一、什么是半导体     导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体，半导体是 在某种条件下导电，而在别的条件下不导电的材料。半导体包括二 极管、三极管、晶闸管等。制造半导体最常用的材料是硅晶体和锗 晶体。晶体是具有确定的原子结构的材料，纯的晶体不能用来制作 半导体，需要在这两种晶体中掺杂极小比例的其他元素。硅晶体和 锗晶体都是四价元素，掺人杂质后，导电性能就会发生明显变化。 根据掺杂元素的不同，可以把半导体分为P型半导体和N型半导体。 在晶体中掺入微量的五价磷元素，产生多余的自由电子充当导电载 流子，掺人磷元素杂质的半导体叫做N型半导体；在晶体中掺人微量 的三价硼元素，因为缺少电子产生空穴，这些空穴充当导电的载流 子，掺人硼元素杂质的半导体叫做P型半导体。     按一定次序将N型半导体和P型半导体结合在一起，便能制造出 用于汽车电压调节和电子控制器等电子装置的电子器件。     提示：观看硅晶体和锗晶体彩色图片，晶体结构图片。 二、什么是二极管         当N型半导体和P型半导体结合在一起，得到的PN结就是二极管 (图5-1)。二极管按制造材料可分为硅二极管、锗二极管。              二极管可以看作电流的单向止回阀，它只允许电流以一个方向 流动，即从二极管的正极流向负极。这就是二极管的单向导电性。      操作：观看各种形式的二极管(实物)。用指针式万用表检测二 极管的单向导电性(图5-2)。将万用表拨到R×1K挡。用红表笔接二 极管的负极，黑表笔接二极管的正极，所测得的阻值较小；反过 来，用红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，所测得的 阻值较大。这是因为，指针式万用表的红表笔与内部电源负极相 连，黑袁笔与内部电源正极相连，当正电压加到二极管正极，负电 压加到二极管负极，便有电流流过，二极管表现出的阻值很小；反                       之二极管则没有电流流过，表现出的阻值                                    很大。                           操作规范：用万用表检测二极管时不                       能用R×1挡和R×10K挡，R×1挡电流太                       大，可能烧坏二极管；R×10K挡电压太                       高，可能击穿二极管。                              讨论：用数字万用表检测二极管单向导电                          性的表笔连接方法与指针式万用表相同吗?     提示：用上述方法可以判别二极管的极性。     进一步：简单了解二极管的特性。     1．二极管的伏安特性     流过二极管的电流随着加在二极管上的电压变化而变化的性质 称为二极管的伏安特性。如图5-3所示为二极管伏安特性曲线。     (2)反向特性     当二极管被加上反向电压时，流过二极管的电流很小，称为反 向饱和电流Is，硅管Is为小于0.1μA，锗管Is为几十微安。     (3)反向击穿特性     当反向电压增加到某个数值UR时，流过二极管的反向电流将急 剧增大，这种现象叫反向击穿。UR叫反向击穿电压。使用二极管 时，应避免反向电压超过击穿电压，以防止二极管损坏。     2．二极管的主要参数         (1)最大电流IF     最大电流是指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电 流。实际使用时的工作电流应小于IF，如果超过此值，将引起PN结 过热而烧坏。         (2)最高反向电压URM         最高反向电压是指二极管工作时两端所允许加的最大反向电 压。通常URM  约为反向击穿电压UR的一半，以保证二极管安全工 作，防止击穿。    三、二极管在汽车上的应用         利用二极管的单向导电性，可以组成整流、续流、限幅及检波 等电路应用到汽车电路中。         1．二极管的整流电路     将交流电变成直流电的过程叫做整流。在汽车交流发电机中， 就是利用二极管组成的整流板将发电机发出的三相交流电整流为直 流电。为了适应汽车发电机的需要，专门制作了用于汽车的整流二 极管。如图5-4所示。         正极管的外壳为负极，引出 极为正极。在负极搭铁的硅整流 发电机中，三个正极管的外壳压 装在散热板的三个座孔内，共同 组成发电机的正极，由一个与发 电机后端盖绝缘的整流板固定螺 栓通至机壳外，作为发电机的火 线接线柱“B”。         负极管的外壳为正极，引出极为负极，在管壳底上一般标有黑 色标记。三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔内，和发电机外 壳一起成为发电机的负极。     三个正极管和三个负极管构成的整流电路称为三相桥式整流电 路，将发电机的交流电变为12V 的直流电。整流电路如图5-5 所 示。           重点：三相桥式整流工作原理。在电路中，三个正极管的正极 引出线分别与三相绕组的首端相连。在某一瞬间，只有与电位最高 的一相绕组相连的正极管导通。同样，三个负极管的引出线也分别 同三相绕组的首端相连。在某一瞬间，只有与电位最低的一相绕组 相连的负极管导通。     其整流过程如下：     在t=0 时，UU1=0，UV1 为负值，UW1 为正值，则二极管VD3、 VD5 获得正向电压而导通。电流从 W1相出发，经 VD3、用电设备 VD5回到V1 相构成回路。因为二极管内阻很小，所以此时 W1、V1  之间的电压都加在负载上。     在t1～t2 时间内，U1相电压最高，Vl相电压最低，所以 VDl、 VD5处于正向电压下而导通，U1、Vl之间的电压加在负载上。     在t1～t2 时间内，U1相电压最高，Vl相电压最低，所以 VDl、 VD5处于正向电压下而导通，U1、Vl之间的电压加在负载上。     在 t2～t3 时间内，U1 相电压最高，W1 相电压最低，所以  VDl、VD6 处于正向电压下而导通，U1、Wl之间的电压加在负载上。     在t3～t4 时间内，VD2、VD6导通，V1、W1之间的电压加在负 载上。     这样反复循环，6只二极管轮流导通，在负载端便得到一个较平 稳的直流电压。电压波形如图5-5(d)所示。 重要提示：汽车交流发电机故障经常是整流二极管的损坏引起的。 讨论：如果汽车交流发电机的整流板中有二极管损坏会出现什么现       象? 提示：除交流发电机三相桥式整流电路外，在汽车电路中还有其他       形式的整流电路。 2、二极管的续流电路     一个通电的线圈，当突然断电时，就 会在线圈中产生一个反向电动势，如果这 个反向电动势叠加在电路中的其他电子元 件上(一般为三极管)，就会引起元件的损 坏。为了避免这种现象的出现，一般都在 线圈旁边并联一个二极管来吸收反向电动 势，这种电路就是二极管的续流电路(如图 5-6 所示)。在这种电路中，二极管起到了 对其他电子元件的保护作用，所以也称为 保护二极管。      操作规范：与线圈并联的二极管一定是负极接高电位，正极接低 电位。     在汽车用电子调压器中，起开关作用的三极管根据发电机输出 电压的高低控制交流发电机励磁绕组的通断，以达到稳定
第五章 半导体器件.ppt