《汽車電路知識與基本操作技能（第二版）》 課件 模塊3、4 磁場及電磁器件、汽車電子技術(shù)應(yīng)用

模塊三?磁場及電磁器件68課題1磁場及電磁感應(yīng)課題2自感與互感課題3電磁鐵在汽車電氣元件中的應(yīng)用課題1磁場及電磁感應(yīng)69學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解磁場及其基本物理量。2．了解電流的磁效應(yīng)、磁場對通電直導(dǎo)體的作用和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。3．掌握安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律。4．了解磁路相關(guān)知識。70一、磁場及其基本物理量1．磁體與磁極人們把物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等金屬及其合金的性質(zhì)稱為磁性，具有磁性的物體稱為磁體。磁體兩端磁性最強的部分稱為磁極。一個可以在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動的條形磁鐵或小磁針，靜止后總是一個磁極指南，一個磁極指北，如圖所示。指南的磁極稱為指南極，簡稱南極（S）；指北的磁極稱為指北極，簡稱北極（N）。71與電荷之間的作用力相似，磁極之間也有相互作用力：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。72小磁針2．磁場與磁感線兩個互不接觸的磁體之間為什么會存在相互的作用力呢？這是因為磁體周圍的空間存在著一種特殊的物質(zhì)——磁場。判斷某空間是否存在磁場，一般可用一個小磁針來檢驗，能使小磁針轉(zhuǎn)動并總是停留在一個固定方向的空間中存在磁場。條形磁鐵的磁感線如圖所示。為了形象地描繪磁場的大小和方向，人們引入磁感線的概念。73條形磁鐵的磁感線對磁感線有以下規(guī)定：（1）磁感線是互不交叉的閉合曲線。在磁體外部磁感線由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。（2）磁感線上任意一點的切線方向就是該點的磁場方向，即放在該點的小磁針N極所指的方向。（3）磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強，反之越弱。磁感線方向相同、分布均勻而又相互平行的區(qū)域稱為均勻磁場，反之則稱為非均勻磁場。74通常，平行于紙面的磁感線用帶箭頭的線表示。垂直于紙面向內(nèi)的磁感線用符號“×”表示，垂直于紙面向外的磁感線用符號“·”表示。磁感線是人們?yōu)榉奖阊芯看艌龆氲奈锢砀拍?，它不是客觀存在的。但是我們可以用實驗的方法把磁感線顯示出來。在條形磁鐵的上面放一塊玻璃板或紙板，撒上一些鐵屑并輕敲，鐵屑就會規(guī)則地排列成如圖所示的形狀，與磁感線相似。75用鐵屑模擬磁感線3．磁場的基本物理量（1）磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度（B）是表示磁場內(nèi)某點的磁場強弱和方向的物理量。磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉（T）。均勻磁場中各點的磁感應(yīng)強度大小相等、方向相同。（2）磁通磁感應(yīng)強度（如果不是均勻磁場，則取B的平均值）與垂直于磁場方向的平面面積的乘積，稱為通過該面積的磁通（Ф），即Ф=BS。磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。76（3）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率（μ）是一個用來表示磁場媒質(zhì)磁性的物理量，也就是用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量。磁導(dǎo)率的單位是亨利/米（H/m）。（4）磁場強度磁場強度（H）是描述磁場性質(zhì)的物理量，通過它來確定磁場與電流之間的關(guān)系。磁場內(nèi)某點的磁場強度的大小等于該點磁感應(yīng)強度除以該點的磁導(dǎo)率，即

。磁場強度的單位是安培/米（A/m）。77二、電流的磁效應(yīng)與安培定則1．電流的磁效應(yīng)任何通有電流的導(dǎo)線周圍都存在磁場，電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)?？梢酝ㄟ^如圖所示的實驗來驗證電流的磁效應(yīng)，將開關(guān)閉合，會發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)，這說明導(dǎo)線周圍有磁場存在。78電流磁效應(yīng)的驗證2．安培定則通電長直導(dǎo)線及通電螺線管周圍的磁場方向可用安培定則來確定，安培定則也稱為右手螺旋定則。（1）通電長直導(dǎo)線周圍磁場方向的確定。如圖所示，用右手握住通電導(dǎo)線，讓拇指指向電流的方向，則彎曲的四指所環(huán)繞的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。79通電長直導(dǎo)線周圍磁場方向的確定（2）通電螺線管周圍磁場方向的確定。如圖所示，用右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指環(huán)繞的方向與電流方向一致，則拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是通電螺線管的磁場N極的方向。80通電螺線管周圍磁場方向的確定三、磁場對通電直導(dǎo)體的作用與左手定則通常把通電導(dǎo)體在磁場中受到的力稱為安培力。如圖所示，在蹄形磁體兩極所形成的勻強磁場中，懸掛一段直導(dǎo)線，讓導(dǎo)線方向與磁場方向保持垂直，導(dǎo)線通電后，可以看到導(dǎo)線因受力而發(fā)生運動。81通電直導(dǎo)體在磁場中受到安培力先保持導(dǎo)線通電部分的長度不變，改變電流的大小，然后保持電流不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度。比較兩次實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通電導(dǎo)線長度一定時，電流越大，電流所受安培力越大；當(dāng)電流一定時，通電導(dǎo)線越長，安培力也越大。若交換磁極位置改變磁場方向，或改接電源極性改變導(dǎo)線中的電流方向，則導(dǎo)體的受力方向都隨之改變。通電直導(dǎo)體在磁場內(nèi)的受力方向可用左手定則來判斷。如圖所示，平伸左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入掌心，并使四指指向電流的方向，則拇指所指的方向就是通電導(dǎo)體所受安培力的方向。8283左手定則把一段通電導(dǎo)線放入磁場中，當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時，電流所受的安培力最大。此時安培力的計算式為：

F=BIl如果電流方向與磁場方向不垂直，而是有一個夾角α，這時通電導(dǎo)線的有效長度為lsinα（即l在與磁場方向相垂直方向上的投影）。安培力的計算式變?yōu)椋篎=BIlsinα84電流方向與磁場方向有一夾角α四、電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律與右手定則1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。閉合電路中由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動勢稱為感應(yīng)電動勢。85電磁感應(yīng)的驗證a）金屬棒水平運動?b）磁鐵靠近或遠離線圈2．楞次定律楞次定律適用于感應(yīng)電流方向的判定：感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。86楞次定律判定感應(yīng)電流方向a）磁鐵靠近線圈?b）磁鐵遠離線圈3．右手定則右手定則用于磁場中運動導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向的判定：平伸右手，拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，拇指指向?qū)w運動方向，則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動勢的方向，如圖所示。87右手定則五、磁路磁通（主磁通和漏磁通）經(jīng)過的閉合路徑稱為磁路。永久磁鐵、鐵磁性材料、電磁鐵中都存在磁路。磁路是一種模型，用以研究含有用來導(dǎo)磁的鐵芯的電磁器件，這些器件利用磁路獲得所需的磁場。變壓器、電磁鐵等很多電氣設(shè)備都用鐵磁性材料做成各種形狀的閉合鐵芯。如圖所示是兩種常見的磁路，如圖a所示是變壓器的磁路，如圖b所示是兩極直流電動機的磁路。在下圖中，絕大部分磁通在磁路內(nèi)部閉合，這部分磁通稱為主磁通；少數(shù)穿出鐵芯、經(jīng)過磁路周圍弱磁性物質(zhì)而閉合的磁通，稱為漏磁通。由于漏磁通只占總磁通的很小一部分，所以在磁路分析和計算中一般忽略不計。8889兩種常見的磁路a）變壓器的磁路?b）兩極直流電動機的磁路課題2自感與互感90學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解自感和互感現(xiàn)象及其應(yīng)用。2．掌握自感和互感現(xiàn)象中感應(yīng)電動勢方向的判定方法。3．能正確完成點火線圈的檢測任務(wù)。91一、自感1．自感現(xiàn)象如圖所示為自感現(xiàn)象的實驗電路，EL1、EL2、EL3是完全相同的三只燈泡，L為鐵芯線圈，R1、R2、R3為電位器。當(dāng)合上開關(guān)S時，如圖a中的EL1燈立即正常發(fā)光，而EL2燈卻是逐漸變亮。這是因為合上開關(guān)S時，因EL2燈與鐵芯線圈L串聯(lián)，通過鐵芯線圈L的電流由零開始增大，穿過鐵芯線圈L的磁通也隨之增加。根據(jù)楞次定律可知，這個增大的磁通會在線圈中引起感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又會產(chǎn)生一個磁通來阻礙原磁通的變化，根據(jù)安培定則可判斷出感應(yīng)電流的方向與原流進線圈電流的方向相反，因此流進線圈的電流不能瞬間增大，EL2燈也只能慢慢變亮。所以，EL2燈必然要比EL1燈亮得慢些。9293自感現(xiàn)象的實驗電路a）開關(guān)閉合時的自感現(xiàn)象b）開關(guān)斷開時的自感現(xiàn)象在上圖b中，合上開關(guān)S，EL3燈正常發(fā)光后，鐵芯線圈L中也有電流流過，電流方向為從左到右。若將開關(guān)斷開，燈泡會突然地閃亮一下再熄滅。原因是斷開開關(guān)后，因失去外電源，線圈中的電流及磁通突然減小，于是線圈產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢來阻礙原磁通的減小。由楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向與原電流的方向相同。由于感應(yīng)電動勢通常較高，流過EL3燈的感應(yīng)電流較大，因此燈泡會閃亮一下。由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為自感電動勢（eL）。942．自感電動勢的方向自感電動勢的方向用楞次定律判斷。3．自感現(xiàn)象的應(yīng)用自感現(xiàn)象在各種電氣設(shè)備和無線電技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。95自感電動勢的方向a）線圈中電流增大?b）線圈中電流減小二、互感1．互感現(xiàn)象當(dāng)一個線圈中的電流發(fā)生變化時，它產(chǎn)生的磁場就會發(fā)生變化，變化的磁場在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為互感現(xiàn)象?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，稱為互感電動勢。96互感電動勢的原理2．互感現(xiàn)象的應(yīng)用（1）變壓器如圖所示為變壓器的原理圖，與電源相連的稱為一次繞組（或初級繞組）N1，與負載相連的稱為二次繞組（或次級繞組）N2。當(dāng)一次繞組接入交流電壓時，一次繞組中便有電流通過，一次繞組產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵芯而閉合，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動勢。一次、二次繞組的電壓之比為K，稱為變壓器的變比，也即一次、二次繞組的匝數(shù)比。當(dāng)電源電壓u1一定時，只要改變匝數(shù)比K，就可得到不同的輸出電壓u2。變比會在變壓器的銘牌上注明，它表示一次、二次繞組的額定電壓之比。9798變壓器的原理（2）點火線圈汽車上由微機控制的點火系是利用點火線圈的互感原理工作的，其工作過程如圖所示。99微機控制點火系的工作過程課題3電磁鐵在汽車電氣元件中的應(yīng)用100學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解電磁鐵的概念和結(jié)構(gòu)。2．熟悉電磁鐵在汽車上的應(yīng)用。3．能正確完成汽車繼電器的檢測。4．能正確完成汽車起動電磁開關(guān)的檢測與吸合試驗。101一、電磁鐵的概念和結(jié)構(gòu)1．電磁鐵的概念電磁鐵是利用通電的鐵芯線圈吸引銜鐵或保持某種機械零件、工件于固定位置的一種裝置。銜鐵的動作可使其他機械裝置發(fā)生聯(lián)動。當(dāng)電源斷開時，電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其他零件即被釋放。2．電磁鐵的結(jié)構(gòu)電磁鐵由線圈、鐵芯及銜鐵三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。銜鐵的運動方式有直動式和轉(zhuǎn)動式兩種。102103電磁鐵的結(jié)構(gòu)a）直動式?b）轉(zhuǎn)動式1—銜鐵2—鐵芯3—線圈二、電磁鐵在汽車上的應(yīng)用1．繼電器（1）繼電器的定義繼電器是自動控制電路中常用的一種元件，它是用較小的電流來控制較大電流的一種自動開關(guān)，在電路中起著自動操作、自動調(diào)節(jié)、安全保護等作用。工業(yè)控制中使用的中間繼電器、熱繼電器等體積較大，線圈通過的電流和承受的電壓較大，觸點允許通過的電流較大。汽車電氣系統(tǒng)中使用的繼電器體積較小，觸點控制的電流也較小，屬于小型繼電器。104（2）繼電器的類型和結(jié)構(gòu)1）繼電器的類型。繼電器的種類很多，常用的有電磁式和干簧式兩種。電磁式繼電器成本較低，便于控制電路。干簧式繼電器反應(yīng)靈敏，多用于信號采集。汽車控制電路大多采用電磁式繼電器作為控制執(zhí)行部件，采用干簧式繼電器作為傳感器。2）繼電器的結(jié)構(gòu)（以電磁式繼電器為例）。電磁式繼電器以電磁系統(tǒng)為主體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。當(dāng)繼電器線圈通以電流時，在鐵芯、軛鐵、銜鐵和工作氣隙中形成磁通回路，從而使銜鐵受到吸引力的作用而吸向鐵芯，此時銜鐵帶動支桿將板簧推開，使一組或幾組動斷觸點斷開（也可以使動合觸點接通）。105106電磁式繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)示意圖a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)b）結(jié)構(gòu)示意圖1—線圈焊片2—軛鐵3—鐵芯4—線圈5—銜鐵?6—觸點?7—板簧8—支桿9—觸點焊片2．喇叭根據(jù)外形的不同，汽車喇叭可分為螺旋形、筒形、盆形等，目前國產(chǎn)汽車使用的多為螺旋形喇叭和盆形喇叭，兩種喇叭的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，不同之處是揚聲筒的形狀。各種汽車喇叭如圖所示。107各種汽車喇叭3．起動機電磁開關(guān)起動機主要由驅(qū)動機構(gòu)外殼、拔叉、電磁開關(guān)、勵磁線圈、電刷等組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。108起動機的結(jié)構(gòu)示意圖1—驅(qū)動機構(gòu)外殼2—撥叉3—電磁開關(guān)4—勵磁線圈5—電刷6—電刷彈簧7—外殼8—電樞9—起動機離合器10—驅(qū)動齒輪（1）接通啟動開關(guān)如圖所示，當(dāng)點火開關(guān)接通后，保持線圈的電流經(jīng)起動機端子50進入，經(jīng)線圈后直接搭鐵，吸引線圈的電流也經(jīng)起動機端子50進入，但通過線圈后未接搭鐵，而是進入電動機的勵磁線圈和電樞后再搭鐵。兩線圈通電后產(chǎn)生較強的電磁力，克服復(fù)位彈簧彈力而使活動鐵芯移動，一方面通過撥叉帶動驅(qū)動齒輪移向飛輪齒圈并與之嚙合，另一方面推動接觸片移向端子50和端子C的觸點，在驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈進入嚙合后，接觸片將兩個主觸點接通，使電動機通電運轉(zhuǎn)。在驅(qū)動齒輪進入嚙合之前，由于經(jīng)過吸引線圈的電流流經(jīng)了電動機，因此電動機會在電流的作用下緩慢旋轉(zhuǎn)，以便驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈進入嚙合。109110無起動繼電器的起動機控制電路示意圖1—螺紋花鍵2—離合器3—飛輪齒圈4—驅(qū)動齒輪5—撥叉6—活動鐵芯7—復(fù)位彈簧?8—保持線圈9—吸引線圈10—接觸片11—端子3012—端子5013—端子C14—點火開關(guān)15—勵磁線圈16—蓄電池17—電樞（2）啟動兩個主接線柱觸點接通之后，蓄電池的電流直接通過主觸點和接觸片進入電動機，使電動機正常運轉(zhuǎn)，此時吸引線圈被短路。因此，吸引線圈中無電流通過，主觸點接通的位置靠保持線圈來保持。（3）松開點火開關(guān)發(fā)動機啟動后，切斷啟動電路，保持線圈斷電，在彈簧的作用下，活動鐵芯回位，切斷了電動機的電路，同時也使驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈脫離嚙合。111模塊四汽車電子技術(shù)應(yīng)用112課題1半導(dǎo)體二極管課題2半導(dǎo)體三極管課題3半導(dǎo)體元件在汽車上的應(yīng)用課題4集成電路及其應(yīng)用課題5微型計算機基礎(chǔ)課題6汽車計算機控制技術(shù)課題1半導(dǎo)體二極管113學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解半導(dǎo)體的概念和特點。2．掌握二極管的概念、伏安特性和主要參數(shù)。3．了解特殊二極管及其在汽車上的應(yīng)用。4．能用數(shù)字式萬用表判斷二極管的好壞。5．能用發(fā)光二極管制作試燈。114一、半導(dǎo)體物質(zhì)按導(dǎo)電能力強弱不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。目前，制造半導(dǎo)體器件用得最多的是硅和鍺兩種材料。由于硅和鍺是原子規(guī)則排列的單晶體，因此用半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體管屬于晶體管。純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體，它的導(dǎo)電能力是很弱的。在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的某種雜質(zhì)元素，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會增強很多，電阻急劇減小。利用半導(dǎo)體的摻雜特性，可制成P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。115二、二極管的概念、伏安特性和主要參數(shù)1．二極管的概念半導(dǎo)體二極管又稱為晶體二極管，簡稱二極管。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，得到的PN結(jié)封裝起來就是二極管，二極管用字母V（或VD）表示，其結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示。根據(jù)制造材料的不同，二極管可分為硅二極管和鍺二極管。116二極管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號a）結(jié)構(gòu)b）圖形符號2．二極管的伏安特性流過二極管的電流隨著加在二極管兩端電壓的變化而變化的性質(zhì)稱為二極管的伏安特性，如圖所示為二極管的伏安特性曲線。117硅二極管的伏安特性曲線（1）正向特性硅二極管的伏安特性曲線如上圖所示，從圖中可看出，當(dāng)二極管上正向電壓小于某一數(shù)值Uth時，正向電流很小，幾乎為零，二極管呈現(xiàn)出較大的電阻，這段區(qū)域稱為死區(qū)，

Uth

稱為死區(qū)電壓或門檻電壓。硅管

Uth

=0.5V，鍺管

Uth

=0.1V。正向電壓超過

Uth

后，正向電流按指數(shù)規(guī)律增長，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管導(dǎo)通后，二極管兩端的電壓幾乎不再變化，此時二極管兩端的電壓稱為導(dǎo)通壓降。硅管的導(dǎo)通壓降為0.7V，鍺管的導(dǎo)通壓降為0.3V。118（2）反向特性當(dāng)二極管被加上反向電壓時，流過二極管的電流很小，稱為反向飽和電流Is，硅管Is<0.1μA，鍺管Is約為幾十微安。（3）反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到某個數(shù)值UBR時，流過二極管的反向電流將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，UBR稱為反向擊穿電壓。使用二極管時，應(yīng)避免反向電壓超過反向擊穿電壓，以防止二極管損壞。1193．二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流最大整流電流IF是指二極管長期運行過程中，允許通過的最大正向平均電流。實際使用時的工作電流應(yīng)小于IF

，如果超過此值，二極管可能會因過熱而燒壞。（2）最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM是指二極管工作時兩端所允許加的最大反向電壓。通常情況下，URM約為反向擊穿電壓UBR的一半，以保證二極管安全工作，防止擊穿。120三、特殊二極管1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種由特殊工藝制造的二極管，又稱為齊納二極管、電壓調(diào)整二極管，它與電阻配合使用，具有穩(wěn)定電壓的功能。121穩(wěn)壓二極管的圖形符號及伏安特性曲線a）圖形符號b）伏安特性曲線2．發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是采用砷、鎵、磷等材料制作的二極管，內(nèi)部基本單元仍是一個PN結(jié)。122發(fā)光二極管的外形及圖形符號a）外形b）圖形符號3．光敏二極管光敏二極管是在反向電壓作用下工作的，當(dāng)光線照射在PN結(jié)上時，二極管的反向電流增加，光照強度越大，反向電流就越大，利用這個特性制成的二極管就是光敏二極管。光敏二極管的結(jié)構(gòu)、圖形符號和外形如圖所示。123光敏二極管的外形、結(jié)構(gòu)和圖形符號a）外形b）結(jié)構(gòu)c）圖形符號課題2半導(dǎo)體三極管124學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解三極管的概念和基本參數(shù)。2．熟悉三極管的特性曲線和三種工作狀態(tài)。3．了解三極管的基本放大電路和開關(guān)電路。4．了解光敏三極管、晶閘管、場效應(yīng)晶體管的工作特點及應(yīng)用。5．能正確使用目測法和萬用表檢測法判斷三極管的管型和管腳極性。125一、三極管的概念和基本參數(shù)1．三極管的概念半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，簡稱三極管或晶體管。它是由兩個距離很近的PN結(jié)組成的，是在一塊半導(dǎo)體晶片上制造三個摻雜區(qū)，形成兩個PN結(jié)，再引出三個電極，用管殼封裝而成。按照兩個PN結(jié)組合方式的不同，三極管分為NPN型和PNP型兩大類，其結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號如圖所示，用字母V（或VT）表示。126127三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號a）NPN型三極管的結(jié)構(gòu)b）NPN型三極管的圖形符號c）PNP型三極管的結(jié)構(gòu)d）PNP型三極管的圖形符號三極管的三個電極分別為發(fā)射極E、集電極C、基極B。三極管的基本功能是利用基極電流控制集電極和發(fā)射極之間的電流。三極管可以看作一個電流的控制閥，集電極和發(fā)射極是電流的通路，而基極就是控制電流的閥門，只不過這個閥門不是靠旋轉(zhuǎn)而是靠本身流過的電流——基極電流來控制集電極和發(fā)射極之間的電流。三極管符號中的箭頭表示兩種不同類型的三極管集電極和發(fā)射極之間電流的方向。NPN型三極管的電流從集電極流向發(fā)射極，PNP型三極管的電流從發(fā)射極流向集電極。1282．三極管的基本參數(shù)（1）共射極直流電流放大系數(shù)hFE三極管集電極電流與基極電流的比值，即hFE=IC/IB，反映三極管的直流電流放大能力。（2）共射極交流電流放大系數(shù)β三極管集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比，即

，反映三極管的交流電流放大能力。對同一只三極管而言，在相同的工作條件下hFE≈β，應(yīng)用中不再區(qū)分，均用β表示。129（3）集電極—發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO當(dāng)基極開路，集電極、發(fā)射極之間加上一定電壓時，集電極與發(fā)射極之間并不是沒有電流流過，只是流過的電流很小，好像是從集電極直接穿透三極管到達發(fā)射極的電流，故又稱為穿透電流。三極管的穿透電流越小，其質(zhì)量越好。（4）極限參數(shù)使三極管得到充分利用而又安全可靠地工作的參數(shù)，稱為極限參數(shù)。130二、三極管的特性曲線三極管各極上的電壓和電流之間的關(guān)系，可通過伏安特性曲線直觀地描述。三極管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種，可以用晶體管特性圖示儀直接觀察，也可以通過實驗電路來測試。實驗電路如圖所示。131三極管特性曲線實驗電路1．輸入特性曲線輸入特性曲線是指在UCE一定的條件下，加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓UBE和基極電流IB之間的關(guān)系曲線，如圖所示。132三極管的輸入特性曲線2．輸出特性曲線輸出特性曲線是指在IB一定的條件下，三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE與集電極電流IC之間的關(guān)系曲線，如圖所示。133三極管的輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線分為三個區(qū)域，不同的區(qū)域?qū)?yīng)著三極管的三種不同工作狀態(tài)，見下表。134三極管輸出特性曲線的三個區(qū)域綜上所述，對于NPN型三極管：工作于放大區(qū)時，VC>VB>VE；工作于截止區(qū)時，VB≤VE；工作于飽和區(qū)時，VC≤VB。PNP型三極管與之相反。135三極管輸出特性曲線的三個區(qū)域三、三極管的基本放大電路與開關(guān)電路1．三極管的基本放大電路根據(jù)三極管處于放大狀態(tài)的條件可構(gòu)成三極管基本放大電路，如圖所示為NPN型三極管基本放大電路。放大電路在工作時，NPN型三極管的集電極必須接高電位。需要被放大的信號從基極輸入，經(jīng)過三極管放大后從集電極輸出。三極管的放大電路能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷跣盘栠M行放大，然后傳輸?shù)狡囯娍貑卧?。另外，對于控制電路，三極管放大電路可以將功率較小的控制信號放大為功率較大的信號，用以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。136137NPN型三極管基本放大電路2．三極管的開關(guān)電路三極管在基極電流的控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)間交替變換，就如同開關(guān)在斷開與閉合狀態(tài)間交替變換。138電壓波形a）基極電壓波形b）集電極電壓波形四、光敏三極管光敏三極管也稱為光電晶體管，是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的三極管。它的等效電路和圖形符號如圖所示。139光敏三極管的等效電路及圖形符號??（NPN型示例）a）等效電路?b）圖形符號光敏三極管的基本應(yīng)用電路如圖所示，光敏三極管和負載之間的電位隨著外界光線照射強度的變化而發(fā)生變化。光敏三極管主要應(yīng)用于汽車的傳感器中。140光敏三極管的基本應(yīng)用電路課題3半導(dǎo)體元件在汽車上的應(yīng)用141學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握二極管在汽車電路中的應(yīng)用。2．掌握三極管的開關(guān)特性和光敏三極管在汽車電路中的應(yīng)用。3．能正確完成晶體管電壓調(diào)節(jié)器的檢驗。142一、二極管在汽車電路中的應(yīng)用1．整流電路將交流電變成直流電的過程稱為整流。在汽車交流發(fā)電機中，就是利用整流二極管組成的整流板將發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流為直流電。整流板上整流二極管壓裝式安裝示意圖如圖所示，正極管的外殼為負極，引出極為正極，在管殼底部標(biāo)有紅色標(biāo)記。143144汽車交流發(fā)電機整流二極管壓裝式安裝示意圖在負極搭鐵的硅整流發(fā)電機中，三個正極管的外殼壓裝在散熱板的三個座孔內(nèi)，共同組成發(fā)電機的正極，由一個與發(fā)電機后端蓋絕緣的整流板固定螺栓通至機殼外，作為發(fā)電機的相線接線柱“B”。負極管的外殼為正極，引出極為負極，在管殼底部一般標(biāo)有黑色標(biāo)記。三個負極管的外殼壓裝在后端蓋的三個孔內(nèi)，和發(fā)電機外殼共同組成發(fā)電機的負極。三個正極管和三個負極管構(gòu)成的整流電路稱為三相橋式整流電路，將發(fā)電機的交流電變?yōu)?2V的直流電。汽車交流發(fā)電機的整流電路和電壓波形如圖所示。145146汽車交流發(fā)電機的整流電路和電壓波形a）整流電路b）三相交流電壓波形c）輸出電壓波形2．續(xù)流電路續(xù)流電路如圖所示，續(xù)流二極管都是并聯(lián)在線圈的兩端。當(dāng)線圈通過電流時會在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)電流消失時，其感應(yīng)電動勢會對電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于元器件的反向擊穿電壓時，會導(dǎo)致元件損壞。將續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈兩端，當(dāng)線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢會因二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉，從而保護電路中其他元件的安全。147續(xù)流電路3．穩(wěn)壓電路在汽車的儀表電路和一部分電子控制電路中，常利用穩(wěn)壓二極管來獲取穩(wěn)定的電壓。如圖所示是利用穩(wěn)壓二極管為汽車儀表提供穩(wěn)定電壓的電路，圖中的穩(wěn)壓二極管與電阻串聯(lián)，而與儀表并聯(lián)。148簡化汽車儀表穩(wěn)壓電路4．指示、報警電路在汽車電路中，發(fā)光二極管隨處可見，主要應(yīng)用在儀表板上作為指示信號燈或報警信號燈。5．光電式傳感器電路利用光敏二極管制成光電式傳感器，可以將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺员憧刂破渌娮釉?49二、三極管的開關(guān)特性在汽車電路中的應(yīng)用1．電壓調(diào)節(jié)器汽車交流發(fā)電機產(chǎn)生的電壓會隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的改變而產(chǎn)生波動，發(fā)電機輸出電壓與發(fā)電機勵磁繞組通過的勵磁電流成正相關(guān)關(guān)系，通過控制勵磁線圈電路的通斷就可以控制流過的勵磁電流平均值的大小，從而使發(fā)電機的輸出電壓基本穩(wěn)定在一個定值。電壓調(diào)節(jié)器就是利用三極管的開關(guān)作用控制勵磁線圈電路的通斷，從而達到調(diào)節(jié)電壓的目的。150151JFT201型電壓調(diào)節(jié)器電路2．電子點火器晶體管點火電路的點火信號由裝在分電器內(nèi)的信號發(fā)生器提供。如圖所示為一種磁感應(yīng)式信號發(fā)生器電壓信號的變化過程。152磁感應(yīng)式信號發(fā)生器電壓信號的變化過程a）轉(zhuǎn)子接近線圈b）轉(zhuǎn)子正對線圈c）轉(zhuǎn)子離開線圈當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，信號線圈產(chǎn)生電壓。當(dāng)產(chǎn)生正電壓時，如圖a所示，點火開關(guān)閉合后，線圈電壓上正下負，A點電位更高，保證三極管能飽和導(dǎo)通，點火線圈的一次線圈流過電流。當(dāng)信號發(fā)生器產(chǎn)生負電壓信號時，如圖b所示，點火開關(guān)閉合后，線圈電壓上負下正，A點電位變?yōu)榱慊蜇撝?，三極管基極沒有電流流過，三極管截止，點火線圈的一次線圈斷開，二次線圈產(chǎn)生高壓，送入分電器點火。153154信號電壓極性變化與三極管的導(dǎo)通a）信號發(fā)生器產(chǎn)生正電壓b）信號發(fā)生器產(chǎn)生負電壓3．蓄電池液位報警電路汽車電路中包含很多信號報警電路，其基本原理是監(jiān)控一個點的電位變化，從而控制三極管的開關(guān)，使其發(fā)出聲音或光報警信號。蓄電池液位傳感器用于蓄電池液位報警系統(tǒng)，以檢測蓄電池液位的高低，蓄電池液位報警電路如圖所示。155蓄電池液位報警電路a）蓄電池液位正常b）蓄電池液位過低三、光敏三極管在汽車電路中的應(yīng)用光敏三極管主要應(yīng)用于汽車傳感器中。把發(fā)光二極管和光敏三極管組合在一起，可實現(xiàn)以光信號為媒介的電信號的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為光電耦合器。當(dāng)光電耦合器作為傳感器使用時，稱為光電式傳感器。汽車中光電式傳感器的應(yīng)用主要有曲軸位置檢測、轉(zhuǎn)向角度檢測等，均是在光電式傳感器的中間設(shè)置遮擋物，利用遮擋物是否擋住光線來判斷遮擋物的位置（遮擋物均和被檢測對象連接在一起），傳遞位置信號或轉(zhuǎn)過的遮擋物的個數(shù)信號。156如圖所示為光電式曲軸位置傳感器示意圖。傳感器裝在分電器軸上，隨著分電器軸的轉(zhuǎn)動，信號盤交替遮擋傳感器的光線，傳遞曲軸位置信號。157光電式曲軸位置傳感器示意圖如圖所示為光電式車速傳感器示意圖。光電式車速傳感器裝在組合儀表內(nèi)，由帶切槽的轉(zhuǎn)子和光電耦合器組成。帶切槽的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)速表軟軸驅(qū)動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，盤齒間斷地遮住發(fā)光二極管光源，使光敏三極管的輸出電壓發(fā)生變化。軟軸轉(zhuǎn)一圈，輸出20個脈沖，經(jīng)分頻后變成4個脈沖送給ECU。158光電式車速傳感器示意圖1—帶切槽的轉(zhuǎn)子2—發(fā)光二極管3—光敏三極管課題4集成電路及其應(yīng)用159學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解集成電路的分類。2．熟悉集成電路腳位的識別方法。3．掌握集成運算放大器的組成、引腳功能及其兩種基本電路。4．了解集成運算放大器在汽車上的應(yīng)用。5．能正確完成進氣壓力傳感器的檢測。160一、集成電路的分類集成電路是指采用一定的工藝，把晶體管、電阻、電容等元件和它們之間的連線全部集成在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。根據(jù)處理信號的不同，集成電路可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路、數(shù)/模混合集成電路。根據(jù)集成度的大小，集成電路又可以分為小規(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)模集成電路等。161二、集成電路腳位的識別汽車中集成電路常見的外形有圓形、管殼型、單列直插型、雙列直插型、扁平型等，如圖所示。162汽車中集成電路的常見外形a）圓形?b）管殼型?c）單列直插型?d）雙列直插型?e）扁平型單列直插型集成電路的腳位識別方法為：打點或帶小坑的為1腳，按從左到右的順序數(shù)。雙列直插型、扁平型集成電路的腳位識別方法為：從起始腳開始，按逆時針方向數(shù)，通常打點或帶小坑的為1腳，有的集成電路以缺口槽位為起始標(biāo)記，正對缺口槽位的左下引腳為1腳，如圖所示。163扁平型集成電路的腳位識別三、集成運算放大器及其在汽車上的應(yīng)用集成運算放大器簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。在實際分析過程中常常把集成運算放大器理想化，采用理想集成運算放大器進行分析，不但簡化了分析過程，而且分析的結(jié)果與實際情況相差很小。理想集成運算放大器的符號如圖所示。164理想集成運算放大器符號1．集成運算放大器的組成（1）輸入級輸入級是決定集成運算放大器性能的關(guān)鍵部分，通常采用雙端輸入的差分放大電路。其目的在于有效地減小零點漂移，抑制干擾信號，增大輸入電阻。（2）中間級中間級由多級電壓放大電路組成，使集成運算放大器獲得很高的電壓放大倍數(shù)。（3）輸出級輸出級通常采用互補對稱的共集電極電路，減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。1652．集成運算放大器各引腳的功能以LM741為例，介紹集成運算放大器各引腳的功能。LM741的實物和引腳圖如圖所示。LM741由8個引腳組成，名稱中的741表示有7個活動引腳，4個引腳（2、3、4、7）能夠接受輸入，1個引腳（6）是輸出引腳。166LM741的實物和引腳圖a）實物?b）引腳圖（1）引腳4、引腳7引腳4和引腳7分別是負電壓和正電壓電源端子。（2）引腳2、引腳3引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。（3）引腳6引腳6為輸出腳。（4）引腳1、引腳5引腳1和引腳5用于外部失調(diào)電壓的調(diào)整。（5）引腳8引腳8未連接到集成運算放大器內(nèi)部的任何電路，只是用來填充8引腳標(biāo)準(zhǔn)封裝中的空隙。1673．集成運算放大器的兩種基本電路（1）反相比例運算放大電路反相比例運算放大電路如圖所示，其特點是輸入信號加在集成運算放大器的反相輸入端。168反相比例運算放大電路（2）同相比例運算放大電路如圖所示為同相比例運算放大電路。169同相比例運算放大電路4．集成運算放大器在汽車上的應(yīng)用（1）集成運算放大器在壓力傳感器上的應(yīng)用在汽車電噴發(fā)動機中，用來測量進氣量的進氣壓力傳感器就是由壓敏電阻、集成運算放大器等制成的，壓敏電阻式進氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖如圖所示。170壓敏電阻式進氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖a）結(jié)構(gòu)示意圖?b）工作原理圖（2）集成運算放大器在自動空調(diào)控制器上的應(yīng)用光敏二極管和光敏三極管能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，如圖所示為一種最簡單的光電測量電路。171光電測量電路課題5微型計算機基礎(chǔ)172學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解數(shù)字信號和二進制的基本知識。2．了解單片機的組成及各部分功能。173一、數(shù)字信號在汽車電子電路中，電信號主要在傳感器、ECU及執(zhí)行器件之間傳遞。傳感器輸入ECU的信號可以分為兩大類：一類是連續(xù)變化的信號，如水溫傳感器輸出的信號，這類信號被稱為模擬信號，如圖a所示；另一類信號是電壓“高”“低”間隔變化的脈沖式信號，如光電式曲軸位置傳感器輸出的信號是“有”或“無”（透光或遮光）規(guī)律變化的脈沖信號，這類信號被稱為數(shù)字信號，如圖b所示。174175模擬信號和數(shù)字信號a）模擬信號b）數(shù)字信號輸出模擬信號的傳感器有：葉片式空氣流量傳感器、熱絲式空氣流量傳感器、水溫傳感器、壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。輸出數(shù)字信號的傳感器有：卡門渦旋式空氣流量傳感器、曲軸位置傳感器、光電式傳感器、霍爾式傳感器。在汽車電路中，數(shù)字集成電路隨處可見，ECU就是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)。二、二進制二進制顧名思義就是“逢二進一”，位權(quán)的表示方法是2i（i=0，1，2，3，…），數(shù)字也是從右向左依次排列，如10（讀作“一零”），右邊的0表示0個1，左邊的1表示1個2，相當(dāng)于十進制的2。二進制數(shù)按照一定的規(guī)律組合在一起，表示一定的信息，這樣的一組二進制數(shù)稱為二進制碼。最常用的二進制碼是8421BCD碼，它將1位十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為千位二進制碼，十進制數(shù)與8421BCD碼之間的關(guān)系見下表。176177十進制數(shù)與8421BCD碼之間的關(guān)系三、單片機單片機是將CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、總線等主要計算機部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。雖然單片機只是一塊芯片，但其已經(jīng)具有微型計算機的功能。目前，汽車電控系統(tǒng)采用的單片機均為數(shù)字式單片機。單片機分為通用型單片機和專用型單片機，通常所說的單片機指通用型單片機。178單片機基本結(jié)構(gòu)框圖1．CPUCPU具有譯碼指令和數(shù)據(jù)處理能力，由運算器、寄存器和控制器組成。運算器是計算機的運算部件，用于實現(xiàn)數(shù)學(xué)運算和邏輯運算。汽車上各種電控系統(tǒng)ECU內(nèi)部的數(shù)據(jù)運算與邏輯判斷都在這里進行。寄存器用于暫時存儲數(shù)據(jù)或程序指令。控制器是計算機的指揮控制部件，作用是按照監(jiān)控程序和應(yīng)用程序使計算機各部分協(xié)調(diào)工作。1792．存儲器在單片機或其他微型計算機中，存儲器是用來存儲程序指令和數(shù)據(jù)的部件。存儲器按讀寫操作原理可分為只讀存儲器（ROM）和隨機存取存儲器（RAM）。按功能可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。按構(gòu)成材料可分為半導(dǎo)體存儲器和磁質(zhì)存儲器。3．I/O接口I/O接口是CPU與傳感器或執(zhí)行器進行數(shù)據(jù)交換以及CPU下達控制指令的通道。由于傳感器和執(zhí)行器種類繁多，它們的信號頻率、電平、功率、工作時序等不可能與CPU完全匹配，因此，必須根據(jù)CPU的指令，通過I/O接口進行協(xié)調(diào)和控制。1804．總線總線是微機內(nèi)部傳遞信息的電路連線。在單片機內(nèi)部，CPU、ROM、RAM與I/O接口之間的信息交換都是通過總線實現(xiàn)的。按傳遞信息的不同，總線可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三種。（1）數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線主要用于傳送數(shù)據(jù)與指令。數(shù)據(jù)總線的導(dǎo)線根數(shù)與數(shù)據(jù)的位數(shù)相對應(yīng)。（2）地址總線。地址總線用來傳遞地址數(shù)碼。在微機內(nèi)，各元件之間的通信主要依靠地址數(shù)碼進行。（3）控制總線。微機中的元件都與控制總線連接，CPU可通過控制總線隨時掌握各個元件的狀態(tài)，并根據(jù)需要隨時向某個元件發(fā)出控制指令。181課題6汽車計算機控制技術(shù)182學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解汽車計算機控制系統(tǒng)的組成。2．了解汽車計算機控制系統(tǒng)的工作過程。3．熟悉汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)、汽車底盤電控系統(tǒng)和汽車車身電控系統(tǒng)。4．了解車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。183一、汽車計算機控制系統(tǒng)的組成汽車計算機控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu)一般可分為三部分：傳感器、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器，如圖所示。184汽車計算機控制系統(tǒng)的基本組成二、汽車計算機控制系統(tǒng)的工作過程汽車運行過程中，各種傳感器不斷檢測汽車運行的工況信息，并將這些信息通過輸入接口實時傳送到ECU。ECU接收到信息后，根據(jù)內(nèi)部預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)和編好的控制程序，通過數(shù)學(xué)計算和邏輯判斷，進行相應(yīng)的決策和處理，確定適應(yīng)發(fā)動機工況的點火提前角、噴油時間等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過輸出接口將控制信號輸出給相應(yīng)的執(zhí)行器，執(zhí)行器接收到控制信號后，執(zhí)行相應(yīng)的動作，實現(xiàn)某種預(yù)定的功能。185ECU除了具有控制功能外，還具有故障自診斷功能。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，ECU會對部分傳感器傳輸?shù)男盘栠M行監(jiān)測與鑒別。若發(fā)現(xiàn)傳感器的傳輸信號超過規(guī)定的范圍，ECU將判定該傳感器或相關(guān)線路產(chǎn)生故障，并將故障碼存儲在存儲器中，以便維修和調(diào)用，同時還用一個預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)或其他傳感器提供的信號對發(fā)動機實施控制，使發(fā)動機進入故障應(yīng)急運行狀態(tài)。186三