汽车电工电子基础-项目五ppt课件.ppt

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1、 空穴空穴硼原子硼原子 多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子失去一个电失去一个电子变为正离子变为正离子子 杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体 P型半导体中的空穴多于自由电子，N型半导体中的自由电子多于空穴，这样自由电子和空穴都要从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，即多子因浓度差而形成扩散运动。1.PN结的形成+空穴空穴自由电子自由电子负离子负离子正离子正离子自由电子自由电子空穴空穴内电场内电场内电场的存在有助于P区的自由电子（少子）进入N区，N区的空穴（少子）进去P区，这种少子在内电场作用下的定向移动

2、称为少子的漂移运动。漂移使得空间电荷去变窄，内电场削弱，多子的扩撒运动得以增强。在一定温度下，两种运动保持平衡，空间电荷区相对稳定，形成PN结。+空穴空穴自由电子自由电子负离子负离子正离子正离子自由电子自由电子空穴空穴内电场内电场PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+1.PN结的单向导电性+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+负极负极正极正极符号符号VDPN正极正极负极负极外壳外壳PN结结二极管的结构示意图二极管的结构示意图负极引线负极引线正极引

3、线正极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝正极引线正极引线N型锗片型锗片负极引线负极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅正极引线正极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座负极引线负极引线( b ) 面接触型面接触型反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+n总结：n二极管具有单向导电性，二极管只允许电流从管的“+”极流向管子的“”极，而不允许电流从“”极流向“+”极。它的单向导电性可以用水流和阀门的比喻来理解。n二极管的伏安特性具有非线性。n二极管的伏安特性与温度有关。图6-12 晶

4、体二极管的单向导电性比喻（a）水流顶开阀门 （b）水流压紧阀门PN正极正极负极负极外壳外壳PN结结二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的检测二极管的检测用万用表判断二极管的极性和好坏（a） 测正向电阻 （b） 测反向电阻1用模拟式万用表检测二极管的单向导电性2用模拟式万用表检测二极管的好坏若测得的二极管的正向电阻小，反向电阻大，且两者相差很大，说明管子是好的。3用模拟式万用表判断二极管的极性二极管在汽车上的应用二极管在汽车上的应用 二极管在汽车电子电路中的应用较广，可以实现整流、限幅、开关等作用。整流：将交流电转化为直流。例5.11.半波整流2.全波整流。 内，内，VD1、VD5导通，导

5、通，U1V1间电压加到负载上。间电压加到负载上。内，内，VD1、VD6导通，导通，U1W1间电压加到负载上。间电压加到负载上。内，内，VD2、VD4导通，导通，V1U1间电压加到负载上。间电压加到负载上。内，内，VD2、VD6导通，导通，V1W1间电压加到负载上。间电压加到负载上。 图5.11 光电二极管的符号图5.12日照强度传感器的结构和等效电路如图5.12 是汽车自动空调系统中使用的日照强度传感器的结构和等效电路 永久磁铁是浮子永久磁铁是浮子舌簧管是静止的舌簧管是静止的UIOUZIZIZM UZ IZZZ ZIUr 当蓄电池电压上升时，稳压管的当蓄电池电压上升时，稳压管的反向电压略有增大

6、，根据反向击穿特性可知，其反向电流反向电压略有增大，根据反向击穿特性可知，其反向电流大大增加。这将引起限流电阻的电流和电压增加，若电阻大大增加。这将引起限流电阻的电流和电压增加，若电阻选择合适，则其电压的增量将抵消掉蓄电池电压的增量，选择合适，则其电压的增量将抵消掉蓄电池电压的增量，使仪表上的电压基本不变。相反，当蓄电池电压减小时，使仪表上的电压基本不变。相反，当蓄电池电压减小时，限流电阻上的电压减小，保证了仪表上的电压基本不变。限流电阻上的电压减小，保证了仪表上的电压基本不变。 NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC集电区：集电区：面积最大面积最大ICUBBmA ARBIBUCC+

7、mAIERP 即管子各电极电压与电流的关系曲线，反映了晶体管的性即管子各电极电压与电流的关系曲线，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。能，是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线ICUBBmA AVUCEUBERBIBUCCV+输入回路输入回路输出回路输出回路共共发发射射极极电电路路常数常数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区常数常数 B)(CECIUfI40 A60 A80 A100 AIB=020 AO深度

8、饱和时，深度饱和时， 硅管硅管UCES 0.3V， 锗管锗管UCES 0.1V。方法方法 (1) V7 . 06 . 0BE U硅管：硅管：V3 . 02 . 0BE U锗管：锗管：例，根据图示判断元件的状态例，根据图示判断元件的状态 (a) (b)(c)ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO根据三极管型号的命名方法确定。根据三极管型号的命名方法确定。9011、9013、9014、9016、9018 为为NPN硅管硅管9012、9015 为为PNP硅管硅管第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分第五部分第五部分用阿

9、拉伯数用阿拉伯数字表示器件字表示器件的电极数目的电极数目用汉语拼音字母表示用汉语拼音字母表示器件的材料和极性器件的材料和极性用汉语拼音字母用汉语拼音字母表示器件的类别表示器件的类别用阿拉伯用阿拉伯数字表示数字表示序号序号 用汉语拼用汉语拼音字母表音字母表示规格号示规格号符符号号意义意义符符号号意义意义符符号号意义意义3三极管三极管ABCDEPNP型锗材料型锗材料NPN型锗材料型锗材料PNP型硅材料型硅材料NPN型硅材料型硅材料化合物化合物XGDATUKGS低频小功率管低频小功率管高频小功率管高频小功率管低频大功率管低频大功率管高频大功率管高频大功率管晶闸管晶闸管光电管光电管开关管开关管场效应管

10、场效应管如：如：130 如：如：B管脚向上，它们组成半圆位于上部，按顺时管脚向上，它们组成半圆位于上部，按顺时针方向依次为针方向依次为ebc。 头在上，平面向自己，左起头在上，平面向自己，左起ebc。 电极靠近孔，左起电极靠近孔，左起ecb 。其中。其中c是金属是金属外壳。外壳。无光照无光照光照增强光照增强 dvSft 热敏电阻热敏电阻是半导体元件，它是是半导体元件，它是将锰、镍将锰、镍、钴、铜和钛等金属氧化物按一定比例、钴、铜和钛等金属氧化物按一定比例混合后压制成型，在高温（混合后压制成型，在高温（1000oC左右左右）下烧结而成的）下烧结而成的。其外形有片状、圆柱。其外形有片状、圆柱状等多

11、种。状等多种。热敏电阻的主要特性热敏电阻的主要特性是热敏性是热敏性即阻值即阻值随温度的变化而变化。随温度的变化而变化。热敏电阻热敏电阻有负温度系数型有负温度系数型（NTC）、）、正温度系数型正温度系数型(PTC)和临界温度系数型和临界温度系数型（CTR）三种三种类型类型。 热敏电阻热敏电阻具有体积小、灵敏度高等特具有体积小、灵敏度高等特点，因此被点，因此被广泛广泛应用应用在温度测量和温度在温度测量和温度控制上。控制上。 +UCCRBRCC1C2VT+RLui+uo+uBE+uCEiCiBiE uo = 0uBEtOiBtOiCtOuCEtOUBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0

12、)时时:ICUCEOIBUBEO静态工作点对应的各静态工作点对应的各直流电流和电压也称为静态值。直流电流和电压也称为静态值。QIBUBEQUCEIC+UCCRBRCC1C2VT+RLui+uo+uBE+uCEiCiBiEUBEIB uCE = UCC iC RC ICuBEtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBtO有输入信号有输入信号(ui 0)时时:UBEIBICuBEtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBtO iou UUAioiouUUuuA ioiIIA ioioiIIiiA iuiiooiopAAIUIUPPA iiiiiiiIUiuIUr LooooRUUUr

13、oU oU输出电阻是描述放大电路带负载能力的一项技术指标。输出电阻是描述放大电路带负载能力的一项技术指标。通通常放大电路的输出电阻越小越好常放大电路的输出电阻越小越好。 LoLooRrRUU 放大电路的失真有很多种，由线性电抗元件储能作用引起的失真称为线性失真，而由放大器件的非线性特性引起的失真为非线性失真。共射放大电路的结构特点是信号的输入和输出回路都以发射极为公共端。前面介绍的基本放大电路就是共射极放大电路，该电路的输入信号由基极对发射极输入，输出信号由集电极对发射极的输出。共射极放大电路常用于电压信号的放大，有较高的电压放大倍数，但是由于其输入电阻低而输出电阻较高，所以只在对输入和输出电

14、阻没有特殊要求的电路中采用，如在多级放大电路的中间级常采用共射极电路，用于提高电路的放大倍数。 ibeiouuuu EECCUU ui1= -ui2ui1= ui2 ，理想情况下，理想情况下的共模放大倍数的共模放大倍数0 icoccuuA； 较大较大idodduuA cdCMRRAAK CMRRK VT2 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补功放电路或射极输出器构成。般由互补功放电路或射极输出器构成。输入级：输入级：要求输入电阻高，要求输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用差动式放扰信号

15、，都采用差动式放大电路大电路 。中间级：中间级：要求电压放大倍要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的数高。常采用带恒流源的共射极放大电路构成。共射极放大电路构成。偏置电路：偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种电流源构成。定各级的静态工作点，一般由各种电流源构成。集成运放的内部组成集成运放的内部组成外形：外形：集成运放的符号：集成运放的符号：2、3 4、7 6为输出端为输出端 1和和5为外接调零电位器（为外接调零电位器（10 k）的两个端子的两个端子，调整运放输出的零点，调整运放输出的零点 8 （1）开环差模电

16、压放大倍数）开环差模电压放大倍数Aud(Auo)运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 uuuAoud)(倍倍 uuuAoudlg20)(分贝分贝Aud愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。一般几万至几十万倍，理想的开环电压放大倍数为一般几万至几十万倍，理想的开环电压放大倍数为。 （2）开环差模输入电阻）开环差模输入电阻rid其值越大，从信号源取用的电流越小，对信号源影响其值越大，从信号源取用的电流越小，对信号源影响越小。一般在几百千欧到几兆欧，理想输入电阻为越小。一般在几百千欧到几兆欧，理想输入电

17、阻为 。（3）开环输出电阻）开环输出电阻ro指在开环状态下，负载开路时输出端对地的电阻值指在开环状态下，负载开路时输出端对地的电阻值 。输出。输出电阻越小，集成运放带负载能力越强，一般在几十到几百欧，电阻越小，集成运放带负载能力越强，一般在几十到几百欧，理想情况下为无穷大。理想情况下为无穷大。 （4）共模抑制比）共模抑制比KCMR是集成运放差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的对是集成运放差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的对数值数值,即即 ucudCMRAAKlg20 KCMR数值越大，抑制干扰信号能力越强。一般在数值越大，抑制干扰信号能力越强。一般在80dB以上，以上，理想值为无穷大

18、。理想值为无穷大。 Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ u 时，时， uo = Uo(sat) uo u+ u Uo(sat)+Uo(sat) O非线性区非线性区 集成运算可以实现基本的运算，例如比例运算、加集成运算可以实现基本的运算，例如比例运算、加法和减法、积分和微分、指数和对数、乘法和除法等法和减法、积分和微分、指数和对数、乘法和除法等运算，在进行这些运算的时候，

19、输出总是跟随输入的运算，在进行这些运算的时候，输出总是跟随输入的变化而变化，反映输入的某种运算结果，因此，此时，变化而变化，反映输入的某种运算结果，因此，此时，运算放大器工作在先行区，在分析此类的电路的时候运算放大器工作在先行区，在分析此类的电路的时候根据线性区的特点分析，即根据线性区的特点分析，即“三虚三虚”的运用。的运用。1iRuui ifofRuui 电路组成如图电路组成如图 以后如不加说明，输入、以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地输出的另一端均为地( )。电路的工作原理电路的工作原理因为因为 u=u+= 0，称反相输入端称反相输入端“虚地虚地” 反反相输入的重要特点相输入的重要特

20、点因为因为 i = 0i1fouRRu ifiiii+uoRfuiR2R1+ 所以所以 ii = ii + i- =if 平衡电阻平衡电阻 R2 = R1 / Rf 因要求静态时因要求静态时u+、 u 对地对地电阻相同，所以电阻相同，所以oF11uRRRu 因因虚断，虚断，所以所以u+ = ui i1fo)1(uRRu 电路组成如图电路组成如图电路的电路的工作原理工作原理uoRfuiR2R1+ 因因虚短，虚短，所以所以 u = ui ，反相输入端不反相输入端不“虚地虚地” 因要求静态时因要求静态时u+、u 对地电对地电阻相同，阻相同， 所以所以平衡电阻平衡电阻R2=R1/Rf若若R1 =或或R

21、1 =、Rf=0，则则uo=ui，成为电压跟随器。，成为电压跟随器。uoRfR2+ R+ui2ui3R3ui1R1i3i1ifi2因因虚短虚短, u= u+= 0fo3i322i11i 故得RuRuRuRu fo3i322i11iRuuRuuRuuRuu 因因虚断虚断，i = 0 所以所以 i1+ i2 + i3 = if 321f若RRRR )(则3ii21iouuuu 平衡电阻：平衡电阻： R= R1 / R2 / R3 /Rf uRRu)1(1f o2i3 231f)1(uRRRRR 1i1f2i3 231f)1(uRRuRRRRR 1i1f ouRRu oo ouuu ui1ui2uo

22、RfR3R2+ R1 若取若取 R1 = R2 ，R3 = Rf )(则：1i2i1fouuRRu 如如 R1 = R2 = R3 = Rf 1i2io则：uuu 在实际中，能实现上述各种运算的集成放大器有三种：在实际中，能实现上述各种运算的集成放大器有三种： 集成运放除了有运算能力外，还有放大能力，因此在汽车集成运放除了有运算能力外，还有放大能力，因此在汽车温度、压力传感器中获得广泛应用。温度、压力传感器中获得广泛应用。 压敏电阻式进气压力传感器压敏电阻式进气压力传感器结构原理图结构原理图 压力转换元件压力转换元件压力转换元件：压力转换元件：由粘在由粘在硅膜片的四个应变电阻硅膜片的四个应变电

23、阻组成，其中应变电阻接组成，其中应变电阻接成电桥电路。成电桥电路。其作用是：将压力信号其作用是：将压力信号转变为电压信号输出。转变为电压信号输出。集成电路：集成电路：是一个差动是一个差动放大器，用来放大电桥放大器，用来放大电桥输出的信号。输出的信号。 集成电路集成电路进气量的测量原理是：进气量的测量原理是：进气压力通过进气口作用到压力转进气压力通过进气口作用到压力转换元件上，使应变电阻的阻值发生改变，电桥输出电压信换元件上，使应变电阻的阻值发生改变，电桥输出电压信号。该信号经过差动放大器放大后送给电子控制器（又称号。该信号经过差动放大器放大后送给电子控制器（又称电脑）电脑）ECU计算出进气量的

24、大小。计算出进气量的大小。 压力转换元件压力转换元件集成电路集成电路 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合以及波形产生及变换等场合 。在汽车上用于充电电压的监视。在汽车上用于充电电压的监视器电路中。器电路中。 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。 uiuoOURuiUR 时，时，uo = Uo (sat) ui =UR 时，时，uo发生跳变发生跳变输出电压输出电压 uo 发生跃变时的输入电压叫门限电平，发生跃变时的输入电压叫门限电平，所以任意电压比较器的所

25、以任意电压比较器的门限电平门限电平Uth=UR 参考电压参考电压URuouiR2+ R1因只有一个门限电压，因只有一个门限电压，故又称单限电压比较器故又称单限电压比较器 电压传输特性电压传输特性为了和数字电路的高低电平相配合，一般运放输出端接稳压为了和数字电路的高低电平相配合，一般运放输出端接稳压管作限幅电路，如下图（管作限幅电路，如下图（a），这种比较理想的电压传输特性），这种比较理想的电压传输特性曲线如图（曲线如图（b） 为了提高电路的稳定性，一般采用滞回电压比较器Rfuoui+ R1R2当当 uo = + Uo(sat)， 则则 当当 uo = Uo(sat)， 则则of22RuRRRu

26、U 因为虚断，因为虚断，o(sat)f22RURRRU )(o(sat)f22RURRRU ,RR时时当当UU o(sat)oRo(sat)oRi,UuUuUuUu 则则若若，则，则若若i,RR时时当当UU o(sat)oRo(sat)oRi,UuUuUuUu 则则若若，则，则若若i电压传输特性电压传输特性uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)RU RU o(sat)f 2 2 RR2URRRUUU uiuoO Uo(sat)+Uo(sat) RU 电压传输特性电压传输特性 RU 上上限限电电压压下下限限电电压压回差电压的存在，也回差电压的存在，也提高了电提高了电路的抗干扰能力路的抗干扰能力。只要干扰量。只要干扰量不超过回差电压，则输出电压不超过回差电压，则输出电压的状态就不会改变。的状态就不会改变。 波形变换波形变换如果输出带有限幅电路，如果输出带有限幅电路，也可用于模拟电路和数字电也可用于模拟电路和数字电路的路的接口元件接口元件 汽车充电系统电压监视器电路汽车充电系统电压监视器电路 监视汽车充电系统的电压，当电压过低（小于监视汽车充电系统的电压，当电压过低（小于12V）或过高）或过高（大于（大于14.5V）时，报警器发出警报。）时，报警器发出警报。汽车充电系统电压汽车充电系统电压监视器电路监视器电路 汽车充电系统电压监视器电路汽车充电系统电压监视器电路