1第一章基础元件

本章主要介绍的内容有：●基本概念●电阻●电容●电感●直流电路的基本定律●测量仪器与焊接工具的使用●课题实验第一章基础元件第一节基本概念本节主要介绍的内容有：●电流●电位●电压●电动势●负载●通路●断路●短路●串联●并联●直流电●交流电电荷的定向运动称为电流。在金属导体中，电流是电子在外电场力作用下的定向运动而形成的。通常规定正电荷运动的方向为电路中电流的实际方向。图1-1-1所示为电流与电子移动方向。一、电流如果在电路中任选一点为参考点，那么电路中某点的电位等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。电位是相对值，大小取决于参考点的选择。在汽车电路中，通常用汽车底盘、车架和发动机等金属作为公用导线，也就是常说的“搭铁”，并视其为电路中的参考零点。电位没有方向性，是标量。单位是伏特（V）、毫伏（mV）。通常用字母V表示某点的电位，如：VA=4V。●提示：汽车蓄电池每单格的电位是2V。二、电位电压就是电路中两点间的电位差。通常规定电压的参考方向为高电位（“＋”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即电压的方向为电位降低的方向。在电路图中所标电压的方向一般都是参考方向，它们的实际值为正值还是负值，视选定的参考方向而定。电压的参考方向有两种表示方法，如图1-1-2所示。第一种表示方法用箭头表示，由假定的高电位指向低电位端。第二种表示是用双下标字母表示。三、电压电动势也是电路中两点的电位差，不过电动势通常是对电源内部而言，是表示其他形式的能量转换成电能的能力。它的参考方向规定为电源内部低电位（“-”极性）端指向高电位（“+”极性）端，即电动势的方向为电位升高的方向。如图1-1-3所示，电动势是矢量，表示电源本身的性质。电动势的单位为伏特（V）、毫伏（mV）等，通常用字母E来表示。四、电动势负载是将电能转换成其它形式能量的装置。电灯泡、电炉、电动机等都是负载，如图1-1-4所示。电灯泡是将电能转变成光能，电炉是将电能转变成热能，电动机是将电能转变成机械能。五、负载也叫回路，是指从电源的一端沿着导线经过负载最终回到电源另一端的闭合电路。如图1-1-5所示的为一个通路。六、通路也叫开路，断开开关，电源构不成回路，此时电路中的电流为零。如图1-1-6所示的状态为断路。七、断路负载被导线直接短接或负载内部击穿损坏，电荷没有经过负载，直接从正极到达负极，此时流过电路的电流很大。如图1-1-7所示。八、短路两个或多个元件首尾相接在电路中，使电流只有一条通路，这种连接方式叫串联，如图1-1-8所示为电阻R1、R2的串联电路。九、串联若干个元件首与首连接，尾与尾连接，接到一个电源上，这种连接方法叫并联，如图1-1-9所示为电阻R1、R2的并联电路。十、并联方向和大小均不随时间变化的电流或电压称为直流电。图1-1-10所示为直流电压。十一、直流电大小和方向随时间改变的电压或电流统称为交流电，其波形如图1-1-11所示。如果电压和电流的方向是按照正弦规律周期性变化的，就称为正弦交流电。在电路图上所标的方向是指它们的参考方向。十二、交流电第二节电阻本节主要介绍的内容有：●电阻的分类与参数●电阻的检测●电阻的串联与并联●电阻在汽车中的典型运用各种电阻外形如图1-2-1所示。一、电阻的分类与参数1．电阻的定义2．电阻的分类图1-2-1①直标法所谓直标法，就是在电阻器上直接印出阻值。②色标法将不同颜色的色环涂在电阻上来表示电阻的标称值及允许误差，各种颜色所对应的数值见表1-2-1。固定电阻色环标志读数识别规则如图1-2-2所示。3．电阻的标识（1）电阻值的标识表1-2-1电阻的额定功率指电阻在直流或交流电路中，长期连续工作所允许消耗的最大功率，有两种标识方法：2W以上的电阻，直接用数字印在电阻体上；2W以下的电阻，以自身体积大小来表示功率。在电路图上表示电阻功率时，采用如图1-2-3的符号。（2）电阻额定功率的识别为提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。一般数字万用表有6个电阻挡位：200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ和20MΩ。RX为被测电阻，选取挡位的原则为RX200Ω的选择200Ω挡位，200ΩRX2kΩ的选择2kΩ挡位，依此类推。若所选量程小于被测量电阻的阻值，则仪表会显示“1”，此时应改用更大的量程进行测量。二、电阻的检测1．量程的选择测量前先将表笔短路，万用表调零，才能保证测量的精度。实际检修时，如怀疑某电阻变质失效，则不能直接在电路板上测量电阻值，因被测电阻两端存在其他电路的等效电阻，正确的方法是先将电阻拆下（或焊开一个头），再选择合适的量程测量。如果所测电阻阻值为无穷大，则表明电阻内部已断路。2．测量方法在电路中有两个或更多个电阻一个一个地顺序相连，并且在这些电阻中流过同一电流，这种连接方法称为电阻的串联，如图1-2-4（a）所示。串联的几个电阻可用一个等效电阻见图1-2-4（b）来替代，等效电阻的阻值等于各个串联电阻之和，即：R=R1+R2+……+RN三、电阻的串联与并联1．电阻的串联两个并联电阻可用一个等效电阻来代替，如图1-2-5（b）所示。等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数和，即：1/R=1/R1+1/R2+…+1/RN在汽车传感器电路中，为了提高信号的检测灵敏度和准确度，经常使用电阻分压网络将敏感元件连接成电桥的形式。电桥的形式很多，汽车传感器电路中常用的是直流单臂电桥即惠斯顿电桥。惠斯顿电桥的电路原理图如图1-2-6所示。四、电阻在汽车中的典型运用1．电阻分压网络在汽车电路中的应用热敏电阻式冷却液温度传感器的外观与结构如图1-2-7（a）所示。这种传感器是利用热敏电阻阻值随温度的变化而变化这一特性来检测温度的。传感器的温度特性如图1-2-7（b）所示。当温度较低时，传感器的阻值很大；反之，当温度升高时，其阻值减小。在汽车上装有很多热敏电阻式温度传感器，常用于检测冷却液、机油的温度，其中用得最多的是温度表以及电喷发动机的冷却液温度传感器。2．特殊电阻在汽车上的应用（1）热敏电阻绝对压力传感器是在采用歧管压力方式计量进气量的电控汽油喷射系统中最重要的传感器。依据进气压力传感器信号的产生原理可分为半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等。1）半导体压敏电阻式进气压力传感器压力转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片，其变形与压力成正比，利用电桥将硅膜片的变形转换成电信号，半导体压敏电阻式进气压力传感器是由压力转换元件（硅片）、把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路和真空室组成，实物如图1-2-8所示。（2）压敏电阻2）电阻应变计式碰撞传感器德国波许公司研制生产的电阻应变计式碰撞传感器的结构如图1-2-9所示，当膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。为了提高传感器的检测精度，应变电阻一般都连接成桥式电路，并设计有稳压和温度补偿电路。当汽车遭受碰撞时，振动块振动，缓冲介质随之振动，应变计的应变电阻产生变形，阻值随之发生变化，经过信号处理与放大后，传感器输出端的信号电压就会发生变化。光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的。在受光时，半导体受光照产生载流子，由一电极到达另一电极，有效地参与导电，从而使光电导体的电阻率发生变化。光照强度越强，电阻越小；光照强度越弱，电阻越大。例如：自动空调上的阳光传感器。阳光传感器的检测：在强阳光下测量，电阻为4kΩ左右，用布遮住阳光传感器，电阻为∝，如图1-2-10所示。（3）光敏电阻第三节电容本节主要介绍的内容有：●电容的构成●电容的分类与识别●电容的主要参数●电容的检测●电容的串联与并联●电容在汽车中的典型运用两块金属导体相互靠近、相互平行但不接触，再用两条金属导线将这两块金属导体分别引出，再用绝缘物将它们封装起来，便得到一个电容。电容在电路中常用字母“C”表示。电容的单位有：F（法拉）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）1F=106μF=109nF=1012pF一、电容的构成电容种类有多种，根据容量是否可变可分为固定电容、可变电容；根据材料可分为电解电容、瓷片电容、云母电容、涤纶电容、钽电容等，其中钽电容特别稳定。电容还可分为无极性电容与有极性电容，电解电容是有极性的，其正负极通常有明显的标志，更换该类型元件时，应注意极性，如极性错误会导致元件损坏。目前，汽车电脑板中也大量地采用贴片电容，其外观与贴片电阻有一点相似，两端为银白色，但中间部分通常为灰色或黄色，各种电容实物如图1-3-1所示。二、电容的分类与识别固定电容器的参数很多，但在实际使用时，一般只考虑工作电压、绝缘电阻和电容量。工作电压：也称耐压，是指电容器在连续使用中所能承受的最高电压。绝缘电阻：任何介质都不是绝缘体，所以它的电阻不可能是∞，一般在百兆欧以上，这个电阻就称做电容器的绝缘电阻或称漏电阻。绝缘电阻越大，表明电容器的质量越好。电容量：电容器储存电荷的能力叫做电容量，简称容量。三、电容的主要参数将万用表的电阻挡调到R×1k或R×10k挡，用表笔接触电容器的两端，表针先向0Ω方向摆动，当达到一个很小的电阻读数后便开始反向摆动，最后慢慢停留在某一个大阻值读数上，静电容量越大，表针偏转的角度应当越大，指针返回的也应当越慢。（1）如果指针不摆动，则说明电容内部已开路。（2）如果指针摆向0Ω或靠近0Ω的数值，并且不向无穷大的方向回摆，则表明电容内部已击穿。（3）如果表指针指向0Ω后能慢慢返回，但不能回摆到接近无穷大的读数，则表明电容存在较大的漏电，且回摆指示的电阻越小，漏电就越大。如图1-3-2所示。四、电容的检测1．测试漏电阻（适用于0.1μF以上容量的电容）电解电容器的正、负极性不允许接错，当极性接反时，可能因电解液的反向极化引起电解电容器的爆裂。当极性标记无法辨认时，可根据正向连接时漏电阻大、反向连接时漏电阻相对小的特点判断极性。交换表笔前后两次测量漏电阻，阻值大的一次，黑表笔接触的是正极，因为黑表笔与万用表内电池正极相接（采用数字万用表时，红表笔接电池正极）。但用这种办法有时并不能明显地区分正、反向电阻，所以使用电解电容时，要注意保护极性标记。2．电解电容器的极性检测五、电容的串联与并联参见图1-3-3（a），电容串联后的效果，等于增加了绝缘介质的厚度（即增接了两块金属电极之间的距离），因而总容量减小，并小于其中最小的一只电容的容量。总容量的倒数等于各电容量倒数之和，即：1/C=1/C1+1/C2+1/C3+……如果是两只电容串联，其总容量为：C=C1C2/(C1+C2)串联后电容（C）的工作电压，在电容量相等的情况下，等于每个电容（C1、C2）的工作电压之和，故串联后电容的工作电压升高。如工作电压为25V的两个电容量相等的电容串联，就相当于得到工作电压为50V的一只电容。1．电容的串联参见图1-3-3（b）。将电容并联起来就等于两块金属电极的面积加大，因此，并联后的总电容量增大，并等于各个电容器的容量之和。例如：需要电容量为470μF的电容，但是手头只有220μF和47μF的，这时候就可以取两个220μF，一只47μF的电容器，将此三个电容并联，总容量为：C=C1+C2=C3=220+220+47=487(μF)在应急时此方法较为常用。电容并联时，每个电容上所承受的电压相等，因此，如果工作电压不相同的几只电容并联，必须把其中最低的工作电压作为并联后的工作电压。2．电容的并联六、电容在汽车中的典型运用电容器作为基本电子元件在汽车电路中应用很广，作为单体元件应用的典型例子就是传统点火系统中分电器上的电容器。在点火过程中，与分电器触点并联的电容器具有重要作用。这是因为触点打开、磁场消失时，在点火线圈一次绕组中产生200～300V的自感电动势，若无电容器，该自感电动势就会在触点间形成火花使触点烧坏，该电容器安装在分电器上，其外观如图1-3-4所示。第四节电感本节主要介绍的内容有：●电感●电感的检测●电感线圈在汽车电路中的应用一、电感将一根导线绕成一个空心线圈就是一个电感。电路中，电感用字母“L”表示，符号为“”。电感的单位有：H（亨）、mH（毫亨）、μH（微亨）。1H