1、器件,可以用于控制和放大电流,它的低成本、灵活性和可靠性促进了电子计算机的发展,使数字化革命浪潮席卷全世界。它也是集成电路中最重要的基础元器件之一,如今几乎每一款电子设备所使用的微芯片中都包含了数百万个晶体管,这些晶体管与二极管、电阻器、电容器一起被封装在微芯片上以制造完整的电路。【项目描述】每年,全世界要生产大约10万亿个晶体管,相当于全球70亿人以每人每秒钟生产45个晶体管的速度,连续不停地工作一年。晶体管是一种固体半导体任务一晶体管的认知与检测【任务分析】晶体管在汽车电路中广泛应用,了解晶体管的结构、区分晶体管的引脚是一项基本能力。在本次任务中,主要就是介绍晶体管的结构,学习使用万用表判
2、别晶体管的极性和引脚。一、相关知识1.晶体管的结构 半导体晶体管由于在工作时半导体中的电子和空穴两种载流子都起作用,所以属于双极型器件,也称为双极结型晶体管(Bipolar Junc-tion Transistor,BJT)。晶体管的种类很多,如图6-1所示,按照半导体材料的不同,可分为硅管、锗管;按功率可分为小功率管、中功率管和大功率管;按照频率可分为高频管和低频管;按照制造工艺可分为合金管和平面管;等等。晶体管通常按照结构的不同分为两种类型:NPN型晶体管和PNP型晶体管。图6-2中给出了NPN型和PNP型晶体管的结构示意图及其图形和文字符号,符号中的箭头方向是晶体管的实际电流方向。图6-
3、1晶体管图6-2晶体管的结构示意图及其图形和文字符号 要准确地了解晶体管的类型、性能与参数,可用专门的测量仪器进行测试,但一般粗略判别晶体管的类型和引脚,可直接通过晶体管的型号简单判断,也可利用万用表测量的方法判断。下面具体介绍其型号的意义。晶体管的型号一般由五大部分组成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G 等。下面以3DG110B 为例来说明各部分的命名含义。第部分由数字组成,表示电极数。“3”代表晶体管。2.晶体管的型号第部分由字母组成,表示晶体管的材料与类型。A 表示PNP 型锗管,B 表示NPN 型锗管,C 表示PNP 型硅管,D 表示NPN 型硅管。第部分由字母组成,表示晶体
4、管的类型,即表明管子的功能。第部分由数字组成,表示晶体管的序号。第部分由字母组成,表示晶体管的规格号。任务二放大电路的制作【任务分析】放大的现象存在于各种场合,例如,使用放大镜放大微小物体,这是光学中的放大;利用杠杆原理用小力移动重物,这是力学中的放大;利用扬声器放大声音,这是电子学中的放大。放大电路在日常电路中有非常广泛的用途。一、相关知识1.放大电路的用途 放大电路可以将微弱的小信号不失真地放大,从而获取有用的信息,它在汽车电路中很常见。2.共射放大电路图6-7所示为一个最基础的共射放大电路。它可以实现输入电压、电流的放大效果。图6-7共射放大电路电路中各元件的作用如下:1)集电极电源UC
5、C:其作用是为整个电路提供能源,保证晶体管的发射结正向偏置、集电结反向偏置。2)基极偏置电阻RB:其作用是为基极提供合适的电流。3)集电极电阻RC:其作用是将集电极电流的变化转换成电压的变化。4)耦合电容C1、C2:其作用是隔直流、通交流。5)符号“”为搭铁(一般表示接地)符号,是电路中的零参考电位3.静态分析图6-8共射放大电路的直流通路 静态分析的目的就是要通过计算在直流电压、电流作用下晶体管的相关电路物理量,分析晶体管的工作状态。晶体管的输出特性分为放大区、饱和区、截止区,只有工作在放大区才具有放大作用。要得到晶体管电路中的直流电流、电压值,只需考虑晶体管电路的直流通路。直流通路就是直流
6、信号传递的路径,无交流信号输入和输出。因为耦合电容对基极交流信号相当于开路,因此将电路中的耦合电容开路,就可得到对应的直流通路。按照这个原则,共射放大电路对应的直流通路如图6-8所示。这个直流通路中的直流电压和电流的数值就是静态工作点,包括IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ四个物理量。用估算法求取静态工作点,过程如下:UBEQ0.7VIBQ=0.0226mA=22.6AICQ=IBQ=8022.6A1.81mAUCEQ=UCC-ICQRC=12V-1.81mA3k=6.57V式中,为电流放大倍数。4.动态分析放大电路放大的对象是交流变化量,研究放大电路时除了要保证放大电路具有合适的静态工作点外
7、,还要研究其放大性能。对于放大电路的放大性能有两个方面的要求:一是放大倍数要尽可能大;二是输出信号要尽可能不失真。首先通过分析放大电路的交流通路来明白性能要求。交流通路是指在交流信号源的作用下,交流电流所流过的路径。画交流通路的原则如下:图6-9共射放大电路的交流通路1)将放大电路的耦合电容看做短路。2)将电源UCC看做短路。根据以上原则,画出共射放大电路的交流通路,如图6-9所示。图6-10所示为交流物理量的变化曲线,通过这些曲线可以了解放大电路的工作过程。任务三开关电路的认识与检测【任务分析】在现代汽车电路中,电子控制单元(ECU)的执行机构主要有以下几种方式:控制继电器、控制电动机和大功
8、率晶体管(达林顿管)。随着汽车电路的集成化越来越高,晶体管作为一种小电流控制大电流的器件,使用越来越广泛。本次任务主要学习NPN型和PNP型晶体管构成的开关电路。一、相关知识1.开关电路的用途 晶体管取代开关,主要应用晶体管输出特性中的截止区和饱和区。在截止区内,C、E间相当于开关断开。在饱和区内,UCE0.1V,C、E间相当于开关闭合。2.NPN型晶体管开关电路 图6-11所示为NPN型晶体管构成的开关电路。Ui为输入,Uo为输出;通过输入控制输出的电压和电流。当输入Ui=5V时,UBE上的电压为0.7V,晶体管处于饱和状态,C、E间相当于开关闭合。输出Uo的电压为搭铁电压,Uo0V。当输入
9、Ui=0V时,UBE上的电压为0V,晶体管处于截止状态,C、E间相当于开关导通。输出Uo的电压就是电源电压,Uo=12V。3.达林顿管 由于单个晶体管的放大电流能力有限,一般只能放大100倍左右。在汽车电路中,有些开关需要控制较大电流,因此,要求晶体管有足够的电流放大能力。达林顿管就是解决这个问题的一种方法。达林顿管就是将两个晶体管连接在一起,如图6-12所示,极性以前面的晶体管为准。具体接法如下:以两个相同极性的晶体管为例,前面晶体管集电极同后面晶体管集电极相接,前面晶体管发射极同后面晶体管基极相接,前面晶体管功率一般比后面晶体管小,前面晶体管基极为达林顿管基极,后面晶体管发射极为达林顿管发
10、射极,用法跟晶体管一样,放大倍数是两个晶体管放大倍数的乘积。如果VT1的放大倍数为1,VT2的放大倍数为2,则达林顿管VT的放大倍数为=12。图6-12达林顿管内部原理图汽车交流发电机的电压调节器采用JFT106型晶体管电压调节器,其电路如图6-13所示。图6-13JFT106型晶体管电压调节器电路通过调节F1、F2间线圈中的电流大小,可调节发电机的输出电压,使4.晶体管开关电路应用举例发电机的电压不会因为转速的变化而出现较大波动。电路中VT1构成了一个晶体管开关电路、VT2和VT3构成了一个达林顿管。读者可通过应用前面所学的知识,分析该电路图的工作原理。中,锡焊普遍存在。对于汽车电路的维修,
11、锡焊工艺必不可少。本项目首先介绍简单的锡焊工艺,然后通过简单的放大电路焊接,复习晶体管的应用,熟练掌握焊接工艺操作过程。【项目描述】焊接是一种连接金属或热塑性材料的制造或雕塑过程。现代汽车电路 采用锡钎钎料进行的焊接称为锡焊,它属于软焊。锡焊是最早得到广泛应用的一种电子产品的布线连接方法。当前,虽然焊接技术发展很快,但锡焊在电子产品装配中仍占据连接技术的主导地位。任务一认识锡焊与焊接元器件【任务分析】1.锡焊的简介 锡焊与其他焊接方法相比具有如下特点:1)焊接方法简单、易形成焊点。锡焊焊点是利用熔融的液态钎料的浸润作用而形成的,因而对加热量和钎料都无需精确的要求。例如使用手工焊接工具电烙铁进行
12、焊接就非常方便,且焊点大小允许有一定的自由度,可以一次形成焊点。若用机器进行焊接,还可以成批次形成焊点。2)焊接设备比较简单,容易实现焊接自动化。锡焊钎料熔点较低,一、相关知识有利于浸焊、波峰焊和再流焊的实现,便于与生产流水线配制,实现焊接自动化。3)钎料熔点低,适用范围广。锡焊属于软焊,钎料熔化温度在180320之间。除含有大量铬和铝等合金的金属材料不宜采用锡焊焊接外,其他金属材料大都可以采用锡焊焊接,因而适用范围很广。4)成本低廉,操作方便。锡焊比其他焊接方法成本低,钎料价格也便宜。焊接工具(电烙铁)简单、操作方便,而且维修焊点、拆换元件以及重新焊接都很方便。2.手工锡焊的工具 手工焊接工
13、具包括内热式电烙铁、外热式电烙铁、吸锡电烙铁、恒温电烙铁和热风枪等,如图7-1所示。图7-1手工焊接工具(1)内热式电烙铁 内热式电烙铁由连接杆、手柄、弹簧夹、烙铁心、烙铁头(俗称铜头)等组成。其中,烙铁心安装在烙铁头的里面,故称为内热式电烙铁。烙铁心采用镍铬电阻丝绕在瓷管上制成,且可更换。一般20W 电烙铁的电阻为2.4k左右,35W电烙铁的电阻为16k左右。电烙铁的功率越大,烙铁头的温度就越高。焊接集成电路、印制电路板、CMOS电路一般选用20W 的内热式电烙铁。若使用的电烙铁功率过大,容易烫坏元器件(一般二极管、晶体管的结点温度超过200 就会损坏)或使印制导线从基板上脱落;若使用的电烙
14、铁功率太小,焊锡不能充分熔化,焊剂不能发挥出来,焊点不光滑、不牢固,易产生虚焊。焊接时间过长,则会烧坏元器件,一般每个焊点在1.5 4s内完成。(2)外热式电烙铁 外热式电烙铁一般由烙铁头、烙铁心、外壳、手柄、插头等部分组成。烙铁头采用热传导性好的以铜为基体的铜-锑、铜-铍、铜-铬-锰及铜-镍-铬等合金材料制成。烙铁头在连续使用后其作业面会变得凹凸不平,需用锉刀锉平。即使是新烙铁头,在使用前也要用锉刀去掉烙铁头表面的氧化物,然后接通电源,待烙铁头加热到颜色发紫时,再用含松香的焊锡丝摩擦烙铁头,使烙铁头挂上一层薄锡。烙铁头安装在烙铁心里面,故称为外热式电烙铁。烙铁头的长短可以调整,烙铁头越短,其
15、温度就越高。(3)吸锡电烙铁 在电子产品的调试与维修过程中,有时印制电路板焊点上的锡砣不易清除,而难以取下安装在印制电路板上的元器件,这时,若采用吸锡电烙铁进行拆焊就非常方便。吸锡电烙铁的烙铁头是空心的,而且多了一个吸锡装置。操作时,先加热焊点,待焊锡熔化后,按动吸锡装置,则焊锡被吸走,元器件与印制电路板脱焊。(4)恒温电烙铁 恒温电烙铁内部采用高居里温度条状的PTC恒温发热元件,配设紧固导热结构,其特点是优于传统的电热丝烙铁心,升温迅速、节能、工作可靠、寿命长、成本低廉,用低电压PTC发热心就能在野外使用,便于维修工作。(5)热风枪 热风枪是手机维修中使用最多的工具之一,使用的工艺要求也很高
16、。从取下或安装小元件到大片的集成电路,都要用到热风枪。不同的场合对热风枪的温度和风量等会有特殊要求,温度过低会造成元件虚焊,温度过高会损坏元件及电路板;风量过大会吹跑小元件,因此不要因为价格问题去选择低档次的热风枪。(6)其他配件 手工焊接工具的其他配件包括焊锡、松香、吸水海绵、吸焊器、防静电镊子等。焊锡如图7-2a所示,松香、吸水海绵如图7-2b所示,吸焊器如图7-2c所示,防静电镊子如图7-2d所示。图7-2常见的焊接配件3.手工焊接的操作方法(1)电烙铁及焊件的搪锡 烙铁头的搪锡:新烙铁头、已氧化不粘锡或使用过久而出现凹坑的烙铁头可先用砂纸或细锉刀打磨,使其露出纯铜光泽;而后将电烙铁通电
17、23min,加热后使烙铁头吸锡,再在放松香颗粒的细砂纸上反复摩擦,直到烙铁头上挂上一层薄锡,这就是烙铁头的搪锡。导线及元器件引线搪锡:先用小刀或细砂纸清除导线或元器件引线表面的氧化层,元器件引脚根部留出一小段不刮,以防止引线根部被刮断。对于多股引线也应逐根刮净,之后将多股线拧成绳状进行搪锡。(2)电烙铁的握法 根据电烙铁的大小、形状和被焊件的要求等不同情况,电烙铁的握法通常有三种,如图7-3所示。图7-3电烙铁的握法1)反握法,即用五指把电烙铁手柄握在手掌内。这种握法动作稳定,适用于大功率的电烙铁和热容量大的被焊件。2)正握法,适用于弯烙铁头操作或直烙铁头在机架上焊接互连导线时的操作。3)握笔
18、法,就像写字时握笔一样,适用于小功率电烙铁和热容量小的被焊件的焊接。(3)焊锡丝的拿法 焊锡丝的拿法分为两种:一种是连续工作时的拿法,即用左手的拇指、食指和小指夹住焊锡丝,用另外两个手指配合就能把焊锡丝连续向前送进;另一种为:焊锡丝通过左手的虎口,用大拇指和食指夹住,这种拿焊锡丝的方法不能连续向前送进焊锡丝。(4)手工焊接的操作方法 手工焊接的具体操作方法常用五工序法五工序法的操作步骤如下:1)准备阶段。烙铁头和焊锡丝同时移向焊接点。2)把烙铁头放在被焊部位上进行加热。3)放上焊锡丝,被焊部位加热到一定温度后,立即将手中的V 形焊锡丝放到焊接部位,熔化焊锡丝。4)移开焊锡丝。当焊锡丝熔化到一定
19、量后,迅速撤离焊锡丝。5)当钎料扩散到一定范围后,移开电烙铁。任务二放大电路实物制作【任务分析】在电子产品的调试、维修工作中,常需更换一些元器件。更换元器件时,首先应将需更换的元器件拆焊下来。若拆焊的方法不当,就会造成印制电路板或元器件的损坏。本任务通过焊接放大电路实物,在实际操作中掌握锡焊的一些基本技能。一、相关知识1.原理图 图7-6所示为一个最基本的共射放大电路,其实现的功能是将左边输入的电压信号放大。图7-6共射放大电路2.拆焊 对于一般的电阻、电容、晶体管等引脚不多的元器件,可采用电烙铁直接进行分点拆焊。方法是一边用电烙铁(烙铁头一般不需蘸锡)加热元器件的焊点,一边用镊子或尖嘴钳夹住元器件的引线,轻轻地将其拉出来,再对原焊点的位置进行清理,认真检查是否因拆焊而造成相邻电路短接或开路,如图7-7所示。
