汽车电工电子基础高职学习资料课件

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1、书名：汽车电工电子基础 ISBN： 9787111411901 作者：臧雪岩 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,第2章 常用半导体器件与应用,目录： 2.1 半导体基础知识 2.2 半导体二极管 2.3 半导体三极管 2.4 绝缘栅场效应管 2.5 基本放大电路及其分析 2.6 集成运算放大器 2.7 晶闸管 2.8 直流稳压电源,第2章 常用半导体器件与应用,应知： 半导体导电特性，PN结结构及形成过程； 二极管结构、单向导电性及其应用； 三极管结构、工作状态及放大、开关作用及其应用； 基本放大电路的组成及各元件的作用； 集成运算放大器的构成、特点及其应用； 晶闸管结构、工作原理及其

2、应用； 直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压的原理。,第2章 常用半导体器件与应用,应会： 二极管、三极管的检测与识别； 基本放大电路、开关电路的分析方法。,2.3 半导体三极管,学习目标：了解三极管的结构及工作状态，掌握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、开关电路在汽车上的应用。,2.3.1 三极管的基本结构,2.3 半导体三极管,在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区域和两个PN结，分别从三个区引出电极，加管封装即形成晶体三极管。,基极,发射极,集电极,NPN型,三极管有：三个导电区、两个PN结、三个电极。,2.3 半导体三极管,2.3.1 三极管的基本结构,2.3 半导体三

3、极管,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,三个导电区、两个PN结、三个电极。,2.3.1 三极管的基本结构,2.3 半导体三极管,基区：最薄， 掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,集电区： 面积最大,发射区用来发射载流子。 集电区用来收集载流子。 基区用来控制载流子。,晶体管有锗管和硅管。,三个导电区、两个PN结、三个电极。,2.3.1 三极管的基本结构,2.3 半导体三极管,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,PN结的偏置方式决定了晶体管的导通与截止。 晶体管有两个PN结、三个电极，需要以一个电极为公用端接两个外加电压。故有三种接法。,1.放大状态,

4、(1)条件,发射结正偏、集电结反偏,晶体管有三种工作状态：放大状态、饱和状态和截止状态。,以NPN管为例,发射结要正向偏置，以保证发射区的多数载流子能到达基区；其次，集电结要反向偏置，以保证发射到基区的大多数载流子都能传输到集电区。,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,NPN：发射结正偏 VBVE； 集电结反偏 VCVB 。,1.放大状态,(1)条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP管如何？,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,1.放大状态,(1)条件,发射结正偏、集电结反偏,(2)载流子运动过程,发射区发射载流子形成IE，其中少部分在基区被复合而形成IB

5、，大部分被集电极收集而形成IC。,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,1.放大状态,(2)载流子运动过程,基区空穴向发射区的扩散可忽略,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成IC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,1.放大状态,(2)载流子运动过程,发射区向基区扩散电子； 电子在基区扩散和复合； 集电区收集从发射区扩散过来的电子。,如上所述，从发射区扩散

6、到基区的电子只有一小部分在基区复合，绝大部分到达集电区。由于IB很小，而IC很大，因此其电流放大系数为：,2.3 半导体三极管,(2)载流子运动过程,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,1.放大状态,(2)三电极电流关系,IE IB IC,且 IC IB,二者数值很接近，一般不作区别，统称为三极管的电流放大系数，用表示。,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,2.饱和状态,(1)条件,发射结正偏、集电结正偏,IC不随IB的增大而增大的现象。,实际上UCEUBE即饱和。,NPN：发射结正偏 VBVE； 集电结正偏 VBVC 。,2.3.2 三极管的电流放大作

7、用,2.3 半导体三极管,2.饱和状态,(1)条件,发射结正偏、集电结正偏,IC不随IB的增大而增大的现象。,(2)特征,IB增加时，IC基本不变； UCE0； 晶体管相当于短路(开关闭合)。,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,3.截止状态,(1)条件,发射结反偏、集电结反偏,NPN：发射结反偏 VBVE； 集电结反偏 VBVC 。,实际上VEVB即截止。,2.3.2 三极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,3.截止状态,(1)条件,发射结反偏、集电结反偏,(2)特征,基极电流IB0； 集电极电流IC0； UCEUCC； 晶体管相当于开路(开关断开)。,2.3.2 三

8、极管的电流放大作用,2.3 半导体三极管,三极管的应用,放大作用：对微弱的传感器信号进行放大后，传给ECU； 开关作用：利用三极管截止与饱和两个状态互相变换，即集电极与发射极间的短路与断路，作为一个电子开关，控制其他电子元件。,2.3.3 三极管的特性曲线,2.3 半导体三极管,用来表示三极管各极电压和电流之间相互关系的曲线，它反映三极管的性能，也是分析放大电路的重要依据。 最常用的是共射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线，这些曲线可用三极管图示仪直接观测得到，也可以通过实验电路进行测绘。,直观地分析三极管的工作状态。 合理选择电路的参数，设计性能良好的电路。,为什么要研究特性曲线？,对于不同

9、型号的三极管其特性也不相同，现用NPN硅管3DG6，测其特性。,2.3.3 三极管的特性曲线,输入回路,输出回路,发射极是输入回路、输出回路的公共端。,共发射极电路,1.输入特性曲线,当UCE常数时，IB与UBE之间的关系曲线IB= f (UBE)称为晶体管的输入特性曲线。,2.3 半导体三极管,2.3.3 三极管的特性曲线,1.输入特性曲线,2.3 半导体三极管,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： 硅管：UBE 0.60.7V 锗管：UBE 0.2 0.3V,UCE1V时，晶体管处于放大状态，且所有输入特性曲线基本上是重合的； UBE超过死区后进入放

10、大状态； 温度增加时，UBE不变时，IB增加。,2.3.3 三极管的特性曲线,2.输出特性曲线,2.3 半导体三极管,IB=0,20A,放大区,三极管输出特性曲线分三个工作区,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,2.输出特性曲线,2.3 半导体三极管,三极管输出特性曲线分三个工作区,(2) 截止区,截止区,当IB=0时曲线以下区域，有IC 0 。对NPN管，UBE=UT时，即开始截止，但是为了可靠截止常使UBE小于或等于零。 此时发射结，集电结均反向偏置，三极管的电流很小可以不计，相

11、当于开关断开。,2.输出特性曲线,2.3 半导体三极管,三极管输出特性曲线分三个工作区,饱和区,截止区,(3)饱和区,当UBEUCE时，发射结、集电结均正向偏置，三极管处于饱和工作状态。 在饱和区IB的变化对IC的影响很小，两者不成正比，放大区不能用于饱和区，由于饱和时，两结都正向偏置，阻挡层消失，电流很大，相当于开关闭合。,三极管,2.3.4 三极管的命名,2.3 半导体三极管,三极管的命名方法各国不同，通常根据中华人民共和国国家标准 GB249 -1989 规定，三极管的命名由五部分组成。,2.3 半导体三极管,2.3.5 三极管的主要参数,2.3 半导体三极管,1.电流放大系数(倍数)

12、当三极管工作在动态时，基极电流的变化量为，它引起集电极电流的变化量为，它与的比值称为电流放大系数。,2.集基极反向饱和电流(ICBO) 在发射极开路的情况下，集 电极与基极之间加反向电压时的 反向电流称集基极反向饱和电 流(ICBO) 。它实际上和单个PN结 的反向电流一样，受温度影响很大。,在一定温度下ICBO基本是一个常数。一般小功率锗三极管的ICBO为几微安到几十微安，小功率硅三极管的ICBO小于，显然ICBO越小，锗三极管或硅三极管的工作稳定性越好。,2.3.5 三极管的主要参数,2.3 半导体三极管,2.集射极反向穿透电流(ICEO) 在基极开路情况下，集射极之间加上一定反向电压时的

13、集射极反向穿透电流(ICEO) 。也称集 射极反向穿透电流。,4.集电极最大允许电流ICM 集电极电流超过某一值时，电流 放大系数值就要下降，ICM就是下降到 其正常值的2/3时的集电极电流。 5. 集射极反向击穿电压U(BR)CEO 是在基极开路时加在集射极之间的最大允许电压，当三极管的集射极电压UCE大于U(BR)CEO时，ICEO剧增三极管被击穿。,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,1.先判断基极b和三极管类型,从外表不能判别三极管时，需要借助万用表电阻挡来大致判别三极管的好坏和极性。,依据：PN结正向电阻小，反向电阻大。 工具：万用表。 方法: 用万用表的R100或

14、R1k挡(不能用R1和R10k挡？)来测量PN结的正反向电阻。 判断：两表笔分别对晶体管的三个管脚中的任意两个管脚进行正接测量和反接测量各一次，如果在正、反接时测得的电阻均较大，则此次测量中所空下的管脚即为基极(？)。,(1)基极判断,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,1.先判断基极b和三极管类型,(2) NPN型和PNP型的判别,依据：PN结正向电阻小，反向电阻大。 方法: 用黑表笔接基极，红表笔分别接另外两极。 判断：若测得两个电阻都很大，即为PNP型；若测得两个阻值都很小，即为NPN型三极管(？) 。,2. 发射极和集电极的判别,依据：三极管处于放大状态时，集射极间电阻

15、小。 方法: 用100k电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。,注意测量时不要让c与b碰在一起以免损坏晶体管。,判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？) 。,正确,错误,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,2. 发射极和集电极的判别,方法: 用100k电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。,方法2：,示意图,等效电路,判断三极管C、E的原理图,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,2. 发射极和集电极的判别,判断：测得电

16、阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？) 。,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,2. 三极管性能的简易检测 (1)电流放大倍数的估测 用 “R1k”挡。若为NPN管， 用黑笔接c，红笔接e，这时指针 应不动或摆动不大。如摆动较大， 表明该管穿透电流太大。然后用 左手食指搭接在b、c极端部(也可 用30100k电阻代替)，这时应向低阻值方向摆动，摆动幅度越大(电阻越小)，则电流放大倍数越大。若为PNP型，则红、黑表笔应对调，即红笔接c极，黑笔接e极。如各脚接触良好，估测电流放大倍数时指针不断右移或摆不定，则说明此管电流放大倍数值不稳定。,方法: 在明确管型后用万用表的三极管电流放大系数插座直接读取(hfe)。,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,2. 三极管性能的简易检测 (1)电流放大倍数的估测,2.3.6 三极管的简易测试,2.3 半导体三极管,2. 三极管性能的简易检测 (2)估测穿透电流ICEO 用“R1k”挡。 若为NP