汽车电工电子技术（第2版）教学课件作者张华单元五.ppt

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1、单元五晶体管及其应用任务5.1半导体器件任务5.2汽车直流电源任务5.3三极管放大电路任务5.4集成运算放大器在汽车中的应用任务5.5技能训练返回任务5.1半导体器件5.1.1半导体基本特性半导体在导体与非导体之间居特殊的地位。半导体的导电性能与温度、压力、照射的光强度有关，或与半导体中外部原子(掺杂)的数量有关。5.1.1.1半导体的特性我们把导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。常用的半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓以及大多数金属氧化物等。半导体中参与导电的粒子有两种:带正电荷的空穴和带负电荷的自由电子，它们统称为载流子。由于纯净的硅和锗(称为本征半导体)晶体具有稳定的共价键

2、结构，受热激发产生的载流子的数目很少，故导电能力较弱。半导体之所以得到广泛的应用，其原因不但在于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而在于它的导电能力在不同条件下有很大的差异。下一页返回任务5.1半导体器件此外，半导体的导电能力还随它所掺入的有用杂质、受光线照射、电场、磁场等作用而发生显著的变化。总之，半导体就是一种在外界条件下有时导电，有时几乎不能导电，容易受到热、光、电、磁和杂质等作用而改变其导电能力的一种固体材料。1.杂敏特性这是半导体最显著的特点。掺入杂质，它影响电子的数量和种类。纯净的半导体叫做本征半导体。锗和硅是两种最常用的半导体，它们最外层都有四个价电子，处于半稳定状态，其

3、导电性介于导体和绝缘体之间。如图5-1所示。(1)P型半导体在四价元素硅半导体中掺入微量三价元素，如硼或铝等杂质，硼原子最外层有三个价电子。上一页下一页返回任务5.1半导体器件当其构成共价键时,将因缺少一个电子而形成一个空穴，如图5-2所示。(2)N型半导体在四价元素硅半导体中掺入微量五价元素，如磷或砷等杂质，磷原子最外层有五个价电子。当硅晶体中某些位置上的硅原子被磷原子替代后，只需要四个价电子参与共价键结构，多余的一个价电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子，如图5-3所示。2.热敏特性温度可明显地改变半导体的电导率，它影响电子的数量和活泼性。利用这一特性，可制成自动检测系统中的

4、热敏元件，如汽车油箱和水箱中的进行温度检测的热敏电阻，但另一方面热敏特性使半导体的热稳定性下降，因此，在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参数等措施。上一页下一页返回任务5.1半导体器件3.光敏特性光照(曝光)不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，它影响电子的数量。利用这一特性，可制成光敏电阻，光敏三极管、光电池等。光敏电阻可用于汽车前照灯的自动变光器电路中，光电池已在空间技术中得到广泛应用，为人类利用太阳能提供了广阔的前景。本征半导体经过不同掺杂和工艺处理后就呈现以上的特性。汽车就是利用这些特性制作成不同功能的汽车电子元件和汽车传感器。如表5-1所示。上一页下一页返回任务5

5、.1半导体器件5.1.2PN结1.PN结的形成当P型半导体和N型半导体通过一定的工艺结合在一起时，在交接面必然要发生由于载流子浓度不均匀而引起的电子和空穴的扩散运动，则在这两种半导体的交界处将形成一个具有特殊性质的薄层，因此称为PN结。如图5-4所示。PN结虽然只有微米级的宽度，但却有十分重要的导电性能，它是各种半导体器件的工作基础。2.PN结的导电特性(1)PN结加正向电压(简称正偏)如图5-5(a)所示，即P区接外电源的正极，N区接负极，这种接法叫PN结的正向偏置，简称正偏。上一页下一页返回任务5.1半导体器件这时空间电荷区变窄，PN结呈现低阻态，形成了从P区流向N区的正向电流，即

6、PN结处于正向导通状态。相当于开关闭合(2)PN结加反向电压(简称反偏)图5-5(b)所示，即P区接外电源的负极，N区接正极，这种接法叫PN结的反向偏置，简称反偏。这时空间电荷区变宽，PN结呈现高阻态，只有很小的反向漏电流从N区流向P区，即PN结处于反向截止状态。相当于开关断开。5.1.3半导体二极管5.1.3.1二极管的结构半导体二极管，实际上是由一个PN结加两个引出电极和外壳制成的，如图5-6所示。上一页下一页返回任务5.1半导体器件5.1.3.2二极管的伏安特性二极管实质上就是一个PN结，当在其两端分别加上正反向电压，并逐点测量流过其中的电流，就可以描绘出反映二极管两端电压和流过

7、其中的电流之间的关系，成为二极管的伏安特性。伏安特性一般可用实验方法测出，也可在产品说明书和有关乎册中直接查到。图5-7是测量二极管的伏安特性的电路图。根据测量结果绘制出的二极管伏安特性曲线如图5-8所示。5.1.3.3二极管的主要参数二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可用它的参数来说明，二极管的主要参数有:上一页下一页返回任务5.1半导体器件1.最大整流电流Ifm最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。使用时工作电