汽车电工电子技术半导体.pptx

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1、汽车电工电子技术,PPT模板下载： 行业PPT模板： 节日PPT模板： PPT素材下载： PPT背景图片： PPT图表下载： 优秀PPT下载： PPT教程： Word教程： Excel教程： 资料下载： PPT课件下载： 范文下载： 试卷下载： 教案下载：,一、,半导体特性,任务一 半导体基础知识,一、,半导体特性,任务一 半导体基础知识,一、,半导体特性,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,1.N型、P型半导体 典型的半导体材料有硅和锗，它们都是四价元素，即每个原子的最外层有4个价电子。每相连两原子之间共用的一对电子，使相连两原子紧密地联系在一起，形成共价键结构。,任务一

2、 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,为了提高半导体的导电性能，在硅、锗等半导体材料中再掺入微量的杂质元素，使其导电性能大大提高，成为真正的半导体材料。根据掺入杂质的不同，半导体可分为N型和P型两大类。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,(1)N型半导体。在纯净半导体（硅或锗）的晶体中掺入微量的五价元素，如磷(P)或砷(As)和锑(Sb)等，使某些位置的硅原子被五价原子代替。由于五价原子最外层的5个电子中，有4个分别与邻近的4个硅原子的电子相结合组成4对共有电子而形成共价键，因而多出一个受原子核束缚较弱的电子，而成为自由电子，如图5-1所示。,任务一 半导体基

3、础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,晶体中自由电子大量增加，自由电子成为半导体导电的多数载流子，使半导体的导电能力显著增强。这种以电子导电为主的半导体称为N型半导体。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,(2)P型半导体。在纯净半导体（硅或锗）的晶体中掺入微量的三价元素，如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)等，每个三价原子的最外层只有3个电子，当它与邻近的4个硅原子相结合而形成共价键时，就自然提供了一个空穴，如图5-2所示。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,任务一 半导体基础知识,

4、二、,N型、P型半导体与PN结,在此类半导体中，空穴数目远远大于电子数目，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。这种主要以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,2.PN结 把P型半导体和N型半导体按一定的工艺结合在一起，它们交界面处会形成一个带电的空间电荷区，称为PN结，它是各种半导体器件的核心结构。 当PN结两端无外加电压时，在交界面处，空穴和自由电子基本耗尽，形成空间电荷区（耗尽层），空间电荷区的宽度基本上是固定的。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,空间电荷区形成后，会在其中产生一个由PN结自身建立的电场，称为内

5、电场，其方向由N区指向P区，如图5-3所示。 PN结形成过程如下： PN结合因多子浓度差多子的扩散空间电荷区形成内电场阻止多子扩散，促使少子漂移内电场E。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,（1）PN结两端加正向电压，P区接电源正极，N区接负极，这样的接法称为PN结正向偏置（正偏）。此时，外电场与内电场的方向相反，内电场相应被削弱，空间电荷区变窄，PN结呈现低电阻值，PN结处于导通状态。PN结正向导通时压降很小，理想情况下，认为导通时的电阻为零，因而导通时压降也为零，如图5-4所示。,任务一 半导体基础知识,二、,N

6、型、P型半导体与PN结,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,（2）PN结两端加反向电压，P区接电源负极，N区接正极，这样的接法称为PN结反向偏置（反偏）。此时，外电场与内电场的方向相同，增强了内电场，空间电荷区变宽，PN结呈现高电阻值，PN结处于截止状态。理想情况下，反向电阻趋于无穷大，此时PN结的反向电流为零，如图5-5所示。,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结,任务一 半导体基础知识,二、,N型、P型半导体与PN结, 由以上分析可知，PN结在一定的电压范围内外加正向电压时，处于低电阻的导通状态；外加反向电压时，处于高电阻的截止状态。这种特性就是PN结

7、的单向导电性。,任务一 半导体基础知识,一、,二极管的结构,任务二 二极管的特性及检测,具有一个PN结的半导体器件称为半导体二极管，简称二极管。实际上，二极管是由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成的。P区的引出线为正极，N区的引出线为负极，其结构及符号如图5-6所示。 根据PN结接触面的大小，二极管可分为点接触型和面接触型两类，如图5-7所示。,一、,二极管的结构,任务二 二极管的特性及检测,一、,二极管的结构,任务二 二极管的特性及检测,一、,二极管的结构,任务二 二极管的特性及检测,点接触型二极管（一般是锗管）的PN结面积小，不能通过大电流，只能通过几十毫安的电流。点接触型二极管的PN

8、结的结电容小，因此，其常用于高频信号的检波电路、脉冲数字电路及微小电流的整流电路。 面接触型二极管（一般是硅管）的PN结面积大，可以通过几百毫安至几百安的较大电流。面接触型二极管PN结的结电容大，因此，面接触型二极管不能用于高频电路，只适用于低频电路和整流电路。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,观察二极管的单向导电性，其正向偏置与反向偏置如图5-8所示。 如图5-8(a)所示，二极管正极接电源正端，负极接电源负端，即给二极管加正偏电压（正向偏置）时，灯亮，二极管导通；如图5-8(b)所示，二极管正极接电源负端，负极接电源正端，即给二极管加反偏电压（反向

9、偏置）时，灯灭，二极管截止。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,因此，半导体二极管加正偏电压时导通，加反偏电压时截止，二极管具有单向导电性。 二极管就是一个PN结，具有单向导电性，其伏安特性曲线如图5-9所示。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,1.二极管的伏安特性 二极管两端不加电压时，其电流为零，故特性曲线从坐标原点开始。当外加正向电压时，二极管内有正向电流通过。当

10、正向电压较小时，二极管内有很小的正向电流，几乎为零，称为死区，硅管的死区电压约为0.5 V，锗管的死区电压约为0.2 V。当正向电压超过死区电压后，内电场被大大削弱，二极管的电阻变得很小，,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,电流随电压升高而增长很快。二极管正向导通时的电压称为正向电压或管压降。二极管的管压降很小，一般情况下，硅管的管压降为0.60.7 V，锗管的管压降为0.20.3 V。为了计算方便，统一取硅管的导通电压为0.6 V，锗管的导通电压为0.2 V。 当给二极管加上反向电压时，反向电流极小，可以认为二极管是不导通的。,二、,二极管的伏安特性、

11、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,反向电流越小，二极管的反向电阻越大，反向截止性能越好。当反向电压增加到某一个值时，反向电流将突然增大，这种现象称为反向击穿，此时的电压称为反向击穿电压。二极管发生反向击穿后，其反向电流突然增大，可能导致PN结烧坏，因此，在二极管工作时，所加的反向电压值应小于其反向击穿电压。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,2.二极管的主要参数 二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可以用一些数据来说明，这些数据就是二极管的参数。这些参数是半导体器件的质量指标，是合理选用二极管的依据，主要包括最大整流电流IFM、最高反向

12、工作电压URM、最高反向电流IR和最高工作频率fM。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,(1)最大整流电流IFM。最大整流电流IFM是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。在工作过程中，通过二极管的平均电流应小于IFM；否则，电流过大，使PN结过热而烧坏二极管。 (2)最高反向工作电压URM。为确保二极管安全使用所允许施加的最大反向电压称为二极管的最高反向工作电压URM。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,一般在半导体器件手册中给出的最高反向工作电压为反向击穿电压的1/2或2/3。 (3)最高反向

13、电流IR。二极管加最高反向工作电压URM时的反向电流IR，是评定二极管质量的性能指标之一。反向电流越大，说明二极管的单向导电性越差，且受温度影响越大；反之，则单向导电性越好。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,(4)最高工作频率fM。最高工作频率fM是指保证二极管具有单向导电作用的最高工作频率。当工作频率过高时，二极管的单向导电性能会变差，甚至失去单向导电性。点接触型锗管的最高工作频率可达数百兆赫，而面接触型硅整流管的最高工作频率只有3 kHz。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,3.二极管的种类和应用 二极管种类

14、繁多，根据用途二极管分为普通整流二极管、稳压二极管、光电二极管及发光二极管等。 (1)普通整流二极管。普通整流二极管按所用半导体材料的不同分为锗管和硅管；按工艺和内部结构的不同又分为点接触型二极管和面接触型二极管。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,(2)稳压二极管。稳压二极管是一种用特殊工艺制成的面接触型二极管。它与普通二极管的不同之处是工作在反向击穿状态。由于工艺上的特殊处理，只要反向电流小于稳压二极管的最大允许值，稳压二极管仅发生电击穿而不会损坏。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,(3)光电二极管。光电二极

15、管的结构与普通二极管类似，但在其PN结处不同，光电二极管通过管壳上的一个玻璃管窗口能接受外部的光照。光电二极管的PN结处在反向偏置状态，其反向电流随光照强度的增加而上升。,二、,二极管的伏安特性、主要参数、分类和应用,任务二 二极管的特性及检测,(4)发光二极管。发光二极管简称LED，是具有一个PN结的半导体器件，通常由元素周期表中的、V族元素的化合物制成，如砷化镓、磷化镓等化合物半导体材料。发光二极管通以电流时将会发光，光的颜色主要取决于制造发光二极管时所用的半导体材料。目前市场上发光二极管的主要颜色有红、橙、黄、绿和蓝等。,三、,二极管的识别,任务二 二极管的特性及检测,对于二极管的极性，

16、如果其封装完好，可以从外观上进行识别，如图5-15所示。有一种透明外壳的二极管，有晶体片的一端为负极，另一端为正极；还有一种二极管上画有符号标志，即有三角形一端的引线为正极，另一端为负极。,三、,二极管的识别,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测

17、,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,四、,二极管的简易测试,任务二 二极管的特性及检测,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶

18、体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,一、,晶体管,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,晶体管放大电路简称放大器，是一种应用非常广泛的电子电路。它的主要任务是把非常微弱的信号加以放大，然后送到执行机构（仪表指示

19、，扬声器报警，继电器触点通、断等），以完成其特定的功能。扩音机就是放大电路应用的一个实例，其组成如图5-23所示。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,扩音机由话筒、电压放大器、功率放大器、直流电源和扬声器等部分组成，其工作原理如下：当人们对着话筒讲话时，话筒把声音信号转变成微弱的电压信号，然后送入电压放大器中进行电压放大，将信导的振幅放大到一定数值，再送入功率放大器中进行功率放大，使输出端有足够的功率去推动负载（扬声器）。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,通过扬声器再将电能重新转换成声音，此时，扬声器放出的声音比人讲话的声

20、音强得多。晶体管放大电路在汽车电子装置中得到广泛的应用。放大器的种类很多，按频率高低可分为低频放大器、直流放大器和高频放大器；按放大级数可分为单级放大器和多级放大器；按用途可分为电压放大器、电流放大器和功率放大器。本节主要介绍低频小信号电压放大器。这种放大器的主要特点如下：,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,（1)信号频率不高，一般为20200 000 Hz。 （2)放大器的输入量与输出量都是电压信号，输入、输出电压都很小，所以称为小信号电压放大器。 （3)分析放大电路时，信号源提供的是正弦交流信号。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,1.晶体管放大电路的组成 单管共发

21、射极放大电路如图5-24所示。 单管共发射极放大电路由晶体管、电阻、电容和直流电源组成。各元件的主要作用如下： 晶体管VT是放大电路的关键元件，担负着放大信号的任务。通常以VT为中心，将放大器分为输入回路（基极电路）和输出回路（集电极电路）。输入端接交流信号源ui，输出端接负载RL，输出电压为uo。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,集电极电源UCC的作用有两个：一是为放大电路提供电能；二是保证发射结处于正向偏置和集电结处于反向偏置。其值一般为几伏至几十伏。 基极电阻Rb也称为偏置电阻，其主要作用是为晶体管提供合适的基极电流ib(偏流)

22、，保证放大电路处于合适的工作状态。其值一般为几千欧至几百千欧。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,集电极电阻Rc的作用是将集电极电流的变化转换为电压的变化，以实现电压的放大。其值一般为几千欧至几十千欧。 耦合电容C1和C2分别接在放大电路的输入端和输出端，用于传送交流信号，隔断直流信号。耦合电容的数值要求较大，一般为几十微法，因此，通常都采用电解电容器。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,2.晶体管放大电路的静态分析 (1)静态工作点的作用。放大器没有交流信号输入时的工作状态称为放大器的静态。此时，放大器的基极电流IB、集电极电流IC和集-射极电压UCE的值称为静态值。

23、由于这三个静态值在输入、输出特性曲线上对应着一点Q，因而通常把Q点称为静态工作点，如图5-25所示。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,静态工作点简称工作点或Q点，并把Q点所对应的三个量分别用IBQ、ICQ和UCEQ表示。 为了使放大器能正常工作，放大器必须有一个合适的静态工作点，即必须有一个合适的偏置电流。设置静态工作点IB的变化波形如图5-26所示。 由图5-26可见，输入信号ui和基极直流电压UBE一起叠加到晶体管的发射结上。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,基极直流电压

24、UBE始终为正，且大于导通电压，这样就保证在ui的整个周期内晶体管的发射结都导通，因此，在输入电压的整个周期内都有一个随输入信号而变化的基极电流，从而使放大器能不失真地把输入信号进行放大。 (2)用计算法求静态工作点。静态工作点由放大器的直流通路来确定，由于在直流电路中C1、C2可视为断路，因而图5-24所示放大电路的直流通路如图5-27所示。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,3.晶体管放大电路的动态分析 放大器有交流信号输入时的工作状态称为放大器的动态。 (1)电流和电压波形。 (2)交流通路与放大器参数。 (3)交流负载线。,二、

25、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,(4)不带负载时的动态工作情况。 (5)带负载时的动态工作情况。 (6)电压放大倍数。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,4.放大器中的反馈电路 将放大器输出电压或电流的一部分通过一定方式送回到输入端与输入信号发生联系，以影响输入回路和整个放大电路工作的电路，称为反馈电路。反馈放大器由基本放大电路和反馈电路两部分组成，如图5-34所示。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,(1)反馈的分类。反馈可分为正反馈和负反馈，可分为电压反馈和电流反馈，也可分为串联反馈和并联反馈，还可分为直流反馈

26、和交流反馈。 正反馈和负反馈。反馈信号起增强净输入信号作用的反馈称为正反馈；反馈信号起削弱净输入信号作用的反馈称为负反馈。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,电压反馈和电流反馈。反馈信号与输出电压成正比的反馈称为电压反馈；反馈信号与输出电流成正比的反馈称为电流反馈。 串联反馈和并联反馈。放大电路的净输入信号电压uB是由输入信号电压uI和反馈信号电压uF串联而成的反馈称为串联反馈；放大电路的净输入信号电流iB是由反馈信号电流iF与输入信号电流iI并联而成的反馈称为并联反馈。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,直流反馈和交流反馈。对直流分量起反馈作用的反馈称为直流反馈；对交

27、流分量起反馈作用的反馈称为交流反馈。 (2)负反馈对放大电路性能的影响。 使放大倍数降低。理论和实践证明，放大电路引入负反馈以后，其放大倍数下降。放大器的电压放大倍数和反馈网络的传输系数越大，放大倍数下降得越多。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,提高放大电路的稳定性。当晶体管的参数、温度和电源电压等因素变化时，必然会引起输出信号的变化，即影响放大电路的稳定性。使用负反馈，可使放大电路的稳定性提高。电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。负反馈深度越大，放大电路的稳定性越高。 改善非线性失真。晶体管的非线性特性会使输出波形与输入信号的波形不同，即出现失真现象。,二、,晶

28、体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,引入负反馈以后，因为反馈电压正比于输出电压，且反馈电压uF与输出电压uO波形相同，又因为uF与输入电压uI反相，所以uF与原输入信号叠加后所得的净输入信号uB正好抵消由晶体管引起的非线性失真。 改变输入电阻。引入串联负反馈会使输入电流减小（输入信号电压不变），相当于增大了输入电阻；引入并联负反馈会使输入电流增大（输入信号电压不变），相当于减小了输入电阻。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,减小干扰和噪声。 (3)反馈的判断。 正、负反馈的判断。判断电路是正反馈还是负反馈常用瞬时极性法，逐级推出各点的瞬时极性（晶体管集电极的瞬时极性与基极相反，发

29、射极的瞬时极性与基极相同，电容器、电阻等反馈元件不会改变瞬时极性），最后判别反馈到输入端信号的瞬时极性。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,如果反馈到输入端信号的极性和原假设极性相同，使净输入信号增强，那么该反馈为正反馈；如果极性相反，使净输入信号减弱，那么该反馈为负反馈。 电压与电流反馈的判断。判断是电压反馈还是电流反馈常用短路输出端的方法。先设输出端短路，使输出电压为零，若反馈信号也为零，则该反馈为电压反馈；若反馈信号不为零，则该反馈为电流反馈。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,还可以根据反馈信号与放大器输出端的连接方式来判断电压反馈是正反馈还是负反馈。若反馈电路

30、的取样端与放大电路的输出端是并联关系，则该反馈为电压反馈；若是串联关系，则该反馈是电流反馈，如图5-35所示。 串联与并联反馈的判断。判断是串联反馈还是并联反馈常用短路输入端的方法。当短路输入端时，若反馈信号同时被短路，使净输入信号为零，则该反馈为并联反馈；如果反馈信号没有消失，则该反馈为串联反馈。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,还可根据反馈电路与放大器输入端的连接方式来判断是串联反馈还是并联反馈。对共发射极电路，反馈电路接在晶体管的发射极为串联反馈；反馈电路接在晶体管的基极为并联反馈。 还有一种更简便的判断方法。若净输入信号以电流

31、的形式相加减，则该反馈为并联反馈；若净输入信号以电压的形式相加减，则该反馈为串联反馈，如图5-36所示。 反馈电路判别举例。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,反馈类型的判别如图5-37所示。 图5-37（a）所示为集-基极偏置电路，其中，电阻Rf既是基极偏置电阻，又是反馈元件。该电路输出信号经Rf反馈到输入端。若将输出端短路，则输出信号消失，反馈信号也消失，因此，可判断是电压反馈。 反馈元件Rf并联在输入端，净输入信号iB等于输入信号电流iI与反馈信号电流iF的差，即iB=iI-iF，所以是并联反馈。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶

32、体管及其电路,根据瞬时极性法可判断反馈到输入端的信号为“-”，使输入信号削弱，因此是负反馈。 综上所述，图5-37（a）所示的电路为电压并联负反馈电路。 用同样的方法可判断出图5-37（b）所示的电路为电流串联负反馈电路。,二、,晶体管放大电路,任务三 晶体管及其电路,三、,晶体管开关电路,任务三 晶体管及其电路,三、,晶体管开关电路,任务三 晶体管及其电路,三、,晶体管开关电路,任务三 晶体管及其电路,三、,晶体管开关电路,任务三 晶体管及其电路,三、,晶体管开关电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,(1)自激振荡现象。LC电路的振荡过程如图5-42所示

33、。 当开关S接通1时，电容器C被充电，其电压uC=E，见图5-42（a）；当开关由1转至2时，充足电的电容器通过线圈L放电，线圈将电场能转变成磁场能储存起来，见图5-42（b）；,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,当电容器放电结束时，线圈又向电容器反充电将磁场能转变为电场能，见图5-42（c）；反充电后的电容器C再向线圈L放电，见图5-42（d）；若电路中无损耗，充、放电过程将永远进行下去。这种电场能与磁场能的同期性转换称为电磁振荡，也称为自激振荡，,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,其波形按正弦规律变化。每个振荡波形的幅度

34、逐渐减小，直至停振，这种振荡称为阻尼振荡，见图5-42（f）；每个振荡波形的幅度不变，这种振荡称为等幅振荡，见图5-42（g）。 (2)振荡电路的组成。振荡电路由基本放大电路和正反馈电路两部分组成，如图5-43所示。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,(3)振荡条件。在自激振荡的过程中，能量总是有损耗的，要维持振荡不停地进行，必须及时给LC回路补充足够的能量。因此，要产生振荡必须满足以下两个条件： 相位条件。反馈信号与放大电路的输入信号必须同相位，即必须是正反馈。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,振幅条件。反馈的幅度必须大

35、于或等于输入信号的幅度，即要有一个足够的反馈量。 振荡电路只要同时满足上述两个条件，就一定会形成自激振荡，且不停地进行下去。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,LC振荡器广泛地应用在高频电子电路中，其振荡频率为 式中，f0为振荡频率，Hz；L为振荡回路的电感量，H；C为振荡回路的电容量，F。 振荡频率由振荡回路中L和C的大小决定，L和C的值越大，充、放电时间越长，,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,振荡频率就越低，改变电容量和电感量就可改变振荡频率。 LC振荡器主要有以下几种形式： (1)变压器耦合式振荡器。变压器耦合式振荡器如图5-44所示。,四、,晶体管振荡电路,任

36、务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,该电路与前面介绍的分压式电流负反馈放大电路相似，只是集电极电阻用LC选频回路代替，Lf是反馈线圈，正反馈信号由耦合电容器Cb送入晶体管的基极，L2是输出线圈，RL是负载电阻，直流电源UCC向电路提供能量。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,变压器耦合式振荡器的工作原理如下： 在刚接通直流电源的瞬间，由偏置电阻Rbl和Rb2提供给晶体管VT合适的正偏置电压，从而产生集电极电流，也称起振电流。该电流给电容器C充电，引起自激振荡。但通电瞬间自激振荡的振幅很小。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,在LC回路振荡

37、的同时，经变压器耦合，在线圈Lf中产生的电流经Cb反馈至晶体管VT的基极。用瞬时极性法可判定该反馈为正反馈。经放大、再正反馈、再放大不断循环，使振荡电压的振幅不断加大。若Lf接反，则该反馈变成负反馈，不仅不能维持振荡，,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,还会使起始的微弱振荡被负反馈抵消。 虽然正反馈使振荡不断增大，但是非线性元件晶体管却在限制振幅增大，使振幅稳定。其稳定过程如下：当振幅减小时，晶体管工作在线性区，反馈能量增大，使振幅加强；,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,当振幅过大时，管子工作在饱和区，减小，反馈减弱，使振幅减小。如此，使振荡器产生稳定的等幅振荡，由线

38、圈L2输出频率为f0的正弦波形。 （2）电感三点式振荡器。电感三点式振荡器如图5-45所示。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,(3)电容三点式振荡器。电容三点式振荡器如图5-46所示。 电容三点式振荡器的工作原理与电感三点式振荡器相似，运用瞬时极性法可判断出Ca引入正反馈，满足相位条件，,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,只要适当选择Ca、Cc的数值，使放大器有足够的放大倍数来满足振幅条件，电路就能振荡。电容三点式振荡器的振荡频率高，稳定性好。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,LC振荡电路广泛应用在高频电子电

39、路中，电路的振荡频率取决于回路中L和C的数值。当要求振荡频率较低时，L和C的值必须很大，使振荡器的体积和成本上升。因此，低频正弦波振荡器常采用RC振荡电路。RC振荡器如图5-47所示。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,在图5-48中，RC串、并联电路起反馈和选频作用，R1、R2、Cl、C2一经选定，只能对某一频率产生自激振荡（若无Cl、C2，则对任何频率都不产生振荡），输出正弦信号。RC振荡器的放大部分是两级共射放大电路，R5、R9是本级电流串联负反馈电阻。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三

40、晶体管及其电路,Rf是级间电压串联负反馈电阻，有调节反馈量、减小失真和稳定输出的作用。 RC振荡器电路由两级共射放大电路组成，输入信号经过共射放大后反相180，所以能够满足振荡的相位条件。信号经过两级放大，能够满足振幅条件。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,振荡频率f0由RC串、并联网络决定，即 只要改变RC的参数，即可调节f0。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,石英晶体振荡器是一种高稳定性的正弦波振荡器，以石英晶体代替LC振荡回路中的电感、电容元件。石英晶体振荡器具有很高的稳定性，在现代电子设备和汽车电控系统中，得到了广泛的应用。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶

41、体管及其电路,(1)石英晶体的基本特性。按照一定轴向切割下来的石英晶体薄片具有稳定的物理特性。若在石英晶体两极之间加入电场，则晶体就会产生机械变形；若在石英晶体上施加机械作用力，则在晶体相应的方向上就会产生一定的电场，这种物理现象称为压电效应。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,因此，当石英晶体两电极之间加上交变电压时它会产生机械振动；若在石英晶体上施加机械振动，则会在两电极间产生交变电场。一般这种机械振动的振幅和交变电场的振幅都非常微小，只有当外加交变电压的频率等于某一特定的频率时，振幅才会突然增大，,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,这种现象称为压电谐振。因此，把石

42、英晶体又称为石英谐振器。上述特定的频率称为石英晶体的固有频率或谐振频率。 石英晶体的频率特性稳定，温度系数很小，采用它作为振荡电路的选频回路可以构成频率稳定度很高的振荡电路。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,但是石英晶体的谐振频率是固定的，因此，它只可以作固定频率振荡器。 (2)石英谐振器的等效电路。石英谐振器的符号、等效电路及特性曲线如图5-48所示。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,在等效电路中，C0为晶体不振动时两个电极间的电容，称为静电电容，L、C为晶体谐振时的等效参数，R为等效电阻，它代表晶体振动时因摩擦而产生

43、的损耗，其数值约为100 。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,从石英晶体的特性曲线上可知，石英晶体有两个固有频率：一个是由L、C形成的串联谐振频率f0；另一个是由L、C、C0形成的并联谐振频率f。由于C0比C大数百倍，因而f0和f都由L、C的参数确定。当f0ff时，石英晶体呈感性；在其他频率上时，石英晶体呈容性。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,石英谐振器就是利用f0与f之间的等效电感与其负载电容来确定振荡频率的。f0与f之间的范围很窄，对于工作频率为几兆赫的石英谐振器来说，它只有几十赫到几百赫。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,(3)石英晶体振荡器的

44、类型。石英晶体振荡器可分为并联振荡器与串联振荡器两种，在这两种电路中，晶体的阻抗均表现为电感。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,并联型石英晶体振荡器如图5-49所示。 振荡回路由Cl、C2和石英晶体组成。从图5-49中可看出，并联型石英晶体振荡器与前述的电容三点式LC振荡器十分近似，不同的是用石英晶体替代了LC回路中的电感L。由于晶体本身所包含的电容C0C，又CC2，因而起主要作用的仍是C0。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,在振荡器回路中LC的乘积决定其振荡频率，故晶体标称频率决定着振荡回路的谐振频率。对于能量反馈，和

45、电容三点式LC振荡器的相同。 串联型石英晶体振荡器如图5-50所示。 石英晶体接在VTl和VT2的发射极之间，构成了正反馈通路。,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,四、,晶体管振荡电路,任务三 晶体管及其电路,当振荡频率等于晶体的串联谐振频率时，石英晶体的阻抗最小，此时，正反馈最强，相移为零，电路满足自激振荡的条件。因此，振荡电路的振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率f0。调节电位器RP可获得良好的正弦波输出。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,1.晶闸管 晶闸管是晶体闸流管的简称，旧称可控硅。它是一种功率器件，只要给它的控制极以小的触发电流，它就像闸门打开一样，让大电流通过

46、。晶闸管具有体积小、重量轻、功耗低、动作迅速、效率高和寿命长等优点，得到了广泛的应用。晶闸管在汽车电子设备中，起着电子开关、调压、调速、调光和逆变等作用。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,(1)晶闸管的结构和工作原理。晶闸管也是利用半导体的PN结组成的器件。它的种类很多，但最常见的是普通单向晶闸管和双向晶闸管。一般如无特别指明，就是指普通单向晶闸管。晶闸管的等效结构和符号如图5-51所示。 晶闸管由四层交替叠合的半导体(PNPN)构成，中间形成3个PN结。从最外层的P区、N区分别引出两个电极，成为阳极A和阴极K，由中间的P区引出门极G。在此，可以把晶闸管等效为由两个PNP型和NPN型

47、晶体管的互联。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,(2)晶闸管的参数。为了正确地选择和使用晶闸管，还必须了解它的电压和电流等主要参数的意义。晶闸管的主要参数如下： 正向断态重复峰值电压UDRM。 反向重复峰值电压URRM。 通态平均电流IT。 通态平均电压UT。 维持电流IH。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,(3)晶闸管可控整流电路。用晶闸管全部或部分取代整流电路中的整流二极管，就可构成输出电压连续可调的可控整流电路。晶闸管可控整流电路由整流主电路和触发电路两部分组成。 把单相桥式整流电路中的VT1、VT2换成晶闸管，VD1、VD2

48、仍为原来的整流二极管，就组成单相半控桥式整流电路，如图5-52所示。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,（4）晶闸管直流无触点开关。晶闸管直流无触点开关如图5-53所示。 若触发晶闸管VT1，使其导通，则负载R1上就有电流流过。同时，电容C经R及VT1充电，充电极性为左负右正。若要断开负载电流，则可触发晶闸管VT2使其导通，此时电容C两端的电压经VT2加在VT1的A、K两端，,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,因为电压极性对VT1来说是反向的，所以VT1就被关断。电路中，只要使用两个弱信号去触发

49、VT1及VT2，就可以控制大电流在负载RL中的流通与关断，实现无触点开关的作用。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,2.达林顿晶体管 达林顿晶体管又称为复合晶体管。复合晶体管是把两个或两个以上晶体管的适当电极连接起来组成的。复合晶体管有两种连接方式，如图5-54所示。 一种是由两个相同导电极性的晶体管构成的，如图5-54（a）和图5-54（b）所示；另一种是由两个不同导电极性的晶体管构成的，如5-54（c）和图5-54（d）所示。,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,无论采用哪一种连接方法，都可以把组合起来的晶体管看作一个晶体管。而从输入到输出的电流放大系数近似等于两个晶体管放大系数的乘积(=12)。 常见的达林顿晶体管大多采用由两个相同导电极性的晶体管构成的复合晶体管。它具有很高的放大系数，值可达其中单个晶体管的几千倍，甚至几十万倍，不仅能构成高增益放大器，还能提高驱动能力，获得大电流输出，,五、,其他晶体管,任务三 晶体管及其电路,构成达林顿功率开关晶体管，如汽车电子点火中的功率开关晶体管采用的达林顿晶体管。 达林顿晶体管由于是由多个晶体管复合而成的，因而具有很高的放大系数。当功率增大时，