汽車電工電子基礎(chǔ)第一章 基本電器

教材使用說明本書適用于高職高專院校汽車類專業(yè)作教材或參考書使用。本書可作為汽車運(yùn)用與維修專業(yè)課程的教材使用?！皩W(xué)生實(shí)踐”是本書安排的重要任務(wù)，也是本書的特色，它充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、學(xué)訓(xùn)一體的教學(xué)思想。在此部分的教學(xué)組織中，請(qǐng)不要與理論教學(xué)相脫節(jié)，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，使學(xué)生隨學(xué)隨練。本書的特點(diǎn)1、注重基礎(chǔ)2、降低知識(shí)起點(diǎn)3、精選了傳統(tǒng)內(nèi)容，采用模塊化的結(jié)構(gòu)4、注重實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，提高學(xué)生動(dòng)手能力5、在編寫過程中注重高等職業(yè)教育的特點(diǎn)，注意了教材的可讀性、針對(duì)性、實(shí)用性和操作性；盡力突出所講內(nèi)容的實(shí)質(zhì)，避免煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)；在文字?jǐn)⑹錾希η笸ㄋ滓锥?，便于自學(xué)。第1章基本電器元件

1.1電阻、電容、電感元件

1.1.1電阻元件電阻元件是電子線路中基本的、不可缺少的元件，它的主要作用是限流和調(diào)壓。電阻測(cè)量的原理是利用歐姆定律來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常用電阻一般分為固定電阻和可變電阻兩大類。固定電阻是指電阻的阻值固定不變，可變電阻的阻值根據(jù)需要可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.1.1.1識(shí)別電阻元件固定電阻器

1.固定電阻器也簡(jiǎn)稱電阻，根據(jù)材料和工藝的不同，其可分為碳膜電阻器（RT）、金屬膜電阻器（RJ）、線繞電阻器（RX）、熱敏電阻器（RR）、光敏電阻器（RG）等不同類型。

2.可變電阻器可變電阻器是指其阻值在規(guī)定的范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)的電阻器，它可分為半可調(diào)電阻器和電位器兩類。1.1.1.3電阻元件的伏安特性

電阻元件在電路中將電能轉(zhuǎn)換成熱能，屬于耗能元件。在圖1.3所示的相關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻元件兩端的電壓和通過電阻元件的電流之間的關(guān)系為：

式（1-1）稱為電阻元件的特性方程式，也稱歐姆定律的表達(dá)式。電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用字母G表示，即：電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐Ω；電導(dǎo)的單位為西門子，簡(jiǎn)稱西S。+URI-1.1.1.4電阻元件的連接

1．串聯(lián)電路

把電阻一個(gè)接一個(gè)地首尾依次連接起來(lái)，就組成串聯(lián)電路。串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：

a.電路中各處的電流強(qiáng)度相等。

b.電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端的電壓之和.2．并聯(lián)電路把幾個(gè)電阻并列地連接起來(lái)，就組成了并聯(lián)電路。并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：

a.電路中各支路兩端的電壓相等。

b.電路中的總電流強(qiáng)度等于各支路的電流強(qiáng)度之和。

3．混聯(lián)電路在實(shí)際電路中，既有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種電路被稱為電阻的混聯(lián)。對(duì)于混聯(lián)電路的計(jì)算，我們只要按串聯(lián)和并聯(lián)的計(jì)算方法，一步一步地把電路化簡(jiǎn)，最后就可以求出總的等效電阻來(lái)。1.1.2電容元件

1.1.2.1電容元件的分類、形狀及符號(hào)。

電容器（簡(jiǎn)稱電容）也是電子電路中常用的電子元件之一。電容器具有隔直流、通交流、儲(chǔ)能等特性，常用它來(lái)組成濾波、耦合、旁路、振蕩等電子電路。電容器由兩塊金屬板中間隔一層絕緣介質(zhì)所構(gòu)成。電路中電容器的代號(hào)用符號(hào)C（Capacitor）來(lái)表示。

1.1.2.2電容器的參數(shù)及標(biāo)注方法。電容器的主要參數(shù)有電容器的標(biāo)稱容量、允許誤差和耐壓等。

1.電容器的額定工作電壓電容器長(zhǎng)期連續(xù)可靠工作時(shí)，兩電極間最高承受的電壓，稱為電容器的額定工作電壓，簡(jiǎn)稱電容的耐壓。

2.電容器的標(biāo)稱容量標(biāo)注在電容器外殼上的電容量大小稱為標(biāo)稱容量，它是由標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)定的。1.1.2.3電容器的電壓、電流特性

電容器是一種聚集電荷的元件，其聚集的電荷量與所加的電壓成正比，當(dāng)電容器極板上的電荷或兩極板間的電壓發(fā)生變化時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生電流,在圖中所規(guī)定的參考方向下，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為說明電容器在時(shí)間由0到，電壓由0變到的過程中，從電源吸收能量并將能量?jī)?chǔ)存于兩極板間的電場(chǎng)中；而電容器在某一時(shí)刻所儲(chǔ)能量只與此時(shí)刻的電容電壓的平方成正比。電容器是一種儲(chǔ)能元件。1.1.3電感元件

電感器是電子線路的重要元件之一，它與電阻、電容、晶體管等元器件組合構(gòu)成各種功能的電子電路。在調(diào)諧、振蕩、耦合、匹配、濾波等電路中都是重要元件。按其作用分類，通常將電感器分為具有自感作用的電感線圈和具有互感作用的變壓器線圈。按工作特征分類，電感器又可分為固定電感和可變電感。

1.1.3.1電感器的分類最常見的電感器有兩大類：一類是具有自感作用的線圈，另一類是具有互感作用的變壓器。

(1)．固定電感器它是用銅線直接繞在磁性材料骨架上，然后再用環(huán)氧樹脂或塑料封裝起來(lái)的。

(2).空心線圈空心線圈是用導(dǎo)線直接在骨架上繞制而成的。

(3)扼流圈。扼流圈可分為兩類：高頻扼流圈和低頻扼流圈。高頻扼流圈是用漆包線在塑料或瓷骨架上繞成蜂房式結(jié)構(gòu)。1.1.3.2電感器的型號(hào)、命名及識(shí)別方法

1.電感線圈的命名電感線圈的命名方法目前有兩種，采用漢語(yǔ)拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字串表示。電感器的型號(hào)命名包括四個(gè)部分，如圖1.15所示。例如，LGX的含義是小型高頻電感線圈。第一部分第二部分第三部分第四部分特征（G為高頻）型式（X為小型）區(qū)別代號(hào)（用字母A,B,C…表示）主稱（L為線圈，ZL為扼流）2.電感器的識(shí)別方法目前，我國(guó)生產(chǎn)的固定電感器一般采用直標(biāo)法，而國(guó)外的電感器常采用色環(huán)標(biāo)志法。（1）直標(biāo)法。直標(biāo)法是指將電感器的主要參數(shù)，如電感量、誤差值、最大直流工作電流等用文字直接標(biāo)注在電感器的外殼上。（2）色標(biāo)法。色標(biāo)法是指在電感器的外殼涂上各種不同顏色的環(huán)，用來(lái)標(biāo)注其主要參數(shù)。

1.1.3.3電感器的主要參數(shù)

1.電感量電感量是電感器的一個(gè)重要參數(shù)，單位是亨利(H），簡(jiǎn)稱亨。常用的單位還包括毫亨（mH）和微亨（μH），其數(shù)量關(guān)系為1H=103mH=106μH2.品質(zhì)因數(shù)（Q）品質(zhì)因數(shù)是表示電感器質(zhì)量的主要參數(shù)，也稱為值。

3.固有電容

4.穩(wěn)定性

5.額定電流1.1.3.4電感器的電壓、電流特性

對(duì)空心線圈來(lái)說，與呈線性關(guān)系：式中是一個(gè)常數(shù)，稱為電感，單位為亨利，簡(jiǎn)稱亨（H），還可用毫亨（mH）、微亨（μH）作單位，視計(jì)量大小而定。說明電感元件，在時(shí)間由0～t，電流由0～t的過程中，從電源吸收的電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能量；而電感元件在某一時(shí)刻的儲(chǔ)能只與此刻所載電流的平方成正比。電感也是一種儲(chǔ)能元件。1.2半導(dǎo)體元件

1.2.1二極管

1.2..1.1二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類半導(dǎo)體二極管的種類很多，按材料來(lái)分，最常用的有硅管和鍺管兩種；按結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。

1.2.1.2二極管的伏安特性流過二級(jí)管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為二極管的伏安特性曲線。

1.2.1.3二極管的主要參數(shù)電子器件的參數(shù)是其特性的定量描述，也是實(shí)際工作中根據(jù)要求選用器件的主要依據(jù)。各種器件的參數(shù)可由手冊(cè)查得。半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)有以下幾種。

1.最大整流IDM2.最高反向工作電壓URM3.最大反向電流IRM4.最高工作頻率fM1.2.1.4二極管的類型和命名二極管根據(jù)其外形、結(jié)構(gòu)、材料、功率和用途可分成不同類型，不同類型的二極管都按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)命名，它由四部分組成。

1.2.1.5特殊二極管

1.穩(wěn)壓二級(jí)管穩(wěn)壓二極管就是通過對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)進(jìn)行特殊的工藝處理制成的，它具有很陡峭的反向特性。穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，切斷外加電壓后，PN結(jié)仍能恢復(fù)原狀。

2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，有時(shí)簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED（ight-Emitting-Diode）.它是由磷坤化稼、鎵鋁砷或磷化鎵等化合物材料制成的。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴?/p>

3.光電（敏）二極管光電（敏）二極管是一種能將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。1.2.2三極管

1.2.2.1三極管的結(jié)構(gòu)三極管按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管；按結(jié)構(gòu)分，有NPN型管和PNP型管。它是由兩個(gè)PN結(jié)的三層半導(dǎo)體制成的。中間是一塊很薄（幾微米至幾十微米）且摻雜濃度很低的P型半導(dǎo)體，兩邊各為一塊N型半導(dǎo)體，從三塊半導(dǎo)體上各自接出三個(gè)電極，它們分別叫發(fā)射極e、基極b和集電極c，對(duì)應(yīng)的每塊半導(dǎo)體稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)（發(fā)射區(qū)比集電區(qū)的摻雜濃度高）。圖

PNP型三極管1.2.2.2三極管的放大原理

1.極管的電流放大（1）晶體管各電極間的電流分配關(guān)系滿足晶體管發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和。

（2）在一定范圍內(nèi)，基極電流增大時(shí)，成比例相應(yīng)增大，與的比值為直流電流放大系數(shù)，用字母表示，

β值的大小體現(xiàn)了晶體管的電流放大能力。（3）在一定范圍內(nèi)，集電極電流會(huì)因基極電流的變化而變化。集電極電流變化量與基極電流變化量的比值稱為晶體管的交流電流放大系數(shù)。一般情況下，=β。1.2.2.3三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指三極管各電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。

1.輸入特性曲線輸入特性是指UCE為定值時(shí)，輸入回路中iBE與UBE之間的關(guān)系。

2．輸出特性曲線共射電路的輸出特性曲線是在基極電流一定的情況下，三極管的輸出回路中，集電極與發(fā)射極之間的電壓與集電極電流之間的關(guān)系曲線。1.電流放大系數(shù)2.極間反向電流（1）集電極-基極反向飽和電流（2）穿透電流（3）反向擊穿電壓。3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流。（2）集電極最大允許耗散功率（3）反向擊穿電壓。

4.三極管的頻率參數(shù)1.2.2.4三極管的主要參數(shù)1.2.3晶閘管

1.2.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)我國(guó)目前生產(chǎn)的晶閘管，從外形上來(lái)分，有兩種形式：螺栓式和平板式。對(duì)于螺栓式晶閘管來(lái)說，螺栓是晶閘管的陽(yáng)極A（它與散熱器緊密連接）；粗辮子線是晶閘管的陰極K；細(xì)辮子線是晶閘管的門極G。螺栓式晶閘管的安裝和更換比較方便，但散熱效果較差。對(duì)于平板式晶閘管來(lái)說，它的兩個(gè)平面分別是陽(yáng)極和陰極，而細(xì)辮子線則是門極。使用時(shí)，兩個(gè)互相絕緣的散熱器把晶閘管緊緊地夾在中間。平板式晶閘管的散熱效果較好，但安裝和更換比較麻煩。晶閘管的內(nèi)部有一個(gè)由硅半導(dǎo)體材料做成的管芯。管芯是一個(gè)圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）三端（A、K、G）器件，它有三個(gè)PN結(jié)。1.2.3.2晶閘管的工作原理晶閘管工作時(shí)，它的陽(yáng)極和陰極分別與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路；晶閘管的門極和陰極與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。由實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：（1）當(dāng)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)；（2）當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓時(shí)，晶閘管才能被導(dǎo)通，即從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)必須同時(shí)具備正向陽(yáng)極電壓和正向門極電壓兩個(gè)條件；（3）晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要仍有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管仍保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去控制作用。（4）晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主電路電壓（或電流）減小到接近零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。1.2.3.3晶閘管的