汽車電工電子基礎(chǔ)課件

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。電阻測量的原理是利用歐姆定律來實(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)需要可以在一定範(fàn)圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.1.1.1識別電阻元件固定電阻器

1.固定電阻器也簡稱電阻，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)定的範(fàn)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，屬於耗能元件。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)係為：

式（1-1）稱為電阻元件的特性方程式，也稱歐姆定律的運(yùn)算式。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，簡稱歐Ω；電導(dǎo)的單位為西門子，簡稱西S。+URI-1.1.1.4電阻元件的連接

1．串聯(lián)電路

把電阻一個接一個地首尾依次連接起來，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於各部分電路兩端的電壓之和.2．並聯(lián)電路把幾個電阻並列地連接起來，就組成了並聯(lián)電路。並聯(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)度等於各支路的電流強(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)，又有電阻的並聯(lián)，這種電路被稱為電阻的混聯(lián)。對於混聯(lián)電路的計(jì)算，我們只要按串聯(lián)和並聯(lián)的計(jì)算方法，一步一步地把電路化簡，最後就可以求出總的等效電阻來。1.1.2電容元件

1.1.2.1電容元件的分類、形狀及符號。

電容器（簡稱電容）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、儲能等特性，常用它來組成濾波、耦合、旁路、振盪等電子電路。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用符號C（Capacitor）來表示。

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期連續(xù)可靠工作時，兩電極間最高承受的電壓，稱為電容器的額定工作電壓，簡稱電容的耐壓。

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，電路中就會產(chǎn)生電流,在圖中所規(guī)定的參考方向下，其數(shù)學(xué)運(yùn)算式為說明電容器在時間由0到，電壓由0變到的過程中，從電源吸收能量並將能量儲存於兩極板間的電場中；而電容器在某一時刻所儲能量只與此時刻的電容電壓的平方成正比。電容器是一種儲能元件。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、電晶體等元器件組合構(gòu)成各種功能的電子電路。在調(diào)諧、振盪、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。按工作特徵分類，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，然後再用環(huán)氧樹脂或塑膠封裝起來的。

(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膠或瓷骨架上繞成蜂房式結(jié)構(gòu)。1.1.3.2電感器的型號、命名及識別方法1.電感線圈的命名電感線圈的命名方法目前有兩種，採用中文拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字串表示。電感器的型號命名包括四個部分，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徵（G為高頻）型式（X為小型）區(qū)別代號（用字母A,B,C…表示）主稱（L為線圈，ZL為扼流）2.電感器的識別方法

目前，我國生產(chǎn)的固定電感器一般採用直標(biāo)法，而國外的電感器常採用色環(huán)標(biāo)誌法。（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塗上各種不同顏色的環(huán)，用來標(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重要參數(shù)，單位是亨利(H），簡稱亨。常用的單位還包括毫亨（mH）和微亨（μH），其數(shù)量關(guān)係為1H=103mH=106μH2.品質(zhì)因數(shù)（Q）品質(zhì)因數(shù)是表示電感器品質(zhì)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

對空心線圈來說，與呈線性關(guān)係：式中是一個常數(shù)，稱為電感，單位為亨利，簡稱亨（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)換為磁場能量；而電感元件在某一時刻的儲能只與此刻所載電流的平方成正比。電感也是一種儲能元件。1.2半導(dǎo)體元件

1.2.1二極體

1.2..1.1二極體的結(jié)構(gòu)、符號和分類半導(dǎo)體二極體的種類很多，按材料來分，最常用的有矽管和鍺管兩種；按結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和麵接觸型兩類。

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

1.2.1.3二極體的主要參數(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)可由手冊查得。半導(dǎo)體二極體的主要參數(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fM1.2.1.4二極體的類型和命名

二極體根據(jù)其外形、結(jié)構(gòu)、材料、功率和用途可分成不同類型，不同類型的二極體都按國家標(biāo)準(zhǔn)來命名，它由四部分組成。

1.2.1.5特殊二極體

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

2.發(fā)光二極體發(fā)光二極體是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，有時簡寫為LED（ight-Emitting-Diode）.它是由磷坤化稼、鎵鋁砷或磷化鎵等化合物材料製成的。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴?/p>

3.光電（敏）二極體光電（敏）二極體是一種能將光能轉(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，有矽管、鍺管；按結(jié)構(gòu)分，有NPN型管和PNP型管。它是由兩個PN結(jié)的三層半導(dǎo)體製成的。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)體上各自接出三個電極，它們分別叫發(fā)射極e、基極b和集電極c，對應(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）電晶體各電極間的電流分配關(guān)係滿足電晶體發(fā)射極電流等於基極電流與集電極電流之和。

（2）在一定範(fàn)圍內(nèi)，基極電流增大時，成比例相應(yīng)增大，與的比值為直流電流放大係數(shù)，用字母表示，

β值的大小體現(xiàn)了電晶體的電流放大能力。（3）在一定範(fàn)圍內(nèi)，集電極電流會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電晶體的交流電流放大係數(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)係曲線，它是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動的外部表現(xiàn)。

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

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)係曲線。1.電流放大係數(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)

我國目前生產(chǎn)的晶閘管，從外形上來分，有兩種形式：螺栓式和平板式。對於螺栓式晶閘管來說，螺栓是晶閘管的陽極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。對於平板式晶閘管來說，它的兩個平面分別是陽極和陰極，而細(xì)辮子線則是門極。使用時，兩個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)部有一個由矽半導(dǎo)體材料做成的管芯。管芯是一個圓形薄片，它是四層（P1、N1、P2、N2）三端（A、K、G）器件，它有三個PN結(jié)。1.2.3.2晶閘管的工作原理

晶閘管工作時，它的陽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)晶閘管承受反向陽極電壓時，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處於關(guān)斷狀態(tài)；（2）當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓時，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)必須同時具備正向陽極電壓和正向門極電壓兩個條件；（3）晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要仍有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管仍保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通後，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，晶閘管關(guān)斷。1.2.3.3晶閘管的伏安特性和主要參數(shù)1.晶閘管的伏安特性晶閘管的導(dǎo)通和阻斷是由陽極電壓U和電流I及控制極電流IG等決定的，這幾個量的相互關(guān)係常用伏安特性曲線來表示。圖晶閘管伏安特性曲線2.晶閘管的主要參數(shù)（1）正向斷態(tài)重複峰值電壓（2）反向重複峰值電壓：（3）額定電壓（4）通態(tài)（峰值）電壓：（5）通態(tài)平均電流（6）維持電流（7）門極觸發(fā)電流（8）門極觸發(fā)電壓1.2.3.4晶閘管的分類1.普通晶閘管（ConventionalThyristor）普通晶閘管主要用於工頻條件下，作為可控整流器的器件，用自然換流方法關(guān)斷。也用於沒有特殊的快速開關(guān)要求的其他場合。

2.快速晶閘管（FastSwitchingThyristor）

3.逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor）

4.雙向晶閘管（Bi-DirectionalThyristor）

5.可關(guān)斷晶閘管（GateTurnOffThyristor）可關(guān)斷晶閘管是在門極加正脈衝電流就能導(dǎo)通，加負(fù)脈衝電流就能關(guān)斷的元件。其基本結(jié)構(gòu)和伏安特性與普通晶閘管相同，常用於直流斬波器等需要強(qiáng)迫關(guān)斷的場合，可以簡化主電路。

基本定律

2.1電磁感應(yīng)定律

2.1.1電磁感應(yīng)現(xiàn)象2.1.1.1法拉第的實(shí)驗(yàn)電流能產(chǎn)生磁場，磁場可用來產(chǎn)生電流嗎？經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和長期研，法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)，變化的磁場能使閉合的回路產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

2.1.1.2電磁感應(yīng)條件在法拉第的實(shí)驗(yàn)中，開關(guān)閉合的瞬間，在的電流建立磁場的過程中，穿過的磁感線數(shù)目，即磁通從無到有地不斷增大，這時線圈有感應(yīng)電流產(chǎn)生。除此之外，對再沒有別的影響了，中電流穩(wěn)定後，磁場也隨之穩(wěn)定下來，這時中的磁通不再變化，便沒有感應(yīng)電流。開關(guān)斷開時，在中的磁場消失的瞬間，中的磁通由大變小，直至變?yōu)榱?，又有感?yīng)電流產(chǎn)生。可見發(fā)生電磁感應(yīng)的條件是：閉合回路中的磁通發(fā)生變化。2.1.2楞次定律

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道，磁鐵和銅並不相斥或相吸。可是，如圖2.6所示，當(dāng)磁鐵的極（或極）向閉合鋼環(huán)中插去時，環(huán)將後退；反之，把磁鐵從環(huán)中抽出時環(huán)將跟隨向前。這就是俄國物理學(xué)家楞次做的有名的楞次環(huán)實(shí)驗(yàn)。圖2.6楞次環(huán)實(shí)驗(yàn)

1833年，楞次概括了各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果後提出：閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所產(chǎn)生的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的原磁通的變化。這就是楞次定律。具體地說，如果回路由於磁通增加而引起的電磁感應(yīng)，則感應(yīng)電流的磁場與原來的磁場反向；如果回路由於磁通減少引起電磁感應(yīng)，則感應(yīng)電流的磁場與原來的磁場相同。簡要地說，感應(yīng)電流總是阻礙原磁通的變化。應(yīng)用楞次定律來判斷感應(yīng)電流方向時，要遵照以下步驟：（1）首先認(rèn)清線圈所在處原磁場的方向；（2）分析線圈中磁通是增加還是減少；（3）根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場的方向；（4）最後，根據(jù)右手螺旋定則確定感應(yīng)電流方向。2.1.3法拉第電磁感應(yīng)定律

法拉第從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出：單匝線圈中感應(yīng)電動勢的大小，與線圈的磁通變化率成正比。這個結(jié)論叫做法拉第電磁感應(yīng)定律。採用SI單位時，這個定律可表達(dá)為：=

=

為了得到較大的感應(yīng)電動勢，可採用多匝線圈。當(dāng)每匝線圈的磁通變化率相同時，有式中的N為線圈匝數(shù)，計(jì)算時，取絕對值。2.2基爾霍夫定律

2.2.1電路的基本物理量2.2.1.1電流電荷的定向移動就形成電流。電流的實(shí)際方向習(xí)慣上指正電荷運(yùn)動的方向。電流的大小用電流強(qiáng)度來度量，簡稱電流。電流可分為兩類：一類是大小和方向均不隨時間改變的電流稱為恒定電流，簡稱直流，簡寫作DC。另一類是大小和方向都隨時間變化的電流稱為變動電流，其中一個週期內(nèi)電流的平均值為零的變動電流則稱為交變電流，簡稱交流，簡寫作AC。對於直流，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是恒定不變的。其電流。

對於交流，其電流

在國際單位制中，電流的單位是安培，符號為（A），

在電路中電荷之所以能定向移動，是由於電場力作用的緣故。在任何電路的外電路中，正電荷受電場力作用向電源的“+”端通過負(fù)載電源的“-”端移動。正電荷所具有的電位能逐漸減少，從而把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。如圖2.11所示，電場力F把正電荷從A端移動B端所做的功WAB與被移動的電荷量Q的比值稱為、兩端間的電壓，用UAB表示，即2.2.1.2電壓圖2.11電壓的定義圖2.12電壓和電位

如果A、B兩點(diǎn)的電位分別記為UA、UB，則因此，兩點(diǎn)間的電壓，就是該兩點(diǎn)的電位之差。引入電位概念後，我們可以說，電壓的實(shí)際方向是由高電位指向低電位點(diǎn)。所以我們常將電壓稱為電壓降。在國際單位制中，電壓的單位是伏特，符號為（V），有時還需要用千伏（KV）、毫伏（mV）或微伏（uV）作單位。。2.2.1.3功率

電流在單位時間內(nèi)做的功標(biāo)稱電功率，在直流情況下，功率用符號P表示，有如下公式：

在國際單位制中，功率的單位為瓦特，符號為（W）。

2.2.1.4電能在直流電路中，負(fù)載上的功率不隨時間變化，則電路消的電能為

若功率的單位為W，時間的單位為S，則電能的單位為焦耳（J）。在實(shí)際應(yīng)用中，電能的單位常用千瓦小時（KWh），1KWh的電能通常叫做一度電。一度電為1KW×1h=1000×3600=3.6×106J2.2.2參考方向及選擇原則

電流在導(dǎo)體中流動的實(shí)際方向有兩種可能。在複雜電路中某一段電路裏電流的實(shí)際方向有時很難立即判定。有時電流的實(shí)際方向還在不斷地改變。因此在電路中很難標(biāo)時電流的實(shí)際方向，為了解決這樣的困難，引入電流的“參考方向”的概念。在一段電路或一個電路元件中事先選定一個方向，這個選定的方向叫做電流的“參考方向”。和分析電流一樣，對元件或電路中兩點(diǎn)間可以任意選定一個方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?，在電路圖中一般用實(shí)線箭頭表示。一般情況下，電流參考方向的選定與電壓參考方向的選定是無關(guān)的。但是為了方便起見，對一段電路或一個電路元件，如果選定電流的參考方向與電壓的參考方向一致，即選定電流從標(biāo)以電壓“+”極性的一端流入，從標(biāo)以電壓“-”極性的另一端流出，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向，簡稱關(guān)聯(lián)方向，如圖2.15所示。圖2.15關(guān)聯(lián)參考方向2.2.3基爾霍夫定律

2.2.3.1幾個有關(guān)的電路名詞1.支路每一段不分支的電路稱為支稱為支路。

2.節(jié)點(diǎn)三條和三條以上的支路的連接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)。

3.回路電路中任一閉合路徑叫做回路。

4.網(wǎng)孔在回路內(nèi)部不含有支路的，這一種回路叫網(wǎng)孔。

5.網(wǎng)路一般把包含元件較多的電路稱為網(wǎng)路。支路是構(gòu)成節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)孔、回路的基礎(chǔ)，因而也是構(gòu)成電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

2.2.3.2基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律也可稱為結(jié)點(diǎn)電流平衡方程式，簡稱KCL。基爾霍夫電流定律是用來確定聯(lián)結(jié)在同一結(jié)點(diǎn)上的各支路電流之間的相互關(guān)係?；鶢柣舴螂娏鞫煽蓴⑹鰹椋涸谌魏我粋€瞬間、對於任何一個結(jié)點(diǎn)流進(jìn)該結(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等於零。其數(shù)學(xué)運(yùn)算式為為統(tǒng)一起見，可約定：流入結(jié)點(diǎn)的電流為“+”，流出結(jié)點(diǎn)的電流為“-”。2.2.3.3基爾霍夫電壓定律

基爾霍夫電壓定律也稱之為回路電壓平衡方程式，簡稱KVL?；鶢柣舴螂妷憾梢话阌脕泶_定回路中各段電壓之間的相互關(guān)係。基爾霍夫是壓定律可敘述為：在任何一個閉合電路中沒任一回路循行方向，各段電壓降的代數(shù)和恒等於零。其數(shù)學(xué)運(yùn)算式為

方程的右邊是沿回路循行方向閉合一周所有電動勢的代數(shù)和，方程的左邊是沿回路循行方向閉合一周各電阻元件上電壓降的代數(shù)和。即

這是基爾霍夫電壓定律的第二種表達(dá)形式。在這裏作這樣一個約定：電動勢的參考方向與回路循行方向一致時（即電位升時）為“+”，反之為“-”；電流的參考方向與回路循行方向一致時，在電阻上產(chǎn)生的電壓降為“+”，相反時的在電阻上產(chǎn)生的電壓降為“-”。2.4磁路歐姆定律

2.4.1磁路及磁性材料

在電器、電機(jī)中採用鐵磁材料，不但可以用較小的勵磁電流獲得較多的磁通，而且可使磁通集中地通過一定的閉合路徑。所謂磁路，主要由鐵磁材料構(gòu)成而為磁通集中通過的閉合回路，磁路中的鐵磁材料稱為鐵芯。磁路中除鐵芯外往往還有一些段非鐵磁性物質(zhì)，例如空氣間隙等。由於磁感線是連續(xù)的，所以通過無分支磁路各處橫截面的磁通是相等的。工程上應(yīng)用的鐵磁材料按磁性能和用途可分三類：

2.4.1.1硬磁材料硬磁材料的特點(diǎn)是需要較強(qiáng)的外磁場的作用，才能使其磁化，而且不易退磁，剩磁較強(qiáng)。其典型材料有鈷鋼、碳鋼等。

2.4.1.2軟磁材料軟磁材料的特點(diǎn)是磁導(dǎo)率很大，而剩磁很小，易被磁化也易去磁。典型的軟磁材料有矽鋼片、鑄鐵、坡莫合金等。

2.4.1.3矩磁材料矩磁材料的特點(diǎn)是在很弱的外磁場作用下，就能被磁化，並達(dá)到磁飽和。當(dāng)撤掉外磁場後，磁性仍然保持與磁飽和狀態(tài)相同。矩磁材料主要用於製造電腦中存儲元件的環(huán)形磁心。2.4.2磁路的歐姆定律

2.4.2.1磁路的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示空間某點(diǎn)磁場強(qiáng)弱與方向的物理量。單位：特斯拉，簡稱“特”（T）（韋/米2）2.磁通量Φ表示穿過某一截面S的磁感應(yīng)強(qiáng)度向量的通量。單位：韋伯（Wb）（伏·秒）3.磁場強(qiáng)度表示磁場中與介質(zhì)導(dǎo)磁率μ無關(guān)的量，是一個向量。單位：安/米（A/m）4.導(dǎo)磁率μ表示物質(zhì)的導(dǎo)磁性能。單位：亨/米（H/m）2.4.2.2磁路的歐姆定律

磁路中的磁動勢好比是電路中的電動勢；磁通好比是電流。在無分支電路中電動勢與電流的比值是全電路的電阻；類似地，我們把無分支磁路中磁動勢與磁通的比值稱為全磁路的磁阻，記作：或?qū)懗?/p>

這就是無分支磁路的歐姆定律。就是說，無分支磁路中的磁通跟磁動勢成正比，而跟磁阻成反比。2.4.3電磁鐵

電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵而工作的一種電器。如果銜鐵帶動其他機(jī)件，則產(chǎn)生機(jī)械聯(lián)動；如果銜鐵是被加工的工件，則可使工件固定在某一位置上。電磁鐵由三部分組成：線圈、鐵心和銜鐵，電磁鐵在生產(chǎn)上應(yīng)用很廣泛，它可用來起卸各種鋼、鐵材材料及其製件；在機(jī)床中也常用電磁鐵操縱氣動或液壓傳動機(jī)構(gòu)的閥門和控制變速機(jī)構(gòu)；在磨床上，用電磁鐵來固定鋼制工件；尤其在自動化和半自動化的裝置中，經(jīng)常用來控制電路的接通或斷開，以實(shí)現(xiàn)各種控制和保護(hù)作用。電磁鐵的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有：

1.額定行程，指剛起動時銜鐵和鐵心之間的距離。

2.額定吸引力，指銜鐵處在額定行程時銜鐵受到的吸力。

3.額定電壓，指電磁鐵線圈上規(guī)定應(yīng)施加的電壓值。按鐵心線圈所通的電流性質(zhì)，電磁鐵可分成直流電磁鐵和交流電磁鐵兩類。2.4.3.1直流電磁鐵

電磁鐵銜鐵上吸力的大小與兩個磁極的磁性強(qiáng)弱有關(guān)，每一個磁極的磁性強(qiáng)弱則和磁極之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，因此，銜鐵所受到的吸力的大小和兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度的平方成正比。此外，在為一定值的情況下，磁極的面積愈大，則吸力也愈大。所以FB2S。電磁鐵的吸力F與空氣隙的關(guān)係，即,以及電磁鐵的勵磁電流I與空氣隙的關(guān)係，即，稱為電磁鐵的工作特性，它可由實(shí)驗(yàn)得出，如圖2.27所示。圖2.27直流電磁鐵的工作特性2.4.3.2交流電磁鐵

交流電磁鐵、交流繼電器等電器的供電電源極為方便，故在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。由於在這些電器的鐵心上有一很短的空氣隙，所以這些電器的電路就成為具有空氣隙的鐵心線圈的交流電路。顯然，在這種電路中，電流的大小不僅與它的外加電壓有關(guān)，而且還和空氣隙的長短有關(guān)。交流電磁鐵的工作特性用和來表示。交流電磁鐵剛剛起動時（即剛接入電源而銜鐵尚未動作的暫態(tài)），線圈中電流有效值最大；當(dāng)銜鐵被吸合後，線圈中的電流最小。銜鐵所受到的吸力卻與此相反，剛起動時最小；當(dāng)銜鐵吸合後，銜鐵的吸鐵的吸力最大。因此，銜鐵與磁鐵之間一定要吸合好，否則若銜鐵被卡住，線圈通電後，線圈中的電流為最大值，時間一長會使線圈嚴(yán)重發(fā)熱，甚至被燒壞。

基本電路

3.1電路及電路的三種工作狀態(tài)3.1.1電路的組成和功能

電路是電流所能流過的路徑。電路通常由電源、負(fù)載及中間環(huán)節(jié)按一定結(jié)構(gòu)形式連接組成。電源是產(chǎn)生電能的裝置，它將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，並在電路中向負(fù)載供給電能，保證負(fù)載正常工作。負(fù)載是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的器件或設(shè)備，負(fù)載形式多種多樣，如：汽車前大燈、起動電機(jī)等。中間環(huán)節(jié)包括導(dǎo)線和開關(guān)，其中導(dǎo)線將電源和負(fù)載連接成電路，使電源電能能傳輸或分配到負(fù)載。開關(guān)起控制電路工作與否的作用。3.1.2電路模型和電路圖

用理想電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型，今後我們研究的電路都是電路模型。理想的電路元件用規(guī)定的符號表示，實(shí)際電路元件模型化後，就可以用電路元件符號繪製出電路圖，圖3.1汽車實(shí)際防霧燈電路，可畫為如圖3.2所示的電路圖。圖3.2汽車防霧燈電路圖3.1.3電路的三種工作狀態(tài)

一個電路因中間環(huán)節(jié)的不同連接，可處於三種不同的工作狀態(tài)，這三種不同的工作狀態(tài)分別是有載工作狀態(tài)、短路狀態(tài)和斷路狀態(tài)。1．有載工作狀態(tài)R0與E構(gòu)成實(shí)際電源模型，R0為電源內(nèi)阻，E為電源電動勢，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)開關(guān)S閉合，電路便處於有載工作狀態(tài)。

2．?dāng)嗦窢顟B(tài)當(dāng)開關(guān)斷開或連接線任何一處斷開時，電路便處於斷路狀態(tài)，斷路狀態(tài)又稱開路狀態(tài)，電路處於這種狀態(tài)下，電源和負(fù)載未構(gòu)成閉合電路，這時外電路所呈現(xiàn)的電阻對電源來說是無窮大。

3．短路狀態(tài)當(dāng)電源的兩輸出端或負(fù)載的兩端由於某種原因相接觸時，電路便處於短路狀態(tài)，電路處於這種狀態(tài)下，外電路所呈現(xiàn)的電阻對電源來說等於零。3.2正弦交流電路

3.2.1正弦電壓和正弦電流及正弦量的表示方法3.2.1.1正弦交流電壓和電流在一個電阻的兩端並接一個理想的直流電源，則電路中產(chǎn)生的電壓和電流均為直流，其波形如圖3.7所示。

同樣，在一個電阻的兩端並接一個理想的正弦交流電源（電動勢的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的電源），（注意：為區(qū)別直流電量，交流電量一般用小寫字母表示），則電路中產(chǎn)生的電壓和電流均為交流，其波形如圖3.9所示。圖3.7直流電壓和電流波形

圖3.9交流電壓和電流波形

3.2.1.2正弦交流量的基本特徵和三要素

正弦交流電壓、正弦交流電流及正弦交流電動勢等物理量，統(tǒng)稱為正弦交流量，簡稱正弦量。每一個正弦量都具有如下共同的基本特徵：1．暫態(tài)值、最大值和有效值2．週期、頻率和角頻率3．相位、初相位和相位差4．正弦交流量的三要素一個正弦交流量，其變化的快慢由頻率決定；其變化的幅度由最大值決定；其變化的起點(diǎn)由初相位決定。因此，頻率、最大值和初相位是確定一個正弦交流量的三個重要數(shù)據(jù)，通常稱其為正弦交流量的三要素。3.2.1.3弦交流量的表示法

一個正弦交流量一般有三種表示方法：解析法、曲線法和相量法。解析法是利用三角函數(shù)表示正弦交流量與時間的變化關(guān)係的方法，曲線法是根據(jù)解析法計(jì)算的數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中作出曲線表示正弦交流量的方法，曲線法也稱波形圖。相量法就是用相量來表示正弦交流量。由於在同一個正弦交流電路中，各種正弦回應(yīng)量與激勵電源的頻率相同，電路中各種正弦交流量僅存在大小與相位（或初相位）的不同，因此，對電路中各種正弦交流量的描述可以採用相量來表示。一個正弦交流量當(dāng)不考慮頻率時，其有效值（或最大值）和初相位可用一有向線段或複數(shù)表示。

3.2.2單一參數(shù)正弦交流電路

將負(fù)載接到交流電源而組成的電路叫交流電路。交流電路中的負(fù)載一般由電阻、電感、電容或它們的不同組合組成，如果正弦交流電路中只含電阻、電感或電容中的某一參數(shù)，則稱這種電路為單一參數(shù)正弦交流電路。嚴(yán)格地講，單一參數(shù)電路是沒有的。

3.2.2.1純電阻電路僅有電阻組成的交流電路稱為純電阻交流電路，其電路如圖3.15所示。由於交流電路中各電量是隨時間變化而變化，因此，各電量均有兩個作用方向。純電阻電路中電阻兩端的電壓與通過電阻的電流相位相同，即同相。圖3.15純電阻電路

3.2.2.2純電感電路

直流電阻和分佈電容可以忽略的電感線圈作為交流電路負(fù)載的電路，稱為純電感電路，如圖3.18所示。圖3.18純電感電路1．純電感電路中電感兩端的電壓與通過電感的電流的關(guān)係

純電感電路中電感兩端的電壓與通過電感的電流相位差為2．純電感電路的功率由數(shù)學(xué)分析可得，純電感電路的暫態(tài)功率是隨時間按正弦規(guī)律變化的，其幅值為電感兩端電壓的有效值與流過電感上的電流的有效值的乘積。為反映電感與電源之間能量交換的規(guī)模，把暫態(tài)功率的幅值進(jìn)行量化，並稱之為無功功率，用Q表示，即無功功率的單位為乏（var）。

3.2.2.3純電容電路

介質(zhì)損耗和分佈電感可忽略的電容作為交流電路負(fù)載的電路，稱為純電容電路，如圖3.21所示。

1．純電容電路中電容兩端的電壓與通過電容的電流的關(guān)係圖3.21純電容電路純電容電路中電容兩端的電壓與通過電容的電流相位差為2．純電容電路的功率為反映電容與電源之間能量交換的規(guī)模，將暫態(tài)功率的幅值稱之為無功功率，用Q表示，單位為乏（var），即3.2.3RLC串聯(lián)交流電路

RLC串聯(lián)正弦交流電路如圖3.25所示，為分析電路方便，我們將電路中各電量用相量表示，將電路中各元件參數(shù)相量模型化（注：電阻的相量模型仍為R），於是得到如圖3.25所示的RLC串聯(lián)正弦交流電路相量模型。圖3.25RLC串聯(lián)交流電路

圖3.26RLC串聯(lián)交流電路相量模型圖

1．阻抗呈電感性

當(dāng)＞0，即＞時，可知＞（因和上通過同一電流）＞0

此時，電路中電壓的相位超前電流的相位，電路阻抗呈電感性。2．阻抗呈電容性當(dāng)＜0，即＜時，可知

＜＜03．阻抗呈電阻性

當(dāng)=0，即=時，可知=

=03.3三相交流電路

所謂三相交流電路，就是由三個頻率、幅值相等，彼此相位互差120°的單相交流電源構(gòu)成的電路。與單相交流電相比，三相交流電路的優(yōu)點(diǎn)是：降低輸配電路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本及設(shè)備運(yùn)行功率損耗；簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)備性能，方便設(shè)備使用和維護(hù)。三相交流電動勢一般由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，三相交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3.31（a）所示，它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。定子鐵心上嵌入三個對稱的繞組U1-U2，V1-V2，W1-W2，它們在空間內(nèi)相互成120°分佈，每個繞組為一相，三相繞組的U1、V1、W1稱為首端，U2、V2、W2稱為末端。轉(zhuǎn)子鐵心上繞有直流勵磁繞組。

圖3.31三相交流發(fā)電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)圖

3.3.1三相電源的連接

三相發(fā)電機(jī)的三個繞組向外供電時，根據(jù)其繞組的連接方式不同可分為星形（Y）和三角形（

）兩種連接。1．三相電源的星形(Y)連接星形連接是將發(fā)電機(jī)三個繞組的末端U2，V2，W2連接在一起，這一連接點(diǎn)稱為電源的中點(diǎn)或零點(diǎn)，由該點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中線或零線，用N表示，三個繞組的首端Ul、Vl、Wl分別向外引出的導(dǎo)線稱為相線或火線，如圖3.34所示。圖3.34三相交流電源星形連接電路

2．三相電源的三角形(Δ)連接

三角形連接就是把發(fā)電機(jī)三個繞組中一個繞組的末端與另一個繞組的首端相連接，構(gòu)成一個閉合回路，然後從三個連接點(diǎn)引出三根導(dǎo)線向外送電。如圖3.36所示。這種連接方式僅能得到一種電壓，即線電壓，對照圖3.36中所規(guī)定的電壓參考方向可知：三個線電壓就是對應(yīng)於每相繞組的相電壓，即圖3.36三相交流電源三角形連接電路

3.3.2三相負(fù)載的連接

三相負(fù)載的連接與三相電源的連接一樣，也有兩種方式，即星形連接與三角形連接。1．三相負(fù)載的星形連接將三相負(fù)載分別接在三相電源的一根相線和中線之間的連接方式稱為負(fù)載星形連接，如圖3.37所示，對應(yīng)的電路稱為三相四線制電路。三相負(fù)載做星形連接時，負(fù)載上的線電壓和相電壓的關(guān)係就是電源線電壓和相電壓的關(guān)係。中線上的電流為

2．三相負(fù)載的三角形連接

將三相負(fù)載分別連接在三相電源每兩根相線之間的連接方式稱為負(fù)載的三角形連接，如圖3.39所示。三相負(fù)載做三角形連接時，負(fù)載上的相電壓等於電源的線電壓，即。各相電流為圖3.39三相負(fù)載的三角形連接電路根據(jù)圖3.39中各電流所規(guī)定的參考方向，由KCL可列出各相電流與對應(yīng)的線電流關(guān)係式：3．三相交流電路的功率

在三相交流電路中，電路的總有功功率為各相負(fù)載有功功率之和，即

當(dāng)三相負(fù)載對稱時，由於每相電壓相等，電流也相等，所以各相電路的功率也相等。這時，三相電路的有功功率是一相有功功率的3倍。即（3-63）根據(jù)三相負(fù)載不同連接時，電路的相電壓與線電壓及相電流與線電流之間的關(guān)係，不難證明：（3-64）式中，為三相電路的線電壓和線電流。3.4二極體整流電路

將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路稱為整流電路，最常見的整流電路是由二極體等元件組成，利用二極體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)整流。整流電路按被整流的交流電源的相數(shù)不同可分單相整流電路和三相整流電路，按對交流電源一個週期內(nèi)所整流的時間長短不同可分為半波整流和全波整流。

3.4.1單相整流電路1．單相半波整流電路

圖3.40單相半波整流電路

圖3.41單相半波整流電路各電量波形圖2．單相橋式整流電路

單相橋式整流電路如圖3.42所示。所謂橋式整流就是將四個整流二極體連接成一個電橋?qū)涣麟娺M(jìn)行整流。

圖3.42單相橋式整流電路

圖3.43單相橋式整流電路各電量波形圖

由於在一個週期內(nèi)，每個二極體只有二分之一時間導(dǎo)通，因此，流過每個二極體的平均電流為負(fù)載平均電流的二分之一。由電路分析可知二極體承受的最大反向電壓與單相半波整流電路相同，為電源電壓的最大值。3．三相半波整流電路

三相半波整流電路如圖3.44所示，三相交流電源一般作星形連接，中線N直接與負(fù)載的一端相連接。對於對稱的三相電源，其三個電壓彼此之間有120°的相位差，若以為參考，則它們的波形如圖3.45所示。

圖3.44三相半波整流電路

圖3.45三相橋式整流電源電壓和負(fù)載端電壓波形圖

4．三相橋式整流電路

三相橋式整流電路如圖3.46所示，其三相交流電源由交流發(fā)電機(jī)或通過三相變壓器變壓獲得，三相電源的三個電壓彼此之間有120°的相位差，設(shè)初相角為零，則它們的波形如圖3.47所示。

圖3.46三相半波整流電路

圖3.47三相橋式整流電源電壓和負(fù)載端電壓波形圖3.5三極管基本放大電路

在電子技術(shù)應(yīng)用過程中，往往需要對微弱的小信號進(jìn)行放大處理，以便有效地進(jìn)行觀測、控制。而三極管構(gòu)成的放大電路是實(shí)現(xiàn)這一功能的重要電路。如收音機(jī)和電視機(jī)，從天線接收到的聲音和圖像信號很微弱，只有通過放大電路放大後，才能推動揚(yáng)聲器和顯示器工作。同樣在汽車電子控制領(lǐng)域中亦可實(shí)現(xiàn)對檢測到的信號進(jìn)行放大處理。本節(jié)將介紹三極管基本放大電路的組成及工作原理。

3.5.1共射極電壓放大電路3.5.1.1電路組成及各元件的作用1．電路中各元件的作用2．電路中電壓、電流的符號及正方向的規(guī)定

3.5.1.2共射極放大器的靜態(tài)分析

當(dāng)放大器無輸入信號時（ui=0），電路中的電壓、電流都不變（直流），稱為靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱靜態(tài)。此時放大器中的電壓、電流都是直流分量。只允許直流電流通過的路徑稱為直流通路。直流通路是計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)的依據(jù)。畫放大器直流通路的方法是將電容器看成開路。

圖3.50基本放大電路的直流通路

1．估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)2．圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)圖解法就是利用電晶體的特性曲線，用作圖的方法分析放大電路的電壓、電流之間的關(guān)係。3.5.1.3共射極放大器的動態(tài)分析

當(dāng)放大電路有輸入信號，即ui≠0時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。那麼在此時就需要知道經(jīng)過放大電路後信號被放大了多少，以及放大電路對前面的信號源有什麼影響，對後面的負(fù)載有什麼要求，對這些量的分析稱為動態(tài)分析。

1．圖解法

2．靜態(tài)工作點(diǎn)與非線性失真對放大電路除要求有一定的放大倍數(shù)，還必須保證輸出信號盡可能不失真。所謂失真是指輸出信號的波形與輸入信號的波形不一致。(1)截止失真靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的太高或太低都會產(chǎn)生非線性失真。（2）飽和失真靜態(tài)工作點(diǎn)Q2設(shè)置的太高，這種情況下，在輸入正弦信號的正半週三極管進(jìn)入了飽和區(qū)工作，輸出波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，這種失真是由於電晶體進(jìn)入飽和區(qū)工作而引起，故稱為飽和失真。

3．估算法

在輸入信號較小，確定放大電路一定工作在放大區(qū)時，輸出電流與輸入電流成簡單的線性關(guān)係，可以採用估算法進(jìn)行電路分析。（1）估算電壓放大倍數(shù)。首先作出放大電路的交流通路。對交流信號而言，三極管的發(fā)射結(jié)可等效成一個電阻rbe，稱為三極管的輸入電阻，可以通過經(jīng)驗(yàn)公式估算：（2）輸入電阻ri。

（3）輸出電阻ro。

3.5.1.4複合管

單個三極管組成的放大電路的放大能力有限，為了增大電路的放大能力，可以採用複合管的形式，由V1,V2組成的複合管的等效形式由V1決定?？傻茫?/p>

其電流放大倍數(shù)為輸入電阻為

3.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

分壓式射極偏置放大器如圖3.60所示，Rb1、Rb2分別稱為上、下偏置電阻，組成分壓電路。Re為發(fā)射極電阻，起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)IC的作用。電容Ce與Re並聯(lián)，它一般是幾十微法的電解電容器，使Re對交流短路，所以Ce又稱為旁路電容。3.5.2.1靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定原理適當(dāng)選擇Rbl和Rb2的值，使得I1,I2均大大於IB，這時可忽略IB對I2的影響，可認(rèn)為I1=I2。Rb1和Rb2便可看成串聯(lián)，它們對電源Vcc進(jìn)行分壓：

圖3.60分壓式偏置放大電路

3.5.2.2分壓式偏置電路的計(jì)算

1．靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算利用近似估算法，在電路滿足穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的條件時，計(jì)算其靜態(tài)值。2．動態(tài)分析計(jì)算

3.5.3正弦波振盪電路

振盪器是一種信號產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生一定頻率和幅度的信號，振盪器也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，無需外加信號就能自動地把直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定振幅、一定波形的交流信號。所以振盪器又稱為自激振盪器或波形發(fā)生器。3.5.3.1正弦波振盪器的振盪條件及基本組成正弦波振盪器由放大器和回饋網(wǎng)路組成，如圖3.63所示。

1．振盪的平衡條件

圖3.63正弦波振盪電路組成框圖2．振盪的起振條件

3．正弦波振盪器的基本組成

3.5.1.2RC正弦波振盪器

由RC選頻網(wǎng)路構(gòu)成的振盪器稱為RC振盪器。這種類型的振盪器適用於低頻振盪，通過改變電阻和電容的參數(shù)即可改變電路的振盪頻率。常用的RC振盪電路有RC橋式振盪器和RC移相式振盪器。下麵分別介紹這兩種振盪器。1．RC橋式振盪器（1）RC串並聯(lián)選頻網(wǎng)路

（2）RC橋式振盪電路

2．RC移相式振盪器3.5.4集成運(yùn)算放大電路及應(yīng)用

集成運(yùn)算放大器是具有高開環(huán)放大倍數(shù)並帶有深度負(fù)回饋的多級直接耦合放大電路，廣泛應(yīng)用於電子模擬電腦上，作為基本運(yùn)算電路可以實(shí)現(xiàn)加減、積分、微分、乘除等數(shù)學(xué)運(yùn)算。另外，它在信號變換、測量技術(shù)、自動控制等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。3.5.4.1集成運(yùn)算放大器的基本組成

圖3.68集成運(yùn)算放大器的組成框圖

3.5.4.2集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)

3.5.4.3集成運(yùn)算放大器的基本分析方法

在分析運(yùn)算放大器時，為便於分析和計(jì)算，將它視為理想運(yùn)算放大器，即：開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au=∞；輸入電阻ri=∞；輸出電阻ro=0；共模抑制比KCMRR=∞。

圖3.70理想運(yùn)算放大器的符號

3.5.4.4運(yùn)算放大器組成的基本運(yùn)算電路

1．反相比例運(yùn)算電路

2．同相比例運(yùn)算電路3．反相加法運(yùn)算電路4．減法運(yùn)算電路

5．積分運(yùn)算電路

6．微分運(yùn)算電路

3.5.4.5基本運(yùn)算電路的應(yīng)用舉例

1．電壓電流變換器

2．電壓過零比較器

3．測量放大器

3.6數(shù)字電路3.6.1基本門電路能夠?qū)崿F(xiàn)基本邏輯關(guān)係的電路稱為門電路。根據(jù)門電路的組成結(jié)構(gòu)可分為分立元件門電路和集成門電路兩種類型，下麵分別給以說明。3.6.1.1分立元件門電路分立元件門電路包括二極體門電路和三極管門電路兩類。

1．二極體與門2．二極體或門3．三極管非門4．三極管與非門5．三極管或非門3.6.1.2集成邏輯門電路

構(gòu)成集成邏輯門電路包含三種數(shù)字積體電路技術(shù)，分別是CMOS,TTL和ECL。其中CMOS和TTL應(yīng)用最為廣泛，下麵分別介紹這兩種類型。1．TTL門電路TTL（Transistor-TransistorLogic）代表電晶體-電晶體邏輯電路的意思。它的輸入端和輸出端都是由雙極型電晶體組成。TTL是一種應(yīng)用廣泛的數(shù)字積體電路技術(shù)。

2．CMOS門電路

MOS積體電路是由金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管構(gòu)成的單極型積體電路。可分為三類：NMOS,PMOS和CMOS電路，其中尤其以CMOS發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛。

3．邏輯門電路的應(yīng)用實(shí)例

3.6.2組合邏輯電路

組合邏輯電路的特點(diǎn)是：輸出與輸入的關(guān)係具有即時性。即任意時刻電路的輸出狀態(tài)只取決於此時電路的輸入狀態(tài)，而與該時刻前電路的狀態(tài)無關(guān)。在組合邏輯電路中，信號的傳遞是單方向的，只有輸入到輸出的傳遞，而沒有輸出到輸入的傳遞。

3.6.2.1邏輯代數(shù)基本定律1．基本運(yùn)算法則

2．基本代數(shù)法則

3.6.2.2組合邏輯電路的分析組合邏輯電路分析的步驟大致如下：（1）根據(jù)邏輯圖寫邏輯函數(shù)運(yùn)算式。（2）進(jìn)行邏輯化簡，得到最簡函數(shù)運(yùn)算式。（3）根據(jù)最簡式列寫真值表。（4）根據(jù)最簡式或真值表確定電路功能。3.6.2.3組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)組合邏輯電路是指設(shè)計(jì)者根據(jù)給定的具體邏輯問題設(shè)計(jì)出最簡的邏輯電路，並將其實(shí)現(xiàn)為實(shí)際的裝置。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）分析設(shè)計(jì)要求，列出真值表。（2）根據(jù)真值表列出邏輯函數(shù)運(yùn)算式。（3）對邏輯函數(shù)進(jìn)行化簡。（4）根據(jù)最簡輸出函數(shù)式畫邏輯圖。

3.6.2.4中規(guī)模組合邏輯電路的應(yīng)用

1．編碼器一般地說，用文字、符號或者數(shù)碼表示特定資訊的過程稱為編碼，能夠?qū)崿F(xiàn)編碼功能的電路稱為編碼器。2．解碼器解碼是編碼的反過程，是將給定的二進(jìn)位代碼翻譯成編碼時賦予的原意，完成這種功能的電路稱為解碼器。解碼器的輸入為二進(jìn)位代碼，輸出為輸入代碼對應(yīng)的特定資訊。

（1）二進(jìn)位解碼器

（2）二-十進(jìn)位解碼器。

（3）數(shù)碼顯示解碼器

3.6.3時序邏輯電路

時序邏輯電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中重要的組成部分，相對於組合邏輯電路而言時序邏輯電路最顯著的特點(diǎn)是具有記憶性，即任一時刻的輸出狀態(tài)不僅取決於當(dāng)時的輸入狀態(tài)，而且取決於電路原先的狀態(tài)。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基礎(chǔ)。

3.6.3.1基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由兩個與非門交叉連接而成，如圖3.96（a）、（b）分別為基本RS觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號。圖3.96基本RS觸發(fā)器邏輯電路及符號

3.6.3.2同步RS觸發(fā)器

一般觸發(fā)器還有導(dǎo)引線路（或稱控制電路），通常由它把輸入信號引導(dǎo)到基本RS觸發(fā)器。圖3.97（a）是同步RS觸發(fā)器的邏輯圖，圖（b）是它的邏輯符號。圖（a）中，與非門G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，與非門G3和G4構(gòu)成導(dǎo)引電路，為直接置位端，為直接複位端，R和S是置0和置1信號輸入端。CP是時鐘脈衝輸人端，在脈衝數(shù)字電路中所使用的觸發(fā)器往往用一種正脈衝來控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，這種正脈衝就稱為時鐘脈衝，它也是一種控制命令。通過引導(dǎo)電路來實(shí)現(xiàn)時鐘脈衝對輸入端R和S的同步控制，故稱同步RS觸發(fā)器。

圖3.97同步RS觸發(fā)器邏輯電路及符號

3.6.3.3邊沿JK觸發(fā)器

邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號如圖3.98所示。邏輯符號中的“∧”表示邊沿觸發(fā)方式。JK觸發(fā)器的邏輯功能如下：（1）CP=0或1時，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。（2）CP由0正躍變?yōu)?時，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。（3）CP由1負(fù)躍變?yōu)?時，觸發(fā)器的狀態(tài)根據(jù)J、K端的輸入信號翻轉(zhuǎn)。

圖3.98邊沿JK觸發(fā)器邏輯符號

3.6.3.4維持阻塞D觸發(fā)器

維持阻塞D觸發(fā)器的邏輯符號如圖3.99示。

圖3.99維持阻塞D觸發(fā)器邏輯符號

3.6.3.5T觸發(fā)器和T‘觸發(fā)器在時鐘脈衝CP作用下，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，稱為T觸發(fā)器。而在時鐘脈衝CP作用下，只有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，稱為T

觸發(fā)器。由於不存在直接的T或T

觸發(fā)器積體電路，所以一般通過JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器來構(gòu)成T或T

觸發(fā)器。

圖3.102用JK觸發(fā)器構(gòu)成T,T

觸發(fā)器的邏輯電路圖

3.6.3.6計(jì)數(shù)器

用來統(tǒng)計(jì)輸入計(jì)數(shù)脈衝CP個數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的種類繁多，從不同的角度出發(fā)有不同的分類方法：（1）按計(jì)數(shù)進(jìn)制可分為二進(jìn)位計(jì)數(shù)器、十進(jìn)位計(jì)數(shù)器、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2）按計(jì)數(shù)增減可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器。（3）按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步可分同步計(jì)數(shù)器、非同步計(jì)數(shù)器。3.6.3.7寄存器和移位寄存器寄存器是存放數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果或指令的電路，移位寄存器不但可存放數(shù)碼，而且在移位脈衝作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。

1．寄存器

2．移位寄存器

3.6.4多諧振蕩器

獲得脈衝波形的方法主要有兩種，一種是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生符合要求的矩形脈衝；另一種是利用整形電路對已有的波形進(jìn)行整形、變換，使其符合系統(tǒng)的要求。在這裏主要介紹利用門電路和阻容元件組成的多諧振蕩電路及工作原理。

1．對稱式多諧振蕩器

2．不對稱多諧振蕩器

圖3.110對稱式多諧振蕩邏輯電路

圖3.112不對稱多諧振蕩器邏輯電路及其傳輸特性

3.6.5555定時器

555定時器是一種電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便靈活，應(yīng)用廣泛的多功能電路。只要外接少數(shù)阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。555定時器有雙極型和CMOS型兩種類型。

3.6.5.1555定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理1．555定時器的結(jié)構(gòu)2．用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器

3．555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4．555定時器構(gòu)成多諧振蕩器

3.6.5.2555定時器的應(yīng)用

1．555定時器構(gòu)成的水位控制系統(tǒng)利用555定時器構(gòu)成的水位控制系統(tǒng)電路原理圖如圖3.122所示。利用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器完成水位的控制。

圖3.122555定時器構(gòu)成的水位控制系統(tǒng)電路原理圖

2．救護(hù)車音響電路利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，適當(dāng)調(diào)節(jié)振盪頻率即可構(gòu)成各種音響電路。

汽車常用儀器儀錶的使用

4.1萬用表

萬用表是電子測量技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)最早的一種儀錶，以測量電流、電壓、電阻三大參量為主。它具有操作簡單、測量迅速、攜帶方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)電技術(shù)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。模擬量測量線路電流信號測萬用表指針偏轉(zhuǎn)圖4.1模擬式萬用表的測量過程模擬量電流信號電子計(jì)數(shù)器數(shù)字顯示器圖4.2數(shù)字式萬用表的測量過程A/D轉(zhuǎn)換器4.1.1模擬式萬用表結(jié)構(gòu)、原理及使用模擬式萬用表由錶盤、測量機(jī)構(gòu)和測量附件等部分組成。4.1.1.1錶盤

（a）外形（b）錶盤盤面

1-指針；2-校正旋鈕；3-轉(zhuǎn)換開關(guān)；4-電位器旋鈕；5-紅表筆；6-黑表筆圖4.3108-1型模擬式萬用表4.1.1.2測量機(jī)構(gòu)

4.1.1.3測量附件（a）（b）1-測量機(jī)構(gòu)；2-電阻元件；3-乾電池電源；4-二極體整流器；5-轉(zhuǎn)換開關(guān)；6-紅測試線；7-黑測試線圖4.5模擬式萬用表的原理電路圖1-磁極；2-轉(zhuǎn)軸；3、6-遊絲彈簧；4-電磁線圈；5-鐵心；7-校正器；8-指針圖4.4模擬式萬用表的磁電式測量機(jī)構(gòu)4.1.1.4模擬式萬用表的使用方法1．測量電流

2．測量電壓

3．測量電阻

4．注意事項(xiàng)（1）要經(jīng)常檢查萬用表乾電池的電量，以保證測量精度，長期不用時將電池取出。（2）測量時，手不要接觸表筆的金屬部分，以確保測量準(zhǔn)確和人身安全。（3）測量高電壓和大電流時，不要帶電轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)，以免電弧燒毀開關(guān)觸點(diǎn)。（4）讀數(shù)時必須注意：不同的測量專案應(yīng)在相應(yīng)的刻度線上讀取數(shù)值。操作者的視線應(yīng)正視錶針，以減小因操作者視線偏左或偏右引起的使用誤差。（5）萬用表使用完畢後，應(yīng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至交流電壓最高擋，以防下次測量時，不留意損壞電錶。（6）萬用表用完後要拔下測量線，切斷電源，妥善保管，不得與其他手工工具混放。4.1.1.5模擬式萬用表在汽車電氣線路檢測中的應(yīng)用1．汽車電路的電壓檢測（1）分段測試電壓法。（2）短路測試法。

2．檢查電氣系統(tǒng)線路採用下麵步驟：（1）取下主熔斷器3和熔斷器4的熔片，拔下繼電器2的導(dǎo)線插頭，斷開開關(guān)5。（2）用萬用表的負(fù)表筆接地，正表筆連接熔斷器4的輸入端，萬用表應(yīng)顯示蓄電池電壓。當(dāng)插上熔斷器的熔片後，萬用表的電壓值不應(yīng)變化，否則說明熔斷器4與繼電器2之間短路。（3）如果熔斷器熔片插上後，萬用表顯示蓄電池電壓，而插上繼電器導(dǎo)線插頭後，萬用表的電壓發(fā)生變化，說明在繼電器和開關(guān)5之間短路。

3．汽車電路的電阻檢測（1）檢查對地是否短路。（2）檢測元件的電阻值及線路通斷情況。4.1.2數(shù)字式萬用表的結(jié)構(gòu)、原理及使用

具有測量範(fàn)圍寬、準(zhǔn)確度高、分辨力強(qiáng)、測量速率高、輸入阻抗高、功耗小、功能全、集成度高、超載能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)和便於攜帶等優(yōu)點(diǎn)。

4.1.2.1數(shù)字式萬用表的分類

1．按量程轉(zhuǎn)換方式分（1）手動轉(zhuǎn)換（2）自動轉(zhuǎn)換（3）自動與手動綜合式

2．按性能與檔次分（1）普及型（2）多功能型（3）中等精度多功能型（4）智慧型（5）數(shù)字/模擬混合型（6）數(shù)字/模擬條形圖雙混合型4.1.2.2數(shù)字式萬用表的構(gòu)成及工作原理

袖珍數(shù)字式萬用表是由直流電壓表擴(kuò)展而成的，其電路結(jié)構(gòu)如圖4.11所示。輸入放大器直流數(shù)字電壓表（模擬部分）衰減器A/D轉(zhuǎn)換器邏輯控制電路電路時鐘發(fā)生器基準(zhǔn)電壓計(jì)數(shù)器寄存器顯示器轉(zhuǎn)換開關(guān)（數(shù)字部分）圖4.11袖珍數(shù)字式萬用表電路結(jié)構(gòu)圖測量電路4.1.2.3數(shù)字式萬用表的使用注意事項(xiàng)

4.1.2.4數(shù)字式萬用表在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用1．檢測的注意事項(xiàng)（1）拆卸蓄電池時應(yīng)先拆下負(fù)極導(dǎo)線，安裝蓄電池時應(yīng)最後連接負(fù)極導(dǎo)線，而且應(yīng)確保點(diǎn)火開關(guān)及其他開關(guān)均己關(guān)閉，否則會使半導(dǎo)體器件損壞。（2）拆裝元器件時應(yīng)先切斷電源，不要硬撬猛砸。安裝插接件時，應(yīng)保證將其插到底。電控單元線束應(yīng)用卡子固定，拆裝時注意線束不被損壞或卡住。（3）檢查線路故障應(yīng)先檢查熔斷絲、接線器和連接器，用萬用表表筆從連接器前端插入檢查時不可用力過大，以免引起端子變形。

2．ECU的電路檢測實(shí)例（1）電路分析（2）檢查步驟4.1.2.5汽車萬用表

汽車萬用表也是一種數(shù)字式萬用表，在汽車檢測中用途廣泛。它除了具有數(shù)字式萬用表的功能外，還具有一些汽車專用測試功能。現(xiàn)在常見的汽車萬用表有EDA系列汽車萬用表、OTC系列汽車萬用表、VC400型汽車萬用表和KM300型汽車萬用表等。下麵以KM300型汽車萬用表（如圖4.15）為例介紹汽車萬用表的使用方法。

1．測量直流電壓

2．測量直流電流

3．測量電阻

4．測量溫度

5．測量轉(zhuǎn)速

6．測量觸點(diǎn)閉合角4.2汽車專用示波器

顯示和記錄隨時間變化的電量（如電壓、電流等）的儀器稱為示波器。

4.2.1示波器的結(jié)構(gòu)、原理與分類

4.2.1.1汽車專用示波器的結(jié)構(gòu)汽車專用示波器是由感測器、電控系統(tǒng)和顯示器等組成的，圖4.22所示的WFJ-1型汽車發(fā)動機(jī)綜合測試儀就是一種多功能汽車專用示波器。圖4.22WFJ-1型發(fā)動機(jī)綜合測試儀顯示器4.2.1.2汽車專用示波器的分類及工作原理

汽車專用示波器按工作原理可以分為磁電式和陰極射線式，前者由類似達(dá)松伐耳電流計(jì)的機(jī)構(gòu)驅(qū)動畫筆在勻速旋轉(zhuǎn)的圓筒上作垂直運(yùn)動畫出波形曲線，而陰極射線式示波器則利用銳聚焦的電子束在螢光屏上顯示出兩個或更多變量之間的關(guān)係。按顯示器的型式，示波器可分為示波管顯示式和液晶顯示式；按結(jié)構(gòu)型式不同又分為臺式和可攜式。臺式示波器採用交、直流兩種電源，微機(jī)控制，其功能齊全，顯示清楚?？蓴y式示波器以乾電池為電源，多用液晶顯示器，兼有示波器與數(shù)字萬用表的功能。4.2.1.3示波器的使用方法1．電壓信號的拾取2．電壓信號的輸入及輸入通道3．波形在顯示幕幕上的觸發(fā)4．螢?zāi)伙@示波形的調(diào)整（1）波形高度和寬度的調(diào)整。（2）波形位置的調(diào)整。（3）波形清晰度的調(diào)整。（4）波形傾斜度的調(diào)整。4.2.1.4示波器記憶功能的選用

隨機(jī)記憶體（RAM）具有記憶功能，可對示波器檢測全過程的資訊進(jìn)行存儲，測試過程中利用“記錄”鍵將存的波形調(diào)出來在螢?zāi)簧巷@示，顯示的波形處於靜止?fàn)顟B(tài)，觀察起來很清楚，通過方向鍵可察看其全貌，必要時還可將圖形列印出來。

4.2.1.5電壓波形的檢查

1．電壓波形的基本量（1）電壓值（2）脈衝寬度

2．電壓波形的檢查（1）示波器自身接地電路的檢查（2）觀察波形（3）檢查間歇性故障4.2.2示波器在汽車診斷中的應(yīng)用

4.2.2.1汽車電控系統(tǒng)常見的電壓波形常見的汽車電控系統(tǒng)電壓波形有以下幾種：1．電源電壓波形（1）直流電壓（DC）波形。（2）交流電壓（AC）波形（3）階梯形電源波形。。（4）緩慢升（降）的電壓波形。2．點(diǎn)火波形3．感測器波形4.2.2.2汽車電控系統(tǒng)中典型的電壓波形分析1．發(fā)電機(jī)電壓波形2．磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號發(fā)生器電壓波形3．曲軸位置感測器電壓波形4．氧感測器信號電壓波形4.2.2.3示波器使用注意事項(xiàng)

三相非同步電動機(jī)及其控制

5.1三相非同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理5.1.1三相非同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與銘牌

5.1.1.1三相非同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)中小型三相非同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，它由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子是固定不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。圖5.1三相非同步電動機(jī)的構(gòu)造5.1.1.2三相非同步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1．型號2．功率3．電壓4．電流5．頻率6．轉(zhuǎn)速7．溫升8．工作方式5.1.2三相非同步電動機(jī)的工作原理

5.1.2.1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

三相非同步電動機(jī)的工作原理，是以三相交流電通入定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)以兩極非同步電動機(jī)為例，說明定子三相繞組通入對稱三相電流產(chǎn)生磁場的情況。當(dāng)三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場在空間也不斷旋轉(zhuǎn)，這樣就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)正弦電流的電角度變化2π時，兩極旋轉(zhuǎn)磁場在空間也正好旋轉(zhuǎn)一周。圖5.5三相電流的波形5.1.2.2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向1．三相繞組的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與交流電流的頻率及三相繞組的磁場數(shù)有關(guān)當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場具有p對磁極時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速公式為：

2．三相非同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的旋向與定子繞組的相序有關(guān)在實(shí)際工作中，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)汽車修理設(shè)備的三相非同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，設(shè)備不能正常工作時，如果將三相電源線任意交換兩相問題即可解決。其理論根據(jù)如下：如果三相繞組按順時針方向排列，電流相序A→B→C，即iA超前於iB120°，iB超前於iC120°。當(dāng)iA流入AX相繞組，iB流入BY，iC流入CZ相繞組時，旋轉(zhuǎn)磁場也將按繞組電流的相序，即旋轉(zhuǎn)磁場按AX→BY→CZ的方向順時針旋轉(zhuǎn)。5.1.2.3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理與轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動2．轉(zhuǎn)差率非同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間的相對運(yùn)動速度的百分率稱