汽车电子电路基础知识

1、湖北交通职业技术学院教学设计教师姓名黄刚授课班级授课日期2015年 3 月1402035日授课形式授课时数课程名称汽车电子及电器章节名称增补内容：电子电路基础知识教学背景教学目标PPT/视频/实验学生为汽车整形技术专业的，有一定的汽车专业基础知识，对汽车 结构及发展有一定的了解。现在要学习汽车电器知识，考虑学生的实际 水平，进行电子电路基础知识的补充介绍。知识目标：掌握电路的基本概念、电路连接的基本特点、电路图 的组成；理解电和磁的基本关系、电磁感应原理；了解二极管、 三极管的基本特性。 能力目标：能够识读简单的电路图；会用左手、右手安培定则； 会使用万用表对二极管、三极管进行简易测试。 素质

2、目标：培养学习兴趣，明确学习目标，加强团队合作意识。 教学重点电路连接的基本特点，二极管、三极管的基本特性教学难点电磁感应原理课外作业搜集一些讲课没有涉及到的汽车新技术进行交流。教学设计I、教学信息 本内容为汽车整形技术专业钣喷方向汽车概论课程中的一个学习项目，对 象为汽车专业单招班一年级学生，有了一定的汽车结构基础知识。通过本任 务的学习学生要对汽车电路及电子技术方面的基本内容有一定的了解，为后 续汽车电器知识的学习打下基础。并要进一步培养学生学习兴趣，让他们明 确学习目标。U、教学目标斓雕棚馳颜卜冈嗣严SMlb甌 il 即9th:rCliff3CtW5lic备注备注授课主要流程设计川、教学

3、流程一、课程引入汽车电气设备是汽车的重要组成部分，随着汽车技术的进步，汽车电气设 备的结构与性能也在不断改进，特别是电子技术在汽车上的广泛应用已经成为 现代汽车电气设备的重要标志。 但要对汽车电气设备的相关知识进行全面掌握, 必须具有一定的电工电子基础知识。二、理论指导项目一：直流电路基础一、电路的基本概念1、电路的组成电路就是电流所流过的路径，它为了实现某种功能由一些电气设备或元件 构成。就其功能而言，可以分为两大类：一是实现能量的转换、传送与分配（如 电力系统电路等）；二是实现信号的传送和处理（如广播电视系统）。一般由电源、用电器、导线、开关组成。2、电路的状态电路通常有三种状态：通路、开

4、路和短路。通路：电路连成闭合回路，电路中有电流通过。开路：指电路中某处断开，不构成通路的电路。短路：把电源两端的导线直接相连时，电源输出的电流不经负载只经连接 导线而直接流回电源的状态3、电路图电路图是用国家统一规定的电器元件或设备的符号来表示电路连接情况。(a)韭EL(d)电二、汽车电路的特点1、两个电源 蓄电池、发电机2、低压直流3、并联单线4、负极搭铁三、电阻的连接及应用1、电阻的串联及应用两个或两个以上的电阻依次相连，中间无分支的连接方式叫电阻的串联。 电阻串联的性质：（1）流过各电阻中的电流相等，即1=11=12+十UUUiR才（2）电路的总电压等于各电阻两端的电压之和，即U=U1+

5、U2由此可得，电路取用的总功率等于各电阻取用的功率之和，即IU=IU1+IU2（3）电路的总电阻等于各电阻之和，即R=R1+R2（4）电路中每个电阻的端电压与电阻值成正比（5） 串联电阻电路消耗的总功率P等于各串联电阻消耗的功率之和，即P P P P2Pn串联电路的实际应用主要有： 常用电阻的串联来增大阻值，以达到限流的目的； 常用几个电阻的串联构成分压器，以达到同一电源能供给不同电压的需要； 在电工测量中，应用串联电阻来扩大电压表的量程。2、电阻的并联及应用：两个或两个以上的电阻接在电路中相同两点之间的连接方式叫电阻的并 联。（1）rt）电阻并联的性质：（1）各并联电阻的端电压相等，且等于电

6、路两端的电压，即U=U1=U2（2）并联电路中的总电流等于各电阻中流过的电流之和，即1=11 + 12（3）并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和。（4） 并联电路中，流过各电阻的电流与其电阻值成反比，阻值越大的电阻 分到的电流越小。可见，在电路中，通过并联电阻能达到分流的目的。（5）并联电阻电路消耗的总功率等于各电阻上消耗的功率之和。可见，各并联电阻消耗的功率与其电阻值成反比。并联电路的实际应用有：1）工作电压相同的负载都是采用并联接法。对于供电线路中的负载， 一般都是并联接法，负载并联时各负载自成一个支路，如果供电电压一定，各负载 工作时相互不影响，某个支路电阻值的改变，只会使本支

7、路和供电线路的电流 变化，而不影响其他支路。例如工厂中的各种电动机、电炉、电烙铁与各种照明灯都是采用并联接法，人们可以根据不同的需要起动或停止各支路的负载。2 ）利用电阻的并联来降低电阻值，例如将两个1000 的电阻并联使用,其电阻值则为500。3）在电工测量中，常用并联电阻的方法来扩大电流表量程。项目二：电磁原理导入新课：常用的电动机、变压器，以及在汽车上用到的电磁铁、继电器、各种电磁 阀，都是有铁芯的线圈，所以在这些电气设备中不仅存在电路问题，也存在着 磁路问题。比如电气设备内部的电与磁的相互作用、相互转换等。本项目就来 学习磁路及电磁器件的知识。、磁场的基本物理量1. 磁感应强度B的大小

8、可用 =BS公式计算。2 .磁通量 若磁场为均匀磁场，3 .磁导率卩磁导率 卩用来衡量磁介质导磁性能的物理量。如图3-1所示的直导体，在导体附近X点处的磁感应强度 BXBx磁导率 卩的单位：亨每米（H / m）。不同的介质，磁导率 卩也不同。例如真空的磁导率卩o= 4 nX 10-7H/m一般磁介质的磁导率 卩与真空中磁导率卩o的比值，称为相对磁导率，用卩r表 示，即r0相对磁导率卩r的物理意义：根据磁介质相对磁导率的不同，材料分成三大类： 第一类略小于1，称为逆磁（反磁）材料； 第二类 卩r略大于1，顺磁材料。这两类统称为非铁磁性材料。 第三类为铁磁性材料。4 .磁场强度H 磁场强度H也是磁

9、场的一个基本物理量。上式中，H为磁场强度，单位为安每米 (A / m)。 由图3-1可知，磁场中X点的磁场强度HX为BxI27由此可见，磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位 置，而与磁介质无关(而 B与磁介质有关，使磁场的计算变得复杂)。H和B同为矢量。H的方向就是该点 B的方向。、电磁感应1 .电磁感应定律在电磁感应中产生的感应电动势 e N dt上式中的负号表明：感生电动势的方向总是阻碍原磁通量的变化趋势。2 .自感和互感:(1)自感 eLL dt(2)互感我们把一个线圈的电流变化在紧靠它的另一个线圈中产生感生电动势的现 象叫做互感。三、磁路欧姆定律在磁路中，磁通 与磁动

10、势NI成正比，与磁阻Rm成反比，这就是磁路欧 姆定律，它的表示式为NI比较磁路欧姆定律和电路欧姆定律：对于铁磁材料，由于 卩不是常数，故 Rn也不是常数。因此，上式主要被 用来定性分析磁路，一般不能直接用于磁路计算。【课堂互动】磁路欧姆定律与电路欧姆定律相比存在什么对应关系？列出 对应表。四、变压器【想一想】我们生活中使用的三相照明用电是怎样传输过来的？中间经过 什么环节？变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，它具有变电压、 变电流和变阻抗的作用。变压器种类很多，按其用途不同，有电源变压器、控制变压器、电焊变压 器、自耦变压器、仪用互感器等。1、单相变压器的结构单相变压器由闭合铁芯

11、和两个绕组及辅助设备等组成。变压器从结构可分为两种：芯式和壳式。2、变压器的工作原理(1) 变压器的空载运行变压器原线圈接上额定的交变电压u1,副线圈开路不接负载 (开路i2=0)，这种状态称为空载运行。Ui20K称为变压比或变比。当 K> 1时,变压器为降压变压器；当Kv 1时，为升压变压器。【想一想】学生总结变压器的工作原理实质是什么？【例3-1】某单相变压器接到电压U=380V的电源上，已知副边空载电压Uo=19V,副绕组匝数 N2=100匝，求变压器变比 K及N。(2) 变压器负载运行1)变压器负载运行时初、次级的电压关系变压器的原绕组接交流电压4,副绕组接负载乙，变压器向负载供

12、电，这种运行状态称为负载运行u1 nu2 n22)变压器负载运行时初、次级的电流关系11 N2112 N1KU1U2项目三：半导体元件、二极管的结构与特性【课堂互动】认识几种二极管。1 .二极管的结构(1) 二极管的外形(2) 二极管的结构从P型半导体上引出的电极叫二极管的正极或阳极，用“+”表示；另一电极叫负极或阴极，用符号“一”表示。文字符号为VD箭头指向二极管正向导通时的电流方向。图6-8二极管的电路符号(3) 二极管的分类：2 二极管的伏安特性伏安特性是指加在二极管两端的电压与通过它的电流之间的关系，可用伏 安特性曲线来表示。(1) 正向特性 死区电压，也叫阈值电压或坎电压。 硅管的死

13、区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为 0.1V。AB段称为正向导通区。（2）反向特性 0 D段称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在 电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。总结： 二极管具有单向导电性， 二极管只允许电流从管的 “ +”极流向管子的“一” 极，而不允许电流从“一”极流向“ +”极。它的单向导电性可以用水流和阀门 的比喻来帮助同学们理解 二极管的伏安特性具有非线性。 二极管的伏安特性与温度有关。二、二极管的主要参数二极管的参数是反映二极管电性能的质量指标，是合理选择和使用二极管 的主要依据。二极管的主要参数有以下几种。（1）最大整流电流I FM（2）最高反向工作电压 U

14、Rm（3）最大反向电流| RM三、二极管的检测1 用模拟式万用表检测二极管的单向导电性（注意黑表笔的极性）2 用模拟式万用表检测二极管的好坏若测得的二极管的正向电阻小，反向电阻大，且两者相差很大，说明管子 是好的。若测得的二极管的反向电阻太小，则说明该管已失去了单向导电性；若反 向电阻无穷大，则说明管内部已开路； 若反向电阻为零，则说明该管已被击穿， 不能使用。3 用模拟式万用表判断二极管的极性注意：用万用表测二极管时， 不能用RX 1和RX 10K挡，RX 1挡电流太大， 可能烧坏二极管；RX 10K挡电压太高，可能会击穿管子。四、特殊二极管及其在汽车上的应用（一）稳压二极管1 稳压二极管伏

15、安特性稳压二极管工作在反向击穿区，也称为齐纳二极管。这种管子杂质浓度较 高，PN结较薄。它的伏安特性与普通二极管类似，只是稳压二极管的反向击穿 区特性曲线很陡。2 .稳压二极管的主要参数（1）稳定电压 UZ指稳压二极管反向击穿后稳定工作的电压值（击穿电 压）。不同型号的管子具有不同的稳压值。相同型号的管子，因制造工艺不易控制，相同型号的稳压值也有少许差别，如2CW1的Lt=78.5V。但具体到某一只 稳压管，它的稳定电压是确定的。（2） 稳定电流IZ是指稳压管在稳定电压时的工作电流，其范围在Izmin I Zmax 之间（图6-14a ）。（3）最大耗散功率Pm（6）动态电阻rz应当注意：（1

16、）稳压管在工作时一定是正极接低电位，负极接高电位。（2） 稳压管一般只用于低电压、小电流的工作场合， 对一些高电压或大电 流的工作场合不能选用稳压管稳压。3 稳压二极管在汽车上的应用（二）发光二极管1 发光二极管的结构、符号具有普通二极管的正、反向特性，而且当给管子施加正向偏压时，管子还 会发出可见光和不可见光（即电致发光），其亮度随着流过的电流增大而提高，发光的颜色和构成 PN结的材料有关。应该注意：发光二极管在使用时必须正向偏置，还应串接一个限流电阻。使用时，工作温度一般为 -20 C75 C，不要安装在发热元件附近。2 发光二极管在汽车上的应用在汽车电路中，发光二极管随处可见，主要用在仪

17、表板上作为指示信号灯 或报警信号灯。发光二极管除上述单个使用外，在汽车仪表中还常用来作为显示器件，如 经常被做成七字符段、十四字符段或矩阵式发光器件，也可以显示图形符号。3 发光二极管的检测【想一想】日常生活中或在汽车上还有什么地方用发光二极管？（三）光电二极管1. 光电二极管外形及符号光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，只是在它的PN结（结 面积尽量大，电极面积尽量小，结很浅）处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接 收外部的光照。注意：光电二极管大部分应用场合与稳压管类似，工作在反向状态。2 .光电二极管在汽车上的应用利用光电二极管制成光电传感器，可以把非电信号转变为电信号，以便控 制其他

18、电子器件。汽车上有的传感器就是利用光电二极管制成的。【想一想】汽车上还有哪些地方用光电二极管？五、晶体三极管的结构与分类三极管的结构：两个 PN结，三个区域，三个电极。依次为发射极（e、 E 极）、基极（b、B极）和集电极（c、C极）。箭头表示发射结正向电流的流向， 三极管的文字符号是 VT。为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结 构条件，即：（1）发射区掺杂浓度远大于基区和集电区的掺杂浓度，以便于有足够的载流子供“发射”。（2） 基区很薄（一般只有几个微米至几十微米），且掺杂浓度很低，以减 少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。（3） 集电区比

19、发射区体积大且掺杂少，集电结的面积要大，集电结的面积 小，以利于收集载流子。介绍三极管的种类和分类方法：六、三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用即“以小控大、以弱控强”的作用，并非真正把小 电流放大了。不论是PNP型还是NPN型的三极管，实现电流放大作用的基本条件是：发 射结必须加正向电压（正偏），集电结则要加反向电压（反偏）。1.三极管的工作电压和基本连接方式（1）工作电压对于 NPN型：UC>UB>Ue;对于 PNP型: LE>UB>UCo（2）放大电路的基本连接方式有三种基本连接方式。 共发射极接法。 共基极接法。 共集电极接法。2 电流放大原理三极管内部载流

20、子的运动情况可以分为三个过程：（1）注入过程（2）扩散与复合过程（3）收集过程三个电极中的电流间的关系：I E=| B+| CI C与| B的比值称为直流电流放大倍数，用表示，则有IC IBIE （1 ）I B ,单位是 mA三极管的直流电流放大倍数。当IB有微小变化时，会引起Ic的较大变化，我们把集电极电流变化量与基 极电流变化量之比叫交流电流放大倍数，用B表示。I CI B通常情况下，B和的数值差别很小，故不再加以区别，工程估算时两者可以通用。【讨论】三极管电流放大作用的实质是什么？3 .电流放大作用比喻【课堂互动】图6-37所示是测试晶体管的特性电路，测量的数据如表6-1所示，用以验证三

21、极管各电极的电流分配关系，你能求出三极管的直流电流放大倍数和交流电流放大倍数吗?七、晶体三极管的开关电路及在汽车上的应用(一) 饱和状态和截止状态1 .饱和状态三极管工作在饱和状态的条件是：发射结和集电结都处于正向偏置，UCe-0很低，但电流很大，C、E之间相当于一个闭合的开关。2 .截止状态三极管工作在截止状态的条件是：发射结反向偏置或零偏置、集电结处于 反向偏置。此时I b 0, Ic0, UceUCc,呈现出高电阻状态， C E之间相当 于一个断开的开关。(二) 三极管开关电路1 . NPN极管开关电路(1) NPN极管的开关状态图6-40 NPN三极管的开关状态(a)基极输入一个高电位信号(b)基极输入一个低电位信号当基极b输入一个高电位控制信号时三极管VT饱和导通，C、E间相当于闭合的开关。当基极b高电位控制信号撤离后(输入低电位)，管子截止，C E间相当于断开的开关(图 6-40b )。八2) NPN管开关电路的实验如图6-42，分析其工作。【想一想】按下开关、断开开关时，三极管VT9013管的发射结和集电结处 于什么状态？2. PNP三极管开关电路PNP管的开关电路与NPN管开关电路组成类似。以图6-43讲解。3 .多极开关电路以图6-4