汽車電子電路基礎(chǔ)知識

汽車電子電路基礎(chǔ)知識汽車電子電路基礎(chǔ)知識汽車電子電路基礎(chǔ)知識xxx公司汽車電子電路基礎(chǔ)知識文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度教師姓名黃剛授課班級1402035授課形式PPT/視頻/實驗授課日期2015年3月日授課時數(shù)8課程名稱汽車電子及電器章節(jié)名稱增補內(nèi)容：電子電路基礎(chǔ)知識教學背景學生為汽車整形技術(shù)專業(yè)的，有一定的汽車專業(yè)基礎(chǔ)知識，對汽車結(jié)構(gòu)及發(fā)展有一定的了解。現(xiàn)在要學習汽車電器知識，考慮學生的實際水平，進行電子電路基礎(chǔ)知識的補充介紹。教學目標知識目標：掌握電路的基本概念、電路連接的基本特點、電路圖的組成；理解電和磁的基本關(guān)系、電磁感應原理；了解二極管、三極管的基本特性。能力目標：能夠識讀簡單的電路圖；會用左手、右手安培定則；會使用萬用表對二極管、三極管進行簡易測試。素質(zhì)目標：培養(yǎng)學習興趣，明確學習目標，加強團隊合作意識。教學重點電路連接的基本特點，二極管、三極管的基本特性教學難點電磁感應原理課外作業(yè)搜集一些講課沒有涉及到的汽車新技術(shù)進行交流。教學設(shè)計備注Ⅰ、教學信息本內(nèi)容為汽車整形技術(shù)專業(yè)鈑噴方向汽車概論課程中的一個學習項目，對象為汽車專業(yè)單招班一年級學生，有了一定的汽車結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識。通過本任務的學習學生要對汽車電路及電子技術(shù)方面的基本內(nèi)容有一定的了解，為后續(xù)汽車電器知識的學習打下基礎(chǔ)。并要進一步培養(yǎng)學生學習興趣，讓他們明確學習目標。Ⅱ、教學目標授課主要流程設(shè)計備注Ⅲ、教學流程一、課程引入汽車電氣設(shè)備是汽車的重要組成部分，隨著汽車技術(shù)的進步，汽車電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)與性能也在不斷改進，特別是電子技術(shù)在汽車上的廣泛應用已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車電氣設(shè)備的重要標志。但要對汽車電氣設(shè)備的相關(guān)知識進行全面掌握，必須具有一定的電工電子基礎(chǔ)知識。二、理論指導項目一：直流電路基礎(chǔ)一、電路的基本概念1、電路的組成電路就是電流所流過的路徑，它為了實現(xiàn)某種功能由一些電氣設(shè)備或元件構(gòu)成。就其功能而言，可以分為兩大類：一是實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳送與分配（如電力系統(tǒng)電路等）；二是實現(xiàn)信號的傳送和處理（如廣播電視系統(tǒng)）。一般由電源、用電器、導線、開關(guān)組成。2、電路的狀態(tài)電路通常有三種狀態(tài)：通路、開路和短路。通路：電路連成閉合回路，電路中有電流通過。開路：指電路中某處斷開，不構(gòu)成通路的電路。短路：把電源兩端的導線直接相連時，電源輸出的電流不經(jīng)負載只經(jīng)連接導線而直接流回電源的狀態(tài)3、電路圖電路圖是用國家統(tǒng)一規(guī)定的電器元件或設(shè)備的符號來表示電路連接情況。二、汽車電路的特點1、兩個電源蓄電池、發(fā)電機2、低壓直流3、并聯(lián)單線4、負極搭鐵三、電阻的連接及應用1、電阻的串聯(lián)及應用兩個或兩個以上的電阻依次相連，中間無分支的連接方式叫電阻的串聯(lián)。電阻串聯(lián)的性質(zhì)：（1）流過各電阻中的電流相等，即I=I1=I2 （2）電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和，即 U=U1+U2 由此可得，電路取用的總功率等于各電阻取用的功率之和，即 IU=IU1+IU2 （3）電路的總電阻等于各電阻之和，即 R=R1+R2 （4）電路中每個電阻的端電壓與電阻值成正比（5）串聯(lián)電阻電路消耗的總功率P等于各串聯(lián)電阻消耗的功率之和，即 串聯(lián)電路的實際應用主要有：①常用電阻的串聯(lián)來增大阻值，以達到限流的目的；②常用幾個電阻的串聯(lián)構(gòu)成分壓器，以達到同一電源能供給不同電壓的需要；③在電工測量中，應用串聯(lián)電阻來擴大電壓表的量程。2、電阻的并聯(lián)及應用：兩個或兩個以上的電阻接在電路中相同兩點之間的連接方式叫電阻的并聯(lián)。電阻并聯(lián)的性質(zhì)：（1）各并聯(lián)電阻的端電壓相等，且等于電路兩端的電壓，即 U=U1=U2 （2）并聯(lián)電路中的總電流等于各電阻中流過的電流之和，即 I=I1+I2 （3）并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和。（4）并聯(lián)電路中，流過各電阻的電流與其電阻值成反比，阻值越大的電阻分到的電流越小?？梢?，在電路中，通過并聯(lián)電阻能達到分流的目的。（5）并聯(lián)電阻電路消耗的總功率等于各電阻上消耗的功率之和?？梢?，各并聯(lián)電阻消耗的功率與其電阻值成反比。并聯(lián)電路的實際應用有：1）工作電壓相同的負載都是采用并聯(lián)接法。對于供電線路中的負載，一般都是并聯(lián)接法，負載并聯(lián)時各負載自成一個支路，如果供電電壓一定，各負載工作時相互不影響，某個支路電阻值的改變，只會使本支路和供電線路的電流變化，而不影響其他支路。例如工廠中的各種電動機、電爐、電烙鐵與各種照明燈都是采用并聯(lián)接法，人們可以根據(jù)不同的需要起動或停止各支路的負載。2）利用電阻的并聯(lián)來降低電阻值，例如將兩個1000的電阻并聯(lián)使用，其電阻值則為500。3）在電工測量中，常用并聯(lián)電阻的方法來擴大電流表量程。項目二：電磁原理導入新課：常用的電動機、變壓器，以及在汽車上用到的電磁鐵、繼電器、各種電磁閥，都是有鐵芯的線圈，所以在這些電氣設(shè)備中不僅存在電路問題，也存在著磁路問題。比如電氣設(shè)備內(nèi)部的電與磁的相互作用、相互轉(zhuǎn)換等。本項目就來學習磁路及電磁器件的知識。一、磁場的基本物理量1．磁感應強度B2．磁通量Φ若磁場為均勻磁場，Φ的大小可用Φ=BS公式計算。3．磁導率μ圖3-1直導體周圍的磁場磁導率μ用來衡量磁介質(zhì)導磁性能的物理量。如圖3-1所示的直導體，在導體附近X點處的磁感應強度Bx磁導率μ的單位：亨每米(H／m)。不同的介質(zhì)，磁導率μ也不同。例如真空的磁導率μ0＝4π×10-7H／m，一般磁介質(zhì)的磁導率μ與真空中磁導率μ0的比值，稱為相對磁導率，用μr表示，即相對磁導率μr的物理意義：根據(jù)磁介質(zhì)相對磁導率的不同，材料分成三大類：第一類μr略小于1，稱為逆磁（反磁）材料；第二類μr略大于1，順磁材料。這兩類統(tǒng)稱為非鐵磁性材料。第三類為鐵磁性材料。4．磁場強度H磁場強度H也是磁場的—個基本物理量。上式中，H為磁場強度，單位為安每米(A／m)。由圖3-1可知，磁場中X點的磁場強度Hx為由此可見，磁場強度的大小取決于電流的大小、載流導體的形狀及幾何位置，而與磁介質(zhì)無關(guān)（而B與磁介質(zhì)有關(guān)，使磁場的計算變得復雜）。H和B同為矢量。H的方向就是該點B的方向。二、電磁感應1．電磁感應定律在電磁感應中產(chǎn)生的感應電動勢上式中的負號表明：感生電動勢的方向總是阻礙原磁通量的變化趨勢。2．自感和互感(1)自感（2）互感我們把一個線圈的電流變化在緊靠它的另一個線圈中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫做互感。三、磁路歐姆定律在磁路中，磁通Φ與磁動勢NI成正比，與磁阻Rm成反比，這就是磁路歐姆定律，它的表示式為比較磁路歐姆定律和電路歐姆定律：對于鐵磁材料，由于μ不是常數(shù)，故Rm也不是常數(shù)。因此，上式主要被用來定性分析磁路，一般不能直接用于磁路計算?！菊n堂互動】磁路歐姆定律與電路歐姆定律相比存在什么對應關(guān)系列出對應表。四、變壓器【想一想】我們生活中使用的三相照明用電是怎樣傳輸過來的中間經(jīng)過什么環(huán)節(jié)變壓器是根據(jù)電磁感應原理制成的一種靜止的電氣設(shè)備，它具有變電壓、變電流和變阻抗的作用。變壓器種類很多，按其用途不同，有電源變壓器、控制變壓器、電焊變壓器、自耦變壓器、儀用互感器等。1、單相變壓器的結(jié)構(gòu)單相變壓器由閉合鐵芯和兩個繞組及輔助設(shè)備等組成。變壓器從結(jié)構(gòu)可分為兩種：芯式和殼式。2、變壓器的工作原理（1）變壓器的空載運行變壓器原線圈接上額定的交變電壓u1，副線圈開路不接負載（開路i2=0），這種狀態(tài)稱為空載運行。K稱為變壓比或變比。當K＞1時,變壓器為降壓變壓器；當K＜1時，為升壓變壓器?！鞠胍幌搿繉W生總結(jié)變壓器的工作原理實質(zhì)是什么【例3-1】某單相變壓器接到電壓U1=380V的電源上，已知副邊空載電壓U20=19V，副繞組匝數(shù)N2=100匝，求變壓器變比K及N1。（2）變壓器負載運行1）變壓器負載運行時初、次級的電壓關(guān)系變壓器的原繞組接交流電壓u1，副繞組接負載Z2，變壓器向負載供電，這種運行狀態(tài)稱為負載運行2）變壓器負載運行時初、次級的電流關(guān)系項目三：半導體元件一、二極管的結(jié)構(gòu)與特性【課堂互動】認識幾種二極管。1．二極管的結(jié)構(gòu)（1）二極管的外形（2）二極管的結(jié)構(gòu)從P型半導體上引出的電極叫二極管的正極或陽極，用“+”表示；另一電極叫負極或陰極，用符號“—”表示。文字符號為VD，箭頭指向二極管正向?qū)〞r的電流方向。圖6-8二極管的電路符號（3）二極管的分類：2．二極管的伏安特性伏安特性是指加在二極管兩端的電壓與通過它的電流之間的關(guān)系，可用伏安特性曲線來表示。（1）正向特性死區(qū)電壓，也叫閾值電壓或坎電壓。硅管的死區(qū)電壓約為，鍺管的死區(qū)電壓約為。AB段稱為正向?qū)▍^(qū)。（2）反向特性0Ｄ段稱為反向截止區(qū)。這時二極管呈現(xiàn)很高的電阻，在電路中相當于一個斷開的開關(guān)，呈截止狀態(tài)?？偨Y(jié)：①二極管具有單向?qū)щ娦?，二極管只允許電流從管的“+”極流向管子的“—”極，而不允許電流從“—”極流向“+”極。它的單向?qū)щ娦钥梢杂盟骱烷y門的比喻來幫助同學們理解②二極管的伏安特性具有非線性。③二極管的伏安特性與溫度有關(guān)。二、二極管的主要參數(shù)二極管的參數(shù)是反映二極管電性能的質(zhì)量指標，是合理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。二極管的主要參數(shù)有以下幾種。（1）最大整流電流IFM（2）最高反向工作電壓URM（3）最大反向電流IRM三、二極管的檢測1．用模擬式萬用表檢測二極管的單向?qū)щ娦裕ㄗ⒁夂诒砉P的極性）2．用模擬式萬用表檢測二極管的好壞若測得的二極管的正向電阻小，反向電阻大，且兩者相差很大，說明管子是好的。若測得的二極管的反向電阻太小，則說明該管已失去了單向?qū)щ娦?；若反向電阻無窮大，則說明管內(nèi)部已開路；若反向電阻為零，則說明該管已被擊穿，不能使用。3．用模擬式萬用表判斷二極管的極性注意：用萬用表測二極管時，不能用R×1和R×10K擋，R×1擋電流太大，可能燒壞二極管；R×10K擋電壓太高，可能會擊穿管子。四、特殊二極管及其在汽車上的應用（一）穩(wěn)壓二極管1．穩(wěn)壓二極管伏安特性穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，也稱為齊納二極管。這種管子雜質(zhì)濃度較高，PN結(jié)較薄。它的伏安特性與普通二極管類似，只是穩(wěn)壓二極管的反向擊穿區(qū)特性曲線很陡。2．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ指穩(wěn)壓二極管反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓值（擊穿電壓）。不同型號的管子具有不同的穩(wěn)壓值。相同型號的管子，因制造工藝不易控制，相同型號的穩(wěn)壓值也有少許差別，如2CW1的UZ=7～。但具體到某一只穩(wěn)壓管，它的穩(wěn)定電壓是確定的。（2）穩(wěn)定電流IZ是指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓時的工作電流，其范圍在IZmin～IZmax之間（圖6-14a）。（3）最大耗散功率PM（6）動態(tài)電阻rZ應當注意：（1）穩(wěn)壓管在工作時一定是正極接低電位，負極接高電位。（2）穩(wěn)壓管一般只用于低電壓、小電流的工作場合，對一些高電壓或大電流的工作場合不能選用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。3．穩(wěn)壓二極管在汽車上的應用（二）發(fā)光二極管1．發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)、符號具有普通二極管的正、反向特性，而且當給管子施加正向偏壓時，管子還會發(fā)出可見光和不可見光（即電致發(fā)光），其亮度隨著流過的電流增大而提高，發(fā)光的顏色和構(gòu)成PN結(jié)的材料有關(guān)。應該注意：①發(fā)光二極管在使用時必須正向偏置，還應串接一個限流電阻。②使用時，工作溫度一般為-20℃～75℃2．發(fā)光二極管在汽車上的應用在汽車電路中，發(fā)光二極管隨處可見，主要用在儀表板上作為指示信號燈或報警信號燈。發(fā)光二極管除上述單個使用外，在汽車儀表中還常用來作為顯示器件，如經(jīng)常被做成七字符段、十四字符段或矩陣式發(fā)光器件，也可以顯示圖形符號。3．發(fā)光二極管的檢測【想一想】日常生活中或在汽車上還有什么地方用發(fā)光二極管（三）光電二極管1．光電二極管外形及符號光電二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管的結(jié)構(gòu)基本相同，只是在它的ＰＮ結(jié)（結(jié)面積盡量大，電極面積盡量小，結(jié)很淺）處，通過管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。注意：光電二極管大部分應用場合與穩(wěn)壓管類似，工作在反向狀態(tài)。2．光電二極管在汽車上的應用利用光電二極管制成光電傳感器，可以把非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，以便控制其他電子器件。汽車上有的傳感器就是利用光電二極管制成的?！鞠胍幌搿科嚿线€有哪些地方用光電二極管五、晶體三極管的結(jié)構(gòu)與分類三極管的結(jié)構(gòu)：兩個PN結(jié)，三個區(qū)域，三個電極。依次為發(fā)射極（ｅ、E極）、基極（ｂ、B極）和集電極（ｃ、C極）。箭頭表示發(fā)射結(jié)正向電流的流向，三極管的文字符號是VT。為使三極管具有電流放大作用，在制造過程中必須滿足實現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即：（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠大于基區(qū)和集電區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）基區(qū)很?。ㄒ话阒挥袔讉€微米至幾十微米），且摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復合機會，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。（3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，集電結(jié)的面積要大，集電結(jié)的面積小，以利于收集載流子。介紹三極管的種類和分類方法：六、三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用即“以小控大、以弱控強”的作用，并非真正把小電流放大了。不論是PNP型還是NPN型的三極管，實現(xiàn)電流放大作用的基本條件是：發(fā)射結(jié)必須加正向電壓（正偏），集電結(jié)則要加反向電壓（反偏）。1.三極管的工作電壓和基本連接方式（1）工作電壓對于NPN型：UC>UB>UE；對于PNP型：UE>UB>UC。（2）放大電路的基本連接方式有三種基本連接方式。①共發(fā)射極接法。②共基極接法。③共集電極接法。2．電流放大原理三極管內(nèi)部載流子的運動情況可以分為三個過程：（1）注入過程（2）擴散與復合過程（3）收集過程三個電極中的電流間的關(guān)系：IE=IB+ICIC與IB的比值稱為直流電流放大倍數(shù)，用表示，則有，單位是mA?！龢O管的直流電流放大倍數(shù)。當IB有微小變化時，會引起IC的較大變化，我們把集電極電流變化量與基極電流變化量之比叫交流電流放大倍數(shù)，用β表示。通常情況下，β和的數(shù)值差別很小，故不再加以區(qū)別，工程估算時兩者可以通用?！居懻摗咳龢O管電流放大作用的實質(zhì)是什么3．電流放大作用比喻【課堂互動】圖6-37所示是測試晶體管的特性電路，測量的數(shù)據(jù)如表6-1所示，用以驗證三極管各電極的電流分配關(guān)系，你能求出三極管的直流電流放大倍數(shù)和交流電流放大倍數(shù)嗎七、晶體三極管的開關(guān)電路及在汽車上的應用（一）飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)1．飽和狀態(tài)三極管工作在飽和狀態(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置，Uce≈0很低，但電流很大，C、E之間相當于一個閉合的開關(guān)。2．截止狀態(tài)三極管工作在截止狀態(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)反向偏置或零偏置、集電結(jié)處于反向偏置。此時IB≈0，Ic≈0，Uce≈UCC，呈現(xiàn)出高電阻狀態(tài)，C、E之間相當于一個斷開的開關(guān)。（二）三極管開關(guān)電路1．NPN三極管開關(guān)電路（1）NPN三極管的開關(guān)狀態(tài)圖6-40NPN三極管的開關(guān)狀態(tài)（a）基極輸入一個高電位信號（b）基極輸入一個低電位信號當基極b輸入一個高電位控制信號時三極管VT飽和導通，C、E間相當于閉合的開關(guān)。當基極b高電位控制信號撤離后（輸入低電位），管子截止，C、E間相當于斷開的開關(guān)（圖6-40b）?！?）NPN管開關(guān)電路的實驗如圖6-42，分析其工作?！鞠胍幌搿堪聪麻_關(guān)、斷開開關(guān)時，三極管VT9013管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)處于什么狀態(tài)2．PNP三極管開關(guān)電路PNP管的開關(guān)電路與NPN管開關(guān)電路組成類似。以圖6-43講解。3．多極開關(guān)電路以圖6-44（a）、(b)所示的兩級和三級開關(guān)電路講解?！鞠胍幌搿繄D6-44（a）中LED要想發(fā)光，須使VT2處于什么狀態(tài)若要