《汽车电工电子技术》课件-项目2汽车晶体管模拟电路的检测与应用

汽车电工电子技术“十三五”高职高专课程改革规划教材贾宝会张文主编第二版项目二汽车晶体管模拟电路的检测与应用项目三汽车常用电磁器件及应用项目四汽车电机原理分析及检测项目五汽车数字电路的分析与应用项目六汽车电子控制技术基础认知项目一汽车电路基础目录项目二汽车晶体管模拟电路的检测与应用3晶体管的识别与检测汽车晶体管电压调节器分析4汽车轮速传感器电路的分析51二极管的识别与检测2汽车发电机整流器的分析与检测了解半导体和PN结的基本知识。掌握二极管的符号及特性。掌握二极管整流电路的工作原理。掌握晶体管的结构和符号。掌握共射极单管放大电路的组成和工作原理。了解功率放大电路的工作原理。掌握晶体管的开关特性。知识目标技能目标

掌握用指针式万用表检测二极管的方法。掌握汽车发电机整流器的检测与工作原理分析。掌握晶体管的识别与检测的方法。了解晶体管的开关特性在汽车电子电路中的应用。二极管是由一个PN结构成的,具有单向导电性。当检测二极管时,可以用观察法或测试法来判别二极管的极性和好坏。二极管的伏安特性是指二极管两端电压与通过二极管电流之间的关系。利用逐点测量法,通过改变输入电压,分别测出二极管两端电压和通过二极管的电流,即可在坐标纸上描绘出它的伏安特性曲线。任务描述任务1二极管的识别与检测

知识准备一、半导体及PN结半导体的特点：

半导体导电特性独有的特点热敏性光敏性杂敏性自然界中的物质按导电性能可以分为导体半导体绝缘体îíì完全纯净、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。1．本征半导体高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。（a）硅原子结构（b）锗原子结构

这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如图所示：价电子（本征激发/热激发）自由电子-空穴对（1）温度越高，自由电子--空穴对数目越多；（2）自由电子--空穴数目相等，对外不显电性。硅（锗）原子在晶体中的共价键排列复合平衡（2）P型半导体2．杂质半导体

（1）Ｎ型半导体在本征半导体中有目的、有选择的掺入微量某种杂质元素构成杂质半导体。——杂质为少量5价元素，如磷（P）自由电子——多数载流子空穴——少数载流子载流子数

电子数磷原子自由电子正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示（1）Ｎ型半导体——杂质为少量3价元素，如硼（B）。空穴——多子自由电子——少子硼原子空穴载流子数

空穴数P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子（2）P型半导体无论是N型还是P型半导体都是电中性，对外不显电性！！！载流子浓度差复合(耗尽层)内电场阻碍多子扩散帮助少子漂移扩散漂移动态平衡

注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即I=0。内电场多子扩散空间电荷区平衡PN结P区N区（1）PN结的形成3．PN结的形成与特性所以，正偏时扩散运动增强，漂移运动几乎减小为0，宏观上形成很大的正向电流IF。

外电场越强，正向电流越大，PN结的正向电阻越小。内电场外电场P区N区多子空穴多子自由电子正向电流IF+UR（2）PN结的单向导电性1）PN结的正向导通特性—正偏导通（P区电位高于N区）2）PN结的反向截止特性—反偏截止（P区电位低于N区）所以，反偏时漂移运动增强，扩散运动几乎减小为0，由于少子数目较少，宏观上形成极小的反向电流IR。

外电场增强，反向电流也几乎不增加，PN结的反向电阻很大。

+URP区N区少子自由电子少子空穴反向电流IR内电场外电场二、二极管1．二极管的结构和分类从P区引出的引线叫做阳极或正极，从N区引出的引线叫做阴极或负极。常用D（Diode）表示二极管。图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型金属触丝N型锗P型层阳极阴极面接触型P型扩散层锡支架N型硅SiO2保护层阴极阳极2．二极管的伏安特性即PN结的特性——单向导电性（1）正向特性死区电压硅管——

0.5V锗管——

0.1V正向导通压降UF硅管——

0.7V锗管——

0.3V（2）反向特性（3）反向击穿特性二极管两端加上反向电压时，在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电阻，反向电流很小，且不随反向电压而变化。反向电流IR

硅管——几十μA以下锗管——几十到几百μA二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。

（1）最大整流电流IFM——指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压URM——指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，URM通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。（3）最大反向电流IRM——在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但受温度影响很大。（4）最高工作频率fM——指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。3．二极管的主要参数4．二极管的应用（1）整流整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单方向脉动的直流电的过程。在汽车交流发电机中，就是利用二极管组成的整流板将发电机发出的三相交流电整流为直流电。如图所示，若A点UA=0，二极管D正偏导通，压降很小，所以F点的电位也被钳制在0V左右，即UF近似为0。（2）钳位二极管正向导通时，正向压降很小，可以忽略，因此强制使其阳极电位与阴极电位基本相等，这种现象称为二极管的钳位。

（3）限幅下图为一正、负对称限幅电路:ui=10sinωt（V），US1=US2=5V。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约±5V之间。OtuO/V5

5-10ui

/VOt105-5当开关S断开时，由于电流的突然中断，电感L将产生一个高于电源电压很多倍的自感电动势eL，eL与U叠加作用于开关S上，使开关S的寿命缩短。（4）续流在电子线路中，经常利用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。二极管D的接入，使eL通过二极管产生放电电流以释放能量，从而保护了开关S。5．特殊二极管及其应用（1）稳压二极管

a)符号b)伏安特性工作在反向击穿状态一种将电能直接转换成光能的固体器件。（2）发光二极管（LED——

LightEmittingDiode）LED也是由一个PN结组成的，当正向导通时可以发出一定波长的可见光，常有红、绿、黄等颜色。一般LED的工作电流为几十mA，正向导通压降为（1

2)V，安全使用电压应选择5V以下。（1）目测判别极性触丝半导体片1．二极管正、负极性的判别

任务实施在R1k挡进行测量，红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。测量时手不要接触引脚。（2）

用指针式万用表检测一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。正反向电阻相差不大为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。

1k

0

0

0（3）用数字式万用表检测红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。2k20k200k2M20M200

在

挡进行测量，当PN结完好且正偏时，显示值为PN结两端的正向压降(V)。反偏时，显示•

。2．二极管伏安特性曲线的测试（1）调节电位器RP，使输入电压uI按表所示从零逐渐增大至5V。用万用表分别测出电阻R两端的电压uR和二极管两端电压uD，并根据iD=uD/R算出通过二极管的电流iD。（2）用同样的方法进行两次测量，然后取平均值，即可得到二极管的正向特性。

整流电路是利用二极管的单向导电性把交流电转变成直流电的。在汽车交流发电机中,利用二极管组成的整流装置将发电机发出的三相交流电转变为直流电。为了适应汽车发电机的需要,专门制作了用于汽车的整流器二极管,并分为正极管和负极管两种形式。汽车六管整流器安装示意图如下图所示。检测汽车整流器二极管主要检查其是否出现短路和开路故障。任务描述任务2汽车发电机整流器的分析与检测图2-21汽车六管整流器安装示意图

知识准备一、二极管整流电路1．单相半波整流电路DRL~220V+uｏ–u2iD=iO–uD+

to

2

3

u2

to

2

3

uO

to

2

3

iD=iO

to

2

3

uD+uo

RLio+u2

u1+uo

ioRLD4D3D2D1u2u1D4D1D2D3+u2

RL+uo

iou1D3D1D2D4+u2

RL+uo

iou1桥式整流电路（几种画法）2.单相桥式整流电路（1）工作原理u2正半周：RLioD4D3D2D1+u2

+uo

+u1

D1和D3导通，D2和D4截止。承受反压截止u2负半周：RLD4D3D2ioD1+u2

+uo

+u1

承受反压截止D2和D4导通,D1和D3截止。

to

to

to

to

2

3

2

3

2

2

3

3

uOu2uDiD=iOD2、4D1、3（2）电路指标三相整流电路1.电路组成2.工作原理3.电路指标io

+

uo=uc

RLD1D4D3D2

+u2

+u1

电容充电电容放电C二、滤波及稳压电路1.滤波电路（1）电容滤波电路（2）电感滤波电路（3）LC滤波电路（4）π形滤波电路2.稳压电路（硅稳压管稳压电路）RLCRIRIZDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR引起电压不稳定的原因交流电源电压的波动负载电流的变化稳压电路1．用万用表R×1挡测量每个整流器二极管的正、反向电阻。（1）检测正极型二极管

任务实施（2）检测负极型二极管2．认识汽车发电机整流电路工作过程晶体管是一种在汽车工业生产中广泛应用的半导体元件,是电子装置中的核心元件。识别和检测晶体管的方法有目测法和万用表法。目测法很简单直观,但不是所有场合都适用。晶体管内部有两个PN结,利用PN结的单向导电性,可用万用表电阻档来判别管子的类型和管脚极性。任务描述任务3晶体管的识别与检测

知识准备一、晶体管的结构和分类1．晶体管的结构（1）结构三区三极两结集电区基区发射区集电极Collector基极Base发射极Emitter集电结发射结NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区NPN型ECB—集电区—发射区PPNPNP型（2）符号2．晶体管的分类按材料分按频率特性分按功率分硅管锗管高频管低频管大功率管中功率管小功率管按结构分NPN管PNP管二、晶体管的特性曲线

下图是测试三极管共发射极电路伏安特性曲线的电路图：uCE≧1V，集电结反偏，电场足以将发射区扩散到基区的载流子吸收到集电区形成IC，uCE

再增大曲线也几乎不变死区电压与导通电压UBE硅管分别约为0.5V和0.7V锗管分别约为0.2V和0.3V1.输入特性曲线（1）截止区——iB=0曲线以下的区域：

iC=ICEO≈

0，两结均反偏，三极管各电极电流均约等于0，所以可以等效为断开的开关；放大区截止区ICEO饱和区（2）放大区——在iB=0的特性曲线上方，近似平行于横轴的曲线族部分：

iC基本不随uCE变化仅受iB控制，iC=βiB，发射结正偏、集电结反偏，相当于受控电流源。

uCE

/ViC

/mA100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O246810252015105（3）饱和区——输出特性曲线近似直线上升部分：三极管饱和时管压降uCE很小，叫做饱和压降uCES，两结均正偏，相当于闭合开关。

2.输出特性曲线放大区：条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔三极管相当于一个受控电流源，即实现一个小电流对大电流的控制作用。

放大区截止区ICEO饱和区uCE

/ViC

/mA100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O2468102520151052.截止区：

IB

0

IC=ICEO

0条件：两个结反偏特点：相当于断开的开关3.饱和区：uCE

u

BE条件：两个结正偏特点：IC

IB相当于闭合的开关

a)截止状态b)饱和状态3.晶体管的主要参数（2）集-射极反向穿透电流（1）电流放大倍数（3）集-射极反向击穿电压

（4）集电极最大允许电流（5）集电极最大允许耗散功耗1．目测法判别三极管管型和管脚极性（1）管型的判别一般情况下，管型是NPN还是PNP应该从管壳上标注的型号来判别。依照部颁标准，三极管型号的第二位（字母），A、C表示PNP管；B、D表示NPN管。3AX、3CG、3AD、3CA等均表示为PNP型；

3BX、3DG、3DD、3DA等均表示为NPN型。此外国际流行的9011~9018系列三极管，除9012和9015为PNP管外，其余标号均为NPN管。

任务实施（2）管脚极性的判别金属圆壳封装：“头向下，腿向上，大开口朝自己，左起ebc”。塑料半圆柱封装：“头向上，平面向自己，左起ebc”。对于大功率管，金属壳扁柱型封装按照上图所示的管脚排列方式判别即可；塑料扁平封装、管脚直列型没有统一形式，要经过万用表检测判断。2．用万用表电阻挡判别三极管管型和管脚极性（1）基极的判别图2-45万用表判别基极（2）集电极和发射极的判别图2-46万用表判别集电极和发射极（3）管型的判别三极管的基极确定后，使用万用表的黑表笔接基极，红表笔去测量另外两个管脚中的任意一个，如果测量电阻值很大（约几百千欧以上）则该管为PNP管；如果测得电阻值很小（几百欧至几千欧），则该管是NPN管。至于是硅管还是锗管的判别方法与判别二极管相同，即硅管PN结正向电阻值约为几千欧姆，锗管PN结的正向电阻值约为几百欧姆。3．用万用表hFE挡判别在有些万用表（部分指针式和所有数字式）上，具有hFE挡，利用这一功能，将三极管的三个管脚插入测试插孔内，当能测试出放大倍数时，插孔边标注的e、b、c即是插孔内三极管管脚的名称。晶体管的放大特性,经常被汽车监测设备采用,作为信号放大电路;晶体管的开关特性,可代替机械开关和继电器,用来达到控制电路接通和断开的目的。晶体管开关电路在汽车电路中的应用相当广泛,主要用于电压调节器、电子点火器、电子闪光器及各种信号警告电路中,作为电子开关使用。学会分析这些电路的工作原理对于理解和掌握晶体管的特性是非常重要的。任务描述任务４汽车晶体管电压调节器分析1．开关作用原理（1）饱和状态一、晶体管开关特性（2）截止状态2．晶体管开关作用的特点晶体管不是理想的开关，从截止到饱和，从饱和到截止，均需要时间。但时间很短，一般为几纳秒到几十纳秒。这在一般脉冲电路中可忽略，但在高速脉冲电路中要加以考虑。饱和时，发射结正向电压一般约为0.7V（硅管）和0.3V（锗管），集电结与发射结之间的电压降约为0.3V（硅管）和0.1V（锗管）。+ui

iC+

uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB

晶体管:

放大元件。电源VCC：保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。

集电极电阻RC：将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。

基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。耦合电容C1和C2：用来隔断直流、耦合交流。1．共射极基本放大电路的组成

二、晶体管放大电路2．放大电路的工作原理①以基极电流为例：iB

——瞬时值；IB

——直流分量；ib

——交流分量；

Ib

——有效值。②以基极与发射极之间电压为例：uBE

——瞬时值；UBE——直流压降；

ube

——交流压降；Ube——有效值。静态分析的目的：确定放大电路的静态工作点(直流值)IBQ

，

ICQ

，UCEQ。分析方法：利用直流通路计算放大电路的静态工作点。+ui

iC+

uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB静态工作点IC+UBE

+UCE

+VCCRBRCIB直流通路（1）直流通路和静态工作点

3．晶体管放大电路的分析讨论【例】若图中Rb=300kΩ，Rc=2kΩ，β=80，UCC=12V，求静态工作点。

+ui

iC+

uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB

在静态的基础上加入输入信号时的工作状态称为动态。设置合适的静态工作点放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会产生失真。失真：是指输出信号的波形不像输入信号的波形。（2）交流通路和动态分析“Q”过低引起截止失真NPN管：

uCE顶部失真为截止失真。PNP管：uCE底部失真为截止失真。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui

uCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线“Q”过高引起饱和失真NPN管：uCE底部失真为饱和失真。PNP管：

uCE顶部失真为饱和失真。ICS集电极临界饱和电流uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CCECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1++ui

+

RSusRBRC+uo

RL1）交流通路交流通路就是交流信号在放大电路中的传输通道。画交流通路原则：1.直流电压源视为短路；2.视电容对交流信号短路。交流通路2）微变等效电路分析法把非线性元件晶体管组成的放大电路等效为一个线性电路，然后再来分析和计算。①晶体管的输入回路②晶体管的输出回路③晶体管的微变等效电路3）放大电路的微变等效电路①

电压放大倍数的计算+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ui

电压放大倍数开路时电压放大倍数+

+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+

4）参数的计算②

放大器输入电阻的计算Ri+

RBRLrbe

EBCRC+

③

输出电阻的计算

ro

RCRo

RC一般为几千欧，这种基本放大电路的输出电阻较高。受控源相当于开路晶体管的输入电阻rbe比较小，所以基本放大电路的输入电阻不高。讨论【例】电路如图所示，已知UCC=12V，Rc=4kΩ，Rb=470kΩ，β=60。求：①输入电阻和输出电阻；②不接负载RL时的电压放大倍数；③当接上负载RL=4kΩ时电压放大倍数。

4．静态工作点稳定电路（1）静态工作点不稳定的外部因素

1）温度变化对ICEO的影响2）温度变化对发射结电压uBE影响3）温度变化对

的影响

综上，当温度增加时，晶体管的ICEO、uBE、β等参数都将改变，最终结果使Q点上移，造成电路的不稳定。（2）分压式偏置电路1）电路的特点2）静态工作点的估算根据3）分压式偏置放大电路的微变等效电路图

4）动态参数

输入电阻：输出电阻：电压放大倍数：1.乙类互补对称功率放大电路+UCCRL

＋

ui

－－UCCRL

－

ui

＋两个独立的共集放大电路

乙类放大互补对称电路

+UCC

＋

ui

－－UCCRL电路组成静态时

ui

=0IB=0IC=0

iL=0

uo=0三、功率放大器动态时负半周ui

＜0，

NPN管截止,PNP管放大。

正半周ui

＞0,NPN管放大,PNP管截止；iL1iL2交越失真

IB和