汽车电工电子技术

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1、吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术第五章 常用半导体器件 第一节 PN结及其单向导电性 第二节 半导体二极管 第三节 特殊二极管 第四节 晶体管 第五节 场效应晶体管 第六节 半导体器件在汽车中的应用吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术半导体是四价元素，目前用得最多的半导体是 硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子5.1 PN结及其单向导电性5.1.1 本征半导体 1. 半导体 +4返回吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术+4(1) 纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征 半导体。(2) 特点：有两种载流子参与导电(空穴、电子)，且导电能力微

2、弱。2. 本征半导体具有热敏、光敏特性T 导电能力光照导电能力 掺入少量杂质导电能力会大大增强。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术磷原子硅原子+N型硅表示+4+5+4+4硅或锗 +少量磷 N型半导体多余电子5.1.2 杂质半导体 1. N型半导体 N型半导体中电子为多数载流子，空穴为少数载流子。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术硼原子P型硅表示+4+4+4+3硅原子硅或锗 +少量硼 P型半导体多余空穴2. P型半导体 P型半导体中空穴为多子，电子为少子。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.1.3 PN结的形成扩散运动空间电荷区削弱内电场漂移运动内电场

3、动态平衡 P内电场电荷区空间扩散运动漂移运动N吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术外电场方向与内电场方向相反 空间电荷区(耗尽层)变薄 扩散漂移导通电流很大 ,呈低阻态。 5.1.4. PN结的单向导电性 PN内电场外电场加正向电压（正偏） P（+） N（）少子形成的电流，可忽略。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术外电场与内电场相同 耗尽层加厚 漂移扩散 少子形成反向电流IR，很小，呈高阻态。N P内电场外电场加反向电压（反偏）P（） N（+）PN结正偏，导通；PN结反偏，截止吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术P端阳极(正极)N端阴极(负极) 5.2 半

4、导体二极管5.2.1 半导体二极管的结构 将PN结进行封装并接出引脚，就形成了二极管。 +(阳极 )(阴极)VD 正极负极返回吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术UI导通压降: 硅 管0.60.7V,锗 管0.20.3V。反向击穿电 压U(BR)死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V 。反向漏电流(很小，A级)5.2.2 半导体二极管的伏安特性 E+-mAVE+-AV吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.2.3 半导体二极管的主要参数1. 最大整流电流 IF 二极管允许通过的最大正向平均电流。2. 最高反向工作电压 URM保证二极管不被击穿允许加的最大反向电压 。3.

5、 最大反向饱和电流 IR室温下，二极管加最高反向电压时的反向电 流，与温度有关。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.2.4 半导体二极管的应用都是利用二极管的单向导电性(即开关特性) 二极管的等效电路 0.7或0.3VAB正向 等效电路 (理想化) -+ 当UAUB时AB反向 等效电路 当UBUA时考虑导通 管压降吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术RL(1) 单相半波整流电路正半周 (0)a (+) b ()VD导通；VDu2uou1abu223 uo23负半周()a () b ()VD截止；uo= u2ttuo= 0Uo=0.45 U21. 整流：把交流电变换为

6、(单向脉动的)直流电的过程。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术(2) 单相桥式整流电路VD1u2uou1RLabVD2VD3VD4正半周()a() b()电流方向负半周()a() b()电流方向 u223 uo23tt Uo=0.9 U2吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术单相桥式整流电路其它画法RLD1D3D2D4u2uou2uo+集成硅 整流桥：+- +吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术滤波电路RLCu2t uOt无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术三端集成稳压器 内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：

7、W7800系列 稳定正电压W7805 输出+5VW7809 输出+9VW7812 输出+12VW7815 输出+15VW7900系列 稳定负电压W7905 输出-5VW7909 输出-9VW7912 输出-12VW7915 输出-15V吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术1端:输入端 2端:公共端 3端:输出端W7800系列稳压器外形及接线图123+_W7805UI+_Uo132CI 0.11FCo 1F+10V+5VCI: 消除自激振荡Co: 削弱高频噪声吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流 电压u2。整流电路: 将交流电

8、压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流 电压u4。稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持 输出电压uo的稳定。直流稳压电源的组成：整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路u1u2u3u4uo3W7812123W7912+A12B吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术例、如图，E6V，二极管正向压降忽略不计 ，画出 uo波形。EVD1ui EVD2Rui /V 10tOuo6 6ui E，VD1导通，VD2截 止 uo=E=6VE30%能正 常工作， +30%不 能正常工作。则UI为(3327)V

9、则UI为(3921)V吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术解：UO 20V 例4：稳压值分别为5V、7V的两个稳压 管，组成图示电路输出电压是多少？稳 压管正向电压0.7V。VS1、VS2都稳压 UO5V+7V12VUO 20V VS1、VS2都正向导通 UO0.7V+0.7V1.4VUO 3V VS1、VS2都反向截止 UO3VVS1稳压、VS2正向导通 UO7V+0.7V7.7VVS1率先稳压，令UO5VVS2反向截止UO 20V UO 20V 吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.3.2 发光二极管发光二极管是一种将电能转换为光能的半导体 器件，简称为LED。当

10、LED正向导通时，发光；反向截止不发光。发 光二极管的发光颜色取决于使用的半导体材料。发光二极管在正向偏置时导通管压降较大，通 常为1.5V2.5V。使用时，电路中必须串接限流 电阻。符号吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术汽车中的高位刹车灯RRRR+UBR的选择使发光二极管电流小于20mA发光二极管的正向工作电压一般在1.72.1V吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.3.3 光敏二极管光敏二极管(或称光电二极管)是一种将光能 转换成电流的器件。其PN结封装在具有透明聚 光窗的管壳内。当光敏二极管的PN结接受光线照射时，可 以成对地产生大量的电子和空穴，这些载流子在

11、 反向偏置下可以产生反向漂移电流，反向电流的 大小与光照强度成正比。符号吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术5.4 晶体管(双极型三极管) 5.4.1 晶体管的构造和分类BECNNP 基极发射极集电极NPN型P N P集电极基极发射极BCEPNP型BEC BEC返回吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术基区集电区发射区基极集电极发射极集电结发射结NPN型集电结体 积大。 特点：发射区参杂 浓度很大，基区薄且 浓度低，吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术BECNNPEBRBIEIB 5.4.2 晶体管的电流分配及放大作用 1. 晶体管内部载流子的运动规律进入P区

12、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。EcRC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。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术BECNNPEBRBEcIE从基区扩散 来的电子漂 移进入集电 结而被收集 ，形成IC。ICIC IB要使三极管能放大电流，必须使发射结 正偏，集电结反偏。 吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术基极电流很小的变化， 将引起集电极电流一个 很大的变化。直流电流 放大系数交流电流 放大系数IBRBEBIC RCECIE2. 晶体管的电流分配重要 参数通用吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工

13、电子技术晶体管放大原理的小结：*发射区参杂浓度很大有利于多子发射 *基区薄且浓度低决定基区扩散复合， 从而使IC IB *集电结体积大有利于收集1. 放大的实质是控制，是小控大，弱控强。 2. 放大的内因是晶体管的内部特点。 3. 放大的外因是正确的供电极性。 发射结正偏，集电结反偏。吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术IB 与UBE的关系曲线（同二极管）IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压， 硅管0.5V工作压降： 硅 管UBE 0.7V5.4.3 晶体管的特性曲线 1. 输入特性曲线吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术2. 输出特性(

14、IC与UCE的关系曲线)IC(mA )1234UCE(V)3691240A60AQQ = IC / IB =2 mA/ 40A=50 = IC / IB=(3-2)mA/(60-40) A=50 = IC / IB =3 mA/ 60A=50吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术输出特性 IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A线性放大区： 发射结正偏，集电结反偏 ，IC只与IB有关，IC=IB , 且 IC = IB 。饱和区： 发射结正偏，集电结正偏，IB增 加IC几乎不变，已达饱和，即无 电流放大作用。小功率硅管的 UCE0.3V，

15、UBE 0.7V。截止区 : 发射结反偏，集电结反偏。 UBE UB UEPNP： UC 0.5V ，iB IBS= UCC/RCUo = UoL 0.3V BE、BC正偏，VT饱和BCE当0 IBS ，VT 处于饱和状态RC15Va bc5V1.5VRB1RB2解：开关合向cIB 0IC 0VT处于截止状态吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术晶体管作用的小结：三个区域、两种作用。1) 线性放大区有放大作用2) 饱和区或截止区有开关作用传感器执行器放大器放大器截止状态 开关断开饱和状态 开关闭合控制器ECU吉林大学吉林大学汽车电工电子技术汽车电工电子技术例：汽车中的全自动空调的鼓风机控制F2N23E9R3R2R1340130M手动空调控制鼓风机大功率晶体管 取代多掷开关吉林大学吉林大