汽車電工電子基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章 汽車電工電子基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)電路的基本知識(shí)一、電路的組成電路是電流通過(guò)的路徑。電路是一些電氣設(shè)備，電器元件，按一定的方式組合起來(lái)，構(gòu)成的電流的通路。圖1-1 (a)所示為由電池、小燈泡、開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線構(gòu)成的一個(gè)簡(jiǎn)單電路。 當(dāng)合上開(kāi)關(guān)時(shí)，電池向外輸出電流，電流流過(guò)小燈泡，小燈泡就會(huì)發(fā)光。1、電路的組成 一般電路是由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)三部分組成。(1)電源是提拱電能的裝置，它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。例如，干電池，發(fā)電 機(jī)等。(2)負(fù)載是取用電能的裝置，是各種用電設(shè)備的總稱.它把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能 量.例如：電燈、電爐、電動(dòng)機(jī)等。(3)導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)。用來(lái)傳送，分配電能，控

2、制電路的通斷，保護(hù)電路 安全正常運(yùn)行。(a)(b)圖1-2電位的表不圖1-1燈泡發(fā)光的電路圖二、電路的基本物理量1 .電流電荷的定向移動(dòng)形成電流， 正電荷和負(fù)電荷的定向移動(dòng)都形成電流。在金屬導(dǎo)體中，電流是自由電子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)形成。電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)表示。電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為“電流” ，等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一導(dǎo) 體橫截面的電荷量，電流分兩種，即直流電流和交流電流。 單位是安培，簡(jiǎn)稱安，符號(hào)為ao2 .電壓和電位電壓是電路中兩點(diǎn)之間的電位差，它反映電場(chǎng)力對(duì)電荷做 功的能力，數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從電源的正極經(jīng)外 電路移到負(fù)極所做的功。單位是伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)為 v。在電路中任意選一點(diǎn)為參考

3、點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就 叫做這一點(diǎn)(相對(duì)于參考點(diǎn))的電位。參考點(diǎn)在電路圖中用符 號(hào)“，”表示，如圖1-2所示。在電氣設(shè)備和汽車中常用大地和 機(jī)殼及汽車車身作為接地點(diǎn)。電位用符號(hào)v表示，如a點(diǎn)電位記作va。當(dāng)選擇o點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，則 va=uao。電路中某一點(diǎn) 的電位實(shí)質(zhì)上就是將單位正電荷從電路中的某一點(diǎn)移到參考點(diǎn)時(shí) 獲得或失去的能量大小。電位與電壓的關(guān)系：(1)電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓。因些，離 開(kāi)參考點(diǎn)討論電位是沒(méi)有意義的。(2)參考點(diǎn)選的不同，電路中各點(diǎn)的電位值也不同，但是，任意兩點(diǎn)之間的電壓是不變的。所以，電路中各點(diǎn)的電位值的大小是相對(duì)的，而兩點(diǎn)之間的電壓值是絕對(duì)的

4、。3 .電動(dòng)勢(shì)非電場(chǎng)力把單位正電荷從電源內(nèi)部低電位b端移到高電位a端所做的功，稱為電動(dòng)勢(shì),用字母e表示（1-1）電動(dòng)勢(shì)的單位與電壓相同，也用伏（v）表示。電動(dòng)勢(shì)的極性和實(shí)際方向是客觀存在的。在電路中，要想維持電流流動(dòng)， 必須有一種外力把正電荷源源不斷地從低電位處移到高 電位處，才能在整個(gè)閉合的電路中形成電流的連續(xù)流動(dòng)，這個(gè)任務(wù)是由電源來(lái)完成的。 在電源內(nèi)部，由于電源力的作用，正電荷從低電位移向高電位。在不同類型的電源中，電源力的來(lái)源不同。例如，電池中的電源力是由化學(xué)作用產(chǎn)生的；發(fā)電機(jī)的電源力則是由電磁作用產(chǎn)生的。電源電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向由負(fù)極指向正極，即由電源的低電位指向高電位，也就是電位 升高的

5、方向。4 .電能與電功率w表示。電能的大電流能使電燈發(fā)光、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、電爐發(fā)熱，這些都說(shuō)明電流通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)做了功, 消耗了電能，我們把電氣設(shè)備在工作時(shí)間消耗的電能（也稱為電功）用 小與通過(guò)電氣設(shè)備的電流和加在電氣設(shè)備兩端的電壓以及通過(guò)的時(shí)間成正比，即w=uit（1-2）電能的單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦（j）。電氣設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率，用 p表示，即電功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦（c wp =tw)。uqt曳二uit(1-3)在電工應(yīng)用中，功率的常用單位是千瓦（kw）,電能的常用單位是千瓦（kwh),千瓦時(shí)（kwh）, 1千瓦時(shí)即為上度電，千瓦時(shí)與焦耳之間的換算關(guān)系1 度=1kw

6、h = 1000wh =3.6m106j我們把電氣設(shè)備在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的最大容許值稱為額定值。實(shí)際工作時(shí)，如果超過(guò)額定值工作，會(huì)使電氣設(shè)各使用壽命縮短或損壞；如果小于額定值，會(huì)使電氣設(shè)備的利用率降低甚至不能正常工作。額定電壓、額定電流、額定功率分別用u n、i n、5 .電阻與歐姆定律電路中具有阻礙電流通過(guò)的作用稱為電阻，電阻的單位為歐姆， 簡(jiǎn)稱歐。電路中流過(guò)電阻r的電流i與電阻兩端的電壓 u成正比，這就是歐姆定律，其表達(dá)式如下：r =（1-4）s1三、電路的工作狀態(tài)為（）；+1 .有載工作狀態(tài)（仃0屁在有負(fù)載的工作狀態(tài)下，負(fù)載電流的變化將引起端電壓的小。 變化。在圖1-3所示

7、電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上之后，就是電路的有i一二載工作狀態(tài)。電路中的電流為（工作時(shí),開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)）圖1-3電路的有載工作狀態(tài)rl ro(1-5)當(dāng)電壓源us和內(nèi)電阻ro為定值時(shí)，由上式可見(jiàn)，負(fù)載電阻越小，則電路中的電流越大。負(fù)載電阻兩端的電壓為u = rli =us -r0i(1-6)2.開(kāi)路狀態(tài)若圖1-4所示電路中的開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，或者電 流過(guò)大使熔斷器熔斷等，電路即處于開(kāi)路狀態(tài)，又 叫做斷路狀態(tài)或空載狀態(tài)。開(kāi)路時(shí)，外電路的電阻對(duì)電源來(lái)說(shuō)等于無(wú)窮大, 因此電路中的電流為零。此時(shí)負(fù)載上的電流、電壓、 功率都等于零。開(kāi)路時(shí)電源的端電壓叫做開(kāi)路電壓, 用u表示。1圖1-4 電路的開(kāi)路狀態(tài)由于開(kāi)路時(shí)電流

8、i =0,故開(kāi)路電壓u =us-ir=us,即開(kāi)路電壓等于電源電壓。3.短路狀態(tài)在正常狀態(tài)下工作的電路中， 如果電路由于絕緣損壞或接線不當(dāng)或操作不慎等原因，使負(fù)載端或電源端造成電源線直接觸碰或搭接，則形成電路的短路狀態(tài)。電源和負(fù)載都被短路狀況如圖l 5所示。此時(shí)，電流不再流經(jīng)負(fù)載，外電路的電阻對(duì)電源來(lái)講為零。短路電流 為i -uis - ro(1-7)由于ro很小，所以短路電流is很大，一般 超過(guò)電源的額定電流許多倍，這樣大的電流不僅在內(nèi)1-5電路的短路狀態(tài)阻ro上會(huì)產(chǎn)生很大的功率損失，使電源嚴(yán)重發(fā)熱，而且會(huì)產(chǎn)生很大的電磁力使設(shè)備發(fā)生機(jī) 械損傷。短路后，負(fù)載上的電壓、電流和功率都為零，電源所產(chǎn)

9、生的電能全部被內(nèi)阻 即ro所消耗。ps =po =*(1-8)短路通常是一種嚴(yán)重故障，應(yīng)該盡量防止。為此，電路中一般都要接入熔斷器或其他 自動(dòng)保護(hù)裝置，以便在發(fā)生短路時(shí)在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)自動(dòng)切斷故障電路與電源的聯(lián)系。四、電路中電阻的串聯(lián)與并聯(lián)1.串聯(lián)電路把電阻一個(gè)接一個(gè)地首尾依次連接起來(lái)，就組成串聯(lián)電路，如圖 1-6所示。串聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是：(1)電路中各處的電流強(qiáng)度相等。(2)電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端的電壓之和。(3)串聯(lián)電路的總電阻等于各個(gè)電阻之和，即圖1-6電阻的串聯(lián)(1-9)圖1-7 電阻的并聯(lián)(1-11)i1r1r1r u rr2r3(4)串聯(lián)電路的電壓分配，串聯(lián)電路中各個(gè)電

10、阻兩端的電壓與它的阻值成正比，即u1 = ir1 =1uri r2 r3u2=ir2=2u(1-10)rr2 r3u3 = ir3 =3uri r2 r32 .并聯(lián)電路把兩個(gè)或兩個(gè)以上電阻接到電路中的兩點(diǎn)之間， 電阻兩端承受的是同一個(gè)電壓的電路，叫做電阻并聯(lián)電路。圖 1-7 是三個(gè)電阻 ri、r2、r3組成的并聯(lián)電路。并聯(lián)電路的基本 特點(diǎn)是：(1)電路中各支路兩端的電壓相等。(2)電路中的總電流強(qiáng)度等于各支路的電流強(qiáng)度之和。(3)并聯(lián)電路的總電阻，即1111=十十r rr2r3這就是說(shuō)，并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)，等于各個(gè)電阻的倒數(shù)之和。(4)并聯(lián)電路的電流分配，并聯(lián)電路中通過(guò)各個(gè)電阻的電流強(qiáng)度與它

11、的阻值成反比。即(1-12)u =i rrr3r2r2r3第二節(jié)磁場(chǎng)與磁路的基本概念一、磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)1 .磁場(chǎng)靜止不動(dòng)的帶電粒子(電荷)周圍存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)靜止的電荷有電場(chǎng)力的作用。而運(yùn)動(dòng)的電荷周圍不僅有電場(chǎng)，還有另一種看不見(jiàn)的物質(zhì)存在，這種由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的物質(zhì)叫磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷有力的作用。2 .電流的磁效應(yīng)電流是電荷的運(yùn)動(dòng)形成的，因此，電流的周圍就有磁場(chǎng)。(1)通電導(dǎo)體的磁場(chǎng)如果把磁場(chǎng)想象成布滿沿磁場(chǎng)方向的磁力線，通電導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)就是圍繞導(dǎo)體的同心圓，磁場(chǎng)的方向可用右手螺旋定則判定如圖1-8所示。(2)線圈的磁場(chǎng)線圈的磁場(chǎng)實(shí)際上是通電導(dǎo)體彎曲成螺旋狀時(shí)的另一種形式，磁場(chǎng)的分布形式

12、和方向判定如圖1-9所示。圖l 8通電直導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)圖1-9 螺旋線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)3.磁場(chǎng)的基本物理量(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的重要特性之一就是磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體有力的作用(電磁力)。若把長(zhǎng)度為1-10(a)所示，則作1、電流為i的直導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方向放入一磁場(chǎng)中，如圖用于導(dǎo)體上的電磁力 af與導(dǎo)體中通過(guò)的電流i以及導(dǎo)體的長(zhǎng)度 a1成正比。力的方向和 磁感應(yīng)線的方向以及電流的方向垂直，三者的關(guān)系可用左手定則來(lái)確定，如圖 1 10(b)所 示。若把同一載流導(dǎo)體按垂直于磁感應(yīng)線的方 向放入不同的磁場(chǎng)中或同一磁場(chǎng)的不同位置 中，電磁力的大小可能各不相同，而且磁場(chǎng) 越強(qiáng)的地方電磁力也越大。 可

13、見(jiàn)，電磁力不僅 與電流i和導(dǎo)體的長(zhǎng)度 a1成正比，且與導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)。因此，需要引入一個(gè)用來(lái)描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向的物理量，這個(gè)物理量稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用 b來(lái)表示。 磁感應(yīng)強(qiáng)度b是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁 場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，它是一個(gè)矢量。磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流之間的方向關(guān)系可用右手螺旋定 則來(lái)確定，其大小可用公式來(lái)衡量。d f.、b = (1-13 )i1磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(t)。在工程計(jì)算中，有時(shí)，由于特斯拉單位太大，也常采用高斯(gs)作為磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：仃相當(dāng)于104gs。如果磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向相同，則這樣的磁場(chǎng)稱為均勻磁場(chǎng)。（2）磁通磁感應(yīng)強(qiáng)度b

14、 （如果不是均勻磁場(chǎng)，則取 b的平均值）與垂直于磁場(chǎng)方向的面積s的乘積，稱為通過(guò)該面積的磁通 ，即6=bs 或 b = （ 1-14 ）s由上式可見(jiàn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上可以看成為與磁場(chǎng)方向垂直的單位面積所通過(guò)的磁通，故三感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度。如果用磁感應(yīng)線來(lái)描述磁場(chǎng)，使磁感應(yīng)線的疏密反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，則通過(guò)某一面積的磁感應(yīng)線的總數(shù)就反映通過(guò)該面積的磁通的大小，通過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向的單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)目就反映該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。根據(jù)電磁感應(yīng)d：d 定律的公式e = 可知，在國(guó)際單位制中， 磁通的單位是伏秒，通常稱為韋伯（wb）。 dt在工程計(jì)算中，有時(shí)由于 wb這一單位太大，也常采用麥

15、克斯韋（ mx）作為磁通的單位。iwb相當(dāng)于108mx。（3）磁導(dǎo)率各種物質(zhì)在磁場(chǎng)中表現(xiàn)是不一樣的，有的會(huì)增強(qiáng)磁場(chǎng)，有的會(huì)削弱磁場(chǎng)，這主要與各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)。為了衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁性能而引入了磁導(dǎo)率這個(gè)物理量，用符號(hào)k表示，它的物理單位是亨/米（ h / m）。經(jīng)測(cè)定，真空中的磁導(dǎo)率為一個(gè)常數(shù)，用 r表示，有0 二4 二 101h/m）自然界中，大多數(shù)的物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)弱影響甚微，有的物質(zhì)使磁場(chǎng)略比真空中增強(qiáng)，如空氣、錫、鋁等；有的物質(zhì)使磁場(chǎng)略比真空中減弱，如銅、銀、石墨等，它們的磁導(dǎo)率n之r0而只有鐵、饃、鉗及其合金，他們的磁導(dǎo)率n很大，能使磁場(chǎng)大為增強(qiáng)，我們將這類物質(zhì)稱為鐵磁材料。鐵磁材料的

16、磁導(dǎo)率是真空的幾百倍，它能使磁場(chǎng)大大增強(qiáng)， 故而通電線圈一般都繞在鐵磁材料制成的鐵芯外，這樣就能以較小的電流產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，使線圈的圈數(shù)、體積、重量減小。所以在電氣設(shè)備中，鐵磁材料得到了廣泛的應(yīng)用。（4）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度b的計(jì)算在實(shí)際中往往很難求得，因?yàn)樗粌H與電流、導(dǎo)體的形狀、位置 有關(guān)，而且還與物質(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)。為了方便地計(jì)算出b ,我們引人了一個(gè)輔助物理量，稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度，用符號(hào) h表示。在電工技術(shù)中，用簡(jiǎn)單的形式來(lái)計(jì)算出某一區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度，雨要計(jì)算主的磁感應(yīng)強(qiáng)度b ,則可用公式來(lái)表示：(1-15)式中，n為該點(diǎn)處的物質(zhì)磁導(dǎo)率。磁場(chǎng)強(qiáng)度也是一個(gè)矢量，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)弓ii度的方向即為該點(diǎn)

17、的磁感應(yīng)強(qiáng)度b方向。它的物理量單位是：a/m。磁場(chǎng)強(qiáng)度的引人不僅簡(jiǎn)化了磁場(chǎng)計(jì)算，而且常用來(lái)分析鐵磁材料的磁化狀況。、磁路的概念及基本定律1.磁路磁路就是磁通通過(guò)的路徑。磁路實(shí)質(zhì)上是局限在一定路徑內(nèi)的磁場(chǎng)。常見(jiàn)的磁路如圖1-11所示，磁路中的磁通由勵(lì)磁電流產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)鐵心和空氣隙而閉合，如圖1-11 (a)、(b);也可由永久磁鐵產(chǎn)生，如圖 1-11 (c)。(a)變壓器(b)電磁鐵圖1-11常見(jiàn)電氣設(shè)備的磁路2.磁路歐姆定律圖1-12為繞有線圈的鐵心，當(dāng)線圈中通入電流i時(shí)，在鐵心中就會(huì)有磁通 中通過(guò)。實(shí)驗(yàn)可知，鐵心中的磁通 中與通過(guò)線圈的電流i、線圈匝數(shù)n、磁路的截面積 a”及磁導(dǎo)率1.逋電線圈

18、。磁源鐵心;3-空氣 隙:4-建路圖1-12 磁路n成正比，與磁路的長(zhǎng)度l成反比，即(1-16 )ina infm7rma(1-16)式中，fm = in稱為磁通勢(shì)，由此而產(chǎn)生磁通；r =一稱為磁阻，是表示磁路對(duì)磁通具有阻礙a作用的物理量。上式可以與電路中的歐姆定律(i = u 對(duì)應(yīng)，因而稱為磁路歐姆定律。r為了更好地理解磁路及其基本物理量，把磁路與電路的有關(guān)物理量一一對(duì)應(yīng)，如表1-1中。表1-1磁路與電路有關(guān)物理量對(duì)照磁路電路磁路電路磁動(dòng)勢(shì)f電動(dòng)勢(shì)e磁阻r =_l m ns電阻r=-l rs磁通電流i導(dǎo)磁率(1導(dǎo)電率r磁感應(yīng)強(qiáng)度b電流密度j磁通中= _f_rm電流i =-r第三節(jié)電路中基本元

19、件、電阻元件的基本特性電阻元件對(duì)電路中的電流具有阻礙作用，是耗能元件。電阻器簡(jiǎn)稱電阻，它是電路元件中應(yīng)用最廣泛的一種，其質(zhì)量的好壞對(duì)電路工作的穩(wěn)定性有極大影響。電阻的主要要用途是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓，在電路中常用作于分流、分壓、濾波(與電容組合)、耦合、阻抗匹配、負(fù)載等，電阻用 r符號(hào)表示。電阻的外 形結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-13所示。ta)硬眼電阻 (10金屬股電阻 2硬膜電阻口繼統(tǒng)電阻熱敏電阻圖1-13常用固定電阻器外形1 .電阻的分類(2)按電阻的用途分(1)按電阻體的材料和結(jié)構(gòu)特征分有線繞電阻和非線繞電阻能及敏感電阻。用通用電阻、精密電阻、高阻電阻、高壓電阻和高頻電阻等。2 .電阻的

20、伏安特性為電阻的伏安特性如圖u =ir1-14所示。(1-17)(a)(b)圖1-14電阻元件及伏安特性應(yīng)當(dāng)指出，式(1-17)適用于電壓與電流的參考方向是關(guān)聯(lián)方向，如果是非關(guān)聯(lián)方向， 則歐姆定律應(yīng)寫成 u=-ir。3 .汽車電路中電阻特性的應(yīng)用(1)點(diǎn)火線圈產(chǎn)生溫度點(diǎn)火線圈中的電阻在工作時(shí)，電流流過(guò)點(diǎn)火線圈會(huì)產(chǎn)生熱量而使其溫度上升。(2)接觸不良造成電壓降點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、線路連接端子及蓄電池導(dǎo)線接頭等接觸不良，就會(huì)具有一定的接觸電阻，接觸電阻產(chǎn)生的電壓降會(huì)使用電設(shè)備的電壓降低，電流減小，造成用電設(shè)備工作不正?；虿荒芄ぷ鳌?3)接觸不良造成溫升電流經(jīng)過(guò)接觸電阻所產(chǎn)生的熱量，會(huì)使該接觸不良處溫度升高。

21、二、電容元件的基本特性電容器簡(jiǎn)稱電容，它由兩個(gè)極板及它們之間的介質(zhì)組成?？梢詢?chǔ)存電場(chǎng)能量， 電容元件本身不消耗能量。利用電容器充、放電和隔直、通交特性，在電路中常用于調(diào)諧、濾波、耦 合、旁路、能量轉(zhuǎn)換等。電容器用符號(hào)c表示。電容器的外形示意圖及有關(guān)圖形符號(hào)如圖1-14所示。c 王空介固定電器襤ctf電解電容器(c)羋可變電容器圖 1-15電容器形狀及圖形符號(hào)1 .電容器的分類(1)按其結(jié)構(gòu)分有固定電容器、半可變電容器、可變電容器三大類。(1-18)圖1-16電容元件式(1-19)表明，在某一時(shí)刻電容電路中的電流ic與該時(shí)刻電容(2)按電容器介質(zhì)材料分有電解電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器

22、三大類。2 .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，即 q = cu當(dāng)電容器(見(jiàn)圖1-16)極板上的電荷q或兩極板間的電壓uc發(fā)生變化時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生電流足，在圖1-16中所規(guī)定的參考方向下, 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為(1-19)dqducic = = cdtdt電壓uc變化率成正比，而與該時(shí)刻電容電壓 uc的數(shù)值無(wú)關(guān)，這一特性稱為電容的動(dòng)態(tài)特性:電容元件也稱為動(dòng)態(tài)元件。式(1-19)還表明了電容元件的一個(gè)重要特性，即：如果電容的電流為有限值，則電容兩端的的電壓只能連續(xù)變化而不能躍變。否則，就會(huì)導(dǎo)致處一 8, ic=c-g,這與dtdt保持電流為有限值相違

23、背，所以電容電壓不可能發(fā)生躍變。電容是一種有“記憶”功能的元件。其電場(chǎng)能量 wc的大小與電容量c和電容兩端的電壓 u的關(guān)系如下：1,2vc = - cu c(1-20)23 .汽車電路中電容特性應(yīng)用(1)電容吸收自感電動(dòng)勢(shì)觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)分電器上的電容器并聯(lián)于斷電器觸點(diǎn)的兩端，這是利用電容電壓不能突變的特性來(lái)吸收點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的自感電勢(shì)，以減小觸點(diǎn)火花和提高次級(jí)電壓。(2)電容吸收高頻波一些電子點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火線圈處接一個(gè)電容，用以吸收點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻振蕩波, 以減小對(duì)無(wú)線電的干擾。(3)蓄電池的電壓安全保護(hù)作用蓄電池相當(dāng)于一個(gè)大容量的電容，用它可以吸收電路中的瞬變過(guò)電壓，使電壓穩(wěn)定, 對(duì)電路

24、元件起到了保護(hù)作用。三、電感元件的基本特性電感器電感器是用漆包線在絕緣骨架上繞制而成的一種能夠存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的電子元件。是汽車電子線路的重要元件之一，它與電阻、電容、晶體管等元器件組合構(gòu)成各種功能的電l表不。子電路。在調(diào)諧、振蕩、耦合、匹配、濾波等電路中都是重要元件。電容器用符號(hào) 電感器的外形示意圖如圖 1-17所示。而瑞娜芯屯巴粉固定電感器賽芯屯愿揩圖1-17 電感器的外形示意圖1 .電感線圈的分類(1)按電感線圈圈芯性質(zhì)分有空心線圈和帶磁芯的線圈。(2)按繞制方式不同分有單層線圈、多層線圈、蜂房線圈等。(3)按電感量變化情況分有固定電感和微調(diào)電感等。電感元件(b)符號(hào)圖1-18電感元件及其表

25、示符號(hào)電壓，以u(píng)l表示，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，有(1-21 )2 .電感器的電壓、電流特性如圖1-18所示，當(dāng)通過(guò)線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，由于穿過(guò) 線圈的磁通也相應(yīng)地發(fā)生變化，因此在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)d-diul = = l dtdt式(1-21)就是電感元件的特性方程式。它表明：在某 一時(shí)刻電感兩端的電壓只取決于該時(shí)刻的電流變化 率，而與該時(shí)刻電流的大小無(wú)關(guān)。這一特性稱為電感 的動(dòng)態(tài)特性，故電感元件也稱為動(dòng)態(tài)元件。式(1-21)還表明了電感元件的一個(gè)重要特性，如果電感兩端的電壓保持為有限值，則流過(guò)電感的電流只能連續(xù)變化而不能躍變。電感也是一種有“記憶”功能的元件，其磁場(chǎng)能量 wl的大小與電感量 l和

26、通過(guò)電感的電流i的關(guān)系如下：1 2wl= li(1-22)23.汽車電路中電感特性應(yīng)用(1)點(diǎn)火線圈儲(chǔ)存點(diǎn)火能量點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組通電時(shí)， 將電源的電能變?yōu)榇艌?chǎng)能量，并在初級(jí)繞組斷電時(shí)， 再轉(zhuǎn)換為火花塞電極的點(diǎn)火能量。(2)電感的自感電動(dòng)勢(shì)造成過(guò)電壓點(diǎn)火線圈、繼電器線圈、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的繞組等電感在電路開(kāi)關(guān)開(kāi)閉時(shí)或是通電線路 突然斷開(kāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)， 這些瞬變的電壓可以很高，會(huì)對(duì)汽車上的電子元件造成危害。因此，現(xiàn)代汽車電氣設(shè)備特別強(qiáng)調(diào)蓄電池的連接要可靠。因?yàn)樾铍姵乜晌账沧冞^(guò)電壓，對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓和保護(hù)電子元件起到很重要的作用。三、變壓器變壓器是一種交流電壓變換成頻率相同而電壓不同的靜止電器

27、設(shè)備，在汽車電子線路中應(yīng)用十分廣泛。1 .變壓器的主要作用升壓和降壓、變換電流、 變換阻抗和傳遞信息。如電子線路中的輸出變壓器、耦合變壓 器。2 .變壓器的分類(1)按變壓器的鐵心和線圈結(jié)構(gòu)分有芯式變壓器和殼式變壓器等，大功率變壓器以芯式結(jié)構(gòu)為多，小功率變壓器常采用殼式結(jié)構(gòu)。(2)按變壓器使用頻率分有高頻變壓器、中頻變壓器和低頻變壓器。常見(jiàn)變壓器的符號(hào)如圖1-19所示，常見(jiàn)變壓器外形如圖1-20所示。股軾變正器高竟變壓器 中蚓變正番圖1-20變壓器外形圖1-19變壓器的符號(hào)3 .變壓器的檢測(cè)方法(1)外觀檢查 外觀檢查包括能夠看見(jiàn)摸得到的項(xiàng)目，如線圈引線是否脫焊，絕緣材 料是否燒焦，機(jī)械是否損

28、傷和表面破損等。(2)開(kāi)路檢查 一般中、高頻變壓器的線圈圈數(shù)不多， 其直流電阻應(yīng)很小，在零點(diǎn)幾 歐姆至幾歐姆之間。音頻和電流變壓器由于線圈圈數(shù)較多， 直流電阻可達(dá)幾百歐至幾千歐以 上。用萬(wàn)用表測(cè)變壓器的直流電阻只能初步判斷變壓器是否正常，還必須進(jìn)行短路檢查。(3)短路檢查高頻變壓器的局部短路要用專門測(cè)量?jī)x器判斷。中、高頻變壓器內(nèi)部局部短路時(shí)，表現(xiàn)為線圈的空載值 q下降，整機(jī)特性變壞。由于變壓器一、二次側(cè)之間是交流耦合，直流斷路的，如果變壓器兩繞組之間發(fā)生短路, 會(huì)造成直流電壓直通，可用萬(wàn)用表檢測(cè)出來(lái)。五、繼電器繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號(hào)的變化來(lái)接通或斷開(kāi)小電流電路的自動(dòng)控制電 器。繼電

29、器在汽車中主要起著控制和保護(hù)電路的作用。繼電器一般由三個(gè)基本部分組成：檢測(cè)機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。檢測(cè)機(jī)構(gòu)的作用是接收外界輸入信號(hào)并將信號(hào)傳遞給中間機(jī)構(gòu)；中間機(jī)構(gòu)對(duì)信號(hào)的變化進(jìn)行判斷、物理量轉(zhuǎn)換、放大等；當(dāng)輸入信號(hào)變化到一定值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(一般是觸頭)動(dòng) 作，從而使其所控制的電路狀態(tài)發(fā)生變化，接通或斷開(kāi)某部分電路， 達(dá)到控制或保護(hù)的目的。汽車中常見(jiàn)的繼電器有電磁繼電器、干簧繼電器、雙金屬繼電器和電子繼電器。1 .繼電器的工作原理(1)繼電器的保護(hù)工作原理卜蓄也池;上熔斷器;3-里叭斷噌耦港-電喇叭;5-喇叭按鈕圖1-21繼電器起保護(hù)的電路原理繼電器用作保護(hù)的電路原理如圖1-21所示。該繼電器

30、保護(hù)電路用于保護(hù)喇叭按鈕 觸點(diǎn)。喇叭的工作電流較大，直接由喇叭按 鈕控制，其觸點(diǎn)很容易燒壞。圖中的喇叭電 路加了喇叭繼電器后，喇叭按鈕開(kāi)關(guān)只控制繼電器線圈電路的通斷，由繼電器線圈通電產(chǎn)生的電磁力使繼電器觸點(diǎn)閉合，接通喇叭電路。喇叭按鈕只通過(guò)繼電器線圈較小的電 流，使喇叭按鈕觸點(diǎn)不容易燒壞，使用壽命 得以延長(zhǎng)。(2)繼電器的自動(dòng)控制電路原理繼電器用做自動(dòng)控制的電路原理如圖1-22所示。該繼電器控制電路用于自動(dòng)控制充電指示燈的亮起和熄滅，以提示充電系統(tǒng)工作是否正常。繼電器線圈連接發(fā)電機(jī)的中點(diǎn)接線柱n (該接線柱電壓是發(fā)電機(jī)輸出端子b電壓的1/2),繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在充電指示燈電路中。當(dāng)發(fā)電機(jī)正

31、常發(fā)電時(shí)，其中點(diǎn)電壓使繼電器線圈通電而打開(kāi)觸點(diǎn)，充電指示燈自動(dòng)熄滅，指示充電系統(tǒng)正常工作。當(dāng)接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 而發(fā)動(dòng)機(jī)未工作或發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障時(shí)，發(fā)電機(jī)中點(diǎn)電壓低或無(wú)， 使繼電器線圈電流小或斷流，繼電器觸點(diǎn)在彈簧力作用下閉合，充電指示燈亮，指示充電系統(tǒng)未工作或有故障。l-蓄電池；2-盍火開(kāi)是；a充電指岳燈:處充電指本燈解電福5-發(fā)電機(jī)；b-發(fā)電機(jī)電林(輸出)接戰(zhàn)柱；即發(fā)電機(jī)中點(diǎn)貍戰(zhàn)柱圖1-22繼電器的自動(dòng)控制電路原理第四節(jié)電子元件一、pn結(jié)及其特性1、半導(dǎo)體的基本知識(shí)物質(zhì)按其導(dǎo)電能力的不同，將其分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類。半導(dǎo)體，它的導(dǎo)電 能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并且其導(dǎo)電能力是可以控制的。如

32、硅、錯(cuò)以及大多數(shù)金屬氧化 物和硫化物等都是半導(dǎo)體。其中以硅和錯(cuò)半導(dǎo)體的生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，所以應(yīng)用較多。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展實(shí)際上就是半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，這是因?yàn)槌税雽?dǎo)體導(dǎo)電能力不同外，半導(dǎo)體還有以下特征。(1)雜敏性：半導(dǎo)體對(duì)雜質(zhì)很敏感。在半導(dǎo)體硅中只要摻入億分之一的硼( b),電阻率就會(huì)下降到 原來(lái)的幾萬(wàn)分之一。 人們就用控制摻雜的方法， 制造出各種不同性能、 不同用途的半導(dǎo)體器 件，如普通半導(dǎo)體二極管、三極管、晶閘管、電阻和電容等。在半導(dǎo)體中不同的部分摻入不同的雜質(zhì)就呈現(xiàn)不同的性能，再采用一些特殊工藝，將 各種半導(dǎo)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接就可制成具有某一特定功能的電路一集成電路。(2)熱敏性：半導(dǎo)體

33、對(duì)溫度很敏感。溫度每升高10c,半導(dǎo)體的電阻率就減小為原來(lái)的二分之一。這種特性對(duì)半導(dǎo)體器件的工作性能有許多不利的影響，利用這一特性可制成自動(dòng)控制中有用的熱敏電阻。(3)光敏性：半導(dǎo)體對(duì)光照很敏感。半導(dǎo)體受光照時(shí)，它的電阻率會(huì)顯著減小。自動(dòng)控制中用的光 電二極管、光電三極管和光敏電阻等，就是利用這一特性制成的。2、p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體純凈的幾乎不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料在外界能量的作用下，激發(fā)出兩種載流子：自由電子和空穴，它們都具有導(dǎo)電能力。自由電子帶負(fù)電荷，空穴帶正電荷。當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：一部分是自由電子作定向 運(yùn)動(dòng)所形成的電子電流， 一部分

34、是空穴電流。在半導(dǎo)體中，同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電， 這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)差別。（1）n型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體（如硅、錯(cuò)均為四價(jià)元素）中摻入微量的五價(jià)元素（如磷），這將使半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大大增多，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體導(dǎo)電的 主要導(dǎo)電方式，故稱它為電子半導(dǎo)體或n型半導(dǎo)體。在 n型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，而空穴則是少數(shù)載流子。（2） p型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼），這將使空穴的數(shù)目顯著增加，自由電子則相對(duì)很少。 這種以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體稱為空穴半 導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體。其中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流

35、子。應(yīng)當(dāng)指出，不論是 n型半導(dǎo)體還是 p型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但 是整個(gè)晶體仍然是不帶電的，對(duì)外不顯示電性。3、pn結(jié)及其單向?qū)щ娦酝ǔＪ窃谝粔K晶片上，采取一定的摻雜工藝措施，在兩邊分別形成p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，它們的交界面就形成 pn結(jié)，這pn結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。 pn結(jié)具有 單向?qū)щ娦?，它是二極管、三極管、晶閘管以及半導(dǎo)體集成電路等半導(dǎo)體器件的核心部分。（1） pn結(jié)的形成圖1-23所示一塊半導(dǎo)體左邊為 p區(qū)右邊為n區(qū)，由于p區(qū)有大量空穴（濃度大）而 n 區(qū)的空穴極少（濃度?。?，因此空穴要從濃度大的 p區(qū)向濃度小的n區(qū)擴(kuò)散。首先是交界面 附近的空穴擴(kuò)散到 n區(qū)

36、，在交界面附近的 p區(qū)留下一些帶負(fù)電的三價(jià)雜質(zhì)離子，形成負(fù)空 間電荷區(qū)。同樣，n區(qū)的自由電子（濃度大）要向 p區(qū)自由電子（濃度?。U(kuò)散，在交界面 附近的n區(qū)留下帶正電的五價(jià)雜質(zhì)離子，形成正空間電荷區(qū)。這樣，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體交界面的兩側(cè)就形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，這個(gè)空間電荷區(qū)就是pn結(jié)。o 10 1。.0o。q。 ag 0 。廿 o 0 0 0!?？谝话住日3。0 d 尸8承 01 * * * g q r * * * 0 p區(qū)n區(qū)p區(qū)n區(qū)/*_ _ 空間 室八電子1電荷區(qū)r內(nèi)電場(chǎng)方向5） （t敏運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡構(gòu)成pn結(jié)時(shí)凝液子的斤的過(guò)程圖1-23 pn結(jié)的形成正負(fù)空間電荷區(qū)在交界

37、面處形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向從帶正電的n區(qū)指向帶負(fù)電的p區(qū)，如圖1-23 （b）所示。內(nèi)電場(chǎng)的作用是阻礙兩區(qū)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，即阻止p區(qū)的空穴向n區(qū)擴(kuò)散和n區(qū)的自由電子向 p區(qū)擴(kuò)散。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)兩區(qū)少數(shù)載流子的作用恰恰相反，它將推動(dòng)少 數(shù)載流子越超空間電荷區(qū)，即把p區(qū)的自由電子推向 n區(qū)，把n區(qū)的空穴推向p區(qū)。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下的這種運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在pn結(jié)的形成過(guò)程中，多數(shù)載流子由于濃度差別而產(chǎn)生的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少數(shù)載流子在內(nèi) 電場(chǎng)作用下而產(chǎn)生的漂移運(yùn)動(dòng)是互相聯(lián)系而存在的。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空間電荷區(qū)與內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)又削弱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。最后，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平

38、衡，即從p區(qū)擴(kuò)散到n區(qū)的空穴與從 n區(qū)漂移到p區(qū)的空穴數(shù)相等。此時(shí)空間電荷區(qū)的寬度及內(nèi)電場(chǎng) 的強(qiáng)度均處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。（2） pn結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻趐n結(jié)上加上正向電壓，即p區(qū)接外電源的正極，n區(qū)接外電源的負(fù)極，如圖1-24(a)所示，稱為正向偏置(簡(jiǎn)稱正偏)。這時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱。pn結(jié)內(nèi)部擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)之間的平衡狀態(tài)被破壞，空間電荷區(qū)變窄，多數(shù)載流子的擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的從 p區(qū)通過(guò)pn結(jié)流向n區(qū)的正向電流i。在一定范圍內(nèi)，外加電 壓愈大，外電場(chǎng)愈強(qiáng)，正向電流i也愈大，pn結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。如果給 pn結(jié)外加反向電壓，稱為反向偏置(簡(jiǎn)稱反偏)，即p區(qū)接外電

39、源負(fù)極，n區(qū)接外電源正極，如圖 1-24(b) 所示，這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。在外電場(chǎng)作用下，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，使 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難以進(jìn)行。反向電流很小，近似等于零。pn結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。皂eee pqg) qqqq 0ao-q0.0.0空間肛用風(fēng)-t-內(nèi)電m外電用11(&】區(qū)匕電和mx圖1-24 pn結(jié)的單向?qū)щ娦詎區(qū)一-內(nèi)電胡 一外電敲1h eb)反向電m上述情況表明：在 pn結(jié)上加正向電壓時(shí)，正向電流大，pn結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；在 pn結(jié)上加反向電壓時(shí)，反向電流很小，pn結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。就是說(shuō)，pn結(jié)具有單向?qū)щ娦浴６?、二極管1 .二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類半導(dǎo)體二極管的種類

40、很多，按材料來(lái)分，最常用的有硅管和錯(cuò)管兩種；二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖1-25所示。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)如圖1-25 (a)所示，點(diǎn)接觸型二極管其特點(diǎn)是結(jié)面積小，極間電 容也很小，故不能承受較高的反向電壓和較大的電流，適用于高頻小功率場(chǎng)合應(yīng)用。點(diǎn)接觸 型錯(cuò)二極管，常用于高頻檢波。面接觸型(或面結(jié)型)二極管的結(jié)構(gòu)如圖1-25 (b)所示，(h)點(diǎn)接觸型陽(yáng)橫引線u陰槌引戰(zhàn)(b)商接觸期這類二極管的結(jié)面積大，極間電容也大，允許通過(guò)的正向電流大，適用于低頻大功率場(chǎng)合。 面結(jié)型硅二極管常用于整流。陰極k:口電路符號(hào)圖1-25半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)2 .二極管的伏安特性二極管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)pn結(jié)，它具有單向

41、導(dǎo)電性，二極管的伏安特性曲線如圖1-26所示。流過(guò)二級(jí)管的電流 i與其端電壓u的關(guān)系稱為二極管的伏安特性曲線。圖1-26二極管的伏安特性曲線正向伏安特性是指縱坐標(biāo)右側(cè)部分它的主要特點(diǎn)如下：(1)正向特性當(dāng)正向電壓很小的時(shí)候，正向電流很小，幾乎為零，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)正向電壓超過(guò)一定數(shù)值(硅管約為 0.5v,鑄管約為0.2v)后，電流隨電壓的上升增長(zhǎng)得很快，二極 管電阻變得非常小， 進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。這個(gè)一定數(shù)值的正向電壓就稱為死區(qū)電壓(門限電壓)，其大小與管子的材料以及環(huán)境溫度有關(guān)。二極管導(dǎo)通后，正向電流和正向電壓是非線性關(guān)系，正向電流變化較大時(shí)，二極管兩端正向壓降幾乎為恒量，硅管的正向壓降約

42、為0.7v,鑄管的正向壓降約為 0.3v。(2)反向特性當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，二極管的反向電流很小， 而且在很大范圍內(nèi)基本上不隨反向電壓的變化而變化， 此時(shí)二極管處于反向截止區(qū)，此處的反向電流值稱為反向飽和電流(錯(cuò)管的反向飽和電流比硅管大)。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，反向電流會(huì)突然急劇增大，此時(shí)的現(xiàn)象稱為反向電擊穿，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓用ubr表示。通常加在二極管的反向電壓不允許超過(guò)反向電壓，否則二極管將失去單向?qū)щ娦院投O管的損壞(穩(wěn)壓極管除外)。三、穩(wěn)壓管1 .穩(wěn)壓二極管的符號(hào)及其伏安特性曲線穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管，其電路符號(hào)如圖1

43、-27 (a)所示。使用時(shí)，它的陰極接外加電壓的正極，陽(yáng)極接外加電壓負(fù)極，管 子反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性穩(wěn)定直流電壓。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線如圖1-27 (b)所示，其正向特性與普通二極管相同，反向特性曲線比普通二極管更陡。二極管在反向擊穿狀態(tài)下，流過(guò)管子的電流變化很大，而兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓管正是利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的。穩(wěn)壓管工作時(shí)，必須接入限流電阻，才能使其流過(guò)的反向電流在izmin izmax范圍內(nèi)變化。在這個(gè)范圍內(nèi)，穩(wěn)壓管工作安全且兩端的反向電壓變化很小。2.穩(wěn)壓電路圖1-27穩(wěn)壓二極管符號(hào)及其伏安特性曲線直流穩(wěn)壓電源是采用穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)定電壓，穩(wěn)壓管并聯(lián)型

44、穩(wěn)壓電路如圖1-28所示。經(jīng)過(guò)整流電路和電容濾波得到直流電壓ui,在經(jīng)過(guò)限流電阻和穩(wěn)壓管vdz接到負(fù)載電阻 rl ,這樣負(fù)載上就 得到比較穩(wěn)定的電壓。該電路的穩(wěn)壓原理是：當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，必然引起整流濾波電路輸出電壓 ui升高，而 高又會(huì)引起輸出電壓 u0 （即uz）的增大。 管的穩(wěn)壓特性可知， u z的增大，勢(shì)必引起 大增大，于是限流電阻r上的電流ir增大,ui的升由穩(wěn)壓iz的較r上電壓降也增大，這在很大程度上讓 r承擔(dān)了 ui的變化,才 t% vd達(dá)圖1-28 簡(jiǎn)單并聯(lián)型穩(wěn)壓電路從而使uo基本上趨于穩(wěn)定（ui t - uot-izt-i t-urt-uoj）。反之，當(dāng)ui下降而引起uo變小

45、時(shí)，也會(huì)引起iz減小,r上電壓降ur減小,同樣保持了 uo的基本穩(wěn)定。同理，當(dāng)負(fù)載電流uo （即uz ）的減小， 因而保持了總電流ir 不變，使ul基本穩(wěn)定。il變化（即rl變化），如il增大，在ui不變的情況下，勢(shì)必會(huì)引起 使il有較大的下降，(i r = i z * i l)基本1.三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)晶體管的結(jié)構(gòu)意圖1-29 （a）所示，它 是由三層不同性質(zhì)的半導(dǎo)體組合而成的。 按 半導(dǎo)體的組合方式不同，可將其分為npn型管和pnp型管。晶體管的圖形符號(hào)如圖 1-29（b）所示，符號(hào)中的箭頭方向表示發(fā)射 結(jié)正向偏置時(shí)的電流方向。-集電結(jié)發(fā)射區(qū)(培/npn型集電區(qū)、 基區(qū)b城射結(jié)發(fā)射區(qū)（用圖

46、形符號(hào)cpnp型圖 1-29晶體管的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)三極管為保證其電流放大作用，采取了如下結(jié)構(gòu)措施：(1)基區(qū)很薄，摻雜的濃度低，使其電子( n型)或空穴(p型)的數(shù)量少。(2)發(fā)射區(qū)摻雜的濃度高，一般高于集電區(qū)，比基區(qū)則高許多倍。2 .三極管的電流放大原理下面以npn型三極管為例，說(shuō)明一下三極管的電流放大原理。如圖1-30所示，發(fā)射結(jié)加正向電壓，而集電結(jié)加反向電壓。i.發(fā)射區(qū)向集電區(qū)擴(kuò)散的電子2基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴集電 極電流打其擷電波打發(fā)射極電波圖1-30三極管的電流放大原理發(fā)射結(jié)加正向電壓， 削弱了發(fā)射結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)， 使其阻擋層變薄。于是， 發(fā)射區(qū)濃度很高 的電子就越過(guò)發(fā)射結(jié)向基區(qū)擴(kuò)散，

47、進(jìn)入基區(qū)的自由與基區(qū)為數(shù)不多的空穴復(fù)合，其余的繼續(xù)向電子濃度低的集電結(jié)處擴(kuò)散。集電結(jié)加反向電壓， 其內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，空間電荷區(qū)加寬，擴(kuò)散到集電結(jié)附近的自由電子在 集電結(jié)內(nèi)電場(chǎng)力的作用下，越過(guò)集電結(jié)，進(jìn)入集電區(qū)。進(jìn)入集電區(qū)的自由電子被電源ec拉走，形成集成電極電流ic ;電源不斷地向發(fā)射區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 i e ；電源ec從基區(qū)拉走電子。形成了基極電流i b。由于基區(qū)的空穴數(shù)量很少，從發(fā)射區(qū)進(jìn)人基區(qū)的自由電子與基區(qū)的空穴復(fù)合的很少，而大量的是被集電結(jié)內(nèi)電場(chǎng)拉到了集電區(qū)，因此，ibic。ic與ib的比值就是三極管的電流放大倍數(shù)p。p 小(1-23)7b143 .三極管的特性, j+(1)三極

48、管的放大特性三極管級(jí)成的放大電路有共射、共集和共基。要使一-/o(%三極管工作在放大狀態(tài)， 必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，.而與集射極電壓uce無(wú)關(guān)，如圖1-31所示。當(dāng)ib 一定時(shí)，匕， ic基本不變，具有恒流特性。當(dāng)ube微小變化時(shí)，引起ib”變化；當(dāng)ib微小的變化，引起ic較大的變化，即 i c = pa b(1-24 )圖1-31 三極管的放大狀態(tài)上式表明ic是受ib控制的受控電流源，具有電流放大特性。正是由于三極管的這一特性，三極管被廣泛應(yīng)用于電壓放大、電流放大和功率放大電路中。(2)三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管除了放大工作狀態(tài)外，還有截止工作狀態(tài)和飽和導(dǎo)通工作狀態(tài)，即三極管還具有開(kāi)關(guān)特性

49、。三極管的截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)加在發(fā)射結(jié)上的電壓u be 0和加在集電結(jié)上電壓ubc a0時(shí)，基極電流ib再增大而集電極電流ic卻不再增大，即ic不受ib的控制，三極 管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)由于飽和時(shí)集電極電流最大，集電極電壓很小，uce-0.3vc、e極之間近似于短路，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)，如圖 1-33所示。圖1-32三極管的截止?fàn)顟B(tài)圖圖1-33三極管的飽和導(dǎo)通狀態(tài)三極管的開(kāi)關(guān)特性，被用作由電信號(hào)控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，在汽車電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用是很多的，如無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的電子點(diǎn)火器、電子式電壓調(diào)節(jié)器、無(wú)觸點(diǎn)電喇叭等。五、晶閘管(可控硅)1 .晶閘管的結(jié)構(gòu)我國(guó)目前生產(chǎn)的晶閘管， 從外形上來(lái)分有兩種形式

50、： 螺栓式和平板式。其外形及符號(hào)如 圖1-34所示。晶閘管內(nèi)部是由三個(gè) pn結(jié)組成，可以把它中間的 ni和p2分為兩部分，構(gòu)成 一個(gè)pnp型三極管和一個(gè) npn型三極管的復(fù)合管，如圖 1-35所示。2 .晶閘管的導(dǎo)通原理晶閘管工作時(shí)，它的陽(yáng)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。圖1-36所示的是晶閘管的實(shí)驗(yàn)電路，主電源ea和門極電源eg通過(guò)雙刀雙擲開(kāi)關(guān) s1和s2可正向或反向作用于晶閘管的有關(guān)電極，主電路的通斷由燈泡顯示。由實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：(1)當(dāng)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。

51、(2)當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓時(shí)，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(shí)具備正向陽(yáng)極電壓和正向門極電壓兩個(gè)條件。(a)外形圖1-34晶閘管的外形及符號(hào)女控制極氏陰極j 4一日楨內(nèi)部紂構(gòu)圖1-35晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(3)晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要仍有一定的正向陽(yáng)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)通后，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(shí)，晶閘管關(guān)斷。從晶閘管實(shí)驗(yàn)中，我們可得到晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的條件。下面我們用兩個(gè)三極管的相互作用來(lái)說(shuō)明晶閘管的工作原理。如圖1-37所示。圖1-36 晶閘管實(shí)驗(yàn)電路圖

52、1-37晶閘管的工作原理如果控制極不加電壓，則當(dāng)陽(yáng)極 a和陰極k之間加正向電壓時(shí)，在三個(gè) pn結(jié)中有兩 個(gè)pn結(jié)正向偏置，晶閘管不導(dǎo)通，稱為阻斷；當(dāng) a、k之間加反向電壓時(shí)，兩個(gè) pn結(jié)反 向偏置，一個(gè)pn結(jié)正向偏置，晶閘管也阻斷。如果控制極 g與陰極k之間加正向電壓 ug,而且a、k之間也加正向電壓 ua,則ua 使vt1、vt2集電結(jié)反向偏置。由于 ug使vt2的發(fā)射結(jié)正偏而產(chǎn)生控制極電流 ig,它就是 vt2的基極電流ib2。vt2放大后其集電極電流 ic2=p1lb2=plg,此電流又流入 vt2的基極，再一次放大。這樣循環(huán)下去，形成強(qiáng)烈的正反饋，使兩個(gè)晶閘管很快達(dá)到飽和導(dǎo)通。導(dǎo)通后,其壓降很小，電源電壓 ua幾乎全部加在負(fù)載上，晶閘管中就流過(guò)負(fù)載電流。晶閘管導(dǎo)通后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身反饋的作用來(lái)維持，即使控制極電流消失，ici也遠(yuǎn)大于原來(lái)的ig,晶閘管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。所以控制極的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通后控制極就失去了控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，必須減小陽(yáng)極電流i使之不能維持正反饋過(guò)程，這個(gè)最小電流稱為維持電流。當(dāng)然也可將陽(yáng)極電壓降為零或使之反向。一如果陽(yáng)極和陰極間加反向電壓，則由于vti、vt 2的發(fā)射結(jié)處于反向偏置，因此無(wú)論控制極是否加有電壓，晶閘管均不導(dǎo)通。六、集成電路集成電路它是把多個(gè)元器件相互連接在一起，并且同時(shí)