《汽車電工電子》 中職配套PPT課件
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模塊一 車用整流器
一、教學(xué)目標(biāo)
1．了解半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和特性，熟悉整流電路的結(jié)構(gòu)及種類；
2．能正確用萬用表檢測二極管的好壞及極性。
二、課時(shí)分配
本項(xiàng)目共3個(gè)課題，安排2課時(shí)。
三、教學(xué)重點(diǎn)
通過本模塊的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及特性；能正確用萬用表檢測二極管的好壞及極性；了解整流電路的種類、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；會(huì)檢測車用整流器；了解濾波電路的種類和結(jié)構(gòu)。
四、教學(xué)難點(diǎn)
1．會(huì)檢測車用整流器。
五、教學(xué)內(nèi)容
課題一 半導(dǎo)體二極管
一、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識
自然界中的物質(zhì)，按照它們的導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三類。
自然界中三種導(dǎo)電物質(zhì)的名稱及其典型舉例
1．N型、P型半導(dǎo)體
典型的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們都是四價(jià)元素，即每個(gè)原子的最外層有四個(gè)價(jià)電子。
（1）N型半導(dǎo)體
在純凈半導(dǎo)體（硅或鍺）的晶體中摻入微量的五價(jià)元素，如磷（P）或砷（As）、銻（Sb）等，使某些位置的硅原子被五價(jià)原子代替。
N型半導(dǎo)體
P型半導(dǎo)體
（2） P型半導(dǎo)體
在純凈半導(dǎo)體（硅或鍺）的晶體中摻入微量的三價(jià)元素，如硼（B）、鋁（Al）、鎵（Ga）、銦（In）等，每個(gè)三價(jià)原子的最外層只有三個(gè)電子，當(dāng)它與鄰近的四個(gè)硅原子相結(jié)合而形成共價(jià)鍵時(shí)，就自然提供了一個(gè)空穴。
2．PN結(jié)
把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體按一定的工藝結(jié)合在一起時(shí)，在他們的交界面形成一個(gè)帶電的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)，它是各種半導(dǎo)體器件的核心結(jié)構(gòu)。
① 當(dāng)PN結(jié)兩端無外加電壓時(shí)，在交界面處，空穴和自由電子基本耗盡，形成空間電荷區(qū)（又稱耗盡層），空間電荷區(qū)的寬度基本上是固定的。
PN結(jié)的形成
② PN結(jié)兩端加正向電壓。P區(qū)接電源正極，N區(qū)接負(fù)極，這樣的接法稱PN結(jié)正向偏置（正偏）。
PN結(jié)加正向電壓
③ PN結(jié)兩端加反向電壓。
PN結(jié)加反向電壓
二、半導(dǎo)體二極管
1．結(jié)構(gòu)
半導(dǎo)體二極管（簡稱二極管）是由一個(gè)PN結(jié)加上兩個(gè)電極引線做成管芯，并且用塑料、玻璃或金屬等材料作為管殼封裝而成。
二極管的結(jié)構(gòu)與符號
常見普通二極管和車用二極管外形
2．單向?qū)щ娞匦?
二極管的單向?qū)щ娞匦允嵌O管的最基本和重要的特性。
二極管單向?qū)щ娦缘膶?shí)驗(yàn)圖
二極管的伏安特性曲線
3．伏安特性
加在二極管兩端的電壓與流過二極管電流的關(guān)系稱為伏安特性，其關(guān)系曲線稱為二極管伏安特性曲線。
① 二極管加正向電壓時(shí)，存在一個(gè)“死區(qū)”，對硅二極管來說，其范圍為0～0.5V，對鍺二極管來說，其范圍為0～0.2V。
② 二極管加反向電壓時(shí)，反向電流很小，而且基本不隨電壓大小而變化，這一電流稱做二極管的反向飽和電流。
4．主要參數(shù)
二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可以用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。這些參數(shù)是半導(dǎo)體器件的質(zhì)量指標(biāo)，是合理選用二極管的依據(jù)。
① 最大整流電流IF
② 最高反向工作電壓URM
③ 反向飽和電流IS
④ 最高工作頻率
5．分類和應(yīng)用
二極管種類繁多，通常是根據(jù)用途將二極管分為普通整流二極管、穩(wěn)壓二極管、光敏二極管及發(fā)光二極管等。
（1）普通整流二極管
在工程應(yīng)用中，常需要利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流輸入電壓變?yōu)橹绷麟妷骸?
二極管構(gòu)成的鉗位電路
（2）穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制成的二極管，其工作在反向擊穿狀態(tài)，起到穩(wěn)壓作用，具體內(nèi)容將在后面模塊中敘述。
（3）光敏二極管
光敏二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管類似，但在其PN結(jié)處，通過管殼上的一個(gè)玻璃管窗口能接受外部的光照。
光敏二極管的符號
發(fā)光二極管的符號
（4）發(fā)光二極管
發(fā)光二極管簡稱“LED”，是具有一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，通常由元素周期表中的Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物制成，如砷化鎵、磷化鎵等化合物半導(dǎo)體材料。
6．檢測方法
（1）極性引腳的表示方法
① 在二極管的負(fù)極用一條色帶標(biāo)志。
② 在二極管外殼的一端標(biāo)出一個(gè)色點(diǎn)，有色點(diǎn)的一端表示二極管的正極，另一端則為負(fù)極。
③ 在二極管的外殼上直接印有二極管的電路符號，根據(jù)電路符號判斷二極管的極性。
（2）性能好壞檢測
萬用表測試條件：R×1k或R×100。
① 若正反向電阻均為零，二極管短路。
② 若正反向電阻非常大，二極管開路。
③ 若正向電阻約幾千歐，反向電阻非常大，二極管正常。
萬用表測量二極管極性
（3） 正負(fù)極性檢測
先將萬用表歐姆擋旋鈕置于R×100或R×1k擋；用萬用表紅、黑表筆任意測量二極管兩引腳間的電阻值，交換萬用表表筆再測量一次，兩次測量結(jié)果一大一??；以阻值較小的一次測量為準(zhǔn)，黑表筆所接的二極管一端為正極，紅表筆所接的二極管一端為負(fù)極。順口溜叫“黑小正、紅大負(fù)”。
測量二極管正向電阻、反向電阻
課題二 整流電路
整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電的電路。
一、整流電路的種類
1．單相半波整流電路
單相半波整流電路由整流變壓器T、整流二極管VD以及負(fù)載電阻RL組成。
單相半波整流電路
①純電阻負(fù)載時(shí)單相半波整流電路輸出的直流電壓和直流電流
② 單相半波整流電路中的二極管
單相半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)大、利用率低，一般用于直流較小、脈動(dòng)要求不高的場合。
2．單相橋式整流電路
單相橋式整流電路由4個(gè)整流二極管按電橋的形式連接而成。
單相橋式整流電路
（1）工作原理
負(fù)載獲得的直流電壓和電流：
該直流電路輸出的直流電壓的平均值為
負(fù)載電流的平均值為
其中，U2——變壓器次級電壓的有效值。
（2）整流二極管的選擇原則
① 流過二極管的平均電流：
流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為
② 最大反向電壓URM
3．車用整流電路（整流器）
實(shí)驗(yàn)室用JF11A型發(fā)電機(jī)整流器外形如圖所示。
JF11A型交流發(fā)電機(jī)整流器外形圖
硅二極管的外形和符號
汽車交流發(fā)電機(jī)整流二極管安裝圖
汽車發(fā)電機(jī)整流電路及波形圖
二、整流器的檢測
將二極管的引線與其他連接分離，用指針萬用表的兩個(gè)表筆分別接到二極管的引線與殼體上，測二極管的正向與反向電阻。
整流器正負(fù)極管的檢測
課題三 濾波電路
1．電容濾波電路
電容濾波電路如圖所示，濾波電容C與負(fù)載RL并聯(lián)。設(shè)u2的初始波形如圖（a）所示，圖（b）中的虛線波形為整流橋的全波整流波形。
橋式整流濾波電路
電容濾波電壓波形圖
（1）工作原理
當(dāng)u2正半波上升時(shí)，VD1、VD3導(dǎo)通，電容C開始充電，電壓逐漸上升，直至接近電源電壓u2的最大值。當(dāng)u2正半波開始下降時(shí)，uC＞u2，VD1、VD3截止，電容C向RL放電。
同理，當(dāng)u2負(fù)半波時(shí)，在t2～t3期間，uC＞u2，VD2、VD4截止，電容C向RL放電；在t3～t4期間，u2＞uC，VD2、VD4導(dǎo)通，電容C充電，直至uC＞u2，VD2、VD4截止，如此周而復(fù)始。
（2）參數(shù)選擇
① 濾波電容。濾波電容愈大，濾波效果越好。
② 耐壓值選擇。
空載時(shí)：
負(fù)載為RL時(shí)：uO＝1.2U2
電容器耐壓值應(yīng)大于它實(shí)際工作時(shí)所承受的最大電壓，一般取（1.5～2）U2。
（3）適用范圍
電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是可以得到脈動(dòng)很小的直流電壓，其缺點(diǎn)是輸出電壓uo受負(fù)載變化影響較大，負(fù)載電流增大，負(fù)載電壓脈動(dòng)程度就會(huì)增大。
2．電感濾波電路
電感濾波電路如圖所示。
電感濾波電路
（1）工作原理
將電感線圈L與負(fù)載RL串聯(lián)，電流增大時(shí)，電感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻止電流增加；電流減少時(shí)，電感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻止電流減少，從而使負(fù)載電流變平滑。
（2）適用范圍
電感濾波的缺點(diǎn)是由于鐵心的存在，使線圈笨重，體積大，而且容易引起電磁干擾，一般只適用于低電壓大電流場合。
3．復(fù)式濾波電路
復(fù)式濾波電路是由電容和電感按一定的連接方式組成的，常見的有T形濾波、π形LC濾波以及π形RC濾波等三種。
復(fù)式濾波電路
① T形濾波
② π形LC濾波
③ π形RC濾波
六、課后作業(yè)
完成所有課題的學(xué)后測評。
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