汽車電工電子基礎3二極管及其應用課件

1、2022/7/27汽車電工電子基礎 2022/7/27直流電路常用電磁元件的認識二極管及其應用晶體管及其應用集成運算放大器及其應用模塊一模塊二模塊三模塊四模塊五模塊六模塊七模塊八數(shù)字電路汽車發(fā)電機與電動機安全用電 模塊三 二極管及其應用一、半導體基礎知識二、二極管三、二極管的應用技能實訓模塊小結 主要內容學習目標1理解半導體材料的導電機制及PN結的單向導電性；2能正確描述二極管的結構及工作特性；3掌握整流電路的原理及應用；4熟悉二極管在汽車上的應用；5會用萬用表對二極管進行簡易測試。一、半導體基礎知識半導體的導電特性(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電

2、 能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強圖3-1 硅單晶體中的共價鍵結構（一）本征半導體 完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。 Si Si Si Si價電子 Si Si Si Si 價電子 價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導

3、電機理 空穴 溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動。本征半導體的導電機理 當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流 ：自由電子作定向運動 電子電流； 價電子遞補空穴 空穴電流。注意： 本征半導體中載流子數(shù)目極少, 其導電性能很差； 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。 （二）雜質半導體1. N型半導體摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導

4、體。 Si Si Si Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在N 型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。2. P型半導體摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或 P型半導體。 Si Si Si Si在 P 型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。（三）PN結1. 半導體內部載流子的運動載流子的兩種運動擴散運動和漂移運動擴散運動：電中性的半導體中，載流子從濃度高的區(qū)域向濃度較低區(qū)域的運動。漂移運動：在電場作用下，載流子有規(guī)則的

5、定向運動。 2. PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P 型半導體N 型半導體內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱 PN 結 擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。+形成空間電荷區(qū)3. PN結的特性 PN 結加正向電壓（正向偏置）PN 結變窄 P接正、N接負 外電場I內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。PN 結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。內電場PN+PN 結變寬PN 結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少

6、子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。I P接負、N接正 溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。+PN 結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。內電場PN+3. PN結的特性 PN結正向導通，反向截止，只允許一個方向的電流通過，這就是PN結的單向導電性。二、二極管（一）二極管的基本結構圖3-5 二極管的結構及圖形符號（二）二極管的伏安特性硅管0.5V鍺管0.2V反向擊穿電壓UBR導通壓降外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性硅管0.60.7V鍺管0.20.3VUI死區(qū)電壓PN+PN+反向電

7、流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。（三）二極管的主要參數(shù)最大整流電流：指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓：指允許加在二極管兩端的最高反向電壓。反向電流：在室溫下，二極管加反向電壓未擊穿時的反向電流值。最高工作頻率：指保證二極管具有單向導電作用的最高工作頻率。圖3-7 例3-1圖圖3-7 例3-1圖（一）整流電路三、二極管的應用1. 單相半波整流電路1）電路工作原理u2正半周，VaVb，二極管D導通；u2負半周，Va Vb， 二極管D截止 。圖3-8 單相半波整流電路圖3-8 單相半波整流電路2）單相半波整流電路的性能指標（1）輸出電壓平均值（2）整流管平均整流電流（3）

8、整流管承受的最大反向電壓圖3-8 單相半波整流電路1）電路工作原理2. 單相橋式整流電路u2 正半周，二極管 D1、 D3 導通， D2、 D4 截止 。u2 負半周，二極管 D2、 D4導通， D1、 D3 截止 。圖3-9 單相橋式整流電路的電路圖圖3-10 單相橋式整流電路的工作波形圖2）單相橋式整流電路的性能指標（1）輸出電壓平均值（2）整流管平均整流電流（3）整流管承受的最大反向電壓（二）特殊二極管在汽車上的應用1. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。使用時要加限流電阻圖3-11 穩(wěn)壓管的圖形

9、符號及伏安特性穩(wěn)壓管的主要參數(shù)2）穩(wěn)定電壓UZ 3）動態(tài)電阻 1）穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZmaxrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。圖3-12 汽車儀表穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓管與汽車儀表并聯(lián)，利用 穩(wěn)壓管可為汽車儀表提供穩(wěn)定的工作電壓。2. 發(fā)光二極管半導體發(fā)光二極管是一種由磷砷化鎵等半導體材料制成的將電能直接轉 換成光能的固體器件，簡稱LED。發(fā)光二極管的工作電壓在2V左右，其工作電流在幾毫安至十幾毫安。圖3-13 發(fā)光二極管外形及圖形符號在汽車電路中，發(fā)光二極管應用非常廣泛。3. 光敏二極管光敏二極管是利用硅PN結受光照后產生光電流的一種光敏器件，其結構與普通半導體二極管相似。圖3-14

10、 光敏二極管的結構及圖形符號光敏二極管工作于反向偏壓，其光譜響應特性主要由半導體材料中所摻的雜質濃度決定。圖3-15 光敏二極管基本電路及伏安特性曲線 日照強度傳感器可以把太陽光的照射強度轉換成電流的變化，車內自動空調控制單元對這種變化進行檢測，來調節(jié)排風量和排風口溫度。圖3-16 日照強度傳感器及其應用等效電路4. 光接收機雪崩光電二極管的工作原理類似于光信號放大，它是利用強電場來進行雪崩放大。圖3-17 雪崩光電二極管的結構圖3-18 汽車MOST總線的控制單元技能實訓（一）二極管的檢測1. 用指針式萬用表檢測圖3-19 用指針式萬用表測試二極管2. 用數(shù)字式萬用表檢測3. 分析討論 把萬

11、用表撥到二極管檔，然后將萬用表的紅表筆接二極管的一極，黑表筆接另一極。在測得正向壓降值小的情況下，紅表筆（表內電池的正極）所接的是二極管的正極，黑表筆所接的是二極管的負極。一般，所顯示的二極管正向壓降：硅二極管為500800mV，鍺二極管為200350mV。（二）二極管控制白熾燈電路連接與檢測1. 線路連接與檢驗圖3-20 帶二極管的電路圖2. 電路測量圖3-21 標注測量點的帶二極管電路圖3. 分析討論模塊小結2半導體的導電特性：導電能力可以人為地加以調整；導電能力對環(huán)境的變化很敏感，特別是對溫度和光照的變化最敏感；半導體的電流是電子電流和空穴電流之和。31雜質半導體分兩類： N型半導體和 P型半導體。在 N型半導體中自由電子是多子，而空穴是少子。在 P型半導體中，空穴是多子，而自由電子是少子。PN結是在P型半導體和N型半導體