳压电路

发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。实物图图符号和文字符号D

发光管正常工作时应正向偏置，因发光管属于功率型器件，因此死区电压较普通二极管高，其正偏工作电压至少要在1.3V以上。（2）发光二极管图2.54发光二极管（3）光敏二极管

PN结顶部由玻璃窗口的金属材料封装或用