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汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件书名：汽车电工电子基础ISBN：97871114119019787111411901作者：臧雪岩出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第第2 2章章 常用半导体器件与应用常用半导体器件与应用目录：目录：2.1 2.1 半导体基础知识半导体基础知识 2.2 2.2 半导体二极管半导体二极管 2.3 2.3 半导体三极管半导体三极管 2.4 2.4 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 2.5 2.5 基本放大电路及其分析基本放大电路及其分析 2.6 2.6 集成运算放大器集成运算放大器 2.7 2.7 晶闸管晶闸管 2.8 2.8 直流稳压电源直流稳压电源 第第2 2章章 常用半导体器件与应用常用半导体器件与应用应知：应知：应知：应知：半导体导电特性，半导体导电特性，半导体导电特性，半导体导电特性，PNPNPNPN结结构及形成过程；结结构及形成过程；结结构及形成过程；结结构及形成过程；二极管结构、单向导电性及其应用；二极管结构、单向导电性及其应用；二极管结构、单向导电性及其应用；二极管结构、单向导电性及其应用；三极管结构、工作状态及放大、开关作用三极管结构、工作状态及放大、开关作用三极管结构、工作状态及放大、开关作用三极管结构、工作状态及放大、开关作用及其应用；及其应用；及其应用；及其应用；基本放大电路的组成及各元件的作用；基本放大电路的组成及各元件的作用；基本放大电路的组成及各元件的作用；基本放大电路的组成及各元件的作用；集成运算放大器的构成、特点及其应用；集成运算放大器的构成、特点及其应用；集成运算放大器的构成、特点及其应用；集成运算放大器的构成、特点及其应用；晶闸管结构、工作原理及其应用；晶闸管结构、工作原理及其应用；晶闸管结构、工作原理及其应用；晶闸管结构、工作原理及其应用；直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压的原理。的原理。的原理。的原理。第第2 2章章 常用半导体器件与应用常用半导体器件与应用应会：应会：二极管、三极管的检测与识别；二极管、三极管的检测与识别；二极管、三极管的检测与识别；二极管、三极管的检测与识别；基本放大电路、开关电路的分析方法。基本放大电路、开关电路的分析方法。基本放大电路、开关电路的分析方法。基本放大电路、开关电路的分析方法。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3 半导体三极管学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：了解三极管的结构及工作状态，掌了解三极管的结构及工作状态，掌了解三极管的结构及工作状态，掌了解三极管的结构及工作状态，掌握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、开关电路在汽车上的应用。开关电路在汽车上的应用。开关电路在汽车上的应用。开关电路在汽车上的应用。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.1 2.3.1 三极管的基本结构三极管的基本结构2.3 半导体三极管 在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区域和两个PN结，分别从三个区引出电极，加管封装即形成晶体三极管。NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极三极管有：三个导电区、两个PN结、三个电极。2.3 半导体三极管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.1 2.3.1 三极管的基本结构三极管的基本结构2.3 半导体三极管NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管三个导电区、两个PN结、三个电极。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.1 2.3.1 三极管的基本结构三极管的基本结构2.3 半导体三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极集电区：面积最大发射区用来发射载流子。集电区用来收集载流子。基区用来控制载流子。晶体管有锗管和硅管。三个导电区、两个PN结、三个电极。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.1 2.3.1 三极管的基本结构三极管的基本结构2.3 半导体三极管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管PN结的偏置方式决定了晶体管的导通与截止。晶体管有两个PN结、三个电极，需要以一个电极为公用端接两个外加电压。故有三种接法。1.放大状态放大状态(1)条件 发射结正偏、集电结反偏晶体管有三种工作状态：放大状态、饱和状态和截止状态。以NPN管为例 发射结要正向偏置，以保证发射区的多数载流子能到达基区；其次，集电结要反向偏置，以保证发射到基区的大多数载流子都能传输到集电区。NNP汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管 NPN：发射结正偏 VBVE；集电结反偏 VCVB。1.放大状态放大状态(1)条件发射结正偏、集电结反偏NNPPNP管如何？管如何？汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管1.放大状态放大状态(1)条件发射结正偏、集电结反偏(2)载流子运动过程 发射区发射载流子形成IE，其中少部分在基区被复合而形成IB，大部分被集电极收集而形成IC。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管1.放大状态放大状态(2)载流子运动过程BECNNPEBRBECIEIBICICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成IC集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流I ICBOCBO汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管1.放大状态放大状态(2)载流子运动过程ICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子；电子在基区扩散和复合；电子在基区扩散和复合；集电区收集从发射区扩散过集电区收集从发射区扩散过来的电子来的电子。如上所述，从发射区扩散到基区的电子只有一小部分在基区复合，绝大部分到达集电区。由于IB很小，而IC很大，因此其电流放大系数为：汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3 半导体三极管(2)载流子运动过程汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管1.放大状态放大状态(2)三电极电流关系 IE IB ICICIBBECNNPEBRBECIEIBICICBO且 IC IB 二者数值很接近，一般不作区别，统称为三极管的电流放大系数，用表示。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管2.饱和状态饱和状态(1)条件发射结正偏、集电结正偏IC不随IB的增大而增大的现象。实际上UCEUBE即饱和。NPN：发射结正偏 VBVE；集电结正偏 VBVC。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管2.饱和状态饱和状态(1)条件发射结正偏、集电结正偏IC不随IB的增大而增大的现象。(2)特征IB增加时，IC基本不变；UCE0；晶体管相当于短路(开关闭合)。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管3.截止状态截止状态(1)条件发射结反偏、集电结反偏 NPN：发射结反偏 VBVE；集电结反偏 VBVC。实际上VEVB即截止。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管3.截止状态截止状态(1)条件发射结反偏、集电结反偏(2)特征基极电流IB0；集电极电流IC0；UCEUCC；晶体管相当于开路(开关断开)。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.2 2.3.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用2.3 半导体三极管三极管的应用三极管的应用 放大作用：对微弱的传感器信号进行放大后，传给ECU；开关作用：利用三极管截止与饱和两个状态互相变换，即集电极与发射极间的短路与断路，作为一个电子开关，控制其他电子元件。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.3 2.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线2.3 半导体三极管用来表示三极管各极电压和电流之间相互关系的曲线，它反映三极管的性能，也是分析放大电路的重要依据。最常用的是共射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线，这些曲线可用三极管图示仪直接观测得到，也可以通过实验电路进行测绘。直观地分析三极管的工作状态。合理选择电路的参数，设计性能良好的电路。为什么要研究特性曲线？对于不同型号的三极管其特性也不相同，现用NPN硅管3DG6，测其特性。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.3 2.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+测量晶体管特性的实验线路发射极是输入回路、输出回路的公共端。共发射极电路1.输入特性曲线输入特性曲线 当UCE常数时，IB与UBE之间的关系曲线IB=f(UBE)称为晶体管的输入特性曲线。2.3 半导体三极管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.3 2.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线1.输入特性曲线输入特性曲线2.3 半导体三极管特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：硅管：UBE 0.60.7V锗管：UBE 0.2 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO75752525UCE1V时，晶体管处于放大状态，且所有输入特性曲线基本上是重合的；UBE超过死区后进入放大状态；温度增加时，UBE不变时，IB增加。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.3 2.3.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线2.输出特性曲线输出特性曲线2.3 半导体三极管IB=020A40A60A80A100A26IC(mA )1224UCE(V)912O放大区三极管输出特性曲线分三个工作区(1)放大区 在放大区有 IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.输出特性曲线输出特性曲线2.3 半导体三极管三极管输出特性曲线分三个工作区(2)截止区I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A2 26 6I IC C(mmA )A )1 12 22 24 4U UCECE(V)(V)9 91212O截止区 当IB=0时曲线以下区域，有IC 0。对NPN管，UBE=UT时，即开始截止，但是为了可靠截止常使UBE小于或等于零。此时发射结，集电结均反向偏置，三极管的电流很小可以不计，相当于开关断开。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.输出特性曲线输出特性曲线2.3 半导体三极管三极管输出特性曲线分三个工作区I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A2 26 6I IC C(mmA )A )1 12 22 24 4U UCECE(V)(V)9 91212O饱和区截止区(3)饱和区当UBEUCE时，发射结、集电结均正向偏置，三极管处于饱和工作状态。在饱和区IB的变化对IC的影响很小，两者不成正比，放大区不能用于饱和区，由于饱和时，两结都正向偏置，阻挡层消失，电流很大，相当于开关闭合。三极管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.4 2.3.4 三极管的命名三极管的命名2.3 半导体三极管 三极管的命名方法各国不同，通常根据中华人民共和国国家标准 GB249-1989 规定，三极管的命名由五部分组成。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3 半导体三极管第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示电极数目用汉语拼音字母表示器件材料和极性用汉语拼音字母表示器件的类别用数字表示器件序号用汉语拼音字母表示规格号符号意义符号意义符号意义2二极管ABCDN型锗材料P型锗材料N型硅材料P型硅材料PVWCZLSK XGDA TY BJ小信号管混频检波管电压调整和电压基准管变容管整流管整流堆隧道管开关管低频小功率管高频小功率管低频大功率管高频大功率管闸整管体效应管雪崩管阶跃恢复管3三极管ABCDEPNP型锗材料NPN型锗材料PNP型硅材料NPN型硅材料化合物材料汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.5 2.3.5 三极管的主要参数三极管的主要参数2.3 半导体三极管1.电流放大系数电流放大系数(倍数倍数)当三极管工作在动态时，基极电流的变化量为，它引起集电极电流的变化量为，它与的比值称为电流放大系数。2.集集基极反向饱和电流基极反向饱和电流(ICBO)在发射极开路的情况下，集电极与基极之间加反向电压时的反向电流称集基极反向饱和电流(ICBO)。它实际上和单个PN结的反向电流一样，受温度影响很大。在一定温度下ICBO基本是一个常数。一般小功率锗三极管的ICBO为几微安到几十微安，小功率硅三极管的ICBO小于，显然ICBO越小，锗三极管或硅三极管的工作稳定性越好。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.5 2.3.5 三极管的主要参数三极管的主要参数2.3 半导体三极管2.集集射极反向穿透电流射极反向穿透电流(ICEO)在基极开路情况下，集射极之间加上一定反向电压时的集射极反向穿透电流(ICEO)。也称集射极反向穿透电流。4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极电流超过某一值时，电流放大系数值就要下降，ICM就是下降到其正常值的2/3时的集电极电流。5.集集射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO是在基极开路时加在集射极之间的最大允许电压，当三极管的集射极电压UCE大于U(BR)CEO时，ICEO剧增三极管被击穿。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管1.先判断基极先判断基极b和三极管类型和三极管类型从外表不能判别三极管时，需要借助万用表电阻挡来大致判别三极管的好坏和极性。依据：PNPN结结正向电阻小，反向电阻大。工具：万用表。万用表。方法:用万用表的R100或 R1k挡(不能用R1和R10k挡？)来测量PN结的正反向电阻。判断：两表笔分别对晶体管的三个管脚中的任意两个管脚进行正接测量和反接测量各一次，如果在正、反接时测得的电阻均较大，则此次测量中所空下的管脚即为基极(？)。(1)基极判断基极判断汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管1.先判断基极先判断基极b和三极管类型和三极管类型(2)NPN型和型和PNP型的判别型的判别 依据：PN结正向电阻小，反向电阻大。方法:用黑表笔接基极，红表笔分别接另外两极。判断：若测得两个电阻都很大，即为PNP型；若测得两个阻值都很小，即为NPN型三极管(？)。2.发射极和集电极的判别发射极和集电极的判别 依据：三极管处于放大状态时，集射极间电阻小。方法:用100k电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。注意测量时不要让c与b碰在一起以免损坏晶体管。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件 判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？)。正确正确正确正确错误错误错误错误2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.发射极和集电极的判别发射极和集电极的判别 方法:用100k电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件方法方法2：示意图等效电路判断三极管C、E的原理图2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.发射极和集电极的判别发射极和集电极的判别 判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的(？)。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.三极管性能的简易检测三极管性能的简易检测(1)电流放大倍数的估测电流放大倍数的估测用“R1k”挡。若为NPN管，用黑笔接c，红笔接e，这时指针应不动或摆动不大。如摆动较大，表明该管穿透电流太大。然后用左手食指搭接在b、c极端部(也可用30100k电阻代替)，这时应向低阻值方向摆动，摆动幅度越大(电阻越小)，则电流放大倍数越大。若为PNP型，则红、黑表笔应对调，即红笔接c极，黑笔接e极。如各脚接触良好，估测电流放大倍数时指针不断右移或摆不定，则说明此管电流放大倍数值不稳定。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件 方法:在明确管型后用万用表的三极管电流放大系数插座直接读取(hfe)。N NP Pe eb bc ce eb bc c2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.三极管性能的简易检测三极管性能的简易检测(1)电流放大倍数的估测电流放大倍数的估测汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.三极管性能的简易检测三极管性能的简易检测(2)估测穿透电流估测穿透电流ICEO用“R1k”挡。若为NPN管，黑笔应接c，红笔接e（PNP管相反）。对小功率锗管如测出阻值在几十千欧以上或小功率硅管测出阻值在几百千欧以上，则说明管子的ICEO不太大。如测出阻值小，且表针还缓缓向低阻值方向移动，则表明管子ICEO大且管子的稳定性差。如测阻值接近于零，表明管子已经击穿短路。如测阻值为无穷大，表明管子内部已经开路。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.6 2.3.6 三极管的简易测试三极管的简易测试2.3 半导体三极管2.三极管性能的简易检测三极管性能的简易检测(2)估测穿透电流估测穿透电流ICEO 有些小功率硅管，由于它们的ICEO很小，测量时阻值很大，表针可能移动不明显。而对于大功率管，由于ICEO比较大，测得的阻值大约只有几十欧。值得注意的是：在测量正反向电阻时，指针式万用表和数字式万用表的两表笔与表内电池的极性连接相反；以上判别适用于应用广泛的低频小功率管，对大功率管进行判别时，指针式万用表可用“R1k”或“R10k”。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.7 2.3.7 达林顿管及其在汽车中的应用达林顿管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管 达林顿管是达林顿三极管的简称。所谓达林顿管就是连接在一起的两只三极管，又称复合管。达林顿管放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。VT1作为前置放大管产生推动VT2的基极电流，VT2作为末级放大管其输出与控制电路是隔离的，将电流继续放大以驱动负载部件。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件 在分析电路时可将达林顿管看作是点划线内构成的一个大功率三极管。汽车电子点火系统的控制模块大多采用达林顿管作为控制输出端。2.3.7 2.3.7 达林顿管及其在汽车中的应用达林顿管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管 具有增益高、开关速度快、能简化电路设计等优点，主要用于大功率开关电路、电机调速，也用于驱动继电器以及驱动LED智能显示屏等。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3 半导体三极管 前照灯延时控制电路前照灯延时控制电路 当发动机熄火后，机油压力开关4的触点闭合，驾驶员在离开驾驶室以前，按下仪表板上的前照灯延时按钮1，电源就对C充电。在C充电时，T基极电位逐渐升高，使T导通，延时控制继电器线圈通电触点闭合，接通了前照灯电路。松开前照灯延时开关后，C通过R和T放电，前照灯仍能保持通电照明，一直到C电压下降到T无法导通为止。T截止后，继电器断电触点张开，前照灯熄灭。延时时间取决于C和R的值。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管在原理上类似于三极管，只是它的集电结为光敏二极管结构。基极电流由光敏二极管提供，所以一般没有基极引线。如在光敏三极管c和e间加正向电压，则没有光照c、e间几乎没有电流。有光照射时基极产生光电流，同时在c、e间形成集电极电流，大小在几至几百毫安之间。光敏三极管的输出特性与三极管基本类似，只是用入射光照度代替基极电流。光敏三极管制成达林顿管形式时，可以获得较大的输出电流而能直接驱动某些继电器。光敏三极管的响应速度比光敏二极管慢，灵敏度比较高。在要求响应快，对温度敏感小的场合选用光敏二极管而不用光敏三极管。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管产生的电流随着光敏三极管上的光照量而变化。因此，照在光敏三极管上的光照量和普通三极管通过基极电流有同样的功能。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管光敏三极管的基本应用电路。A点电位随着外界光线的照射而发生变化。光敏三极管在汽车上主要应用于传感器中。把发光二极管和光敏三极管组合在一起，可实现以光信号为媒介的电信号的转换，采用这种组合方式的器件称为光电耦合器。当光电耦合器作为传感器来使用时，称为光传感器，它可以检测物体的有无和遮挡次数等信号。光传感器：光传感器：汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管在汽车上，光电式传感器被应用到许多场合，主要有：曲轴位置检测、车高位置检测、转向角度检测、车速传感器等。均是利用在光传感器的中间设置遮挡物，利用遮挡物是否挡住光线，来判断遮挡物的位置，传递位置信号或转过的遮挡物的个数信号。(a)三极管型 (b)达林顿型 (c)槽型光电传感器光传感器：光传感器：汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管应用于转向传感器：应用于转向传感器：传感器为了检测轴的旋转角位移量和轴的旋转方向。在转向器主轴上设有一遮光盘，夹在遮光盘两侧的是两组发光二极管和光敏三极管。这两组光电耦合器件与可旋转的遮光盘组成了光脉冲发生器。遮光盘固定在转向轴上。当转向轴旋转时，遮光盘也随之转动，遮光盘整个圆周上均匀分布有一些槽。遮光盘的旋转使发光二极管的光时而通过遮光盘上的槽作用于光敏三极管，从而使光敏三极管导通；时而被遮光盘遮挡，从而使光敏三极管截止。由三极管导通截止速度即可检测出转向器速度。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管应用于车身高度传感器：应用于车身高度传感器：传感器的光电器件由发光二极管和光敏三极管组成，且分布在带孔的遮光板的两侧。车身高度变化时，悬架的位移发生变化，与悬架连在一起的拉紧螺栓移动，从而带动连杆和传感器轴转动，传感器轴的转动带动遮光板的转动，使发光二极管和光敏三极管之间时而透光，时而被遮光板挡住，从而使光敏三极管导通与截止，进而使电路接通（ON）或断开（OFF）。传感器将这种电路的通断信号（即ON、OFF信号）输入给悬架ECU，ECU根据输入的信号检测出遮光板的转动角度，即可检测出车身高度的变化。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.3.8 2.3.8 光敏三极管及其在汽车中的应用光敏三极管及其在汽车中的应用2.3 半导体三极管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.4 绝缘栅场效应管学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：了解场效应管的的结构、工作原理了解场效应管的的结构、工作原理了解场效应管的的结构、工作原理了解场效应管的的结构、工作原理及其与三极管的差别。及其与三极管的差别。及其与三极管的差别。及其与三极管的差别。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.4.1 2.4.1 基本结构基本结构2.4 绝缘栅场效应管场效应管(简称FET)是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件。特点：特点：具有输入电阻大(可高达1051012)，噪声低，热稳定性好和耗电少等优点。按其结构不同分类：分类：结型和绝缘栅型两大类。绝缘栅型场效应管应用更为广泛。按导电类型可分为N沟道(电子导电)和P沟道(空穴导电)两类。2.4 绝缘栅场效应管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.4 绝缘栅场效应管N+N+N+N+以以以以P P型硅为衬底型硅为衬底BDGS二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅(SiO2)(SiO2)绝缘保护层绝缘保护层绝缘保护层绝缘保护层两端扩散出两个两端扩散出两个两端扩散出两个两端扩散出两个高浓度的高浓度的高浓度的高浓度的N N区区区区N N区与区与区与区与P P型衬型衬型衬型衬底之间形成两底之间形成两底之间形成两底之间形成两个个个个PNPN结结结结由衬底引出电极由衬底引出电极由衬底引出电极由衬底引出电极B B由高浓度的由高浓度的由高浓度的由高浓度的N N区引区引区引区引出的源极出的源极出的源极出的源极S S由另一高浓度由另一高浓度由另一高浓度由另一高浓度N N区区区区引出的漏极引出的漏极引出的漏极引出的漏极D D由二氧化硅层由二氧化硅层由二氧化硅层由二氧化硅层表面直接引出表面直接引出表面直接引出表面直接引出栅极栅极栅极栅极GG杂质浓度较低，杂质浓度较低，杂质浓度较低，杂质浓度较低，电阻率较高。电阻率较高。电阻率较高。电阻率较高。2.4.1 2.4.1 基本结构基本结构汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.4 绝缘栅场效应管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件N+N+N+N+以以以以P P型硅为衬底型硅为衬底BDGS大多数管大多数管大多数管大多数管子的衬底子的衬底子的衬底子的衬底在出厂前在出厂前在出厂前在出厂前已和源极已和源极已和源极已和源极连在一起连在一起连在一起连在一起铝电极、金属铝电极、金属铝电极、金属铝电极、金属（MMetaletal）二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物（OOxidexide）半导体半导体半导体半导体（S Sememiconductor)故单极型三极管又称为MOS管。2.4 绝缘栅场效应管2.4.1 2.4.1 基本结构基本结构汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底BDGS+UDS+UGS漏极与源极间漏极与源极间漏极与源极间漏极与源极间电源电源电源电源U UDSDS栅极与源极间栅极与源极间栅极与源极间栅极与源极间电源电源电源电源U UGSGS 如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。2.4 绝缘栅场效应管2.4.2 MOS2.4.2 MOS管电路的连接形式管电路的连接形式汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件D S GB衬衬底底 N沟道增强型图符号沟道增强型图符号D S GB衬衬底底 P沟道增强型图符号沟道增强型图符号D S GB衬衬底底 N沟道耗尽型图符号沟道耗尽型图符号D S GB衬衬底底 P沟道耗尽型图符号沟道耗尽型图符号由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。虚线表示增强型实线表示耗尽型2.4 绝缘栅场效应管2.4.3 MOS2.4.3 MOS管电路符号管电路符号汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件 以增强型NMOS管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。当栅源极间电压UGS=0 时，增强型MOS管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的PN结。N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底BDGS不存在不存在原始沟道原始沟道+UDSUGS=0此时无论UDS是否为0，也无论其极性如何，总有一PN结处于反偏状态，因此MOS管不导通，ID=0。MOS管处于截止区。P PPN结PN结ID=02.4 绝缘栅场效应管2.4.4 MOS2.4.4 MOS管工作原理管工作原理汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件怎样才能产生导电沟道呢？怎样才能产生导电沟道呢？在栅极和衬底间加UGS且与源极连在一起，由于二氧化硅绝缘层的存在，电流不能通过栅极。但金属栅极被充电，因此聚集大量正电荷。+N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底B BD DGGS SU UDSDS=0=0U UGSGS电场力电场力排斥空穴排斥空穴二氧化硅层在二氧化硅层在UGS作用下被充作用下被充电而产生电场电而产生电场形成耗尽层形成耗尽层出现反型层出现反型层形成形成导电沟道导电沟道导电沟道导电沟道电场吸引电子电场吸引电子 2.4 绝缘栅场效应管2.4.4 MOS2.4.4 MOS管工作原理管工作原理汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件导电沟道形成时，对应的栅源间电压UGS=UT称为开启电压。U UT T+N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底B BD DGGS S当UGSUT、UDS0且较小时U UDSDSU UGSGSI ID D当UGS继续增大，UDS仍然很小且不变时，ID随着UGS的增大而增大。此时增大UDS，导电沟道出现梯度，ID又将随着UDS的增大而增大。直到UGD=UGSUDS=UT时，相当于UDS增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，ID基本饱和。导电沟道加厚导电沟道加厚导电沟道加厚导电沟道加厚产生漏极电流产生漏极电流产生漏极电流产生漏极电流2.4 绝缘栅场效应管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件I ID D+N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底B BD DGGS SU UDSDSU UGSGS 如果继续增大UDS，使UGDUT时，沟道夹断区延长，ID达到最大且恒定，管子将从放大区跳出而进入饱和区。U UGDGD 沟道出现预夹断时工作在放大状态，放大区ID几乎与UDS的变化无关，只受UGS的控制。即MOS管是利用栅源电压UGS来控制漏极电流ID大小的一种电压控制器件。2.4 绝缘栅场效应管2.4.4 MOS2.4.4 MOS管工作原理管工作原理汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件MOSMOS管的工作过程管的工作过程2.4 绝缘栅场效应管汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件(1)MOS管中,有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。P衬底接低电位，N衬底接高电位。但当源极电位很高或很低时,可将源极与衬底连在一起。(2)场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。注意注意注意注意：有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能进行对调。(3)MOS管不使用时,由于它的输入电阻非常高,须将各电极短路,以免受外电场作用时使管子损坏。即MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。2.4 绝缘栅场效应管2.4.5 MOS2.4.5 MOS管使用注意事项管使用注意事项汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件(4)焊接MOS管时，电烙铁须有外接地线，用来屏蔽交流电场，以防止损坏管子。特别是焊接绝缘栅场效应管时，最好断电后再焊接。2.4 绝缘栅场效应管2.4.5 MOS2.4.5 MOS管使用注意事项管使用注意事项汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件2.4 绝缘栅场效应管2.4.62.4.6场效应管和普通三极管的比较场效应管和普通三极管的比较（单极型和双极型）1.场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。3.场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。汽车汽车汽车汽车电工电子电工电子电工电子电工电子学习任务2 常用半导体器件4.场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性