新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全 課件 2 常用電子元器件工作原理與檢測

新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17模塊一電學(xué)基礎(chǔ)知識與電子元器件檢測本模塊介紹電學(xué)基礎(chǔ)知識與電子元器件檢測，分為三個學(xué)習(xí)任務(wù)，分別為：學(xué)習(xí)任務(wù)一，基礎(chǔ)電路認(rèn)知；學(xué)習(xí)任務(wù)二，常用電子元器件工作原理與檢測；學(xué)習(xí)任務(wù)三，功率變換電路應(yīng)用。通過以上學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)習(xí)，你能夠?qū)W會測量電阻、電壓和電流等電路基本參數(shù)的方法；能夠識別并檢測常用電子元器件；能夠識別新能源汽車的功率變換電路及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17學(xué)習(xí)任務(wù)1常用電子元器件工作原理與檢測任務(wù)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1.能夠描述電阻器的類型及其作用；2.能夠描述電容器的類型及其作用；3.能夠描述電感器的類型及其作用；4.能夠描述二極管、晶體管、MOSTET和IGBT分立器件辨識方法。

能力目標(biāo)：1.能夠識別常用的電子元器件；2.能夠檢測常用的電子元器件。

素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和工匠精神；2.培養(yǎng)安全意識和團隊協(xié)作精神；3.培養(yǎng)自我管理和自主學(xué)習(xí)能力。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2024/10/919:17情境導(dǎo)入

情境描述：

在電路板上你會發(fā)現(xiàn)好多電子元器件都有3個管腳，他們都是“三極管”嗎？

情境提示：

有3個管腳的元器件不一定都是晶體三極管，還有可能是場效應(yīng)管或IGBT。如果需要確定是哪種類型的元器件，可以采用萬用表檢測或者查閱其型號。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全知識學(xué)習(xí)

一、電阻器的類型、應(yīng)用、封裝與檢測1.電阻器的類型與應(yīng)用電阻器簡稱電阻，是電子電路上應(yīng)用最廣泛的電子器件之一，其作用一般是限流、分流、降壓、分壓和電路偏置。電阻器在電路中可以單獨使用，也可以和其他元器件一起使用，如電感、電容以及各種IC。電阻器在電路板上的絲印符號為R。（1）電阻器的分類方式電阻器分類方式如下：1）按阻值分類，可分為固定電阻、可變電阻和特種電阻。2）按制造材料分類，可分為薄膜類、合金類、合成類和敏感類等。如碳膜電阻、金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻、線繞電阻等。3）按安裝方式分類，可分為插件電阻和貼片電阻。4）按功能分類，可分為負(fù)載電阻、采樣電阻、分流電阻、保護(hù)電阻等。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）常用的電阻器及應(yīng)用1）預(yù)充電阻預(yù)充電阻內(nèi)部是繞線電阻。在檢查預(yù)充電路時，要注意了解預(yù)充電阻的阻值和額定功率。在進(jìn)行元器件替換時，除注意阻值外，還要確定功率是否匹配。預(yù)充電路的示意圖中由R1與C1構(gòu)成典型的RC電路。在電動汽車上電瞬間，如果不經(jīng)過預(yù)充電路，高壓電直接加到電容上，會因電流過大損壞電容器及其他元器件。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全動力電池中的預(yù)充電路熔絲預(yù)充電阻預(yù)充接觸器新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2）碳膜電阻（型號：RT）碳膜電阻是在陶瓷骨架表面上，將碳?xì)浠衔镌谡婵罩型ㄟ^高溫蒸發(fā)分解沉積成碳結(jié)晶導(dǎo)電膜。碳膜電阻價格低廉，阻值范圍寬(1Ω~10MΩ)，溫度系數(shù)為負(fù)值。碳膜電阻常用額定功率為1/8W~10W，精度等級為+5%、10%、20%，在一般的電子產(chǎn)品中大量使用。3）金屬膜電阻（型號：RJ）金屬膜電阻是在陶瓷骨架表面，經(jīng)真空高溫或燒滲工藝蒸發(fā)沉積一層金屬膜或合金膜。金屬膜電阻的特點是：精度高、穩(wěn)定性好、噪聲低、體積小、高頻特性好，且允許工作環(huán)境溫度范圍大(-55~+125℃)、溫度系數(shù)低((50~100)x10-6/℃)。金屬膜電阻是電子電路應(yīng)用最廣泛的電阻之一。金屬膜電阻常用額定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，標(biāo)稱阻值在10Ω~10MΩ之間。4）金屬氧化膜電阻（型號：RY）在玻璃、瓷器等材料上，通過高溫以化學(xué)反應(yīng)形式生成以二氧化錫為主體的金屬氧化層。該電阻器由于氧化膜膜層比較厚，因而具有極好的脈沖、高頻和過負(fù)荷性能，且耐磨、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。但阻值范圍窄，溫度系數(shù)比金屬膜電阻差。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全5）合金類電阻用塊狀電阻合金拉制成合金或碾壓成合金箔制成電阻，主要包括：繞線電阻（型號：RX）和精密合金箔電阻（型號：RJ）。6）合成類電阻將導(dǎo)電材料與非導(dǎo)電材料按一定比例混合成不同的電阻率的材料后制成的電阻。該電阻最突出的優(yōu)點是可靠性高。常見的合成類電阻有金屬玻璃釉電阻（型號：RI）、實芯電阻（型號：RS）、合成膜電阻（型號：RH）、電阻排等。7）敏感類電阻常見的敏感類電阻如熱敏電阻、壓敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等，汽車上通常應(yīng)用在傳感器上。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（1）直插電阻直插電阻的類型有軸向封裝具有扁平輪廓和圓柱或箱形設(shè)計，兩端帶引線。電阻器阻值的標(biāo)識方法常用的有直標(biāo)法、文字符號法、數(shù)碼法和色標(biāo)法。2.電阻器的封裝不同類型電阻器在電路板上常見的封裝方式不一定相同。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）貼片電阻貼片電阻(SMDResistor)又名片式固定電阻器(ChipFixedResistor)，是合成類金屬玻璃釉電阻器中的一種，將金屬粉和玻璃釉粉混合，采用絲網(wǎng)印刷法印在基板上制成的電阻器。這種電阻特點是耐潮濕和高溫，溫度系數(shù)小，還可以大大節(jié)約電路空間成本，使設(shè)計更精細(xì)化。貼片電阻一般采用數(shù)碼法進(jìn)行標(biāo)注。如391表示39×101=390Ω；473表示47×103=47000Ω；5R60表示5.60Ω。（3）晶圓電阻（無引腳電阻）晶圓電阻，也叫做無引腳電阻，是一種金屬膜柱狀電阻。它介于貼片電阻與直插電阻之間，主要適用于電流較大、耐高壓沖擊、安全性要求高的高階電路中。與直插電阻相比，由于去掉了引線，因此很大程度上降低了直插電阻在高頻時引線所產(chǎn)生的寄生電感，同時能夠解決直插電阻小阻值中精度與溫度系數(shù)無法提高的問題。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電阻器的檢測電路維修中，通常需要使用數(shù)字式萬用表對電阻器進(jìn)行測量。在測量電阻時需要注意以下幾點：1）測量時電阻及所在電路不得帶電。2）測量電阻時，最好能將電阻從電路中斷開。3）在電路板上測量電阻時，測量值一般會小于或等于標(biāo)稱電阻值（由于電路的并聯(lián)關(guān)系），故測量值不準(zhǔn)確。如果測量值大于標(biāo)準(zhǔn)電阻，說明電路有故障。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全二、電容器的類型、應(yīng)用、工作原理與檢測1.電容器的類型與應(yīng)用（1）電容器的分類方式電容器簡稱電容。電容在電路中的作用很多，比如濾波、旁路、補償、耦合、去耦、整流、抑制干擾、儲能等，具體作用要根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析。電容器在電路板上的絲印符號是C。電容器的種類很多，分類法方法也有所不同。1）電容器從原理上可分為：無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等。2）電容器從材料上可分為：CBB電容（聚乙烯）、滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨石電容、電解電容、鉭電容等。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）常用的電容器及應(yīng)用以下介紹幾種常用的電容器及應(yīng)用。1）電解電容電解電容是電容的一種，金屬箔為正極（鋁或鉭），與正極緊貼金屬的氧化膜（氧化鋁或五氧化二鉭）是電介質(zhì)，陰極由導(dǎo)電材料、電解質(zhì)（電解質(zhì)可以是液體或固體）和其他材料共同組成，因電解質(zhì)是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。同時電解電容正負(fù)不可接錯。電解電容在電路板上的絲印符號一般是CE。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2）鉭電容鉭電容全稱是鉭電解電容，也是屬于電解電容的一種，但是使用金屬鉭做為介質(zhì)，不像普通電解電容那樣使用電解液。鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙繞制，本身幾乎沒有電感。鉭電容的性能優(yōu)異，是電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品，在電源濾波、交流旁路等用途上應(yīng)用最廣泛。鉭電容也是一種有極性的電容，帶橫線一側(cè)是電容的正極。3）MLCC電容（獨石電容）MLCC（Multi-layerCeramicCapacitors）是片式多層陶瓷電容器的英文縮寫。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個類似獨石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨石電容器。這種電容是無極性電容，在電路板上應(yīng)用數(shù)量最多。

新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全4）安規(guī)電容安規(guī)電容是指電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全的安全電容器。安規(guī)電容通常只用于抗干擾電路中的濾波。它們用在電源濾波器里，起到電源濾波作用，分別對共模、差模干擾起濾波作用。出于安全考慮和EMC（電磁兼容性）考慮，一般在電源入口建議加上安規(guī)電容。安規(guī)電容分為x型和y型。交流電源輸入分為3個端子：火線L/零線N/地線G，(L=Line,N=Neutral,G=Ground)?？缬凇癓-N”之間，即“火線-零線”之間的是X電容；跨于“L-G/N-G”之間，即“火線-地線或零線-地線”之間的是Y電容。火線與零線之間接個電容就像是“X”,而火線與地線之間接個電容像個“Y”。

新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全5）超級電容器超級電容器（SC），也稱法拉電容器，是一種高容量電容器，其電容值遠(yuǎn)高于其他電容器，但電壓限制較低，它彌合了電解電容器和可充電電池之間的差距。它通常比電解電容器在每單位體積或質(zhì)量上存儲10到100倍的能量，可以比電池更快地接受和傳遞電荷，并且比可充電電池耐受更多的充電和放電循環(huán)。超級電容器用于需要許多快速充電/放電循環(huán)而不是長期緊湊型能量存儲的應(yīng)用中。它們用于汽車及其他工程機械再生制動、短期能量存儲或突發(fā)模式供電。較小的單元可用作靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的備用電源。與普通電容器不同，超級電容器不使用常規(guī)的固體電介質(zhì)，而是使用靜電雙層電容或電化學(xué)電容。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.電容器的充放電原理（1）電容器的充電和放電過程1-直流電壓電源；2-開關(guān)；3-電流表；4-電阻；5-電容器圖

電容器的充電和放電過程1-電容器充電；2-電容器放電；i-電流；u-電壓；t-時間圖

電容器的充電和放電時的電壓電流曲線新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）電容器的充電和放電時間計算充電和放電時間時，需要電容器充電電流經(jīng)過的電阻阻值和電容器的電容值。施加的電壓大小對充電時間沒有影響。電容容值C越小，電阻值R越小，充放電過程越快。因此電容器C與電阻R的乘積為時間常數(shù)τ，即：τ=R*C（3）電容器串并聯(lián)將電容器依次連接在一起且相同電流經(jīng)過所有電容器時，電容器為串聯(lián)形式。容器并聯(lián)時，施加在所有電容器上的電壓都相同。因為通過電流為電容器充電，所以所有電容器的總電容大于所有單個電容器的電容。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電容器的檢測電容器的損壞主要是外觀的損壞、短路、開路、電參數(shù)的退化。從外觀判斷，如果有開裂、鼓包、漏液（比如電解電容）那可以立刻判斷此電容器已經(jīng)損壞。如果從電容器外觀不能判斷好壞，則需要通過對電容器的測量來判斷。測量前需要先將電容器放電，如果是耐壓值小或容值較小的電容器，可以直接將兩腳短路放電，而其它情況下需要串接電阻或者燈泡等負(fù)載進(jìn)行放電。另外，和測量電阻類似，電路不能帶電，并且最好將電容器取下進(jìn)行測量。如果在電路中測量電容器，因電容器本身是個儲能的元器件，而且電路中其他元器件對它的影響較大，所以在電路中測量電容器的容值會不準(zhǔn)確。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（1）使用數(shù)字萬用表電容檔測量電容器使用數(shù)字萬用表電容檔測量電容器的容值時，需要注意被測電容器的容值和萬用表的量程是否匹配。同時要注意被測電容器是有極性還是無極性電容。對于容值較小的電容器，測量時偏差較大。（2）使用數(shù)字萬用表電阻檔測量電容器有的數(shù)字萬用表沒有電容檔位，此時可以用電阻檔的最大檔位來測量判斷電容器的好壞。在此檔位時，萬用表的紅黑表筆間有一定電壓，連接好電容器后，相當(dāng)于給電容充電。隨著充電電壓的上升，充電電流減小。由R=U/I,電流I不斷減小，電阻R的讀數(shù)會不斷變大。實際測量時，電阻阻值的讀數(shù)會不斷變大，直至超量程。放電后，再次測量，讀數(shù)仍由小變大，說明電容器無故障。注意：萬用表讀數(shù)變化的快慢與被測電容器的容值有關(guān)。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（3）使用指針式萬用表測量電容器使用指針式萬用表也可以測量電容器的好壞。測量時按照以下步驟進(jìn)行。1）第1步：萬用表機械調(diào)零。2）第2步：看電容刻度盤；刻度盤顯示CX1，表示量程是1微法；CX10表示量程是10微法。通過刻度盤的分度讀數(shù)，可以顯示在量程內(nèi)的其他讀數(shù)。3）第3步：選擇量程，再次調(diào)零。先將兩指針短接，再次調(diào)零。4）第4步：測量前，先將電容放電，連接表筆測量電容。測量時，萬用表的黑表筆連接內(nèi)部電源的正極，紅表筆連接內(nèi)部電源的負(fù)極。帶極性的電容器正極連接黑色表筆。如果電容正常，指針迅速右偏至正常讀數(shù)后向左擺到底，說明該電容正常。若表針回轉(zhuǎn)后指示的數(shù)值很小，說明電容已擊穿；若表針無偏轉(zhuǎn)，說明電容已開路。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全三、電感器的類型、應(yīng)用、工作原理與檢測1.電感器的類型與應(yīng)用（1）電感器的分類方式電感器(Inductor)，又稱扼流器、電抗器、動態(tài)電抗器，是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元器件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器，但只有一個繞組。電感器的電感只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下，電路接通時它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感器的種類很多，分類法方法也有所不同。1）電感器按外形可分為實心電感器（實心線圈）和空心電感器（空心線圈）。2）按工作性質(zhì)可分為高頻電感器（各種天線線圈、振蕩線圈）、中頻電感器和低頻電感器（各自扼流圈、濾波線圈）。3）按照封裝形式可分為普通電感器、色環(huán)電感器、環(huán)氧樹脂電感器和貼片電感器等。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）電感器的應(yīng)用電感器在電路中起阻流和濾波作用，還具有抑制電磁波干擾、篩選信號、穩(wěn)定電流以及過濾噪聲的作用，具體作用要根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析。電感器在電路板上的絲印符號L，計量單位是H（亨利）。圖是帶鐵芯和不帶鐵芯電感器在電路中的符號。1-不帶鐵芯的線圈；2-帶鐵芯的線圈新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.電感器的工作原理如圖所示，電感線圈L通過一個電阻R與一個直流電源連接在一起。開關(guān)接通時，幾乎全部電壓UB都加在線圈上。接通時線圈起到中斷作用，這與電容器的作用相反。圖中，在階段1中，磁場建立。此時電感兩端電壓由大變小，電流由小變大。當(dāng)開關(guān)閉合到2的位置時，磁場消失，此時電壓發(fā)生突變并反向，由磁場能變成電場能輸出，電流由大變小，直至到0。1-磁場建立；2-磁場消失；i-電流；u-電壓；t-時間新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全4.電感器的檢測在電路檢修中，可以使用數(shù)字萬用表對電感器進(jìn)行檢測。如果萬用表沒有電感測試功能的，可以選用電阻檔測量線圈是否斷路、短路或絕緣不良。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全四、二極管的特性與工作原理、類型與檢測1.二極管的特性與工作原理二極管是用半導(dǎo)體材料(硅、硒、鍺等)制成的一種電子器件。它具有單向?qū)щ娦阅埽唇o二極管陽極加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通。當(dāng)給陽極和陰極加上反向電壓時，二極管截止，即“正向?qū)ǎ聪蚪刂埂?。因此，二極管的導(dǎo)通和截止，相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。二極管是最早誕生的半導(dǎo)體元器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。特別是在各種電子電路中，利用二極管和電阻、電容、電感等元器件進(jìn)行合理的連接，構(gòu)成不同功能的電路，可以實現(xiàn)對交流電整流、對調(diào)制信號檢波、限幅和鉗位以及對電源電壓的穩(wěn)壓等多種功能。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.二極管的類型（1）穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管,在電路板上的絲印符號一般是ZD。穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿時，主要參數(shù)是穩(wěn)定電壓Uz和穩(wěn)定電流Iz。穩(wěn)定電壓小于4V的具有負(fù)溫度系數(shù)特性，高于7V的具有正溫度系數(shù)特性，即溫度高穩(wěn)定電壓也高。（2）發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）也具有單向?qū)щ娦?，開啟電壓比普通二極管大。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色取決于材料，管腳長的是二極管的正極。在電路中，發(fā)光二極管一般和限流電阻一起使用，保證發(fā)光二極管不被損壞。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（3）光電二極管光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體元器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電傳感器件。（4）肖特基二極管肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。SBD具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。肖特基二極管最大的缺點是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大，設(shè)計上需注意其熱失控。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（5）快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（簡稱FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用?？旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。（6）瞬態(tài)抑制二極管瞬態(tài)電壓抑制二極管簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10的負(fù)12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受電路中各種浪涌脈沖的損壞。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全3.二極管的檢測在電路檢修中，可使用數(shù)字萬用表的二極管檔測量二極管的好壞。數(shù)字萬用表的紅色表筆連接二極管的正極，黑色表筆連接二極管的負(fù)極。當(dāng)二極管正常時，萬用表顯示二極管正常導(dǎo)通的電壓降。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全五、三極管的工作原理與檢測三極管全稱為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。三極管作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。在PCB上三極管的絲印符號一般是Q或VT新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全1.三極管的工作原理（1）三極管的結(jié)構(gòu)原理三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元器件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以NPN型為例，位于中間的P區(qū)稱作基區(qū)，它很薄且雜質(zhì)濃度很低，位于上層的是N區(qū)是發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高；位于下層的N區(qū)是集電區(qū)，面積很大。三極管的外特性與三個區(qū)域的上述特點緊密相關(guān)，它們所引出的三個電極分別為基極b、發(fā)射極e和集電極c。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全（2）三極管的工作特性三極管具有電流放大作用，其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量，這是三極管最基本的和最重要的特性。圖是三極管的基本放大電路，Δu1為輸入電壓信號，接入基極-發(fā)射極回路，稱為輸入回路；放大后的信號在集電極-發(fā)射極回路，稱為輸出回路。由于發(fā)射極是兩個回路的公共端，故稱該電路為共射放大電路。使晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。發(fā)射極電流IE，基極電流IB，集電極電流IC。從外部看：IE=IC+IB用β表示共射交流直流放大系數(shù)，小功率管的β較大，有的可達(dá)300到400百倍；大功率管的β較小，有的甚至只有30到40倍。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全1）輸入特性曲線輸入特性曲線描述管壓降UCE一定的情況下，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)關(guān)系，即：iB=f（uBE）|UCE=常數(shù)2）輸出特性曲線輸出特性曲線描述基極電流IB為一常量時，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系。即：iC=f（uCE）|iB=常數(shù)從輸出特性看，三極管有3個工作區(qū)域：①截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓且集電極反向偏置。②放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。③飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置。模擬電路中，絕大多數(shù)情況下應(yīng)保證三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)三極管做開關(guān)時，工作在截止、飽和兩個狀態(tài)。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.三極管的檢測（1）三極管極性及管型判斷把數(shù)字萬用表打到蜂鳴二極管檔，首先用紅筆假定三極管的一只引腳為b極，再用黑表筆分別角碰其余兩只引腳，如果測得兩次讀數(shù)相差不大，且讀數(shù)都在600左右，則表明假定是對的，紅表筆接的就是b極，而且此管為ＮＰＮ型管。在兩次測量中黑表筆接觸的引腳，讀數(shù)較小的是c極，讀數(shù)較大的是e極。按以上方法，紅表筆接任一極，未出現(xiàn)另外兩極同時有讀數(shù)時，則按ＰＮＰ型管測。ＰＮＰ型管的判斷只須把紅黑表筆調(diào)換即可，測量方法同上。黑表筆不動，另外兩極均有讀數(shù)，則黑表筆接觸的為b極，其余為b、c極。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.三極管的檢測（2）三極管好壞判斷按以上方法測量時兩組讀數(shù)在300-800為正常，如果有一組數(shù)值不正常則表明三極管損壞，如果兩組數(shù)值相差不大則說明三極管性能劣化。正常測量兩腳（如c、e），如果讀數(shù)為0，說明三極管c和e之間短路或擊穿；如果讀數(shù)為1，說明三極管c和e之間開路。（3）代換原則NPN型和PNP型三極管之間不能代換，硅管和鍺管之間不能代換。2）原則上要同型號替換；不能同型號代換時，硅管代換硅管，NPN型代換NPN型。代換時，管腳位置不能弄錯。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全六、場效應(yīng)晶體管的工作原理與檢測1.場效應(yīng)晶體管的工作原理場效應(yīng)晶體管（FET），簡稱場效應(yīng)管。場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體元器件。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，F(xiàn)ET是單極型晶體管。FET體積小、重量輕、壽命長，且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107-1012歐姆，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強，耗電省。FET分為結(jié)型和絕緣柵型兩種不同的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ET為電壓控制元件。這里主要介紹絕緣柵型場效應(yīng)管，英文縮寫為IGFET。絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離，因此而得名。又因柵極為金屬鋁，故又稱為MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor，縮寫為MOS）。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全MOS管有N溝道和P溝道兩種，每一類又有增強型和耗盡型兩種。故MOS管可以分成4種類型，以下主要介紹N溝道增強型場效應(yīng)管。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.場效應(yīng)晶體管的檢測MOS場效應(yīng)管T的檢測方法如下：1）第1步，測量MOS場效應(yīng)管內(nèi)的二極管是否導(dǎo)通。使用數(shù)字萬用表的二極管檔，紅表筆連接S極，黑表筆連接D極，若二極管正常，則會顯示二極管導(dǎo)通的正向壓降。其余管腳均不應(yīng)導(dǎo)通。2）第2步，檢測漏-源是否導(dǎo)通。先對各管腳放電，然后利用萬用表表筆對G極充電，再測量D-S極是否導(dǎo)通，正常情況下應(yīng)導(dǎo)通；放電后再測量是否導(dǎo)通，正常情況下漏-源應(yīng)截止。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全七、絕緣柵雙極型晶體管IGBT的工作原理與檢測1.IGBT的工作原理IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由雙極型三極管和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,兼有）金氧半場效晶體管（MOSFET的高輸入阻抗和電力晶體管（GTR）的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全2.IGBT的檢測IGBT的檢測和MOS場效應(yīng)管類似，可以使用數(shù)字萬用表二極管檔測量管腳。1）第1步：檢測發(fā)射極E和集電極C之間的快恢復(fù)二極管是否導(dǎo)通。使用數(shù)字萬用表二極管檔測量E、C間的二極管是否導(dǎo)通。2）第2步：檢測E、C之間是否導(dǎo)通。先對管子放電，再對G極充電，檢測E、C是否導(dǎo)通。放電后，再測量E、C是否截止。新能源汽車電學(xué)基礎(chǔ)與高壓安全八、半導(dǎo)體材料和碳化硅MOSFET功率器件介紹1.半導(dǎo)體材料（1）第一代半導(dǎo)體材料第一代半導(dǎo)體是“元素半導(dǎo)體”。20世紀(jì)50年代以來,以硅(Si)、鍺(Ge)為代的第一代半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，取代了笨重的電子管，讓以集成電路為核心的微電子工業(yè)的發(fā)展和整個IT產(chǎn)業(yè)的飛躍。（2）第二代半導(dǎo)體材料然而由于硅材料的帶隙較窄、電子遷移率和擊穿電場較低等原因，硅材料在光電子領(lǐng)域和高頻高功率器件方面的應(yīng)用受到諸多限制。因此，以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導(dǎo)體材