汽車電工電子技術(shù)（第2版）教學(xué)課件作者張華單元五.ppt

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1、單元五晶體管及其應(yīng)用任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件任務(wù)5.2汽車直流電源任務(wù)5.3三極管放大電路任務(wù)5.4集成運(yùn)算放大器在汽車中的應(yīng)用任務(wù)5.5技能訓(xùn)練返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件5.1.1半導(dǎo)體基本特性半導(dǎo)體在導(dǎo)體與非導(dǎo)體之間居特殊的地位。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度、壓力、照射的光強(qiáng)度有關(guān)，或與半導(dǎo)體中外部原子(摻雜)的數(shù)量有關(guān)。5.1.1.1半導(dǎo)體的特性我們把導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱為半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒、砷化鎵以及大多數(shù)金屬氧化物等。半導(dǎo)體中參與導(dǎo)電的粒子有兩種:帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的自由電子，它們統(tǒng)稱為載流子。由于純凈的硅和鍺(稱為本征半導(dǎo)體)晶體具有穩(wěn)定的共價(jià)鍵

2、結(jié)構(gòu)，受熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子的數(shù)目很少，故導(dǎo)電能力較弱。半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，其原因不但在于它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而在于它的導(dǎo)電能力在不同條件下有很大的差異。下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件此外，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還隨它所摻入的有用雜質(zhì)、受光線照射、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等作用而發(fā)生顯著的變化?？傊?，半導(dǎo)體就是一種在外界條件下有時(shí)導(dǎo)電，有時(shí)幾乎不能導(dǎo)電，容易受到熱、光、電、磁和雜質(zhì)等作用而改變其導(dǎo)電能力的一種固體材料。1.雜敏特性這是半導(dǎo)體最顯著的特點(diǎn)。摻入雜質(zhì)，它影響電子的數(shù)量和種類。純凈的半導(dǎo)體叫做本征半導(dǎo)體。鍺和硅是兩種最常用的半導(dǎo)體，它們最外層都有四個(gè)價(jià)電子，處于半穩(wěn)定狀態(tài)，其

3、導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。如圖5-1所示。(1)P型半導(dǎo)體在四價(jià)元素硅半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素，如硼或鋁等雜質(zhì)，硼原子最外層有三個(gè)價(jià)電子。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件當(dāng)其構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí),將因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴，如圖5-2所示。(2)N型半導(dǎo)體在四價(jià)元素硅半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素，如磷或砷等雜質(zhì)，磷原子最外層有五個(gè)價(jià)電子。當(dāng)硅晶體中某些位置上的硅原子被磷原子替代后，只需要四個(gè)價(jià)電子參與共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，多余的一個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子，如圖5-3所示。2.熱敏特性溫度可明顯地改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，它影響電子的數(shù)量和活潑性。利用這一特性，可制成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的

4、熱敏元件，如汽車油箱和水箱中的進(jìn)行溫度檢測(cè)的熱敏電阻，但另一方面熱敏特性使半導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性下降，因此，在半導(dǎo)體構(gòu)成的電路中常采用溫度補(bǔ)償及穩(wěn)定參數(shù)等措施。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件3.光敏特性光照(曝光)不僅可改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，它影響電子的數(shù)量。利用這一特性，可制成光敏電阻，光敏三極管、光電池等。光敏電阻可用于汽車前照燈的自動(dòng)變光器電路中，光電池已在空間技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，為人類利用太陽(yáng)能提供了廣闊的前景。本征半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)不同摻雜和工藝處理后就呈現(xiàn)以上的特性。汽車就是利用這些特性制作成不同功能的汽車電子元件和汽車傳感器。如表5-1所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5

5、.1半導(dǎo)體器件5.1.2PN結(jié)1.PN結(jié)的形成當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體通過(guò)一定的工藝結(jié)合在一起時(shí)，在交接面必然要發(fā)生由于載流子濃度不均勻而引起的電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，則在這兩種半導(dǎo)體的交界處將形成一個(gè)具有特殊性質(zhì)的薄層，因此稱為PN結(jié)。如圖5-4所示。PN結(jié)雖然只有微米級(jí)的寬度，但卻有十分重要的導(dǎo)電性能，它是各種半導(dǎo)體器件的工作基礎(chǔ)。2.PN結(jié)的導(dǎo)電特性(1)PN結(jié)加正向電壓(簡(jiǎn)稱正偏)如圖5-5(a)所示，即P區(qū)接外電源的正極，N區(qū)接負(fù)極，這種接法叫PN結(jié)的正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件這時(shí)空間電荷區(qū)變窄，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻態(tài)，形成了從P區(qū)流向N區(qū)的正向電流，即

6、PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合(2)PN結(jié)加反向電壓(簡(jiǎn)稱反偏)圖5-5(b)所示，即P區(qū)接外電源的負(fù)極，N區(qū)接正極，這種接法叫PN結(jié)的反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。這時(shí)空間電荷區(qū)變寬，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻態(tài)，只有很小的反向漏電流從N區(qū)流向P區(qū)，即PN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。5.1.3半導(dǎo)體二極管5.1.3.1二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管，實(shí)際上是由一個(gè)PN結(jié)加兩個(gè)引出電極和外殼制成的，如圖5-6所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件5.1.3.2二極管的伏安特性二極管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)PN結(jié)，當(dāng)在其兩端分別加上正反向電壓，并逐點(diǎn)測(cè)量流過(guò)其中的電流，就可以描繪出反映二極管兩端電壓和流過(guò)

7、其中的電流之間的關(guān)系，成為二極管的伏安特性。伏安特性一般可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出，也可在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)和有關(guān)乎冊(cè)中直接查到。圖5-7是測(cè)量二極管的伏安特性的電路圖。根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制出的二極管伏安特性曲線如圖5-8所示。5.1.3.3二極管的主要參數(shù)二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可用它的參數(shù)來(lái)說(shuō)明，二極管的主要參數(shù)有:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)5.1半導(dǎo)體器件1.最大整流電流Ifm最大整流電流是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。使用時(shí)工作電