项目一模块一：常用半导体元件.ppt

项目一：电子电路基础知识应用,项目描述汽车电子技术的应用给汽车技术的概念赋予了新的含义。1958年带二极管直流发电机在汽车上第一次使用，汽车电子技术开始逐步发展。1965年汽车晶体管点火系的出现标志着汽车技术进入了电子时代。如今电子技术广泛应用于汽车的各个系统部件中，电子系统的价格从1980年占整车价格的0.5%至2010年预测可达24%。因此，我们学习并掌握电子电路基础知识是为以后学习先进的汽车电子技术打好扎实的基础。技能要点认识和区分常用半导体元件；掌握晶体二极管、三极管检测方法；掌握电子元件焊接基本方法；学会制作简单的汽车晶体管电路。知识要点通过本项目学习，了解半导体元件的分类；掌握二极管、晶体管的特性；熟悉汽车常用半导体及特征用途；理解并能分析各晶体管在电路中的应用,模块一 汽车常用半导体元件任务一 认识常用半导体元件单元目标：熟练区分出无源元器件和半导体元器件；掌握常用无源元件的名称；了解电阻的色环含义；掌握电子元件的焊接方法,活动一：从汽车收音机的电子线路板上认识元器件汽车收音机的电子线路板上插满了各种电器元件，请你说说看哪些是电阻、哪些是电容器，还有一些是什么？如图1-1所示。,图 1-1汽车收音机,知识链接 一、电子元件可分为两大类：无源元件和半导体元件。无源元器件有电阻器、电容器、电感等。半导体元件有二极管、晶体管、晶闸管等。无源元件电阻器 电阻是导体的一种基本性质，其值与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻器是电气、电子设备中最常用的基本元件之一，如图1-2,图 1-2 各种电阻器,1、电阻器有不同的分类方法。按材料分，有碳膜电阻、水泥电阻、金属膜电阻和线绕电阻等；按功率分，有1/16W、l/8W、1/4W、l2W、1W、2W、5W直到500W等额定功率的电阻：按电阻值的精确度分，有精确度为5、10、20等的普通电阻，还有精确度为0.l、0.2、0.5、1和2等的精密电阻，电阻器类别可以通过外观的标记去识别。电阻器的种类虽然有很多，但通常可分为三大类，即固定电阻、可变电阻、特种电阻。,2、电容器 简称电容，是一种基本的电子元件，在电路中用符号“C”表示，如图1-3。,电容的种类很多，但它们的基本结构和原理是相同的，两片相距很近的金属中间被某物质(固体、气体或液体)所隔开，就构成了电容器。两片金属称为极板，中间的物质叫做介质。电容是一种储存电能的元件，它的基本功能是存储电荷(电能)。在电路中，电容用得十分广泛，王要用作交流耦合、隔离直流、滤波、交流旁路、RC定时、LC谐振选频等。电容按其容量是否可调分为固定与可变电容器两大类。,图 1-3 各种电容器,3、电感器和电容器一样，电感也是一种储能元件如图1-4所示，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。与电容的特性相反，电感器具有阻止交流电 通过而让直流电通过的特性，它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。电感器用符号L表示，它的基本单位是亨利(H)，毫亨（mH)为常用单位。其主要技术指标包括电感量L、品质因数Q、自谐频率F、直流电阻RDC、额定电流I、绝缘电阻K等。图 1-4各种电感器 电感器的种类较多，按用途可分通用元件和专用元件；按工作原理不同可分为电感线圈和变压器两大类。其中，通用元件可分固定电感元件(立式、卧式与片状)、阻流圈(高频、低频、工频)等；专用元件包括各种振荡线圈(电视与收音机用)以及电视机上的校正电感与偏转线圈等。,二、半导体元件 半导体元器件用硅或锗等半导体材料制成的电子元件。常用的有半导体二极管，稳压管，发光二极管，变容二极管，光电管，晶体管，可控硅，光敏电阻，负温度系数的热敏电阻和各种集成电路等，如图1-5所示。半导体到底是什么东西呢，我们将在后面的任务中进一步认识。,图 1-5 各种半导体元件,活动二电子元件焊接从收音机的电子线路板上我们认识了元器件，同时可以看到元件通过焊接固定在电子线路板的铜触点上。任何电子产品，无论是由几个元件构成的单元电路，还是复杂的由成千上万个零部件构成的电子系统，都是将电子元器件和功能部件按照电路的工作原理，用一定的工艺方法装配而成的。在电子产品的装配中，使用最广泛的方法是焊接。生产过程使用的焊接方法主要有浸焊、波峰焊与再流焊，同时，手工焊接也是必不可少的。接下来，请你来学习手工焊接的一些基本常识。手工焊接的常用工具有电烙铁、焊丝、助焊剂、起子、镊子等等，如图1-6所示。,图 1-6 手工焊接工具,手工焊接基本步骤：,第一步 准备：一手拿焊丝，一手拿烙铁，看准焊点，随时待焊。,第二步 加热：烙铁尖先送到焊接处，注意烙铁尖应同时接触焊盘和元件引脚，把热量同时传输到焊接对象上。,第三步 送焊锡：焊盘和引线被融化的助焊剂所浸湿，除掉表面的氧化层，焊料在焊盘和引线连接处呈锥状，形成理想的无缺憾的焊点。,第四步 去焊锡：当焊丝融化到一定量后，迅速移开焊锡丝。,第五步 完成：当焊料完全浸润焊点后迅速移开电烙铁。,任务二 半导体的基本知识单元目标：了解半导体的发展历史；掌握半导体的基本知识,活动一 了解半导体的历史发展 物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导热性较差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。,1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的导电与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。半导体的这四个效应，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢？主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。在早期，半导体还用来做整流器、光伏电池、红外探测器等，半导体的四个效应都用到了。二战时英国就利用红外探测器多次侦探到了德国的轰炸机。,1947年，美国贝尔实验室的研究人员研制出了晶体管，这年的12月23日成为晶体管的正式发明日。研究人员用了一个非常简单的装置，就是在一块锗晶体上，用两个非常细的金属针尖扎在锗的表面，在一个针上加正电压，在另外一个探针上加一个负电压，我们现在分别称为发射极和集电极，N型锗就变成了一个基极，这样就形成了一个有放大作用的PNP晶体管，这就是晶体三极管。晶体管的发明不仅引起了电子工业的革命，从而彻底的改变了我们人类的生产、生活方式。我们今天日常所用的电器几乎没有一样不用晶体管，如通信、电脑、电视、航天、航空等，特别是近三十年在汽车技术上的应用和发展更为迅猛。,活动二、半导体基本知识我们在上一活动中做了一个小实验，小灯泡在调换二极管接线方向时出现了亮和不亮两种情况，这就要从二极管的特性来探讨一下。1、P型半导体和N型半导体半导体元件在汽车上的应用种类很多，半导体二极管和晶体管最为常见。导体的原子外层轨道上的电子数量少于四个，电子在该材料中的定向运动形成电流；绝缘体原子外层轨道上的电子数量多于四个，它们的原子结构是稳定的(没有自由电子)，因而不能传导电流。,半导体既不属于导体也不属于绝缘体，半导体材料的原子外层轨道上只有四个电子。锗和硅是两种典型的半导体材料，它们都没有自由电子来形成电流。但是，如果在锗和硅中加入另外的物质提供电子运动所必需的条件，这些半导体材料就可以用来传导电流。将其他材料以很小的比例添加到半导体里的过程称为半导体掺杂，掺人的微量物质叫做杂质。在加了另外的微量物质后，锗和硅就不再是纯净材料。添加到纯净硅或锗中的杂质原子数占纯净硅或锗材料原子的亿分之一被用来提高半导体的导电性。因为电子的数量依然与混合材料中的质子的数量相等，掺杂后的原子依然是电中性的。根据两种材料结合部位的电子数量不同，这些混合材料被分为两类：N型半导体和P型半导体。如图1-7（a）、（b）所示。,图1-7（a）N型半导体材料 N型半导体：在硅或锗中掺入像磷等元素。每种掺杂元素在原子外层轨道上都有五个电子，这五个电子与硅或锗的四个电子混合成总共九个电子。然而在半导体材料和掺杂元素的结合处只能容纳八个电子，这样就产生一个多余电子。,图1-7（b）P型半导体材料,P型半导体：P型半导体是在硅和锗中掺人杂质硼等材料所产生的。硼的原子外层轨道上只有三个电子，与硅或锗结合后，总共有七个电子，比在原子结合时所需要的少一个电子。因而尽管混合后材料仍呈电中性却可以吸引电子，这样就产生了空穴。混合半导体由于缺少电子而试图吸引材料外部的其他电子来填充空穴。2、PN结及单向导电性：,图1-8 二级管的PN结,一块P型或N型半导体，虽具有较强的导电能力，但将它接入电路中只起电阻作用，不能成为半导体元件。如果将P型与N型半导体采取一定方法合成一体，在它们的交界面处产生一个特殊结构，即PN结，如图5-8所示。在外电场的作用下，交界处的电子从一个原子移动到另一个原子，N型材料中自由电子移动填充了P型半导体的空穴。由于空穴被电子所填充，没有被填充的空穴以与电子流动相反的方向移动。空穴移动的方向与电子移动的方向相反，这样形成了半导体定向导电，即单向导电性，空穴移动的概念被称为电流流动的空穴理论。PN结是制造半导体元器件的基本结构，其特性十分重要。,单元思考与练习1、电子元件可分为哪两大类？2、色环电阻上的色环代表了什么?3、请简单描述半导体PN结的导电原理。4实践操作：练习使用手工焊接工具进行电子元器件的焊接,