第2章電工與電子基礎(chǔ)知識(shí)

第2章電工與電子根底知識(shí)2.1電路及電路根本定律電能是一種優(yōu)越的能量，以其消費(fèi)方便、運(yùn)用和控制簡(jiǎn)單、傳輸效率高和清潔環(huán)保等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、交通、國(guó)防以及社會(huì)生活等各個(gè)領(lǐng)域，都獲得了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，因此，電工與電子技術(shù)知識(shí)對(duì)于消費(fèi)實(shí)踐和日常生活越來(lái)越重要。汽車(chē)從它誕生的第一天起，就與電結(jié)下了不解之緣，可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有電就沒(méi)有現(xiàn)代汽車(chē)。2.1.1電的根本概念2.1.1.1電的概念自然界中的任何物質(zhì)都是由分子組成的，分子是由原子組成，而原子又是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子所組成。在通常情況下，原子是中性的，對(duì)外不顯電性，物質(zhì)也不顯帶電的性能。自然界中只存在正、負(fù)兩種電荷，物體帶電的緣由就是得到或失去了電子。物體所帶電荷的多少叫電荷量〔或電量〕，用Q來(lái)表示，單位是庫(kù)侖〔C〕，1庫(kù)侖相當(dāng)于6.24146×1018個(gè)電子所帶的電荷總量。大量的現(xiàn)實(shí)闡明，電荷間存在著相互作用的力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。在自然界中，電荷既不能發(fā)明，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，這個(gè)結(jié)論叫電荷守恒定律。2.1.1.2電流1．電流的構(gòu)成有的物質(zhì)，如金屬中的金、銀、銅、鐵、鋁等以及非金屬中的石墨、硅等，它們的原子核對(duì)外層電子的吸引力小，外層電子很容易脫離原子核的束縛成為可以自在挪動(dòng)的自在電子，當(dāng)這類(lèi)物質(zhì)給予一定的外加條件時(shí)〔如接上電源〕，就能迫使自在電子發(fā)生定向挪動(dòng)，這些電荷有規(guī)那么的定向挪動(dòng)稱(chēng)為電流。把這類(lèi)具有良好導(dǎo)電身手的物體叫做導(dǎo)體。另一些物質(zhì)，如塑料、陶瓷、石蠟、玻璃、純真水等，它們的原子核對(duì)外層電子的吸引力大，電子不容易脫離原子核的束縛而挪動(dòng)，因此，在物體內(nèi)不能構(gòu)成電荷的有規(guī)那么的挪動(dòng)，這類(lèi)物質(zhì)沒(méi)有導(dǎo)電身手或?qū)щ娚硎趾苋?，叫做絕緣體。2．電流的強(qiáng)度電流的大小取決于在一定的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少。在一樣的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越大，在導(dǎo)體內(nèi)構(gòu)成的電流就越強(qiáng)；反之，電流就越弱。電流的強(qiáng)弱用電流來(lái)表示。通常規(guī)定：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量稱(chēng)為電流，用大寫(xiě)的字母I表示。假設(shè)在t秒內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為Q，那么IQ/t電流的單位是安培〔A〕，簡(jiǎn)稱(chēng)安。假設(shè)在1s內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為1C，那么流過(guò)導(dǎo)體的電流就為1A，即1A=1C/1s電流的單位除安培〔A〕外，還有千安〔kA〕、毫安〔mA〕、微安〔A〕，它們之間的換算關(guān)系是1kA=1000A1mA=0.001A1uA=0.000001A電流的方向規(guī)定為：正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆较?，同?fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向相反。2.1.1.3電壓導(dǎo)體中的電流是由大量的自在電荷定向挪動(dòng)構(gòu)成的，而只需在導(dǎo)體兩端接上電源，在導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成電場(chǎng)，大量電荷在電場(chǎng)力的作用下定向挪動(dòng)才干構(gòu)成電流。因此，導(dǎo)體中構(gòu)成電流的條件是：導(dǎo)體兩端接有電源，也就是說(shuō)在導(dǎo)體兩端堅(jiān)持有電壓。電壓用U表示。電壓的單位是伏特〔V〕，簡(jiǎn)稱(chēng)伏。常用的電壓?jiǎn)挝贿€有千伏〔kV〕和毫伏〔mV〕，它們之間的換算關(guān)系是：1kV=1000V1mV=0.001V2.1.1.4電阻和電阻器1．電阻當(dāng)電流經(jīng)過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，做定向挪動(dòng)的自在電荷會(huì)與金屬中的帶電粒子發(fā)生碰撞，而這種碰撞妨礙了自在電子的定向挪動(dòng)，因此也就妨礙了電流的構(gòu)成，這種導(dǎo)體對(duì)電流的妨礙作用叫做電阻。導(dǎo)體電阻的大小反映了導(dǎo)電才干的強(qiáng)弱，電阻用R表示。電阻的單位是歐姆，簡(jiǎn)稱(chēng)歐，用Ω表示。電阻常用的單位還有千歐〔kΩ〕和兆歐〔MΩ〕，它們之間的換算關(guān)系為1kΩ=103Ω1MΩ=106Ω導(dǎo)體的電阻是客觀存在的，它的大小只取決于導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積和資料，而與導(dǎo)體兩端的電壓和流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。即R＝ρl/S式中 R——導(dǎo)體的電阻，Ω； Ρ——與導(dǎo)體的資料性質(zhì)有關(guān)的物理量，稱(chēng)為電阻率或電阻系數(shù)，通常是指點(diǎn)體溫度為20°C，長(zhǎng)度為1m、橫截面積是1m2的某種資料的導(dǎo)體的電阻值，單位Ω·m； L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度，m； S——導(dǎo)體的橫截面積，m2。2．電阻器及其符號(hào)電阻器是電路中運(yùn)用最廣泛的元件，其質(zhì)量的好壞對(duì)電路的任務(wù)穩(wěn)定性有極大的影響，電阻器的主要作用是穩(wěn)定和調(diào)理電路中的電流和電壓。電阻器分可變電阻器和固定電阻器兩大類(lèi)，可變電阻器絕大多數(shù)用來(lái)調(diào)理電壓的大小，因此，又叫電位器。2.1.2電路2.1.2.1電路電流流過(guò)的回路叫做電路，又稱(chēng)電子回路。最簡(jiǎn)單的電路由電源負(fù)載和導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等元件組成，如圖2-2〔a〕所示。電路可以用電路圖來(lái)表示。把其他方式的能轉(zhuǎn)換成電能的安裝叫做電源。把電能轉(zhuǎn)換成其他方式的能的安裝叫做負(fù)載。電動(dòng)機(jī)、電阻、電燈泡、揚(yáng)聲器等都叫做負(fù)載。開(kāi)關(guān)是指一個(gè)可以使電路開(kāi)路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件。最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)是讓人操作的機(jī)電設(shè)備，其中有一個(gè)或數(shù)個(gè)電子接點(diǎn)。接點(diǎn)的“閉合〞〔Closed〕表示電子接點(diǎn)導(dǎo)通，允許電流流過(guò)；開(kāi)關(guān)的“開(kāi)路〞〔Open〕表示電子接點(diǎn)不導(dǎo)通構(gòu)成開(kāi)路，不允許電流流過(guò)。電路形狀有三種形狀：開(kāi)路、短路、通路。開(kāi)路：也叫斷路，由于電路中某一處因中斷，沒(méi)有導(dǎo)體銜接，電流無(wú)法經(jīng)過(guò)，導(dǎo)致電路中電流消逝，普通對(duì)電路無(wú)損害。短路：電源未經(jīng)過(guò)任何負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路，易呵斥電路損壞、電源瞬間損壞、如溫度過(guò)高燒壞導(dǎo)線、電源等。通路：處處連通的電路。2.1.2.2串聯(lián)電路串聯(lián)電路是使電流只需一條通路經(jīng)過(guò)每一個(gè)電路元件，為電路組成的兩種根本方式之一。例如，一個(gè)包含兩個(gè)電燈泡和一個(gè)9V電池的簡(jiǎn)單電路。假設(shè)導(dǎo)線銜接電池到一個(gè)電燈泡再到下一個(gè)電燈泡，回到電池，構(gòu)成一個(gè)延續(xù)的圈，那么兩個(gè)電燈泡之間為串聯(lián)。串聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：〔1〕流過(guò)每個(gè)電阻的電流相等。由于直流電路中同一支路的各個(gè)截面有一樣的電流強(qiáng)度。〔2〕總電壓〔串聯(lián)電路兩端的電壓〕等于分電壓〔每個(gè)電阻兩端的電壓〕之和，即：U=U1+U2+……Un這可由電壓的定義直接得出。〔3〕總電阻等于分電阻之和。2.1.2.3并聯(lián)電路并聯(lián)電路是在構(gòu)成并聯(lián)的電路元件間電流有一條以上的相互獨(dú)立通路，為電路組成的兩種根本方式之一。例如，一個(gè)包含兩個(gè)電燈泡和一個(gè)9V電池的簡(jiǎn)單電路。假設(shè)兩個(gè)電燈泡分別由兩組導(dǎo)線分開(kāi)地銜接到電池，那么兩燈泡為并聯(lián)。并聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：〔1〕總電流等于各支路的電流之和?！?〕并聯(lián)電路中各電阻的電壓與總電壓一樣?！?〕相互并聯(lián)的電阻其總電阻值的倒數(shù)等于個(gè)電阻值的倒數(shù)和。2.1.3歐姆定律歐姆定律是電學(xué)根本定律之一，是指同一導(dǎo)體中，經(jīng)過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。它闡明了電流和電壓與電阻之間的關(guān)系。R=U/I式中U——電壓，V；R——電阻，Ω；I——電流，A。2.1.4電功電流所做的功叫做電功，實(shí)踐就是電能轉(zhuǎn)化為其他方式能量的過(guò)程，計(jì)算電功的公式是：W＝UItW＝I2Rt或W＝U2t/R式中U——電壓，V；I——電流，A；t——時(shí)間，s；W——電功，J。2.1.5電功率電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率。電功率用P來(lái)表示，P=W/t而W＝UIt〔即電壓乘以電流乘以時(shí)間〕，所以P=UIP＝I2R或P＝U2/R上式闡明，電功率等于電壓與電流的乘積，電功率P的單位就是瓦特。電功率的單位還有千瓦，符號(hào)是kW，1kW=103W。把公式P=W/t，變形后可得W=Pt，由此可以定義“千瓦時(shí)〞，電流在1h內(nèi)所做的功，就是1kW·h，1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J。2.1.6電容電容〔或稱(chēng)電容量〕是表征電容器包容電荷身手的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢(shì)差添加1V所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)〔就像一只水桶一樣，他可以把電荷充存進(jìn)去，在沒(méi)有放電回路的情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯，能夠電荷會(huì)永久存在，這是它的特征〕，它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可短少的電子元件。一個(gè)電容器，假設(shè)帶1C的電量時(shí)兩級(jí)間的電勢(shì)差是1V，這個(gè)電容器的電容就是1F，即C=Q/U但電容的大小不是由Q或U決議的，即C=εS/4πkd其中ε——一個(gè)常數(shù)；S——電容極板的正對(duì)面積；d——電容極板的間隔；k——靜電力常量；常見(jiàn)的平行板電容器，電容為C=εS/d其中ε——極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；S——極板面積；d——極板間的間隔。在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉第，簡(jiǎn)稱(chēng)法，符號(hào)是F，常用的電容單位有毫法〔mF〕、微法〔μF〕、納法〔nF〕和皮法〔pF〕〔皮法又稱(chēng)悄然法〕等，換算關(guān)系是：1法拉〔F〕=103毫法〔mF〕＝106微法〔μF〕1微法〔μF〕=103納法〔nF〕=106皮法〔pF〕多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn多電容器串聯(lián)計(jì)算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn2.1.7基爾霍夫電流定律定義：在集總電路中，在任一時(shí)辰，流出任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零。即對(duì)任一節(jié)點(diǎn)有∑i=0留意：“流出〞節(jié)點(diǎn)電流是相對(duì)于電流參考方向而言?！按鷶?shù)和〞指電流參考方向，假設(shè)是流出節(jié)點(diǎn)，那么該電流前面取“+〞；相反，電流前面取“-〞?！按鷶?shù)和〞指電流參考方向假設(shè)是流出閉合面，那么該電流前面取“+〞；相反，電流前面取“-〞?；鶢柣舴螂娏鞫墒请娏餮永m(xù)性的表現(xiàn)，即流入節(jié)點(diǎn)的電流等于流出節(jié)點(diǎn)的電流。2.1.8基爾霍夫電流定律定義：在集總電路中，任何時(shí)辰，沿恣意回路，一切支路電壓的代數(shù)和恒等于零。即對(duì)任一閉合回路都有∑IR=∑E即∑U=0現(xiàn)實(shí)上上式不僅可以用在任一閉合回路，還可以推行到任一不閉合的電路上，但要將開(kāi)口處的電壓列入方程。凡電壓的參考方向與回路繞行方向一致者，在該電壓前取“+〞號(hào)，反之，為“-〞號(hào)。2.2半導(dǎo)體元件2.2.1半導(dǎo)體電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。半導(dǎo)體介于導(dǎo)體和絕緣體之間，既可以是導(dǎo)體，也可以是絕緣體，與摻入的雜質(zhì)有關(guān)。半導(dǎo)體室溫時(shí)電阻率約在10-5～107·m之間，溫度升高時(shí)電阻率指數(shù)那么減小。半導(dǎo)體資料很多，按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類(lèi)。鍺和硅為最常用的元素半導(dǎo)體；化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ族化合物〔砷化鎵、磷化鎵等〕、Ⅱ-Ⅵ族化合物〔硫化鎘、硫化鋅等〕、氧化物〔錳、鉻、鐵、銅的氧化物〕，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體〔鎵鋁砷、鎵砷磷等〕。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。半導(dǎo)體主要影響要素如下：〔1〕受溫度的影響大。外界環(huán)境溫度的變化對(duì)半導(dǎo)體資料的電阻有很大的影響。溫度升高，半導(dǎo)體資料中的電子獲得更多的能量，更容易擺脫原子核的束縛，從而改善了半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能；溫度降低那么與之相反?！?〕受雜質(zhì)的影響很大。純真的半導(dǎo)體導(dǎo)電性能很差，但是假設(shè)在半導(dǎo)體資料中有選擇地參與其他元素〔稱(chēng)為雜質(zhì)〕，就可使它的導(dǎo)電性能大大添加。〔3〕受光照、電壓、磁場(chǎng)的影響很大。2.2.1.1PN結(jié)的單導(dǎo)游電性1．PN結(jié)在半導(dǎo)體資料中摻入雜質(zhì)，它的導(dǎo)電性能將大大改動(dòng)，由于摻入的雜質(zhì)不同，就構(gòu)成不同類(lèi)型的半導(dǎo)體資料。假設(shè)在半導(dǎo)體資料中摻入銻、磷、砷等五價(jià)元素，將制形成N型半導(dǎo)體。假設(shè)在半導(dǎo)體資料中摻入銦、鋁、硼等三價(jià)元素，將制形成P型半導(dǎo)體。控制雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量，就控制了P型或N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一同，它們的交界處就構(gòu)成一個(gè)PN結(jié)。2．PN結(jié)具有單導(dǎo)游電性P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，如圖2-3〔a〕所示，叫做正向偏置，此時(shí)二極管電流很大，即PN結(jié)正導(dǎo)游通，正向電阻很小。P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，如圖2-3〔b〕所示，叫做反向偏置，此時(shí)二極管電流很小，即PN結(jié)反向截止，反向電阻很大。2.2.1.2晶體二極管PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)各接出一條引線，再封裝在管殼里，就構(gòu)成一個(gè)二極管，P區(qū)引出端叫正極，N區(qū)引出端叫負(fù)極，如圖2-4〔a〕所示。二極管的符號(hào)如圖2-4〔b〕所示，它表示二極管具有單導(dǎo)游電性，箭頭表示正向電流的方向。二極管外殼上普通都標(biāo)有符號(hào)，表示極性。不同用途的二極管普通都有不同的構(gòu)造、外形和符號(hào)，如圖2-5所示。二極管主要參數(shù)有最大整流電流和最高反向任務(wù)電壓。二極管長(zhǎng)時(shí)間正常任務(wù)所允許經(jīng)過(guò)的最大平均正向電流叫最大整流電流，運(yùn)用時(shí)假設(shè)超越該值，將會(huì)燒壞二極管。保證二極管正常任務(wù)、不被反向擊穿所能接受的反向電壓值叫最高反向任務(wù)電壓，普通取反向擊穿電壓的一半左右作為最高反向任務(wù)電壓。在一些特殊場(chǎng)所中，二極管可做特殊的運(yùn)用，主要有以下幾種：〔1〕高反壓整流管。高反壓整流管要求至少在一個(gè)區(qū)域內(nèi)具有很低的電導(dǎo)率，這意味著正向電阻很大，將產(chǎn)生大量的熱量，這個(gè)缺陷可用在高摻雜的P型和N型之間參與一個(gè)摻雜度很低的區(qū)域的方法來(lái)抑制。這樣的二極管具有很高的反向電壓和很小的正向電阻?！?〕開(kāi)關(guān)二極管。開(kāi)關(guān)二極管被運(yùn)用在從高阻抗到低阻抗或從低阻抗到高阻抗的快速開(kāi)關(guān)場(chǎng)所?？梢越?jīng)過(guò)向半導(dǎo)體資料中摻入金的方法，促進(jìn)電子與空穴的再結(jié)合，來(lái)縮短開(kāi)關(guān)的時(shí)間?！?〕光電二極管。光電二極管是一種運(yùn)用光電效應(yīng)做成的二極管，它是在PN結(jié)上加上一個(gè)反向電壓，光照能釋放晶格鍵中的電子，使自在電子和空穴的數(shù)量添加，從而使反向電流〔光電流〕與光照度成正比例地添加?！?〕發(fā)光二極管〔LED〕。發(fā)光二極管是在外加正向電壓時(shí)能發(fā)光，它的任務(wù)原理和光電效應(yīng)相反，當(dāng)自在電子和空穴復(fù)合時(shí)以發(fā)光的方式釋放能量。發(fā)光二極管經(jīng)常在數(shù)字顯示和信號(hào)燈上運(yùn)用。其制造的資料通常是砷化鎵或磷化鎵?！?〕穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管是一種重要的半導(dǎo)體二極管，它能起穩(wěn)定電壓的作用。與普通的硅二極管不同的是，它可在反向擊穿形狀下長(zhǎng)期任務(wù)。而且在外加的反向擊穿電壓撤除以后仍能恢復(fù)單導(dǎo)游電性?！?〕肖特基二極管。肖特基二極管是一種含金屬－半導(dǎo)體結(jié)的二極管，由于電子從N型硅中進(jìn)入金屬層要比金屬層進(jìn)入N型硅容易得多，因此在半導(dǎo)體中就構(gòu)成一個(gè)電子阻撓層——肖特基阻撓層。電荷完全是經(jīng)過(guò)電子傳輸?shù)?，由于沒(méi)有發(fā)生少數(shù)載流子積累，這個(gè)特性可使開(kāi)關(guān)到達(dá)很高的速度，適用做高速開(kāi)關(guān)、微波整流〔檢波〕管。2.2.1.3晶體三極管1．三極管的構(gòu)造在一塊半導(dǎo)體資料上，制造出三個(gè)區(qū)，構(gòu)成兩個(gè)PN結(jié)，并分別從三個(gè)區(qū)中引出三條引線，再封裝在管殼里，如圖2-6所示，就構(gòu)成了一個(gè)三極管。普通把中間的區(qū)叫基區(qū)，兩個(gè)PN結(jié)分別按其作用稱(chēng)為集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，集電結(jié)銜接的區(qū)域稱(chēng)為集電區(qū)，與發(fā)射結(jié)相連的區(qū)域叫做發(fā)射區(qū)。三極管有NPN型和PNP型兩種，且分別用符號(hào)表示，如圖2-6所示。2．三極管的外形及其型號(hào)三極管根據(jù)體積、封裝方式、用途等不同，可分很多種式樣，如圖2-7所示。3．三極管的分類(lèi)〔1〕按功率分類(lèi)，三極管可分為大功率、中功率和小功率三極管。〔2〕按任務(wù)頻率分類(lèi)，三極管可分為高頻三極管和低頻三極管?！?〕按資料分類(lèi)，三極管可分為硅資料三極管和鍺資料三極管?！?〕按構(gòu)造分類(lèi)，三極管可分為NPN型三極管和PNP型三極管，通常一切的硅管以NPN型居多，鍺管以PNP型居多。4．三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)很多，主要有：〔1〕電流放大系數(shù)1〕交流放大系數(shù)。當(dāng)集電極與發(fā)射極電壓為規(guī)定值時(shí)，集電極電流的變化量Ic與基極電流的相應(yīng)變化量Ib的比值，叫做三極管的交流電流放大系數(shù)，用β來(lái)表示，即β=Ic/Ibβ值的大小與三極管有關(guān)，普通在20～200之間。2〕直流放大系數(shù)。當(dāng)集電極與發(fā)射極電壓為規(guī)定值時(shí)，集電極電流Ic與基極電流Ib的比值，叫做三極管的直流電流放大系數(shù)，用來(lái)表示，即β’=Ic/Ib由于值β’與β值比較接近，所以以為β’=β?！?〕極限參數(shù)1〕集電極最大允許電流指三極管參數(shù)變化不超越規(guī)定值時(shí)，集電極允許經(jīng)過(guò)的最大電流。假設(shè)超越，管子的性能將顯著變差。2〕集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。3〕集電極允許最大耗散功率三極管正常任務(wù)時(shí)，集電極可以接受的功耗最大值。2.3電子電路根底知識(shí)2.3.1晶體管的根本放大電路2.3.1.1放大電路的組成如圖2-8所示為放大電路的表示圖，由圖可以看出，放大器有四個(gè)端子，一對(duì)用來(lái)輸入信號(hào)，叫做輸入端；另一對(duì)用來(lái)輸出信號(hào)，叫做輸出端。凡向放大器提供輸入信號(hào)的電路或設(shè)備稱(chēng)為信號(hào)源，例如圖中的G。凡接納放大器輸出的信號(hào)的零件或電路稱(chēng)為負(fù)載，例如圖中的RL。如圖2-9所示為根本共發(fā)射極電壓放大電路，它由三極管、電阻、電容和直流電源組成。2.3.1.2任務(wù)原理如圖2-9所示，交流輸入信號(hào)ui經(jīng)過(guò)輸入耦合電容C1引起三極管VT基極一發(fā)射極電壓ube變化，使基極電流ib作相應(yīng)的變化。由于三極管VT的電流放大作用，使集電極電流ic〔ic=βib〕相應(yīng)作更大的變化，較大的ic在Rc上產(chǎn)生交流輸出電壓，經(jīng)過(guò)輸出耦合電容C2送到負(fù)載RL上。只需電路元件選擇適宜，放大電路就能使輸出電壓Uo比輸入電壓Ui大很多倍，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。2.3.2晶體管開(kāi)關(guān)電路2.3.2.1晶體管的開(kāi)關(guān)特性三極管具有飽和、放大、截止三個(gè)任務(wù)形狀。假設(shè)能有目的地控制加在三極管基極上的電壓或電流，就可以使三極管交替任務(wù)在飽和或截止兩個(gè)區(qū)域，此時(shí)三極管就是處于開(kāi)或關(guān)的形狀，即開(kāi)關(guān)形狀。2.3.2.2晶體管開(kāi)關(guān)電路如圖2-10所示為一個(gè)反相器，它是最根本的晶體管開(kāi)關(guān)電路之一。當(dāng)三極管基極輸入信號(hào)為低電平〔“0〞〕時(shí)，由于電源Ubb的作用，三極管發(fā)射結(jié)反向偏置，此時(shí)三極管截止，輸出Uo為高電平〔“1〞〕。當(dāng)三極管基極輸入信號(hào)突變?yōu)楦唠娖健病?〞〕時(shí)，三極管進(jìn)入飽和形狀，輸出Uo為低電平〔“0〞〕。利用晶體管的這個(gè)開(kāi)關(guān)特性，做成了反相器。2.3.3穩(wěn)壓管與穩(wěn)壓電路2.3.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種具有穩(wěn)壓作用的特殊二極管。它也是由一個(gè)PN構(gòu)呵斥，外形與普通二極管根本一樣。由于它的制造工藝和任務(wù)區(qū)域不同，可利用它的反向電流變化很大而反向擊穿電壓根本不變的特性，到達(dá)穩(wěn)壓的目的。2.3.3.2穩(wěn)壓電路如圖2-11所示為硅穩(wěn)壓二極管VS和限流電阻R組成的穩(wěn)壓電路。無(wú)論是負(fù)載電流不變、輸入電壓變化，還是輸入電壓不變、負(fù)載電流變化，這種電路均能起到穩(wěn)壓的作用。2.3.4晶閘管及整流電路2.3.4.1晶閘管晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，因其能像閘門(mén)一樣控制電流的流通而得名。晶閘管的特點(diǎn)是能經(jīng)過(guò)小功率信號(hào)控制大功率系統(tǒng)，從而使半導(dǎo)體技術(shù)的運(yùn)用由弱電領(lǐng)域進(jìn)入到強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管分單向晶閘管和多向晶閘管兩大類(lèi)，這里只引見(jiàn)單向晶閘管。2.3.4.2單向晶閘管的構(gòu)造與符號(hào)目前較為常用的單向晶閘管從外形構(gòu)造上看，主要有螺栓型和平板型等幾種。螺栓型晶閘管的外形與硅整流二極管類(lèi)似，其帶有螺栓的一端是陽(yáng)極A，利用它可以和散熱器固定，另一端中粗引線為陰極K，細(xì)引線為門(mén)極G。平板型晶閘管的兩個(gè)平面分別是A和K極，而引線是G極。無(wú)論哪種構(gòu)造方式，普通晶閘管的內(nèi)部都有一個(gè)硅半導(dǎo)體資料做成的管芯，管芯由四層〔P1-N2-P3-N4〕、三端〔A，K，G〕構(gòu)成，它具有三個(gè)PN結(jié)，由最外層的P層和N層分別引出陽(yáng)極A和陰極K，由中間的P層引出門(mén)極G。2.3.5整流電路如圖2-13所示為常用的橋式全波半控整流電路。2.3.6邏輯電路的根本原理對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)展傳輸、處置的電子線路稱(chēng)為邏輯電路〔也稱(chēng)數(shù)字電路〕。邏輯電路是利用晶體二極管和晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)任務(wù)的，此時(shí)，三極管時(shí)而由飽和形狀突變到截止形狀，時(shí)而由截止形狀突變到飽和形狀。而三極管飽和與截止這兩個(gè)不同的任務(wù)形狀正好用數(shù)字“1〞和“0〞來(lái)表示，這就是數(shù)字電路的由來(lái)。邏輯電路中的信號(hào)是靠電信號(hào)的有或無(wú)、高或低來(lái)表示的，它研討電路問(wèn)信號(hào)的邏輯關(guān)系，反映的是一些離散的、不延續(xù)的二進(jìn)制數(shù)字量，運(yùn)用的數(shù)學(xué)工具是邏輯代數(shù)。門(mén)電路是最根本的邏輯電路，最根本的邏輯關(guān)系是：“與〞、“或〞、“非〞三種。相應(yīng)的門(mén)電路是“與門(mén)〞“或門(mén)〞“非門(mén)〞，與門(mén)的圖形符號(hào)為，或門(mén)的圖形符號(hào)為，非門(mén)的圖形符號(hào)為。2.3.7集成電路的知識(shí)2.3.7.1集成電路集成電路是在一塊體積很小的半導(dǎo)體基片上，經(jīng)過(guò)一系列特殊工藝〔氧化、蝕刻、摻雜、沉淀等〕，將包括引線在內(nèi)的一切分立電子元件〔如電阻、電容、二極管、三極管、晶閘管等〕封裝在一同，組成集成電路IC。早期消費(fèi)的小規(guī)模集成電路〔SSI〕，在每塊芯片上的功能元件、晶體管及門(mén)電路數(shù)量，普通不超越100個(gè)，平均芯片外表積約為3mm2。20世紀(jì)80年代以后，集成度大幅度提高，大規(guī)模集成電路〔LSI〕與超大規(guī)模集成電路〔ULSI〕得到廣泛運(yùn)用，在每個(gè)芯片上集成的功能元件曾經(jīng)超越10萬(wàn)個(gè)，而平均芯片的外表積也只需30mm2。集成電路根據(jù)電路的方式，可分為模擬型電路、數(shù)字型電路及組合型電路。可運(yùn)用的模擬集成電路如運(yùn)算放大器、調(diào)壓器、比較器、時(shí)鐘電路、變換器、接口電路等。模擬集成電路用來(lái)處置和加工各種模擬信號(hào)，在現(xiàn)代汽車(chē)電子設(shè)備中運(yùn)用很廣。數(shù)字集成電路用于數(shù)字邏輯運(yùn)算，數(shù)字電路是由開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的。數(shù)字電路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)都是用脈沖的有無(wú)、電位的高低來(lái)表示的。2.3.7.2IC電路分類(lèi)1．按集成度分類(lèi)按集成的程度來(lái)分，集成電路可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路。小規(guī)模集成電路是指每片上集成少于100個(gè)元器件的集成電路，又稱(chēng)普通集成電路，用字母SSI表示；中規(guī)模集成電路普通是指每片上集成100～1000個(gè)元器件的集成電路，用字母MSI表示；大規(guī)模集成電路是指每片上集成1000至數(shù)萬(wàn)個(gè)元器件的集成電路，用字母LSI表示；超大規(guī)模集成電路是近幾年開(kāi)展起來(lái)的集成電路，指每片上集成100000個(gè)元器件以上的集成電路，目前已到達(dá)集成幾億個(gè)元器件的程度，用字母ULSI表示。2．按功能分類(lèi)按處置信號(hào)的不同，集成電路可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類(lèi)。數(shù)字集成電路是以“開(kāi)〞和“關(guān)〞的兩種形狀，或以高、低電平來(lái)對(duì)應(yīng)“1〞和“0〞兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，并進(jìn)展運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳輸及轉(zhuǎn)換的集成電路。模擬集成電路是處置模擬信號(hào)的集成電路。在汽車(chē)音響安裝中采用了大量的模擬集成電路。2.3.7.3IC電路引腳好壞判別方法普通可從下面幾個(gè)方面去診斷集成電路能否有缺點(diǎn)。一是用萬(wàn)用表歐姆擋測(cè)集成電路各腳對(duì)地之間的電阻，然后與規(guī)范值進(jìn)展比較。二是用萬(wàn)用表的電壓擋測(cè)各腳在電路中的對(duì)地電壓，在集成電路供電電壓符合規(guī)定的情況下，如有不符合規(guī)范電壓值的引線腳，再查其外圍元件，假設(shè)外圍元件無(wú)損壞，那么可以為是集成電路的問(wèn)題。三是用示波器在測(cè)試點(diǎn)查看波形與規(guī)范波形，并進(jìn)展比較。四是用型號(hào)完全一樣的集成塊進(jìn)展交換。2.3.8A/D與D/A轉(zhuǎn)換器汽車(chē)在任務(wù)的過(guò)程中，經(jīng)常將一些物理量，如速度、溫度、壓力等轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些信號(hào)通常都是一些模擬信號(hào)〔Analogsignal〕。而汽車(chē)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不能直接處置這些模擬信號(hào)的，必需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)〔Digitalsignal〕，計(jì)算機(jī)都能進(jìn)展處置和識(shí)別，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程即為模/數(shù)轉(zhuǎn)換〔A/D〕。而計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制，通常也要將系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程即為數(shù)/模轉(zhuǎn)換〔D/A〕。2.4汽車(chē)萬(wàn)用表引見(jiàn)2.4.1汽車(chē)萬(wàn)用表的功能要求在發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)缺點(diǎn)的檢測(cè)與診斷中，除經(jīng)常需求檢測(cè)電壓、電阻和電流等參數(shù)外，還需求檢測(cè)轉(zhuǎn)速、閉合角、頻寬比〔占空比〕、頻率、壓力、時(shí)間、電容、電感、溫度、半導(dǎo)體元件等。這些參數(shù)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)檢測(cè)與診斷具有重要意義。但是這些參數(shù)用普通數(shù)字式萬(wàn)用表無(wú)法檢測(cè)，需用公用儀表，即汽車(chē)萬(wàn)用表。汽車(chē)萬(wàn)用表普通應(yīng)具備下述功能：〔1〕丈量交、直流電壓?！?〕丈量電阻?！?〕丈量電流?！?〕記憶最大值和最小值?！?〕模擬條顯示?！?〕丈量脈沖波形的頻寬比和點(diǎn)火線圈一次側(cè)電流的閉合角?！?〕丈量轉(zhuǎn)速?！?〕輸出脈沖信號(hào)?！?〕丈量傳感器輸出的電信號(hào)頻率?！?0〕丈量二極管的性能?！?1〕丈量大電流?！?2〕丈量溫度。2.4.2汽車(chē)萬(wàn)用表的根本構(gòu)造如圖2-14所示，汽車(chē)萬(wàn)用表主要由數(shù)字及模擬量顯示屏、功能按鈕、測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)、溫度丈量座孔、公用座孔〔用于丈量電壓、電阻、頻率、閉合角、頻寬比和轉(zhuǎn)速等〕、搭鐵座孔、電流丈量座孔等構(gòu)成。2.4.4汽車(chē)萬(wàn)用表運(yùn)用方法2.4.4.1信號(hào)頻率測(cè)試：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于頻率〔Freq〕擋，黑線〔自汽車(chē)萬(wàn)用表搭鐵座孔引出〕搭鐵，紅線〔自汽車(chē)萬(wàn)用表公用座孔引出〕接被測(cè)信號(hào)線，顯示屏即顯示被測(cè)頻率。2.4.4.2溫度檢測(cè)：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于溫度〔Temp〕擋，按下功能按鈕〔℃/°F〕，將黑線搭鐵，探針線插頭端插入汽車(chē)萬(wàn)用表溫度丈量座孔，探針端接觸被測(cè)物體，顯示屏即顯示被測(cè)溫度。2.4.4.3點(diǎn)火線圈一次側(cè)電路閉合角檢測(cè)：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于閉合角〔Dwell〕擋，黑線搭鐵，紅線接點(diǎn)火線圈負(fù)接線柱，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示屏即顯示點(diǎn)火線圈一次側(cè)電路閉合角。2.4.4.4頻寬比丈量：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于頻寬比〔DutyCycle〕擋，紅線接電路信號(hào)，黑線搭鐵，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示屏即顯示脈沖信號(hào)的頻寬比。2.4.4.5轉(zhuǎn)速丈量：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于轉(zhuǎn)速〔RPM〕擋，轉(zhuǎn)速丈量公用插頭插入搭鐵座孔與公用座孔中，感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器〔汽車(chē)萬(wàn)用表附件〕夾在某一缸高壓點(diǎn)火線上，在發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)時(shí)，顯示屏即顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。2.4.4.6起動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流丈量：測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于400mV擋〔1mV相當(dāng)于1A的電流，即用丈量電流傳感器電壓的方法來(lái)丈量起動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流〕，把霍爾式電流傳感夾夾到蓄電池線上，其引線插頭插入電流丈量座孔，按下最小/最大功能按鈕，然后拆下點(diǎn)火高壓線，用起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸2～3s，顯示屏即顯示起動(dòng)電流。2.4.4.7氧傳感器測(cè)試：拆下氧傳感器線束銜接器，將測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于4V擋，按下DC功能按鈕，使顯示屏顯示DC，再按下最小/最大功能按鈕，將黑線搭鐵，紅線與氧傳感器相連；然后以快怠速〔2000r/min〕運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，使氧傳感器任務(wù)溫度達(dá)360℃以上。此時(shí)，如混合氣濃，氧傳感器輸出電壓約為0.8V；如混合氣稀，氧傳感器輸出電壓為0.1～0.2V。當(dāng)氧傳感器任務(wù)溫度低于360℃時(shí)〔發(fā)動(dòng)機(jī)處于開(kāi)環(huán)任務(wù)形狀〕，氧傳感器無(wú)電壓輸出。2.4.4.8噴油器噴油脈沖寬度丈量測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于頻寬比擋，測(cè)出噴油器任務(wù)脈沖頻率的頻寬比后，再把測(cè)試工程選擇開(kāi)關(guān)置于頻率〔Freq〕擋，測(cè)出噴油器任務(wù)脈沖頻率〔Hz〕，然后按下式計(jì)算噴油器噴油脈沖寬度：Sp=η/fp式中Sp——噴油脈沖寬度/s；η——頻寬比，%；fp——噴油頻率，Hz。2.4.5發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)萬(wàn)用表檢測(cè)的操作方法2.4.5.1電阻丈量的方法將萬(wàn)用表開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到電阻〔Ω〕擋的適當(dāng)位置并校零后，即可丈量電阻值。汽車(chē)上很多電氣設(shè)備的技術(shù)形狀可用檢測(cè)其電阻值的方法來(lái)判別，如檢查電氣元件和線路的斷路、短路等缺點(diǎn)。2.4.5.2直流電壓丈量的方法將開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到直流電壓〔V〕擋〔選擇適宜的量程〕，將測(cè)試表筆接至被測(cè)兩端。用測(cè)電壓的方法可以檢查電路上各點(diǎn)的電壓〔信號(hào)電壓或電源電壓〕以及電氣部件上的電壓降。2.4.5.3斷路〔開(kāi)路〕的檢測(cè)方法假設(shè)圖2-15所示的配線有斷路缺點(diǎn)，可用“檢查導(dǎo)通〞或“檢查電壓〞的方法來(lái)確定斷路的部位。1．“檢查導(dǎo)通〞方法〔1〕脫開(kāi)銜接器B和C，丈量它們之間的電阻值〔見(jiàn)圖2-16〕。假設(shè)銜接器A端子1與銜接器C端子1之間的電阻值為，那么它們之間不導(dǎo)通〔斷路〕；假設(shè)銜接器A端子2與銜接器C端子2之間的電阻值為0Ω，那么它們之間導(dǎo)通〔無(wú)斷路〕?！?〕脫開(kāi)銜接器，丈量銜接器A與B、B與C之間的電阻值。假設(shè)銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間的電阻值為0Ω，而銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間的電阻為，那么銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間導(dǎo)通，而銜接器B的端子1與銜接器C的端子1之間有斷路缺點(diǎn)。2．“檢查電壓〞方法在電腦銜接器端子加有電壓的電路中，可以用“檢查電壓〞的方法來(lái)檢查斷路缺點(diǎn)〔見(jiàn)圖2-17〕。在各銜接器接通的