第一篇汽车基础知识 5电工基本知识

第一篇汽车基础知识 5电工基本知识 第一篇 基础知识部分 第五章 电工基本知识 电流、电压、电阻的基本概念 1. 电流:在导体中，自由电子在电场力的作用下做有规则的移动形成电流。 电压:在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。 电阻:导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。 2. 电路的概念 电路是电流所能流过的路径。电路通常由电源、负载及中间环节按一定结构形式连接组成。电源是产生电能的装置，它将其他形式的能量转换为电能，并在电路中向负载供给电能，保证负载正常工作。负载是将电能转换为其他形式能量的器件或设备，负载形式多种多样，如汽车前大灯、启动电动机等。中间环节包括导线和开关，其中导线将电源和负载连接成路，使电源电能能传输或分配到负载。开关起着控制电路工作与否的作用。 3. 磁场的概念 对放入其中的小磁针有磁力的作用的物质叫做磁场。 4. 电功、电功率的基本概念 电功:电流在一段时间内做的功简称电功。 电功率:电流在单位时间内所做的功叫做电功率。电功率用P来表示，P=W/t 5. 欧姆定律 导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。这个规律叫欧姆定律。 I=U/R 6. 基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律(KCL):对任意节点，任意时刻，流入(或流出)该节点 的电流代数和为零。 基尔霍夫电压定律(KVL):对任意闭合回路，任意时刻，沿一定方向绕行一周，各元件上电压降的代数和为零。 基尔霍夫电流方程: 节点a: I，I,I123 节点b:(独立方程只有1个) I,I，I312 基尔霍夫电压方程 回路一: U,IR，IR111331 回路二: U,IR，IR22233 回路三:(独立方有2个) U,U,IR,IR121122 图5-1 电路中有N个节点，B个支路则:独立的节点电流方程有 (N -1)个,独立的回路电压方程有 (B-N 1 +1)个。 7.磁场的基本物理量 表5-1 磁场基本物理量 CGS制物理量 意义 SI制单位 单位制换算 单位 磁感应表示空间某点磁场强弱与方向的特斯拉，简称高斯1T=1(1Wb)224强度 物理量，定义为单位正电荷q以“特”(T) (G) /= mm,10G,4(或磁单位速v向与磁场相垂直的方向1G= T 10密)B 运动时，所受到的机械力F B=F ,(qv) 磁通量表示穿过某一截面s的磁感应强韦伯(Wb) 麦克斯81Wb,10Mx(或磁度矢量的磁通量，或者说穿过该(伏?秒) 韦 ,81Mx,10Wb通) 截面的磁感应线总量，或者说穿(Mx) , 过该截面的磁感应线总数。在均 匀磁场内=BS ,,3磁场强表示磁场中与介质导磁率无 安,米 奥斯特 ,1A/m,4,，10Oe度H 关的量，是一个矢量，它等于单 (A/m) (Oe) 1Oe,80A/m 位长度磁路上的磁动势，定义为 介质中某点的磁场强度B与介质 导磁率之比，即H=B/ ,,7导磁率 表示物质的导磁性能，在真空中亨/米(H/m) G/Oe 1H,1/(4,)，10G/Oe,7 ,,,4,，10H/m1H,Wb/A0 8.磁路和磁路定律 磁路:是指主要由磁铁 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 构成而为磁通集中通过的闭合回路。磁路中的铁磁材料称为铁芯。 磁路欧姆定律:若某磁路的磁通为,，磁通势为F ，磁阻为Rm，则 ， F,,这就是磁路欧姆定律。 Rm9.磁场对电流的作用 电流与磁场方向平行时，磁场对电流的作用力为零; 电流与磁场方向垂直时，磁场对电流的作用力最大。在匀强磁场中，当I与B垂直时，安培力的大小为F=BIL，方向用左手定则判断。 当电流I与磁感应强度B不垂直时，可将B分解为平行于电流的分量(对安培力无贡献)，B1和垂直于的电流分量，则安培力 F=IL。 BB22 安培力F的方向总是垂直于电流I与磁感应强度B所确定的平面 2 图5-2 磁场对电流的作用 10.电磁感应的基本概念 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。 F磁感应强度B的大小:B,,单位:特斯拉(T) lI11.正弦交流电的基本概念 大小和方向随时间作有规律变化的电压和电流称为交流电，又称交变电流。正弦交流电是随时间按照正弦MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714008430722_1规律变化的电压和电流。 12.正弦交流电的有效值、相位的概念 有效值:与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。即让交流电和直流电分别通过阻值完全相同的电阻，在相同的时间内直流电流和交流电流在两电阻上产生的热效应相等。 相位:正弦量任意时间所对应的电角度称为该正弦量相位角，简称相位，其单位为度或弧度。 13.单相交流电路的概念 只有一个线圈在磁场中转动，电路中只产生一个交变电动势，这样的发电机叫单相交流发电机。它发出的电流叫单相交变电流。由一个交变电动势作为电源的电路叫做单相交流电路。 14.三相交流电路的概念 图5-3 三相交流发电机的原理图 图5-4 电枢绕组及其中的电动势 所谓三相交流电路，就是由三个频率、幅值相等，彼此相位互差120?的单相交流电源构成的电路。 与单相交流电相比，三相交流电路的优点是:降低输配电路网络建设成本及设备运行功率损耗;简化设备结构，优化设备性能，方便设备使用和维护。 15.半导体二极管的特性 3 图5-5 半导体二极管的伏安特性 (1)在正向电压作用下，当正向电压较小时，正向电流几乎为零，这个电压称为死区电压。硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。当正向电压超过死区电压后，二极管开始导通，电流随电压上升而迅速上升。这时正向电流虽然在较大范围内变化，但二极管的端电压变化很小。在直流状态下，该电压可近似认为是定值。通常取硅管为0.7V，锗管为0.3V作为工程计算的近似值。 (2)在反向电压作用下，当反向电压不大时，反向电流随反向电压的增大有极微小的增大。当反向电压增加到一定值时(图7-2-9中的C点和D点)，反向电流剧增，这就是二极管的反向击穿。反向击穿时的电压称反向击穿电压。二极管实质上就是一个州结。因此，它的特性曲线与图5-5基本上是一致的。 16.半导体三极管的状态 晶体三极管的三种工作状态 : 截止状态:当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β,ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。 饱和导通状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 17(半导体三极管主要参数 (1)共射电流放大系数 , 是表征管子在线性区域内的电流放大能力。一般小功率管的值在20——200范围内。值太,,小放大作用差，但值太大也易使管子性能不稳定，一般放大器采用,30——80的三极管为宜。 ,, (2) 极间反向电流 1)反向饱和电流，即发射极开路，集电极-基极加上一定的反向电压时的反向电流，可用ICBO 图5-6电路测出。它和单个PN结的反向电流是一样的，只决定于温度和少数载流子的浓度。一般人I的值相小，小功率锗管I约为10,A，而硅管的I则小于1,A。I的大小标志集电结CBOCBOCBOCBO 4 的质量，显然越小越好。 ICBO 的测量电路 图5-7 的测量电路 图5-6 IICBOCEO 2)穿透电流，即基极开路，集电结-发射极间加上一定反向电压时的集电极电流。测量人ICEO 的电路如图5-7所示。 ICEO =(1+B) IICEOCBO 和都是衡量三极管质量的重要参数。由于比大得多，测量起来比较容易，IIIICEOCBOCEOCBO 所以我们平时测量三极管时，常把作为判断管子质量的重要依据。也是随温度的增加而增IICBOCEO加，而且由于随温度增加，故人比入随温度的变化更大。显然，大的管子不稳定。 ,IIICEOCBOCEO (3)极限参数 1)集电极最大允许电流 ICM 是指三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流，当电流超过时，管子IICMCM性能将显著下降，甚至有烧坏管子的可能。 2)集电极最大允许功率损耗 PCMPCM表示集电结上允许损耗功率的最大值，超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。 。主要受结温限制，通常锗管的允许结温为70?，硅管为150?。 PP,IUCMCCECM 3)集电极击穿电压 U(BR)CEO 是指基极开路时，集电极与发射极之间的最大允许电压。 U(BR)CEO 根据上述的极限参数，可以作出管子的安全工作区域，如图5-8所示。若超出这个区域，管子的性能将变差甚至损坏。 图5-8 三极管的安全工作区 18(半导体三极管的简易判别 (1)找出基极 对于PNP型三极管，c、e极分别为其内部两个PN结的正极，b极为它们共同的负极，而对NPN 5 型三极管而言，则正好相反:c、e极分别翔丙个PN结的负极，而b极则为它们共同的正极，根据PN结正向电阻小反向电阻大的特性就可以很方便地判断基极和管子类型。具体方法如下: 将万用表拨在R100或R1k档上。红表笔接某一管脚，用黑笔分别接另外两个管脚，这样就，， 可得到三组(每组二次)的读数，当其中一组二次测量都是几百欧的低阻值时，则红表笔所接触的管脚即为基极，且三极管的管型是PNP型;如用上述方法测得一组二次都是几十至上百千欧的高阻值时，则红表笔所接触的管脚即为基极，且管型为NPN型。 (2)判别发射极与集电极 由于三极管在制作时，两个P区或两个N区的掺杂浓度不同，如果发射极、集电极使用正确，三极管具有很强的放大能力，反之，如果发射极、集电极互换使用，则放大能力非常弱.由此即可把管子的发射极、集电极区别开来。 (3)判别集电极和发射极 在判别出管型和基极b后，可用下列方法之一来判别集电极和发射极。 1)将万用表拨在R，l档上。用手将基极与另一管脚捏在一起(注意不要让电极直接相碰)，为使测量现象明显，可将手指湿润一下，将红表笔接在与基极捏在一起的管脚上，黑表笔接另一管脚，注意观察万用表指针向右摆动的幅度。然后将两个管脚对调，重复上述测试步骤。比较两次测量中表针向右摆动的幅度，找出摆动幅度大的一次。对PNP型三极管，则将黑表笔接在与基极捏在一起的管脚上，重复上述试验，找出表针摆动幅度大的一次，这时黑表笔接的是集电极，红表笔接的是发射极。 这种判别电极方法的原理是，利用万用表内部的电池，给二极管的集电极、发射极加上电压，使其具有放大能力。用手捏其基极、集电极时，就等于通过手的电阻给三极管加一正向偏流，使其导通，此时表针向右摆动幅度就反映出其放大能力的大小，因此可正确判别出发射极、集电极来。 ，2)将万用表拨在Rlk档上，将万用表两个表笔接在管子另外两个管脚，用舌头舔一下基极，看表针指示，再将表笔对调，重复上述测试，找出摆动大的一次。对于PNP型三极管，红表笔所接的是集电极，黑表笔接的是发射极;而对于NPN型三极管，黑表笔接的是集电极，红表笔接的是发射极。 (4)检查管子好坏 在这里再简要介绍一下三极管好坏的判断:检查三极管的好坏，只要测量一下PN结损坏没有就可以判断管子的好坏。 ，PN结的好坏可以通过测量极间电阻来判断:将万用表拨在R100档，测量三极管集电结和发射 ,结的正向电阻，如果两次测量都是低阻值，则管子是好的，如果测量的正向电阻是无穷大()或测量的反向电阻很小，则说明管子是坏的。 19. 滤波电路的基本概念 由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络, 只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。 常用的滤波电路可以分为电容滤波电路、电感滤波电路和型滤波电路等。 , 20. 晶体管开关电路 在数字电路中，最常用的开关器件是晶体二极管和晶体三极管。所谓开关，是指具有通与断两种工作状态的器件，一个理想的开关器件，应具有三个主要特点:?在接通状态时，接通电阻为零， 6 使流过开关的电流完全由外电路来决定;?在断开状态时，阻抗为无穷大，流过开关的电流为零;?断开与接通之间的转换能在瞬间完成，即开关时间为零。 21. 基本放大电路 放大的概念: 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。 放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。 对放大电路的基本要求 :?要有足够的放大倍数(电压、电流、功率);?尽可能小的波形失真;?有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。 图5-9 放大电路的功能框图 22. 稳压管的稳压电路 有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊:当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好;反过来着，只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。 在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路叫稳压电路，该电路并联或串联稳压二极管。 23. 晶闸管及其整流电路 晶闸管是晶体闸流管的简称，用符号T(Thyfistor)表示(它除有阳、阴两个电极外，还有一个控制极(晶闸管的外形如图5-10a)所示，它的一端是螺栓，为阳极引出端，同时可利用它来固定散热片;另一端有两根引出线，其中较粗的一根为阴极引线，较细的一根为控制极引线，晶闸管的表示符号如图5-10b)所示，它的阳极、阴极和控制极分别用字母A、K和G来表示(晶闸管亦称可控硅，系Silicon Contr011ed Rectifier的译名，缩写为SCR( 图5-10 晶闸管的外形、结构和图形符号 (a)外形 (b)符号 (c)结构 (d)管芯 7 晶闸管整流电路:把交流电能转换为直流电能的电路。由变压器、整流主电路和滤波器等组成。其中整流主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。可控整流电路的形式较多，简单介绍单相半波和单相桥式两种可控整流电路。 (1)单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路如 图5-11所示，图中为负载电阻。RL 设变压器和晶闸管VT为理想元件。 当输入电压为正半周时，VT承受, 正向电压。若在图12a时刻(相t1当于图12c中的控制角时)，VT的控制极加入正触发脉冲(图, 5-12b)，则VT导通，负载上得到了电压和电流。 当输入电压减小到近似等于零时，由于正向电流小于维, 持电流，VT关断。当输入电压为负半周时，晶闸管承受反I,H 向电压而截止，负载上的电压和电流均为零。在这种情况下，晶 闸管的导通角为。负载上得到的电压仅为输入电压的,,,,, 一部分，其波形如图12c所示，显然，负载电压的大小与控制角,有关，可以推导出负载上电压和电流的平均值分别为 0由上两式可见:当时，,当时，. U,0.45U,I,0.45U/RU,0,I,0,,0,,18000L00 晶闸管元件承受的正向和反向电压波形如图5-12d)所示。可见，其最大数值均为。这是2U选管时应考虑的耐压值，同时还应留有余量，常选为该值的(1.5,2)倍。 (2)单相半控桥式整流电路 单相半控桥式整流电路如图5-13a)所示。显然，该电路与不可控桥式整流电路相比较，区别只是用二只晶闸管替换了其中的两个二极管。 当输入电压M为正半周时，和承受正常电压，触发负载电阻上便加上了电源电VTVDVTR121L 8 压，电流通路为:a一一——b—a。这时和均因承受反向电压而截止。当输入VDVTRVDVT1L211 电压为负半周时，和承受正向电压，触发，负载也得到电源电压，电流通路为:b,VDVTVT212 一一—一a—b。这时和处于反压截止状态。 VDVTRVTVD2L112 由于负载为电阻，因此电流波形与电压波形相似，如图5-13b)所示。由此可见，单相半控桥式整流电路与半波整流比较，输出电压和电流的平均值增加了一倍，分别为 24. IC的种类及特征 (1)集成电路的种类 集成电路在电路中用字母IC表示。 1)按功能结构分类。电路板按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路板、数字和数/模混合集成电路三大类。 2)按制作工艺分类 。按制作工艺可分为半导体和薄膜。 膜又分类厚膜和薄膜。 3)按集成度高低分类 。按集成度高低的不同可分为小规模、中规模、大规模和超大规模。 4)按导电类型不同分类 。按导电类型可分为双极型和单极型。 5)按用途分类 。按用途可分为电视机用。音响用、影碟机用、录像机用、电脑(微机)用、电子琴用、通信用、照相机用、遥控、语言、报警器用及各种专用。 6)按应用领域分。集成电路按应用领域可分为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 通用集成电路和专用集成电路。 7)按外形分。集成电路按外形可分为圆形(金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率)、扁平型(稳定性好,体积小)和双列直插型。 (2)集成电路的特点 1)单个元件精度不高，受温度影响也大，但元器件的性能参数比较一致，对称性好。适合于组成差动电路。 2)阻值太高或太低的电阻不易制造，在集成电路中管子用得多而电阻用得少。 3)大电容和电感不易制造，多级放大电路都用直接耦合。 4)在集成电路中，为了不使工艺复杂，尽量采用单一类型的管子，元件种类也要少所以，集成电路在形式上和分立元件电路相比有很大的差别和特点。常用二极管和三极管组成的恒流源和电流源代替大的集电极电阻和提供微小的偏量电流，二极管用三极管的发射结代替。 5)在集成电路中，NPN管都做成纵向管，β大;PNP管都做成横向管，β小而PN结耐压高。NPN管和PNP管无法配对使用。 25. 模拟电路与数字电路的概念 模拟电路(Analog Circuit):处理模拟信号的电子电路。模拟信号:时间和幅度都连续的信号(连续的含义是在某以取值范围那可以取无穷多个数值)。 数字电路:用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。数字电路中使用的信号按信号强度分为两种不同状态:逻辑1和0。 26. 逻辑电路的概念 逻辑电路是一种离散信号的传递和处理，以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电 9 路。 27(识别电路图 (1)了解串、并联电路的概念及特点 (2)知道串、并联电路的判断方法 (3)常见电路元件的特殊处理 10