1.汽车电路常用器件

项目一汽车常用电气元器件电阻、电容及电感元件1.1半导体器件1.21.1电阻、电容及电感元件1．掌握电阻、电容、电感元件的基本概念。2．掌握电阻、电容、电感元件的识别与检测。3．了解电阻、电容、电感元件在汽车上的应用。4．学会使用指针式万用表测量电阻的方法。1.1.1电阻元件1.1.1电阻元件1)电子在导体中流动时会受到一些阻碍，形成了电阻。1.1.1电阻元件1．电阻的定义电路中的元件，如不另加说明，都是指理想元件。分析研究电路的一项基本内容就是分析电路或元件的电压、电流及其它们的关系，即伏安关系或伏安特性。1)电子在导体中流动时会受到一些阻碍，形成了电阻。2)电阻元件（简称为电阻）。uRi电阻伏安特性曲线(a)线性电阻(b)非线性电阻(1-1)电阻元件的伏安特性有线性和非线性之分。如果电压与电流成正比关系(图a)，这类电阻元件称为线性电阻元件，它两端的电压与电流服从欧姆定律。即(图b)所示为半导体二极管的伏安特性曲线，它不是一条直线，其电压与电流之间不符合欧姆定律，这类元件称为非线性电阻元件，其阻值随着电压、电流的变化而变化，不是一个定值。如果电阻元件上电压与电流的参考方向非关联，欧姆定律式子前应加“–”！注意若令G=1/R，则G称为电阻元件的电导。电导的单位为西门子（S）。GiRiu（1-2）电路中电阻元件取用的功率为：22upuiRiR（1-4）从上式可以看出不论是正值还是负值，P总是大于零，说明电阻元件总是消耗电功率的，与电压、电流的实际方向无关，故电阻是耗能元件。ui、在直流电路中，当电压与电流取关联参考方向时，电阻元件在时间t内消耗的电能为：tRURtIUItUqW)/(22RURIUItWP/22电阻元件消耗的电功率为：解A273.022060UPI806273.0220IUR一个月的用电量W＝Pt＝60(W)××30(h)＝5.4kWh来计算和或可用PURIPR22已知：有一220V，60W的电灯，接在220V的电源上，求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电阻如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？练习：=5.4度电电阻的单位为欧姆（Ω），简称欧。1.1.1电阻元件2．电阻的单位Ω101kΩ3Ω101MΩ6是用阿拉伯数字和单位符号在电阻器表面直接标出标称阻值。1.1.1电阻元件3．电阻常见的标注方法是用不同颜色的环在电阻器的表面标出标称阻值和允许误差。（1）直标法（2）色环法颜色第一位有效数字第二位有效数字倍乘数允许误差%黑00×100—棕11×1011红22×1022橙33×103—黄44×104—绿55×1050.5蓝66×1060.2紫77×1070.1灰88×108—白99×109—金——×10-15银——×10-210无色———20表1-1四色环电阻色环各位含义例如：红、红、红、银四环,如图所示其表示的阻值为22×102=2200Ω，允许偏差为±10%；又如：绿、蓝、金、金四环，如图所示其表示的阻值为56×10-1=5.6Ω，允许偏差为±5%；1）四色环电阻例如，棕、黑、绿、棕、棕五环，其表示阻值为105×101=1050Ω=1.05kΩ，允许偏差为±1%。又如，棕、紫、绿、银、棕五环，表示阻值为175×10-2=1.75Ω，允许偏差为±1%。2）五色环电阻精密电阻采用五个色环标志，前三环表示有效数字，第四环表示倍率，与前四环距离较大的第五环表示允许偏差。（1）热敏电阻（2）压敏电阻（3）光敏电阻1.1.1电阻元件电阻元件在汽车上的典型应用1.1.1电阻元件1.1.1电阻元件电容元件是从实际电容器抽象出来的电路模型。1.1.2电容元件1．电容的定义任何两块非常靠近的金属导体，中间隔以绝缘物质就构成一个电容器，电容器加上电压后，两块极板上将出现等量异号电荷，并在两极板间形成电场，储存电场能。即：uqC（1-5）电容的伏安特性：0i上式表明：只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但其对时间的变化率为0，即，此时电容相当于开路状态，因此电容具有隔直通交的作用。（1-6）tuCtqidddd电容元件极板间储存的电场能量为：2C001dd2tuWuitCuuCu（1-7）上式说明，电容元件在某时刻储存的电场能量与元件在该时刻所承受的电压的平方成正比。电容元件不消耗能量，故称为储能元件。1.1.1电阻元件1.1.1电阻元件在国际单位制中，电容的单位为法拉（）。1.1.2电容元件2．电容的单位pF10F10F1126F（1）数字标注法3．电容的标识方法用三位整数表示容量大小，第一、二位为电容量的有效数字，第三位为有效数字后面加零的个数，单位为皮法（）。pF如：223、3391.1.1电阻元件1.1.1电阻元件1.1.2电容元件将容量的整数部分写在容量单位标注符号的前面，小数部分写在容量单位标注符号的后面，如图所示。（2）文字表示法（3）色标法电容式闪光器电容式闪光器电路电容器在汽车上的典型应用电感元件是从实际电感线圈抽象出来的电路模型。1.1.3电感元件1．电感的定义当电感线圈通以电流时，将产生磁通，在其内部及周围建立磁场，储存磁场能量。即：iL（1-8）当忽略导线电阻及线圈匝与匝之间的电容时，可将其抽象为只具有储存磁场能量性质的电感元件。其伏安特性为：LddiueLt（1-9）0u上式表明，只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但其对时间的变化率为0，即，在直流电流中电感相当于短路状态。0u电感元件中储存的磁场能量为：20021ddiLiiLtiuWitL（1-10）上式说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，与该时刻流过的电流的平方成正比。电感元件不消耗能量，故称为储能元件。2．电感的单位H10mH10H163在国际单位制中，电感的单位为亨利（）。H将电感的主要参数用文字直接标注在电感器的外壳上，如图1-13所示。1.1.3电感元件3．电感的标注方法图1-13电感元件直标法（1）直标法在电感器的外壳涂上各种不同颜色的环，各色环颜色的含义与色环电阻标志相同。单位为微亨（µH）。例：某一电感器的色环标志依次为：棕、红、红、银，则表示其电感量为，允许误差为。（2）色环法1.1.3电感元件电感在汽车上的典型应用图1-16舌簧开关式电流传感器1.2半导体器件1.掌握半导体元件的结构、性能、工作原理和特点。2.正确分析电子电路的工作原理。3.正确选择和合理使用半导体元件。4．学会半导体二极管和三极管的测量方法。1.2.1半导体及PN结半导体的特点：半导体导电特性独有的特点热敏性光敏性杂敏性自然界中的物质按导电性能可以分为导体半导体绝缘体完全纯净、原子结构排列整齐的半导体称为本征半导体。1.2.1半导体及PN结1．本征半导体高纯度的硅和锗都是单晶结构，它们的原子整齐地按一定规律排列，原子间的距离不仅很小，而且是相等的。（a）硅原子结构（b）锗原子结构这四个价电子不仅受自身原子核的束缚，还受到相邻原子核的吸引，从而形成了共价键结构，如图所示：价电子（本征激发/热激发）自由电子-空穴对（1）温度越高，自由电子--空穴对数目越多；（2）自由电子--空穴数目相等，对外不显电性。硅（锗）原子在晶体中的共价键排列复合平衡注意：半导体与导体不同，内部有两种载流子参与导电——自由电子与空穴。在外加电场的作用下，有：I=In（电子电流）+Ip（空穴电流）空穴导电的实质是价电子的定向移动！（2）P型半导体1.2.1半导体及PN结2．杂质半导体（1）Ｎ型半导体在本征半导体中有目的、有选择的掺入微量某种杂质元素构成杂质半导体。——杂质为少量5价元素，如磷（P）自由电子——多数载流子空穴——少数载流子载流子数电子数磷原子自由电子正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示（1）Ｎ型半导体——杂质为少量3价元素，如硼（B）。空穴——多子自由电子——少子硼原子空穴载流子数空穴数P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子（2）P型半导体注意：无论是N型还是P型半导体都是电中性，对外不显电性！！！1.2.1半导体及PN结3．PN结的形成与特性什么是PN结？PN结是P型与N型半导体区域交界处的特殊带电薄层，具有特殊的单向导电性，是半导体元器件制造的基础单元。载流子浓度差复合(耗尽层)内电场阻碍多子扩散帮助少子漂移扩散漂移动态平衡注意：动态平衡的PN结交界面上无电流流过，即I=0。内电场多子扩散空间电荷区平衡PN结P区N区（1）PN结的形成3．PN结的形成与特性所以，正偏时扩散运动增强，漂移运动几乎减小为0，宏观上形成很大的正向电流IF。外电场越强，正向电流越大，PN结的正向电阻越小。内电场外电场P区N区多子空穴多子自由电子正向电流IF+UR（2）PN结的单向导电性1）PN结的正向导通特性——正偏导通（P区电位高于N区）2）PN结的反向截止特性——反偏截止（P区电位低于N区）所以，反偏时漂移运动增强，扩散运动几乎减小为0，由于少子数目较少，宏观上形成极小的反向电流IR（接近于0）。外电场增强，反向电流也几乎不增加，PN结的反向电阻很大。+URP区N区少子自由电子少子空穴反向电流IR内电场外电场要记住：（1）外加正向电压时PN结的正向电阻很小，电流较大，是多子扩散形成的；（2）外加反向电压时PN结的反向电阻很大，电流极小，是少子漂移形成的。要注意：PN结电路中要串联限流电阻。一个PN结加上相应的外引线，然后用外壳封装就成为最简单的二极管。1.2.2二极管1．二极管的结构和分类从P区引出的引线叫做阳极或正极，从N区引出的引线叫做阴极或负极。常用D（Diode）表示二极管。图中的箭头表示正偏时的正向电流方向。分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型金属触丝N型锗P型层阳极阴极面接触型P型扩散层锡支架N型硅SiO2保护层阴极阳极2．二极管的伏安特性即PN结的特性——单向导电性（1）正向特性死区电压硅管——0.5V锗管——0.1V正向导通压降UF硅管——0.7V锗管——0.3V（2）反向特性（3）反向击穿特性二极管两端加上反向电压时，在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电阻，反向电流很小，且不随反向电压而变化。反向电流IR硅管——几十μA以下锗管——几十到几百μA二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。（1）最大整流电流IFM——指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。（2）最高反向工作电压URM——指二极管不击穿时所允许加的最高反向电压，URM通常是反向击穿电压的一半，以确保二极管安全工作。（3）最大反向电流IRM——在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但受温度影响很大。（4）最高工作频率fM——指二极管保持单向导电性时外加电压的最高频率。3．二极管的主要参数4．二极管的应用（1）整流整流就是利用二极管的单向导电特性将交流电变成单方向脉动的直流电的过程。在汽车交流发电机中，就是利用二极管组成的整流板将发电机发出的三相交流电整流为直流电。（2）钳位二极管正向导通时，正向压降很小，可以忽略，因此强制使其阳极电位与阴极电位基本相等，这种现象称为二极管的钳位。如图所示，若A点UA=0，二极管D正偏导通，压降很小，所以F点的电位也被钳制在0V左右，即UF近似为0。（3）限幅利用二极管正向导通后两端电压很小且基本不变的特性可以构成各种限幅电路，使输出电压限制在某一电压值以内。下图为一正、负对称限幅电路:ui=10sinωt（V），US1=US2=5V。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约±5V之间。OtuO/V55-10ui/VOt105-5当开关S断开时，由于电流的突然中断，电感L将产生一个高于电源电压很多倍的自感电动势eL，eL与U叠加作用于开关S上，使开关S的寿命缩短。二极管D的接入，使eL通过二极管产生放