汽車(chē)電子元件及檢測(cè)

1、 二極管 三極管 特殊晶體管 課題實(shí)驗(yàn) 半導(dǎo)體的概念 什么是二極管 二極管的檢測(cè)與焊接 二極管在汽車(chē)上的應(yīng)用 特殊二極管及其在汽車(chē)上的應(yīng)用自然界中，物質(zhì)的種類(lèi)繁多，性質(zhì)各異。根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電性能不同，可將物質(zhì)分為三類(lèi)。一類(lèi)是導(dǎo)體，即是導(dǎo)電性能良好的物質(zhì)，如銀、金、銅、鐵等。另一類(lèi)是幾乎不能導(dǎo)電的物體，叫做絕緣體，如塑料、陶瓷、玻璃、橡膠等。還有一類(lèi)物質(zhì)，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這樣一類(lèi)物質(zhì)叫半導(dǎo)體，如硅、鍺、砷化鎵及一些金屬氧化物等。一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)PN結(jié)，用兩金屬導(dǎo)體將這塊半導(dǎo)體分別引出，用絕緣物質(zhì)封裝起來(lái)便構(gòu)成一個(gè)二極管（如圖2-1-1）。二極

2、管按制造材料可分為硅二極管、鍺二極管。二極管可以看作電流的單向止回閥，它只允許電流以一個(gè)方向流動(dòng)，即從二極管的正極流向負(fù)極，這就是二極管的單向?qū)щ娦浴Ａ鬟^(guò)二極管的電流隨著加在二極管上的電壓變化而變化的性質(zhì)稱(chēng)為二極管的伏安特性。如圖2-1-2所示為二極管伏安特性曲線(xiàn)。（1）正向特性（2）反向特性（3）反向擊穿特性（1） 最大電流IF 最大電流是指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。實(shí)際使用時(shí)的工作電流應(yīng)小于IF，如果超過(guò)此值，將引起PN結(jié)過(guò)熱而燒壞。 （2） 最高反向電壓URM 最高反向電壓是指二極管工作時(shí)兩端所允許加的最大反向電壓。通常URM約為反向擊穿電壓UR的一半，以保證二極管安

3、全工作，防止擊穿。 一般情況下，二極管都有一定的標(biāo)注，塑料封裝二極管有標(biāo)記環(huán)的一側(cè)是負(fù)極；國(guó)產(chǎn)二極管帶色點(diǎn)的一端為正極。無(wú)標(biāo)記的二極管，如果要檢測(cè)二極管的好壞，可以用萬(wàn)用表二極管檔或電阻擋來(lái)判斷二極管的正、負(fù)極和好壞。根據(jù)二極管正向電阻小、反向電阻大的特點(diǎn)。用表筆分別與二極管的兩極相接，測(cè)出兩個(gè)電阻值。在所測(cè)得阻值較小的一次，與紅表筆相接的一端為二極管正極。同理，在所測(cè)得電阻值較大的一次，與紅表筆相接的是二極管負(fù)極，如2-1-3所示。返回返回返回返回如果測(cè)得的正、反向電阻值均很小，說(shuō)明二極管內(nèi)部短路；若正、反向電阻值均很大，說(shuō)明二極管內(nèi)部開(kāi)路，這兩種情況下，二極管就不能使用了。以上是普通二極管

4、的檢測(cè)方法，汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)上的整流二極管就可以按照上述方法進(jìn)行檢測(cè)。二極管的焊接與電子元件焊接類(lèi)似，但要求焊接時(shí)間短。要有協(xié)助散熱措施等（如吹風(fēng)）。將交流電變成直流電的過(guò)程叫做整流。在汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)中，就是利用二極管組成的整流板將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流為直流電。為了適應(yīng)汽車(chē)發(fā)電機(jī)的需要，專(zhuān)門(mén)制作了用于汽車(chē)的整流二極管，它們分為正極管和負(fù)極管。如圖2-1-4所示。三個(gè)正極管和三個(gè)負(fù)極管構(gòu)成的整流電路稱(chēng)為三相橋式整流電路，將發(fā)電機(jī)的交流電變?yōu)?2V的直流電。整流電路如圖2-1-5所示。一個(gè)通電的線(xiàn)圈，當(dāng)突然斷電時(shí)，就會(huì)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，如果這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)疊加在電路中的其他電子元件上（

5、一般為三極管）就會(huì)引起元件的損壞。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一般都在線(xiàn)圈旁邊并聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)吸收反向電動(dòng)勢(shì)，這種電路就是二極管的續(xù)流電路（如圖2-1-6所示）。在這種電路中，二極管起到了對(duì)其他電子元件的保護(hù)作用，所以也稱(chēng)為保護(hù)二極管。除了普通二極管外，還有專(zhuān)供特殊用途的二極管，如穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管和光電二極管等。穩(wěn)壓管是一種經(jīng)過(guò)特殊工藝制造成的二極管，它與電阻配合使用，具有穩(wěn)定電壓的功能。普通二極管加上反向電壓不導(dǎo)通，可是當(dāng)反向電壓達(dá)到一定程度（大于UR）時(shí)二極管會(huì)反向擊穿，普通二極管就會(huì)燒毀。但是經(jīng)過(guò)特殊工藝制造的穩(wěn)壓管就能夠耐得住反向電流。穩(wěn)壓管的外形與普通二極管區(qū)別不大，它的符號(hào)和伏安特性

6、如圖2-1-7所示。操作：用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源驗(yàn)證二極管的穩(wěn)壓作用。如圖2-1-8（a）所示，限流電阻的阻值為500，負(fù)載電阻阻值為3k，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為5.3V，調(diào)整穩(wěn)壓電源的電壓輸出值從412V逐步變化，對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出值，用萬(wàn)用表測(cè)量負(fù)載電阻兩端的電壓，觀察電壓變化。如圖2-1-8（b）所示，是利用穩(wěn)壓管為汽車(chē)儀表提供穩(wěn)定電源的電路，圖中的穩(wěn)壓管與電阻串聯(lián)而與儀表并聯(lián)。發(fā)光二極管的外形及符號(hào)如圖2-1-9所示。發(fā)光二極管的檢測(cè)：對(duì)于發(fā)光二極管，在用萬(wàn)用表檢測(cè)時(shí)正反向電阻差值很小，不易區(qū)分，可以用圖2-1-10所示的方法，自制一根測(cè)試線(xiàn)，連接到發(fā)光二極管上，直接檢測(cè)是否發(fā)光。如圖2-1-11所示

7、為浮子舌簧管開(kāi)關(guān)式液位傳感器應(yīng)用電路。如圖2-1-12所示。光電二極管的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。它的主要特點(diǎn)是：管子工作在反向狀態(tài)，反向電流與光照度成正比。光電二極管的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-1-13所示。 三極管的結(jié)構(gòu)與參數(shù) 三極管的三種工作狀態(tài) 三極管的檢測(cè) 三極管放大電路在汽車(chē)電子電路中的應(yīng)用 三極管開(kāi)關(guān)電路在汽車(chē)電子電路中的應(yīng)用 三極管構(gòu)成的多諧振蕩器及其在汽車(chē)電子電路中的應(yīng)用半導(dǎo)體三極管也稱(chēng)為晶體三極管。它是由兩個(gè)相距很近的PN結(jié)組成的，是在一塊半導(dǎo)體晶片上制造三個(gè)摻雜區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)，再引出三個(gè)電極，用管殼封裝，實(shí)物如圖2-2-1所示。 三極管由P型和N型材料組合的三層材料制成

8、。按照兩個(gè)PN結(jié)的組合方式不同，三極管可分為NPN型如圖2-2-2（a）、（b）所示和PNP型如圖2-2-2（c）、（d）所示兩種。實(shí)際上，一個(gè)三極管是擁有共同中間層的兩個(gè)二極管。三極管的性能可以用參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述，三極管參數(shù)是工程實(shí)踐中選用管子的主要依據(jù)，各種參數(shù)均可在三極管手冊(cè)中查到。（1）電流放大倍數(shù)三極管在有輸入信號(hào)的情況下，輸出信號(hào)的電流變化與輸入信號(hào)的電流變化之比，稱(chēng)為電流放大倍數(shù)，也就是一般簡(jiǎn)稱(chēng)的三極管放大倍數(shù)。電流放大倍數(shù)決定了三極管的基本放大能力。 （2）穿透電流ICEO當(dāng)基極b開(kāi)路時(shí)，集電極c、發(fā)射極e之間加上一定電壓時(shí)，ce之間并不是沒(méi)有電流流過(guò)，只是流過(guò)的電流很小，稱(chēng)為穿

9、透電流ICEO。三極管的穿透電流越小，管子的質(zhì)量越好。（3） 極限參數(shù)使三極管得到充分利用而又安全可靠工作的參數(shù)，叫做極限參數(shù)。1） 集電極最大允許電流ICM集電極電流的上升會(huì)引起電流放大倍數(shù)的下降，通常將值下降到正常值的三分之二時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱(chēng)為集電極最大允許電流ICM。ic超過(guò)ICM時(shí)，三極管不一定損壞，但放大能力會(huì)下降。2） 集電極最大允許耗散功率PCM當(dāng)集電極耗散功率是指集電極流過(guò)的電流與加載的電壓的乘積。當(dāng)集電極耗散功率上升時(shí)，三極管發(fā)熱，溫度上升，管子性能下降，甚至損壞。PCM是指集電結(jié)溫度不超過(guò)允許值（手冊(cè)上有規(guī)定）時(shí)，集電極所允許的最大功耗。3） 反向擊穿電壓三極管工作時(shí)

10、，加在任何兩個(gè)電極之間的反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生很大電流，從而導(dǎo)致管子損壞。U（BR）CEO是指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓值。除此之外，還有U（BR）EBO、U（BR）CEO等，均可在手冊(cè)中查出。操作規(guī)范：ICM、PCM、U（BR）CEO是三極管的極限參數(shù)，使用時(shí)不允許超過(guò)它，這三個(gè)參數(shù)共同確定了三極管的安全工作區(qū)域。根據(jù)三極管連接的外部電路條件，三極管有三種工作狀態(tài)?；鶚O加了反向偏壓。在這種狀態(tài)下，三極管不導(dǎo)通，沒(méi)有電流流動(dòng)，稱(chēng)為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。如果把ce間看作一個(gè)開(kāi)關(guān)的兩端，截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。對(duì)于PNP型三極管，發(fā)射極e與基極b電位差小于0.3V，如圖2-2-3

11、（b）所示，基極加了反向偏壓，PNP三極管截止。如圖2-2-4（a）所示，當(dāng)NPN管的基極b與發(fā)射極e電位差大于0.7V，這種情況稱(chēng)為基極加了正向偏壓。在這種狀態(tài)下，三極管導(dǎo)通，集電極C向發(fā)射極e有電流，而且流過(guò)的電流的大小與基極b流入的電流成正比，稱(chēng)為三極管的放大狀態(tài)。對(duì)于PNP管，放大狀態(tài)的條件是基極b的電位比發(fā)射極e的電位低0.3V以上。如圖2-2-4（b）所示。 在放大狀態(tài)，三極管ce之間的電流是隨著基極b的電流增大而增大的。但是，當(dāng)三極管的基極電流增加到一定值時(shí)，再增大正向偏壓，加大基極電流，ce之間的電流維持在一個(gè)最大值而不再增大了，這種狀態(tài)稱(chēng)為三極管的飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)，三極管

12、ce之間電位差很小，幾乎為零，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)的兩端閉合。在分析汽車(chē)電路中，如果遇到三極管飽和的狀態(tài)，可認(rèn)為c、e電位相等。一般情況下，管型是NPN還是PNP應(yīng)該從管殼上標(biāo)注的型號(hào)來(lái)判別。依照部頒標(biāo)準(zhǔn)，三極管型號(hào)的第二位（字母），A、C表示PNP管；B、D表示NPN管。 常用的小功率三極管有金屬圓殼封裝和塑料封裝（半圓柱形）等，管腳排列如圖2-2-6（a）所示。大功率三極管的外形有金屬殼封裝（扁柱形）管腳排列如圖2-2-6（b）所示，以及塑料封裝（扁平、管腳直列）等形式。 用指針式萬(wàn)用表的黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個(gè)極。若測(cè)得電阻都較小，約為幾百歐至幾千歐；將紅黑表筆對(duì)調(diào)，測(cè)得電

13、阻都較大，約為幾百千歐以上，這個(gè)管子就是NPN管，最初黑表筆接的就是基極。用指針式萬(wàn)用表的黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個(gè)極。若測(cè)得電阻都較大，約為幾百千歐以上；將紅黑表筆對(duì)調(diào)，測(cè)得電阻都較小，約為幾百歐至幾千歐。這個(gè)管子就是PNP管。最初黑表筆接的就是基極。對(duì)于NPN管，確定基極后，用指針式萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆分別接觸另兩個(gè)管腳，同時(shí)用指尖輕觸基極，觀察萬(wàn)用表指針擺動(dòng)情況；將兩個(gè)表筆對(duì)調(diào)，重復(fù)上述過(guò)程。取指針擺動(dòng)較大一次的表筆接觸位置，黑表筆接觸的是集電極c，紅表筆接觸的是發(fā)射極e。對(duì)于PNP管，確定基極后，用指針式萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆分別接觸另兩個(gè)管腳，同時(shí)用指尖輕觸基極，觀察萬(wàn)用表指

14、針擺動(dòng)情況；將兩個(gè)表筆對(duì)調(diào)，重復(fù)上述過(guò)程。取指針擺動(dòng)較大一次的表筆接觸位置，黑表筆接觸的是發(fā)射極e，紅表筆接觸的是集電極c。測(cè)晶體三極管正向阻值很大時(shí)，表明三極管開(kāi)路，如反向電阻值很小，或c-e極間的電阻值接近零，說(shuō)明三極管短路或已擊穿。如c-e極間的電阻值很小，則表明三極管的穿透電流過(guò)大，已不能使用。也可以測(cè)量晶體管直流電壓來(lái)判斷，短接基極與發(fā)射極，如集電極不變化或低于電源電壓，表示晶體三極管漏電或已擊穿，檢測(cè)NPN硅管放大器的直流工作狀態(tài)時(shí)，可以測(cè)Vb、Ve、Vc。Vb應(yīng)比Ve高為約0.7V，即Vbe=0.7V，這可作為判斷三極管好壞的依據(jù)，另外汽車(chē)電路中用NPN型晶體管作振蕩器，正常時(shí)基

15、極電壓應(yīng)比發(fā)射電壓低。但上述測(cè)量是用指針式萬(wàn)用表在三極管的空腳上進(jìn)行的，如果三極管是焊在電路上，就要考慮并聯(lián)處電路的影響，不能僅以電阻值來(lái)判斷三極管的好壞。返回返回返回返回返回按照三極管處于放大狀態(tài)的條件構(gòu)成三極管基本放大電路，如圖2-2-7所示。用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生如圖2-2-8（a）所示的電壓波形，輸入到圖2-2-7電路中的基極，在集電極就會(huì)得到如圖2-2-8（b）所示的電壓波形。用示波器觀察對(duì)比輸入、輸出波形。信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管放大，在放大電路中發(fā)生了三個(gè)變化：（1） 輸入電壓信號(hào)被放大。（2） 輸入電流被放大。（3）輸出波形反了180用三極管進(jìn)行信號(hào)放大時(shí)，信號(hào)一定是從基極輸入的，放大的信號(hào)可

16、以從集電極輸出也可以從發(fā)射極輸出。 三極管的最主要的性能是放大。在汽車(chē)電子電路中，主要用來(lái)對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大。圖2-2-9所示為利用三極管的放大特性制作的汽車(chē)電氣線(xiàn)路搭鐵（短路）探測(cè)器。當(dāng)三極管在基極電流控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)交替變換，就如同一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與閉合狀態(tài)交替變換一樣。如圖2-2-10所示為NPN管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。圖2-2-11為NPN管開(kāi)關(guān)電路。操作：按照?qǐng)D2-2-12所示電路連接。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)后，發(fā)光二極管發(fā)光；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，發(fā)光二極管熄滅。討論：分析圖2-2-12電路的工作原理。PNP管的開(kāi)關(guān)電路與NPN管開(kāi)關(guān)電路組成和工作原理類(lèi)似，只不過(guò)加在基極b上的控制信號(hào)要低于發(fā)射極電位。

17、如圖2-2-13示為PNP管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。操作：按照?qǐng)D2-2-14所示電路連接。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，發(fā)光二極管發(fā)光；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，發(fā)光二極管熄滅。討論：分析圖2-2-14電路的工作原理。術(shù)語(yǔ)：工程實(shí)踐中，一些三極管經(jīng)過(guò)特殊工藝制造。只需要很小的基極電流就能夠達(dá)到飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這種管子幾乎就只工作在截止和飽和導(dǎo)通兩種狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)狀態(tài)。一般將經(jīng)常工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，起開(kāi)關(guān)作用的三極管叫做開(kāi)關(guān)管。操作規(guī)范：在開(kāi)關(guān)管控制的繼電器或噴油器等線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的電子器件旁邊一定并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。有時(shí)在電路中為了控制的需要，要用到兩級(jí)或三級(jí)開(kāi)關(guān)電路，這些電路在汽車(chē)發(fā)電機(jī)電子調(diào)壓器電路中經(jīng)常用到。如圖2-2-15（a）所示為兩級(jí)開(kāi)

18、關(guān)電路，圖2-2-15（b）所示為三級(jí)開(kāi)關(guān)電路。所謂達(dá)林頓管就是連接在一起的兩只三極管，又稱(chēng)為復(fù)合管，它的放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘積。如圖2-2-16所示，三極管VT1用作前置放大管，它產(chǎn)生推動(dòng)VT2的基極電流，VT2是末級(jí)放大管，它與控制電路是隔離的，將電流繼續(xù)放大以驅(qū)動(dòng)負(fù)載部件。國(guó)產(chǎn)JFT106型電子調(diào)節(jié)器為14V外搭鐵式，調(diào)節(jié)電壓為13.814.6V，可與14V、750W的九管外搭鐵硅整流發(fā)電機(jī)配套使用，也可與14V、1000W的普通六管硅整流發(fā)電機(jī)配套使用，其電路如圖2-2-17所示。JFT201型電子調(diào)壓器適用于14 V、500 W以下的各種交流發(fā)電機(jī)，電路如圖2-2-18所

19、示。晶體管點(diǎn)火電路的點(diǎn)火信號(hào)由裝在分電器內(nèi)的信號(hào)發(fā)生器提供，如圖2-2-19為一種磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器。磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器由信號(hào)轉(zhuǎn)子、傳感線(xiàn)圈、鐵心、永久磁鐵等組成，如圖2-2-20所示。整個(gè)信號(hào)發(fā)生器裝在分電器內(nèi)，永久磁鐵和鐵心固定在分電器內(nèi)，傳感線(xiàn)圈繞在鐵心上。信號(hào)轉(zhuǎn)子由分電器軸帶動(dòng)，其上的凸齒數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相同。傳感線(xiàn)圈中磁通的變化和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖2-2-21所示。汽車(chē)電路中包含很多信號(hào)報(bào)警電路，基本原理就是監(jiān)控一個(gè)點(diǎn)的電位變化，來(lái)控制三極管的開(kāi)關(guān)，發(fā)出聲音或光的報(bào)警信號(hào)。如圖2-2-22所示為監(jiān)測(cè)蓄電池液位報(bào)警電路。多諧振蕩器是由三極管放大電路和將三極管集電極輸出信號(hào)反傳給三極

20、管基極的正反饋電路組成的，如圖2-2-23（a）所示。這種電路一般都畫(huà)成左右對(duì)稱(chēng)的形式，在電路中比較容易辨認(rèn)。圖2-2-23（b）所示電路為幫助理解多諧振蕩器的電路。多諧振蕩器工作原理：操作：用示波器觀察圖2-2-23所示電路的輸出波形，描繪三極管基極和集電極的波形。選用不同的容量的C1和C2及不同阻值的R1和R2，就可以改變電容的放電時(shí)間，由此改變振蕩電路的振蕩周期。（1） 電子式閃光器改變電阻R2、R3和電容器C的大小以及V3的值，即可改變閃光頻率，如圖2-2-24。（2） 電子式電喇叭電子式電喇叭即無(wú)觸點(diǎn)電喇叭，它具有音色和音量不變且易調(diào)整、故障少等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代汽車(chē)上使用愈來(lái)愈廣泛。電子式電喇叭主要由多諧振蕩器及功率放大器組成，圖2-2-25為其電路圖。V1、V2、V3構(gòu)成一多諧振蕩器。（3）刮水器間歇控制圖2-2-26為多諧振蕩器控制的間歇式電動(dòng)刮水器。其中R