汽车电工电子基础3二极管及其应用课件

1、2022/7/27汽车电工电子基础 2022/7/27直流电路常用电磁元件的认识二极管及其应用晶体管及其应用集成运算放大器及其应用模块一模块二模块三模块四模块五模块六模块七模块八数字电路汽车发电机与电动机安全用电 模块三 二极管及其应用一、半导体基础知识二、二极管三、二极管的应用技能实训模块小结 主要内容学习目标1理解半导体材料的导电机制及PN结的单向导电性；2能正确描述二极管的结构及工作特性；3掌握整流电路的原理及应用；4熟悉二极管在汽车上的应用；5会用万用表对二极管进行简易测试。一、半导体基础知识半导体的导电特性(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电

2、 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强图3-1 硅单晶体中的共价键结构（一）本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式共价健共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si价电子 Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导

3、电机理 空穴 温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动。本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 ：自由电子作定向运动 电子电流； 价电子递补空穴 空穴电流。注意： 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。 （二）杂质半导体1. N型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导

4、体。 Si Si Si Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。2. P型半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。 Si Si Si Si在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。（三）PN结1. 半导体内部载流子的运动载流子的两种运动扩散运动和漂移运动扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓度高的区域向浓度较低区域的运动。漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的

5、定向运动。 2. PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P 型半导体N 型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。+形成空间电荷区3. PN结的特性 PN 结加正向电压（正向偏置）PN 结变窄 P接正、N接负 外电场I内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN+PN 结变宽PN 结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少

6、子数量很少，形成很小的反向电流。I P接负、N接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+3. PN结的特性 PN结正向导通，反向截止，只允许一个方向的电流通过，这就是PN结的单向导电性。二、二极管（一）二极管的基本结构图3-5 二极管的结构及图形符号（二）二极管的伏安特性硅管0.5V锗管0.2V反向击穿电压UBR导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性硅管0.60.7V锗管0.20.3VUI死区电压PN+PN+反向电

7、流在一定电压范围内保持常数。（三）二极管的主要参数最大整流电流：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。最高反向工作电压：指允许加在二极管两端的最高反向电压。反向电流：在室温下，二极管加反向电压未击穿时的反向电流值。最高工作频率：指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。图3-7 例3-1图图3-7 例3-1图（一）整流电路三、二极管的应用1. 单相半波整流电路1）电路工作原理u2正半周，VaVb，二极管D导通；u2负半周，Va Vb， 二极管D截止 。图3-8 单相半波整流电路图3-8 单相半波整流电路2）单相半波整流电路的性能指标（1）输出电压平均值（2）整流管平均整流电流（3）

8、整流管承受的最大反向电压图3-8 单相半波整流电路1）电路工作原理2. 单相桥式整流电路u2 正半周，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。u2 负半周，二极管 D2、 D4导通， D1、 D3 截止 。图3-9 单相桥式整流电路的电路图图3-10 单相桥式整流电路的工作波形图2）单相桥式整流电路的性能指标（1）输出电压平均值（2）整流管平均整流电流（3）整流管承受的最大反向电压（二）特殊二极管在汽车上的应用1. 稳压管稳压管正常工作时加反向电压稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。使用时要加限流电阻图3-11 稳压管的图形

9、符号及伏安特性稳压管的主要参数2）稳定电压UZ 3）动态电阻 1）稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZmaxrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。图3-12 汽车仪表稳压电路 稳压管与汽车仪表并联，利用 稳压管可为汽车仪表提供稳定的工作电压。2. 发光二极管半导体发光二极管是一种由磷砷化镓等半导体材料制成的将电能直接转 换成光能的固体器件，简称LED。发光二极管的工作电压在2V左右，其工作电流在几毫安至十几毫安。图3-13 发光二极管外形及图形符号在汽车电路中，发光二极管应用非常广泛。3. 光敏二极管光敏二极管是利用硅PN结受光照后产生光电流的一种光敏器件，其结构与普通半导体二极管相似。图3-14

10、 光敏二极管的结构及图形符号光敏二极管工作于反向偏压，其光谱响应特性主要由半导体材料中所掺的杂质浓度决定。图3-15 光敏二极管基本电路及伏安特性曲线 日照强度传感器可以把太阳光的照射强度转换成电流的变化，车内自动空调控制单元对这种变化进行检测，来调节排风量和排风口温度。图3-16 日照强度传感器及其应用等效电路4. 光接收机雪崩光电二极管的工作原理类似于光信号放大，它是利用强电场来进行雪崩放大。图3-17 雪崩光电二极管的结构图3-18 汽车MOST总线的控制单元技能实训（一）二极管的检测1. 用指针式万用表检测图3-19 用指针式万用表测试二极管2. 用数字式万用表检测3. 分析讨论 把万

11、用表拨到二极管档，然后将万用表的红表笔接二极管的一极，黑表笔接另一极。在测得正向压降值小的情况下，红表笔（表内电池的正极）所接的是二极管的正极，黑表笔所接的是二极管的负极。一般，所显示的二极管正向压降：硅二极管为500800mV，锗二极管为200350mV。（二）二极管控制白炽灯电路连接与检测1. 线路连接与检验图3-20 带二极管的电路图2. 电路测量图3-21 标注测量点的带二极管电路图3. 分析讨论模块小结2半导体的导电特性：导电能力可以人为地加以调整；导电能力对环境的变化很敏感，特别是对温度和光照的变化最敏感；半导体的电流是电子电流和空穴电流之和。31杂质半导体分两类： N型半导体和 P型半导体。在 N型半导体中自由电子是多子，而空穴是少子。在 P型半导体中，空穴是多子，而自由电子是少子。PN结是在P型半导体和N型半导体