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第4章汽车电气元件1243354.1概述4.2电气元件4.3集成电路4.4电路维护元件4.5显示器件下一页前往第4章汽车电气元件67384.6汽车公用模块4.7汽车公用电子组件4.8小结上一页前往4.1概述现代汽车是将各种技术聚集成一体的集成物。由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成,下面就组成部分之一的电气设备部分进展表达。当代汽车电气设备是由8大系统组成的,它们分别是:电源系、启动系、点火系、照明系、信号系、仪表系、温馨系、微机控制系,这8大系统由各种电气元件和各种用电设备组成,经过不同的导线和控制安装及控制电路进展控制。电气元件包括开关、继电器、电磁阀、蜂鸣器、电阻器、电容器、电感器、晶体二极管、稳压二极管、雪崩二极管、发光二极管、钳位二极管、晶体三极管、晶体管放大器、光电晶体管、晶闸管、显示器件、集成电路、公用模块、汽车公用电子组件、保险器、熔断器、保险丝、大电流熔断器、断路器、电路维护安装PTC等元件。汽车导线包括:低压导线、高压导线、汽车线束及插接器。下面就重要元件简单引见。前往4.2电气元件4.2.1开关开关是对用于提供电流流向的用电设备或元件进展控制的安装,如图4-1所示。该安装能控制电路的通与断操作或者能控制电流经过不同的电路,其内部普通设置有触点。当触点闭合时,电流可经过;当触点分开时,电流不能经过。组合开关内有两对触点,一对是常开触点,一对是常闭触点,当常开触点处于分开位时,不允许电流经过,直到在外力作用下使触点闭合,接通电路,电流可经过。常闭触点处于闭合形状时,电路通路,电流可经过,当在外力作用下使触点分开,电路不通,电流不能经过。常开触点和常闭触点的闭合与断开都是相反的,即一对闭合另一对那么分开,相对控制电流的通与断。下一页前往4.2电气元件最简单的开关类型是单刀单掷〔SPST〕开关,其电路原理如图4-2所示,此种开关控制着单电路的开与闭,其设计用铰链的棘齿,经过棘齿充任触点并经过改动位置来控制断开/闭合电路。有的SPST开关设计成瞬间接触开关,此种开关通常有一根弹簧控制着触点断开,直到外力作用下才闭合触点。汽车上的喇叭按钮就是采用此构造。上一页下一页前往4.2电气元件有的电气系统采用单刀双掷〔SPDT〕开关,例如前照灯中运用的照亮堂度转换开关就是采用此SPDT开关。这种开关有一个输入电路和两个输出电路,取决于触点的位置。电压作用于高光束电路或低光束电路。如图4-3所示。联动开关是最复杂的开关之一,如图4-4所示是联动开关表示图。汽车点火开关通常采用此种开关,其构造特点是5个滑动片用细铁丝维护在一同并会一同运动。该开关还运用在起动机继电器终端的电源电流上。当点火钥匙转到START位置时,一切滑动片移到了“S〞位置,滑动片D和滑动片E连通电路到搭铁处以测试仪表板警告灯,滑动片D给点火线圈供电,滑动片C给起动机继电器和点火模块供电,滑动片A不起作用,没有任何输出。上一页下一页前往4.2电气元件当发动机启动运转后,滑动片挪动RUN位置,滑动片D和E移出了,不与任何输出终端接触,滑动片A给温馨性控制和转向指示灯供电,滑动片B给点火线圈及其他用电设备或元件供电,同时滑动片C给其他附件供电,滑动片C的A和R接线柱之间的跨接线表示和点火开关在RUN或ACC位置一同,那些所列附件能被控制。水银开关被许多汽车制造厂商用作检查挪动开关,这种开关用一个部分充溢水银的胶囊制成,并在一端有两个电触点。假设开关被设置为一个常开开关,触点位于水银线上方,如图4-5所示,水银是电的良性导体,当水银胶囊挪动以致水银接触了两个电触点,电路接通如图4-6所示。这种开关通常用于发动机罩或后行李箱盖翻开时照明灯亮.上一页下一页前往4.2电气元件当发动机罩或行李箱封锁,胶囊倾斜到一个角度,水银不能挪动到接通电路的位置,电路中断,照明灯熄灭。一旦发动机罩或行李箱盖翻开,胶囊与发动机罩或行李箱倾斜到一定角度,水银接通电路,照明灯就亮。汽车上采用的开关类型很多,按支配方式分为可旋转式、推拉式、压力式、顶杆式、翘板式及组合式等多种型式。4.2.2继电器继电器是自动控制电路中一种常用的开关元件。它是利用电磁原理、机电原理或其他方法实现自动接通或断开一个或一组接点,完成电路功能的开关,是一种可以用小电流或低电压来控制大电流或高电压的自动开关。上一页下一页前往4.2电气元件继电器广泛运用在汽车电路控制系统中,它的作用是在电路中起到自动操作、自动调理、平安维护,分为功能继电器和电路控制继电器两种。常见的汽车转向灯、雨刮器就是采用功能继电器。而电路控制继电器单纯用于电路通断与转换,减小开关的电流负荷,防止过载、烧坏线路和用电设备,维护开关触点不被烧蚀,用流经开关的小电流控制用电设备的大电流。此种继电器在汽车上常见的有:电源继电器中继卸荷继电器、前照灯继电器、雾灯继电器、起动机继电器、喇叭继电器、鼓风机继电器、空调紧缩机电磁离合器等。如图4-7所示是继电器内部构造图。上一页下一页前往4.2电气元件继电器中的线圈有非常高的阻抗,它可牵引非常低的电流,用于产生电磁场的小电流引起磁场吸力使触点闭合。继电器内有两对触点:一对是常开触点〔动合触点〕,一对是常闭触点〔动断触点〕或开闭混合型,都是由电磁场控制的,而电磁场是由电流控制的。当电流流过线圈时,产生电磁场吸力使触点闭合,大电流流向被控制的用电设备,运用电设备起作用。常开触点平常是翻开的,继电器动作后触点闭合,连通控制电路。常闭触点平常是闭合的,继电器动作后触点翻开,切断控制电路。如是混合型继电器,平经常闭触点接通,常开触点翻开,假设继电器线圈通电那么触点处于相反的形状。如图4-8所示,显示了一个在喇叭电路中的继电器的运用。上一页下一页前往4.2电气元件蓄电池电流流到继电器的线圈,由于喇叭按钮是一个常开型开关,电流的负极〔搭铁〕是断开的。当按下喇叭按钮,负极搭铁,构成回路,接通了电路。电流经过线圈,线圈产生磁场,磁场使触点闭合。电流到了喇叭线圈,产生磁场磁力,拉动响片,随着按钮按动频率,产生振动效率,伴随着响声,发出喇叭响声。在整个过程,喇叭继电器控制着吹响喇叭所需求的大电流。由于有小电流经过,控制电路运用的线圈是细的电线衔接,仅仅是0.25A的电流。上一页下一页前往4.2电气元件如图4-9所示,继电器也能起到电路转换作用。图中,Hi/Lo雨刮继电器会把电流接到雨刮电机的高速电刷或者低速电刷以控制雨刮速度。继电器接线柱如图4-10所示。按国际规范的规定,接线柱标定为30,87a,87,86和85。接线柱30通常与蓄电池电压衔接,电源电压能被转换〔经过某种类型的开关通或断〕衔接或者直接衔接到蓄电池,接线柱87a通常在继电器断电时衔接到接线柱30,接线柱87在继电器通电时衔接到接线柱30,接线柱86与蓄电池相接〔转换的或非转换的〕,以供应电磁铁电流。最后,接线柱85接地,同样,也可被切换或不被切换。上一页下一页前往4.2电气元件继电器按外形不同分为圆形和方形两种,按插脚多少分为三脚、四脚、五脚、六脚等多种。继电器由电磁铁、触点、线圈、外壳组成。为防止线圈断电时产生自感电动势损坏用电设备,有的继电器磁化线圈两端并联有泄放电阻或续流二极管。继电器的任务电压分为12V和24V两种,分别运用于相应标称电压的汽车上,两种标称电压的继电器不能互换运用,否那么会烧坏用电设备。常用汽车12V继电器磁化线圈电阻为65~85Ω,24V继电器磁化线圈电阻为200~300Ω。汽车的充电系统常用继电器来控制充电指示灯的亮灭或控制发电机励磁电流的通断,如图4-11所示。上一页下一页前往4.2电气元件发电机在充电时励磁二极管产生的电流使继电器常闭触点切断充电指示灯电路,并将常开触点吸合,接通了空调电路确保空调紧缩机在发动机较高转速下能接通运用,防止发动机因运用空调而熄火。有的汽车将充电指示灯继电器与启动继电器复合连成一体,电路未充电时,充电指示灯继电器触点常闭,起动机可正常接通,带动飞轮旋转启动发动机,发动机启动后,发电机向蓄电池充电,发电机中性接线柱“N〞的电压使充电指示继电器触点断开,切断了充电指示灯电路,同时也切断了起动机继电器铁芯磁化线圈的搭铁回路.上一页下一页前往4.2电气元件这样,发动机一旦发动,起动机便会自动停顿运转,确保起动机平安。解放CA1092、东风1092汽车就是采用此型继电器,而长安微型汽车采用与节压器复合的充电器指示灯继电器,其控制电路如图4-12所示。发电机在励磁电流作用下,开场建立电压,当发电机输出电压到达蓄电池的电压时,中性点“N〞输出6V左右的电压,作用于充电指示灯继电器K1线圈上,使其常闭触点翻开,充电指示灯H因两端电位一样而熄灭,阐明发电机已发电;同时K1的常开触电闭合,接通了双级节压器K2、铁芯线圈发电机电枢之间的电路,发电机电压直接加在节压器上。有的汽车还设置了磁场继电器,建立磁场电路如图4-13所示。当点火开关接通充电指示时,也连通了磁场继电器线圈电路,发电机励磁电路也同时接通,防止了点火开关接触点被大电流烧坏。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.3电磁阀电磁阀由阀体、铁芯、线圈、弹簧等零件组成。铁芯的外围是电磁线圈,铁芯可在阀体内孔作前后挪动,铁芯后端是弹簧。在弹簧力的作用下,铁芯端部顶住阀座口,铁芯装配在阀体上,而阀体装配在一个机械安装上,可做机械功。当电流流经电磁线圈,在线圈产生电磁场吸引铁芯,将其挪动分开阀座并使机械安装转动做功。当经过电磁线圈电流终止,弹簧将铁芯推回到原来位置,电磁阀恢复到原来的形状。电磁阀常运用在电动门锁驱动儿童锁安装和汽车自动变速器电子控制系统中。自动变速器电子控制系统中常用的电磁阀有开关式电磁阀和线性磁脉冲式电磁阀两种。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.4蜂鸣器蜂鸣器是一种间歇发声的音响安装,或叫声音生成器,其发音部分是一只小功率的电喇叭,控制电路是一个由无稳态电路即多谐振荡器和反相器组成的开关电路,如图4-14所示。蜂鸣器作为警示信号安装,引起行人及驾驶员留意和避让。蜂鸣器电路原理如图4-15所示:三极管VT1、VT2组成一个无稳态电路,由于VT1和VT2之间采用电容器耦合,所以VT1与VT2只需两个暂时的稳定形状。VT1导通、VT2截止或VT1截止、VT2导通,这两个形状周期地自动翻转,电路中的VT3起开关作用,它与VT2直接耦合,VT2的发射极电流就是VT3的基极电流.上一页下一页前往4.2电气元件当VT2导通时,VT3基极有足够大的基极电流导通,电流便从电源正〔+〕极,经VT3蜂鸣器的常闭触点K、线圈流回电源负〔-〕极,线圈通电后,线圈中的铁芯磁化,吸收衔铁,带动膜片变形,产生声音。当VT2截止时,VT3无基极电流也截止,于是线圈断电,铁芯退磁,衔铁与膜片回位,如此周而复始。VT3按照无稳态电路的翻转频率不断地导通、截止,从而使得蜂鸣器发出“啼-啼-啼〞的间歇鸣叫声。图示4-16为蜂鸣器简易电路图。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.5电阻器电子在物体内流动时所遇到的阻力叫做电阻,不同导体其电阻的数值不同,电阻是表示不同导体对电流妨碍作用大小的物理量。电阻随着温度的变化而变化,在电路中起分压、分流和限流等作用。在现代汽车电气设备和电子控制系统中,为了控制电路中的电压和电流需求具有一定电阻值的元件。这种元件称为电阻器,简称电阻。电阻器是利用金属或非金属资料能对电流起妨碍作用的特性而制成的。一切电路为了任务都需求电阻器。假设电阻器执行一个有用的功能,它被作为载荷安装来援用。电阻器的种类繁多,外形各异。功能不同,额定功率也有大小之分。常用电阻器分类表如表4-1所示。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.5.1固定电阻器固定电阻器如图4-17和图4-18所示。固定电阻器通常由碳质和氧化金属构成,利用先进的电阻器制造技术,如真空蒸着法、溅射法,将导电物质或半导体物质于高真空中蒸发,喷涂在陶瓷棒外表而构成很薄的金属薄膜,然后再覆以塑胶维护绝缘,制成不同外形的电阻器,如图4-19所示。电阻器有一套电阻值并被用做限制电路中经过的电流量。经过外壳上的色环可确定电阻值所示,通常有4或5条色环。当带有是4条色环时,色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数,第三环代表倍率,第四环代表误差,4条色环电阻的色码标注法如图4-20所示。上一页下一页前往4.2电气元件带有5条色环的电阻器,色环的前三个代表阻值的前三位数,第四环、第五环分别代表电阻器的标称值和误差等级,电阻色环表示法的一个例如如图4-21所示。例如,当一个电阻器有4条黄、黑、棕和橙色的色环。电阻器的阻值识别如下:第一个色环〔黄色〕给出第一个数字值4。第二个色环〔黑色〕给出第二个数字值0。阻值前两位数如今是40,用该数乘第三个色环的值,在本例中,棕色代表数值10,所以该电阻器的阻值应该是40×10=400Ω,最后一个色环给出了误差,橙色等于一个±5%的误差范围。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.5.2步进电阻器步进电阻器可以用来控制电机的速度。它串联于电路中,经过改动开关的位置来调理电阻值的大小,从而改动电机的转速,如图4-22所示。开关处于高速位时,电流经过电阻值小的电阻器,阻值小电流大,大的电流经过电机,电机转速增高;反之,开关处于低速位置时,电路添加了电阻值,阻值大电流小,流到电机的电流减少了,电机转速就降低了。通常步进电阻器有两个或两个以上电阻器,有一个综合的开关或一个串联接线开关。上一页下一页前往4.2电气元件步进式电阻器的另一用途是在计算机电路中把数字信号变换为模拟信号,经过把开/关数字信号变换成延续可变的模拟信号来实现的。4.2.5.3可变电阻器可变电阻器的作用是调理电流的强度,提供一个范围内的无限数量的电阻值。最常用的可变电阻器类型是变阻器和电位器。变阻器有两个端子,一个端子与变阻器的固定端相连,另一端子接电刷,如图4-23所示。改动电刷在变阻器上的位置,能添加或降低电阻值,改动电流量大小。变阻器经常用来作仪表板照亮堂度调理。随着调理开关旋钮的调理,仪表照明的亮度可变亮或变暗。上一页下一页前往4.2电气元件电位器是一种三线可变电阻器,用来做分压器以产生与某一机械位置成比例的延续可变输出信号。在电路中,电阻器一端接电源,另一端搭铁,成为回路。第三根线接电刷,如图4-24所示。当电刷在电阻两端之间来回滑动时,电刷便输出变化的电压降。由于电流一直流过一样电阻量,电位器丈量的总电压非常稳定,因此电位器是汽车计算机常用的输入传感器。电阻器的好坏可以根据引线能否折断、电阻体能否烧焦等来判别,其电阻值可用万用表选取适宜电阻挠进展丈量,用测笔分别衔接电位器的两固定端,测出的电阻值即为电位器的标称电阻值,然后将两测笔分别接电位器的固定端和活动端,缓慢转动电位器的轴柄,电阻值应平稳的变化。假设发现有断续或腾跃景象,阐明电位器接触不良。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.6电容器电容器是一种储能元件,储存电荷,也是组成电路的根本元件之一,在电路中起到耦合滤波、隔直流和调谐作用。它不耗费电能,其储存的电荷会在放电时前往电路,既能储存电荷又能吸收电路中的电压变化。电路中通常都设置有电容器,用以吸收瞬时电压,即峰时电压,从而维护了电子元件和电路。大多数电容器并联在电路两端,如图4-25所示。电容器的种类按构造可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器,按绝缘介质可分为介质电容器、云母电容器、瓷介电容器、涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、金属化纸介电容器、电解电容器、玻璃釉电容器、独石电容器等。电容器的主要参数是标称容量、允许偏向、额定电压和绝缘电阻等。常用电容器的特点及外形见表4-2。上一页下一页前往4.2电气元件〔1〕标称容量:标称容量越大,电容器储存电荷的才干越强。〔2〕允许偏向:电容器的允许偏向系列为±5%、±10%、±20%、-20%~+50%、-10%~+100%.〔3〕额定电压:指在允许的环境温度范围内,电容器所允许加的最大直流电压。任务时交流电压的峰值不得超越电容器的额定电压,否那么电容器中介质会被击穿而损坏。〔4〕绝缘电阻:指电容器两极之间的电阻,普通电容器绝缘电阻在108~1010Ω之间。电容量越大绝缘电阻越小。不能单凭所测绝缘电阻值的大小来衡量电容器的绝缘性能,电容器容量的大小阐明了储存电荷才干的强弱。上一页下一页前往4.2电气元件它的根本单位是法拉〔F〕,因法拉单位太大,通常采用较小单位微法拉〔μF〕。电容器可分为可变电容器和微调电容。可变电容器是一种容量可延续变化的电容器,主要用在调谐回路中。微调电容器的容量变化范围较小,一经调好后普通不需变动。用普通指针式万用表丈量可以判别电容器的质量,电解电容器的极性,并能定性比较电容器容量的大小。汽车电气系统中常用的电容器如图4-26所示。电容器的内部经过围绕一个绝缘片包裹两块导体片制造而成,绝缘片或电介体防止导体片在彼此非常接近时接触。电介体由陶瓷、玻璃、纸张、塑料或两导体间的空气等绝缘资料组成,电容器阻塞直流,小量电流进入电容器并给它充电。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.7电感器电感器是能产生电感作用的元件,用来表示自感特性的一个量,也称为电感元件。通常电感器由线圈构成,又称为电感线圈。在电子整机中,电感器主要指线圈与变压器等。4.2.7.1电感线圈电感线圈有通直流而妨碍交流的作用,可以在交流电路中作阻流、降压、耦合负载用。电感线圈和电容器配合时可以构成调谐、滤波、选频、退藕等电路。常用的电感线圈的外形及电路符号如图4-27所示。上一页下一页前往4.2电气元件电感线圈的种类很多,按电感的方式可分为固定电感线圈和可变电感线圈,按导磁性质可分为空心线圈和磁芯线圈,按任务性质可分为天线线圈、振荡线圈、低频扼流线圈和高频扼流线圈,按耦合方式可分为自感应线圈和互感应线圈,按绕线构造可分为单层线圈、多层线圈和蜂房式线圈等。电感线圈的主要技术参数有:〔1〕电感量:表示电感应才干的一种物理量。线圈电感量的大小与线圈直径、匝数、绕制方式及磁芯资料有关。具有铁粉心或铁芯的线圈比同样的空心线圈的电感量大得多。上一页下一页前往4.2电气元件〔2〕质量要素:线圈在一个周期中储存的能量与耗费能量的比值。它是表示线圈质量的重要参数,它的大小取决于线圈电感量、等效损耗电阻、任务频率。质量因数值越高,电感的损耗越小,效率越高。但质量因数值的提高往往遭到一些要素的制约,如线圈导线的直流电阻、骨架、浸渍物的介质损耗,铁芯和屏蔽罩的损耗以及导线高频趋肤效应损耗等。〔3〕分布电容:线圈匝与匝之间、线圈与地之间、线圈与屏蔽盒之间以及线圈的层与层之间都存在着电容,这些电容统称为线圈的分布容。分布电容的存在会使线圈的等效总损耗电阻增大,质量因数值降低。为减少分布电容,高频线圈常采用多股漆包线或丝包绕线,制线圈时常采用蜂房绕法或分段绕法等。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕额定电流:是指允许长时间经过线圈的最大任务电流。〔5〕稳定性:电感线圈的稳定性主要指其参数受温度、湿度和机械振动等影响的程度。为添加稳定性可采用热绕法或披银法绕制或对线圈进展浸渍和密封等处置。电感器根据实践任务的需求做成各种档次电感量的电感线圈,现分别简述如下:〔1〕单层线圈:对电感量要求不大时多采用单层线圈,其特点是质量因数值高,电感量小为几微亨至几十微亨,多用于高频电路。〔2〕多层线圈:为了获得较大的电感量〔超越300~500MH〕,大多用多层平绕线圈,其特点是质量要素值较低,分布电容大。〔3〕蜂房式线圈,它的漆包线按一定的规律绕成〔偏转角在19°~26°〕,其特点是电感量较大,分布电容比多层线圈低,任务频率高。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕额定电流:是指允许长时间经过线圈的最大任务电流。〔5〕稳定性:电感线圈的稳定性主要指其参数受温度、湿度和机械振动等影响的程度。为添加稳定性可采用热绕法或披银法绕制或对线圈进展浸渍和密封等处置。电感器根据实践任务的需求做成各种档次电感量的电感线圈,现分别简述如下:〔1〕单层线圈:对电感量要求不大时多采用单层线圈,其特点是质量因数值高,电感量小为几微亨至几十微亨,多用于高频电路。〔2〕多层线圈:为了获得较大的电感量〔超越300~500MH〕,大多用多层平绕线圈,其特点是质量要素值较低,分布电容大。〔3〕蜂房式线圈,它的漆包线按一定的规律绕成〔偏转角在19°~26°〕,其特点是电感量较大,分布电容比多层线圈低,任务频率高。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕铁粉心线圈与铁芯线圈:铁粉心线圈是将铁磁体粉末拌以绝缘胶剂压制成铁粉心,然后再套上线圈,近年来用铁淦氧来代铁粉心,铁淦氧是一种导磁系数比较高的绝缘体,可到达既添加电感量又不添加涡流损失的目的。用于电源滤波器的通常是铁芯线圈,它是在硅钢生叠成的铁芯上绕制而成的,其电感量普通都很大,在0.5~30H之间。线圈的主要规格是电感量与额定电流,运用时电流不得超越线圈的额定电流。4.2.7.2变压器变压器主要用于交流电压变换、电流变换、传送功率、阻抗变换和缓冲隔离等,是电子整机中不可短少的重要元件之一。上一页下一页前往4.2电气元件1.变压器的种类变压器按运用的任务频率可分为高频、中频、低频、脉冲变压器等。高频变压器普通在收音机和电视机中作为阻抗变换器,如收音机的天线线圈等。中频变压器常用于收音机和电视机的中频放大器中。低频变压器的种类很多,如电源变压器、音频变压器、线间变压器、耦合变压器等。脉冲变压器那么用于脉冲电路中。变压器按其磁芯可分为铁芯〔硅钢片或玻英合金〕变压器、磁芯〔铁氧体芯〕变压器和空气心变压器等几种。铁芯变压器用于低频及2频电路中,而铁氧体芯或空气芯变压器那么用于中、高频电路中。变压器按防潮方式可分为非密封式、灌封式、密封式变压器。常见的变压器的外形及电路符号如图4-28所示。上一页下一页前往4.2电气元件2.变压器的主要技术参数变压器的主要技术参数包括如下:〔1〕额定功率:在规定的频率和电压下,变压器能长期任务而不超越规定温度的输出功率。变压器输出功率的单位是瓦特〔W〕或伏安〔VA〕表示。〔2〕变压比:次级电压与初级电压的比值或次级绕组匝数与初级绕组匝数比值。〔3〕效率:变压器的输出功率与输入功率的比值。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕温升:线圈的温度,当变压器通电任务后,其温度上升到稳定值时,比周围环境温度升高的数值。除此之外还有绝缘电阻、空载电流、漏电感、频带宽度和非线性失真等参数。4.2.8电子元器件汽车上有许多电子元器件,这些元器件是用半导体资料制造。半导体的导电才干介于导体和绝缘体之间,作为导体和绝缘体两者都能任务,用它作为开关器材是非常有用的,其导电特性由它的内部构造和导电机理决议。常用的半导体资料是硅和锗,都是四价元素,具有晶体构造,原子构造明确。经过按一定顺序将N型和P型资料结合在一同,便可构造能用于开关器件、电压调理器和电子控制器等固态元件。上一页下一页前往4.2电气元件半导体是在某种条件下导电,例如有的半导体在温度升高条件下,导电才干大大加强,也称为半导体资料的热敏性,利用这种特性可制成热敏电阻等电子元件。有的半导体在光照条件下导电才干大大加强,也称为半导体资料的光敏性,利用这种特性可制成光敏电阻、光电二极管、光电池等元件。拥有自在电子的半导体资料称为N型资料,N表示是负的,表示它是推进电子经过半导体的电路之负边,而正边那么吸引自在电子,一个电子的空缺称为一个空穴,空穴是带正电荷的,空穴有吸引自在电子填补空穴的倾向。4.2.8.1二极管当N型资料和P型资料结合时得到的PN结就是二极管,二极管的N〔负〕端叫做阴极,P〔正〕端叫做阳极,如图4-29和图4-30所示。上一页下一页前往4.2电气元件阴极和阳极结合点处叫做PN结。二极管的外壳涂有条纹,条纹指明了哪个是二极管的阴极。二极管按用途可分为普通二极管、整流二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管、稳压二极管、光电二极管等。其主要参数有:〔1〕最大正向电流:指长期任务时二极管允许经过的最大正向平均电流,其大小由PN结的面积和散热条件决议。目前二极管最大正向电流值可达1000A,超越这一数值,二极管将因过热而烧坏,任务电流较大的大功率管子还必需安装散热安装。〔2〕最高反向任务电压:指正常任务时,二极管所能接受的反向电压的最大值。上一页下一页前往4.2电气元件为防止二极管反向击穿,手册上给出的最高反向电压为击穿电压的一半,以便确保平安运转,目前二极管的最高反向任务电压为几千伏。〔3〕最高任务频率:指二极管能坚持良好任务性能条件下的最高任务频率。由于PN结具有电离效应,当任务频率超越某一限值时,它的单导游电性变差。点接触式二极管任务频率较高,在100MHz以上;面接触管较低,为几千MHz。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕反向饱和电流:指二极管未击穿时的反向电流值。反向饱和电流主要受温度影响,该值越小,阐明二极管的单导游电性越好。环境温度对反向电流影响较大,温度上升,反向电流急剧添加。不同用途的二极管如稳压、检波、整流、开关、光电、发光二极管等各有不同的主要技术参数。二极管经特殊封装,有两个引出电极,由P型半导体引出的电极为正极,由N型半导体引出的电极为负极,如图4-31所示。二极管的任务特性:将二极管正极与电源正极衔接,二极管负极与电源负极衔接,二极管呈导通形状,如图4-32所示。上一页下一页前往4.2电气元件反过来,将二极管正极与电源负极衔接,二极管负极与电源正极衔接,二极管呈截止形状,如图4-33所示。这就是二极管的单导游电特性。仔细察看加在二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系,并把它绘在坐标系中就可得二极管的伏安特性曲线,如图4-34所示。〔1〕二极管具有反向截止特性。当二极管处于反偏时就截止,反向电流在反向电压不大时是很小的,且在一个较大的电压范围内根本不变,硅二极管的反向电流比锗二极管小。上一页下一页前往4.2电气元件〔2〕二极管具有正导游通特性。当正向电压超越一定数值以后,流过二极管的正向电流将随着正向电压的升高开场出现明显的添加,二极管导通。二极管刚开场导通的电压称作导通电压,导通后两端的电压叫管压降,导通电压降略小于压降,两者近似相等,锗管约为0.3V,硅管约为0.7V。〔3〕二极管具有反向击穿特性,当加在二极管两端的反向电压大于某一值后,反向电流忽然急剧增大,此时,二极管被反向击穿。图4-354.2.8.2稳压二极管上一页下一页前往4.2电气元件稳压二极管又称齐纳二极管,电路符号如图4-36所示。稳压二极管是一种掺杂某种资料而耐受反向电流特殊面接触型硅二极管,利用PN结的反向击穿特性所具有的稳压性制成的,任务于反向击穿区域,这种击穿是可逆的。只需流过稳压二极管的电流小于其最大允许电流,或者功率不超越其最大损耗功率,当外加电压解除后,管子的击穿即可恢复。稳压二极管的任务原理:在反向电压较低时,稳压二极管截止,不导通电流;当反向电压到达一定值即电压到达击穿电压值时,稳压管导通,大电流流通,阻止电压往高爬升,反向电流就急剧增大,稳压二极管进入击穿区,此时稳压二极管两端电压几乎恒定,起到稳定电压的作用。上一页下一页前往4.2电气元件举例来说,假设稳压二极管定额在15V反导游通,当电压低于15V时它反向不导通,在15V时反导游通而电压又不超越15V。如图4-37所示简化的仪表电路,电路上用稳压二极管坚持仪表恒压。图中的稳压二极管与电阻串联而与仪表并联。假设仪表电压限定在7V,稳压二极管运用额定电压为7V,稳压二极管维持恒定的电压降,而串联电路的总电压降又必需等于电源电压。因此大于稳压二极管的电压必定落在电阻上,即使电源电压变化,也只是引起不同大小的电流流过电阻和稳压二极管而稳压二极管一直坚持一样的电压降。当系统电压到达7V时齐纳二极管被击穿,此时的稳压二极管反导游通,电阻的两端产生额外的电压降,而仪表两端的电压坚持7V。上一页下一页前往4.2电气元件缘由是稳压二极管呵斥电阻额外的电压降以此来坚持稳压。二极管到达反导游通时的电压称为齐纳电压。但是假设反向电流增大到一定数值后,稳压二极管会因过热而被击穿,呵斥损坏,因此要在外电路上采取限流措施。由于稳压二极管任务于反向击穿区域,在把它接到电路中时要反接,即稳压管的正极接被稳定电压的负极,稳压二极管的负极接被稳定电压的正极。硅管的热稳定性比锗管的好,普通都用硅管做稳压二极管,例如:常用国产的2CW型或2DW型都是稳压二极管。2CW系列及2DW系列稳压二极管的主要参数分别如表4-3和表4-4所示。常用的进口稳压二极管有LN41××系列、LN46××系列、LN47××系列、MTZ系列、RLZ系列、RLZG系列、HZ系列、RD系列、DTZ系列等。上一页下一页前往4.2电气元件根据稳压二极管的电流容量不同可分为大功率稳压二极管〔2A以上〕和小功率稳压二极管〔1.5A以下〕。根据稳压二极管内部构造不同可分为单稳压二极管和双稳压二极管〔三极管稳压二极管〕。稳压二极管主要参数如下:〔1〕稳定电压Uz:稳压二极管在正常任务时,管子两端的反向电压值。因工艺方面的缘由,同一型号的稳压管其稳压值的分散性很大,运用时最好能实践测试一下。〔2〕稳定电流Iz和最大稳定电流Izmax:稳压管的任务电压等于其稳定电压Uz时的任务电流称为稳定电流,管子运用时不得超越的电流称为最大稳定电流Izmax。上一页下一页前往4.2电气元件〔3〕电压温度系数a:阐明稳压值受温度变化影响的系数。稳定电压Uz高于7V的稳压管具有正温度系数,Uz低于4V的稳压管具有负温度系数,Uz在4~7V之间的稳压管的温度系数最小。如要求稳压管的温度稳定性较高时,可选用Uz=6V左右的稳压管或选器具有温度补偿的稳压管,如2DW7型。稳压电路原理如图4-38所示。它是将两个稳定电压Uz一样的管子反相串联而成,处于反向的稳压管具有正温度系数,处于正向任务的稳压管〔此时是普通二极管〕具有负温度系数,二者相互补偿是温度系数a最小。〔4〕最大耗散功率Pzm最大耗散功率指耗费在管子内部的最大功率,如运用中超越这个功率,稳压管就要损坏,最大耗散功率Pzm=Uz·Izmax。上一页下一页前往4.2电气元件〔5〕动态电阻rz动态电阻是稳定电管稳压性能的质量目的,在稳压范围内rz=ΔUz/ΔLz,任务电流越大,rz越小,普通rz在10Ω左右。稳压管的选择:稳压管的主要用途是稳定电压,在精度要求不高,电流变化范围不大的情况下,可选与需求的稳压值最为接近的稳压管直接同负载并联。通常在稳压、稳流系统中作为基准电源,也有在集成运放中作为直流电平运用。稳压管稳压电路:交流电压经过整流滤波器后所得到的直流电压虽然脉动程度曾经很小,但当电网电压动摇或负载变化时,直流电压的大小也随之发生变化,从而影响电子设备和丈量仪器的正常任务,为此在整流滤波电路之后加一级直流稳压电路。上一页下一页前往4.2电气元件如图4-39所示是最简单的硅稳压管并联型稳压电路。RL为负载电阻,稳压管VS与RL并联,限流电阻R与VS配合起稳压作用。稳压电路的输入电压U,是由整流滤波电路提供的直流电压,输出电压Uo即稳压管的稳定电压。稳压电路的任务原理:当交流电源电压添加而使输入电压Ui添加时,负载电压Uo也添加,即Uz添加,但Uz稍为添加时,稳压管的电流Iz就显著添加。因此R上的电压降添加,以抵偿Ui的添加,使负载电压Uo=Ui-UR坚持不变。反之,当电网电压降低时,经过稳压管与电阻R的调理作用,将使电阻R上的电压降减小,依然坚持负载电压Uo近似不变。当电源电压Ui坚持不变而负载电流变化引起负载电压Uo改动时,上述稳压电路仍能起到稳压的作用。上一页下一页前往4.2电气元件例如,当负载电流增大时,电阻R上的电压降增大,负载电压Uo因此降低。只需Uo下降一点,稳压管电流就显著减小,使经过电阻R的电流和电压降坚持近似不变,因此负载电压Uo也就近似稳定不变。当负载电流减小时,稳压过程相反。4.2.8.3雪崩二极管雪崩二极管是当反偏电压超越临界击穿电压时反导游电的二极管。它任务时与齐纳二极管类似,不同之处是击穿由雪崩引起。PN结有单导游电性,正向电阻小,反向电阻很大。当反向电压增大到一定数值时,反向电流忽然添加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿。齐纳击穿上一小节已引见过。雪崩击穿是PN结反向电压增大到一定数值时,载流子倍增就像雪崩一样,添加得多而且快。上一页下一页前往4.2电气元件利用这个特性制造的二极管就是雪崩二极管。雪崩击穿在电场作用下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激发构成自在电子-空穴对。新产生的载流子又经过碰撞产生自在电子-空穴对,这就是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩一样添加载流子。雪崩二极管设计在一个不会呵斥损坏的反向电压点处击穿,反向击穿电压大约在6.2V以上。雪崩二极管通常用于汽车交流发电机或稳压电路上。4.2.8.4发光二极管发光二极管是由半导体砷、磷、镓及其化合物制成的一种电子器件,具有单导游电性,能直接将电能转变为光能,正向电压降大约3V。上一页下一页前往4.2电气元件正导游通时能发出红、绿、黄、橙等单色光,反向截止不发光。常用文字LED表示,符号如图4-40。发光二极管在任务时只需加1.5~3V正向电压和几毫安电流就能正常发光,具有功耗低、体积小、颜色艳丽、呼应灵敏度高、光度强、寿命长等优点,广泛运用于各种电子电路、家电、仪表等电气设备以及用作电源指示或电瓶指示。发光二极管的类型及重要参数如下:按其运用资料可分为磷化镓〔GaP〕发光二极管、磷砷化镓〔GaAsP〕发光二极管、砷化镓〔GaAs〕发光二极管、磷铟砷化镓〔GaAsInP〕发光二极管和砷铝化镓〔GaAlAs〕发光二极管等多种。上一页下一页前往4.2电气元件按其封装构造及封袋方式除可分为金属封袋、陶瓷封袋、塑料封袋、树脂封袋和无引线外表封袋外,还可分为加色散射封袋〔D〕、无色散射封袋〔W〕、有色透明封袋〔C〕和无色透明封袋〔T〕。按其封袋外形可分为圆形、方形、矩形、三角形和组合形等多种。如图4-41所示。常用的国产普通单色发光二极管有BT〔厂标型号〕系列、FG〔部标型号〕系列和2EF系列。上一页下一页前往4.2电气元件发光二极管的正、负极可以经过查看引脚〔长脚为正,短脚为负〕或内芯构造来识别,检测发光二极管正、负极和性能与普通二极管原那么类似,但也存在差别。对于非低压发光二极管,由于其正导游通电压大于1.8V,而万用表大多数用1.5V电池〔R×10K挡除外〕无法使发光二极管导通,丈量其正、反向电阻均为无穷大,难以判别管子的好坏,所以要用设有R×10K挡,内装9V或9V以上电池的万用表来进展丈量,用R×10K挡测正向电阻,用R×1K挡测反向电阻。4.2.8.5光电二极管上一页下一页前往4.2电气元件光电二极管为红外线接纳管,它能把光能转变成电能,又称为光敏二极管。它利用半导体的光敏特性制造而成。它的构造与普通二极管根本一样,只是在PN结处,经过管壳顶部设置一个透明玻璃窗口接纳外部的光照。在电路中,它的任务形状是两种:一是当给光电二极管加反向任务电压时,管子中的反向电流随光照强度的改动而改动,光照强度越大,反向电流越大。大多数情况都处于这种任务形状。另一种形状是光电二极管上不加电压,利用PN结在受光照射时产生正向电压的原理,把它当做微型光电池。用来做光电检测器。上一页下一页前往4.2电气元件光电二极管是光电子系统中用于光电转换的电子器件,其优点是抗干扰才干强、传送信息量大、传输损耗小而且任务可靠,主要用于各种控制电路,如红外线遥感、光纤通讯、光电转换器等,光电二极管的符号如图4-42所示。光电二极管仅仅允许电流一方向经过,然而,其电流方向与规范二极管相反。当二极管接纳到特定量的光时,反向电流发生,这种类型的二极管用于汽车前照灯。4.2.8.6变容二极管变容二极管是一种利用PN结电容随外加反向偏电压的变化而变化的原理制成的半导体二极管,其图形符号如图4-43所示。上一页下一页前往4.2电气元件二极管的PN结都具有结电容,当加反向电压时,阻挠层加厚,结电容减小,反向偏电压越高,结电容越小。变容二极管好像可变电容,结电容普通只需几皮法,至多一二百皮法,因此变容二极管都用于高频电路。例如彩色电视机普遍采器具有记忆功能〔预选台〕的电子调谐器,其任务原理是经过控制直流电压来改动变容二极管的结电容,以选择某一频道的谐振频率。变容二极管有玻璃外壳封袋、塑料封袋、金属外壳封袋和无引线外表封袋等多种封袋方式,通常中小功率的变容二极管采用玻璃封袋、塑料封袋或外表封袋,而大功率的变容二极管多采用金属外壳封袋。常用的国产变容二极管有2CC系列和2CB系列,常用的进口变容二极管有S系列、MV系列、KV系列、IT系列、ISV系列等。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.8.7箱位二极管每当断开流过线圈〔如继电器线圈或电磁开关等〕的电流时,磁场穿过绕组会感应出一个非常高的瞬间电压尖脉冲,会产生冲击性过电压或电压尖脉冲。这种尖脉冲在经过电子系统时会击穿或损坏电子器件,有些电路安顿了箱位二极管吸收尖脉冲防止击穿电子器件。箱位二极管跨越接在线圈的两端,在电路断开期间给电路提供了一条分路。如图4-44所示。一些空调紧缩机离合器采用了箱位二极管,由于离合器是靠电磁操作,当电磁开关封锁时,断开离合器线圈,电路便产生电压尖脉冲,假设该电压尖脉冲未加抑制,它能够损坏汽车车身计算机。箱位二极管的安装预防了电压尖脉冲到达计算机。继电器也可以安装箱位二极管。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.8.8晶体管晶体管的含义是既可流通又可截止。在电路中晶体管用于控制电路中电流,使预定大小的电流能流动,也能阻止此种流动。晶体管由P型资料和N型资料组合制造而成,分为NPN型〔如图4-45〕和PNP型〔如图4-46〕。晶体管是一种具有三极的半导体,即发射极、集电极和基极。发射极是与所运用的电路端一样极性的正偏二极管的外层,基极极性与正偏的二极管在电路中所加的电压极性一样。晶体管符号中的箭头表示发射极指向N型资料并指明正电流流动的方向。集电极是反偏的二极管的外层,基极是发射极和集电极共享的中间层。三级的每一极都有本人的端子和通向,衔接不同的电路部分。上一页下一页前往4.2电气元件发射极是两个共享一公用中间层的二极管。当发射极衔接到电路时,发射极-基极结是正偏,集电极-基极结是反偏的。对于NPN型晶体管,当基极加正偏电压时,发射极引导正电流至集电极,引导正电流的电压低于0.7V时晶体管截止,不导通,发射极不能导电;当加到基极的电压大于0.7V时,晶体管导通,发射极导电。基极与集电极相对于发射极都必需是正的。晶体管起到开关作用,如图4-47所示。当电路中运用NPN晶体管时,基极-集电极结加的是反偏电压,假设发射极-基极结加的也是反偏电压,便没有电流流过晶体管,如图4-48所示。假设发射极-基极加的是正偏电压,如图4-49所示。电流便从发射极流到基极,其缘由是基极是一薄层,并且集电极加了正的电压,电子才从发射极流到集电极。上一页下一页前往4.2电气元件对于PNP型晶体管,当以比发射极电压更负的反偏的电压时,电流便从发射极流到集电极如图4-50所示。为了让电流经过发射极到集电极,基极和集电极两者相对于发射极必需为负电压。晶体管有三种任务形状:〔1〕截止:当在晶体管的基极加上反偏电流时,晶体管未导通,没有电流经过。〔2〕导通:当基极和发射极之间的偏电压增大到晶体管从截止变为导通点时,晶体管导通,且输出电流与经过基极的电流成正比。上一页下一页前往4.2电气元件〔3〕饱和:基极的正偏电压到达了某值时,晶体管的输出电流到达了最大值,再增大正偏电压,输出电流仍是那个最大值。也可了解为经过集电极的电压降使集电极到发射极的电压减小到接近0伏时,是处于饱和形状。由于PNP和NPN型晶体管有三层硅,其中两层是一样的,故称为双极晶体管。4.2.8.9场效应晶体管场效应晶体管〔FET〕为单极〔只需一种截流子参与导电〕型三极管管脚分别称为源极、漏极和栅极。源极供应电子,与双极晶体管的发射极类似。漏极搜集电流,与集电极类似。上一页下一页前往4.2电气元件栅极建立使电子能从源极流到漏极的电容性电场,与基极类似。场效应晶体管不需加偏压,只需给栅极加电压,使源极的电子流到漏极。源极和漏极由同类掺杂资料构成,可以是N型资料或是P性资料,如图4-51所示。场效应晶体管具有输入抗阻很高、噪音低、动态范围大、功耗大、本钱低和易于集成等特点,广泛用于数字电路,通讯设备和仪器、仪表等方面。场效应晶体管的种类很多,常用的有结型和绝缘栅型〔即MOS管〕两种,每一种又分为N沟道和P沟道。绝缘栅型又分为加强型和耗尽型。假设源极电压为0伏而给漏极加6伏电压,源极和漏极之间没有电流流过。上一页下一页前往4.2电气元件然而,假设给栅极加了较低的正电压,栅极在通道和它本身之间构成一个电容场,电容场的电压从源极吸引电子,电流便经过通道流到漏极的更高正电压处。由于场效应改善了源极到漏极的电流流动,所以这种场效应晶体管称为加强型场效应晶体管。还有一种称为耗尽型场效应晶体管像一个常闭式开关。而场效应切断从源极到漏极的电流之情形作比喻,加强型场效应晶体管像常开式开关。场效应管的三个电极为源极〔S〕、栅极〔G〕与漏极〔D〕,它的电路符号如图4-52〔a〕~〔f〕所示。分别是N沟道结型场效应管〔a〕、P沟道结型场效应管〔b〕、P沟道加强型绝缘栅管〔c〕、N沟道加强型绝缘栅管上一页下一页前往4.2电气元件〔d〕、P沟道耗尽型绝缘栅管〔e〕及N沟道耗尽型绝缘栅管〔f〕的电路符号。场效应管的主要技术参数有:夹断电压Up〔结型〕、开启电压Ur〔MOS管〕、饱和漏极电流IDSS、直流输入电阻、跨导、噪声系数和最高任务频率等。由于场效应管输入阻抗很高,很容易呵斥静电击穿损坏,运用MOS管时应特别留意栅极的维护,任何时候不得悬空,维修时应将三个电极短路放在屏蔽的金属盒中,焊接时应先将各极短路,为了阻止电烙铁微小的漏电损坏管子,电烙铁外壳应接好地线或断开电源用余热焊接,不能用万用表测MOS管的各极,检测MOS管要用晶体管测试仪。上一页下一页前往4.2电气元件值得留意的是,有些型号的场效应晶体管,栅极和通道之间有极薄的隔离层,手上的静电能烧损它,因此,不要用手触摸计算机的插接器插针或计算机里面的集成电路芯片。场效应晶体管常用于现代汽车的车载计算机系统,晶体管最怕过电压和过热,假设遇到发动机温度过高,水箱“开锅〞模块停顿任务的问题,就要检查试之晶体管组件热不热。晶体管的用途是用作开关和放大器。4.2.8.10单结晶体管单结晶体管只需一个PN结和三个电极〔一个发射极和两个基极,所以又称为双基极二极管〕。上一页下一页前往4.2电气元件单结晶体管的构造,等效电路及电路符号如图4-53所示。单结晶体管因其特殊的内部构造而具有负阻特性,广泛运用于振荡电路、定时电路和其他电路中,并使这些电路的构造大为简化。4.2.8.11晶体三极管晶体三极管又称为双极型三极管〔因有两种截流子同时参与导电而得名〕,简称三极管,常用三极管外形图如图4-54所示。三极管是信号放大和处置的中心器件,广泛用于电子产品和电路中。上一页下一页前往4.2电气元件在消费和丈量中,电信号放大电路的运用非常广泛,经常需求将微弱的电信号〔电压、电流或电功率〕进展放大,以便有效进展察看、丈量、控制或调理,例如电视机天线收到的包含声音和图像信息的微弱电信号,只需经过电信号放大电路变换来振动扬声器和显像管任务,这样的电路可以用晶体三极管,运算放大器等电子元件实现。一、晶体三极管的构造晶体三极管是有3个电极的半导体器件,在外形上比二极管多一个引出脚,其内部构造比二极管多一层P型半导体或N型半导体,构成PNP型或NPN型三层构造,NPN平面型三极管如图4-55所示。上一页下一页前往4.2电气元件它由两个PN结的3层半导体制成,中间P型分散区很薄,几微米至几十微米,两边各为一块N型半导体,从三块半导体上各自引出一根线作为三极管的3个电极引线,分别称为发射极〔e〕、基极〔b〕和集电极〔c〕,相对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。发射区和基区的PN结称为发射结,集电区和基区之间的PN结称为集电结,PNP型三极管的构造如图4-56所示。构造原理与NPN型三极管一样,这里就不赘述了。上一页下一页前往4.2电气元件二、晶体三极管的特性晶体三极管的特性是用特性曲线来表示的。特性曲线表示三极管的各个电极上的电压和电流之间关系的曲线,它反映了三极管的根本性能,是分析放大电路的根本根据,三极管有2个PN结和3个电极,当运用三极管构成放大电路时,必需遵照的偏置方式是be之间的PN结处于正向偏置,而bc之间的PN结必需处于反向偏置。三极管各极之间电流关系为:Ie=Ib+Ic由于Ib很小,Ic就非常接近Ie。通常Ic/Ib的比值用β表示,其值在20~150之间,所以经过Ib的微小变化使得Ic有较大变化,这就是晶体管的放大原理。上一页下一页前往4.2电气元件1.输入特性曲线输入特性曲线是指当集电极-发射极电压Uce为常数时,输入回路〔基极回路〕中基极电流Ib与基极电压Ube之间的关系曲线:即Ib=f〔Ube〕,Uce=常数。测试输入特性和输出特性的实验电路如图4-57所示。实验电路中,用的是硅管NPN型3DG6。当Uce≥1V时,集电极已反向偏置,假设此时再增大Uce,只需Ube坚持不变,Uce>1V后的输入特性曲线根本上是重合的,所以通常只画出Uce≥1V的一条输入特性曲线,如图4-58所示。上一页下一页前往4.2电气元件由图可见输入特性有如下几个特点:〔1〕输入特性就是发射结的正向特性,与二极管伏安特性的正向特性类似;〔2〕晶体管输入特性也有一段门槛电压区,只需在发射结外加电压Ubc大于门槛电压时,晶体管才会出现Ib,硅管的门槛电压约为0.5V,锗管的门槛电压约为0.2V;〔3〕晶体管开场导通时,电流添加缓慢,但电压Ube略微升一点,电流就急剧添加,特性曲线就近似直线上升。上一页下一页前往4.2电气元件2.输出特性曲线输出特性曲线是指当基极电流Ib为常数时,输出回路〔即集电极电路〕中集电极电流Ic和集电极-发射极电压Uce之间的关系即Ic=f〔Uce〕,Ib=常数。测试时,在不同的Ib下,可得出不同的曲线如图4-59所示。由曲线可见,输出特性有如下特点:〔1〕当Uce=0时,Ic=0,即曲线经过坐标原点;〔2〕当Uce为基数值时,假设Ib=0那么Ic=Iceo≈0。阐明当三极管的基极开路时,集电极和发射极之间加电压,在集电极电路中只需一个很小的电流Iceo经过,此电流称为穿透电流;上一页下一页前往4.2电气元件〔3〕如Ib为固定值,在Uce超越一定数值〔约1V〕以后,Ic不再随Uce增高而明显地添加,具有恒流特性,相当于曲线的平坦部分;〔4〕当Ib增大时,相应的Ic也增大,曲线上升,而且Ic比Ib添加得多,这就是晶体管的电流放大作用;〔5〕通常把晶体管的输出特性曲线分为3个任务区。放大区:输出特性曲线的近乎程度部分是放大区,这个区域的特点是发射结正向偏置,集电极反向偏置,即对NPN型管而言,应使Ube>0,Ubc<0.此时电流Ib对Ic有控制造用。上一页下一页前往4.2电气元件截止区:Ib=0的曲线以下的区域称为截止区。Ib=0时,Ic=Iceo对NPN型硅管而言,当Ubc<0.5V时,即已开截止,但是为了截止可靠,常使Ub≤0。截止时集电结也处于反向偏置,三极管无放大作用。饱和区:饱和时,三极管的发射结和集电结都处于正向偏置,通常规定,当Uce<Ube时,以为三极管已饱和,饱和区在特性曲线比较接近纵坐标,而Ic近乎直线上升的左侧部分,此时即使Ib添加,Ic也几乎不添加,从而三极管失去了放大作用。上一页下一页前往4.2电气元件为了实现三极管的放大作用,应该使三极管任务在放大区。截止区和饱和区在电子技术中也有着其他重要作用,如三极管的开关作用就是任务在截止区和饱和区。三、主要参数三极管的参数是用来阐明其性能和适用范围的,这些参数也是设计电路、选用三极管的根据。三极管的参数很多,这里只引见最主要的几个。1.电流放大系数〔1〕在静态〔无输入信号〕时,集电极电流Ic〔输出电流〕与基极电流Ib〔输入电流〕的比值称为共发射极静态电流〔直流〕放大系数,记作β,即β=Ic/Ib;上一页下一页前往4.2电气元件〔2〕在动态〔有输入信号〕时,集电极的电流变化量ΔIc与基数极电流的变化量ΔIb之比称为晶体管的动态电流〔交流〕放大系数,记作β,即β=ΔIc/ΔIb。2.极间反向电流〔1〕集电极-基极反向截止电流Icbo是当发射极开路时集电结在反向电压的作用下构成的反向电流。通常在室温下,小功率硅管的Icbo小于1mA,而小功率锗管约为10mA。〔2〕集电极-发射极反向截止电流Iceo是当Ib=0〔将基极开路〕集电极处于反向偏置和发射结处于正向偏置时的集电极电流。由于它好似是从集电极直接穿透晶体管而到达发射极的,所以又称为穿透电流。上一页下一页前往4.2电气元件通常Iceo是Icbo的〔1+β〕,从Iceo的大小可以判别三极管的任务稳定性。3.极限参数〔1〕集电极电流的最大允许值Icmax:集电极电流Ic超越一定值时,晶体管的β值要下降,当β值下降到正常数值的2/3时的集电极电流,称为集电极最大允许电流Icmax。当Ic超越Icmax时并不一定会使管子损坏,但如超越太多,那么会烧坏三极管。上一页下一页前往4.2电气元件〔2〕集电极-发射极反向击穿电压BUceo:指基极开路时,集电极与发射极间所能接受的最大反向电压。在运用时,集电极电源电压应低于这个电压值,集电极与发射极之间的实践电压假设超越BUceo,管子就会被击穿而损坏。三极管在高温下也容易损坏。〔3〕集电极是最大允许耗散功率Pcmax:由于集电极电流流过集电极时会耗费功率而产生热量,使三极管的温度升高,所以根据管子允许的最高温度定出了最大允许耗散功率Pcmax,在运用时如超越此值会导致管子被烧毁,即Pcmax=IcUce。三极管还有其他参数,运用时可根据需求查阅有关手册。上一页下一页前往4.2电气元件四、晶体三极管的选择在运用中,如遇到三极管损坏,要用同样的规格、一样型号的三极管进展改换,或采用性能参数相近的三极管进展替代,在改换或代用晶体管时应留意以下事项。选择三极管时本卷须知。〔1〕在确认三极管损坏后,选择与原来型号一样、规格及档次一样、β值一样或相近的三极管改换。〔2〕改换终了,要检测电压、电流能否正常,静态任务点能否在正常值,管子有无过热景象。上一页下一页前往4.2电气元件五、代用三极管必需遵守的原那么如找不到一样型号、规格的三极管进展改换时,可用性能相近的三极管替代,但必需遵守如下原那么:〔1〕极限参数高的三极管可以替代极限低的三极管,如Pcmax大的三极管可以替代Pcmax小的三极管。〔2〕性能好的三极管可以替代性能差的三极管,如Iceo小的三极管可以替代Iceo大的三极管。〔3〕高频管和开关管替代普通低频三极管〔其参数应能满足要求〕。上一页下一页前往4.2电气元件〔4〕复合管可以替代单管。复合管通常是用两只三极管复合而成,可完成单管所实现的功能,但采用复合管替代单管时,普通都要重新调整直流偏置,选择适宜的静态任务点。六、晶体三极管低频电压放大电路晶体三极管的一个最根本作用是可作放大器。按晶体三极管放大器所放大的信号不同,可分直流放大器和交流放大器两类。如图4-60所示。是单电源三极管共发射极交流放大电路,图中各元器件的作用如下:VT是三极管,担任电流放大作用。上一页下一页前往4.2电气元件Rw、Rb1、Rb2为基极偏置电阻,电阻值普通为几十到几百千欧,它的作用是使基极电流为某一适当值,以保证三极管有比较适宜的任务形状,从而使信号波形不失真。Ec除为放大器提供适宜的任务形状外,还是放大器的能源,放大器可将直流电能转换成交流电能输出。普通Ec的数值为几伏到几十伏。Ro是集电极电阻,电阻值普通为几千欧到几十千欧,它可以将三极管的电流放大作用转换成电压放大作用。C1和C2分别叫耦合电容,其数值约为几微法到几十微法,它们起着传输信号,隔断直流电源与信号源之间、直流电源与负载之间的直流通路的作用。R3用来稳定三极管的任务点,C3用来减少R3对交流信号耗费。上一页下一页前往4.2电气元件放大器静态〔即无交流信号输入〕时,三极管各电极都有一定的直流电压和电流值,通常把这些数值称为静态任务点。最常用的静态任务点参数是Ib、Ic和Uce。有时为引起留意特加脚注“Q〞来表示静态任务点,常写作为IbQ、IcQ、IceQ。设置静态任务点的目的是在三极管的发射结上预先加上一适当的正向电压,即预先给基极提供一定的偏流,以保证在输入信号的整个周期中,输入电流只随输入电压变化而不会产生波形饱和失真或截止失真。用低频信号发生器作信号源,加在放大器输入端,适当调理低频信号发生器的输出电压幅度,可使放大器输出的波形不失真而又最大。上一页下一页前往4.2电气元件静态任务点对放大器输出波形的影响很大:当输入电流一定、静态任务点太高时,就会使三极管进入饱和区任务而引起Ic的正半周及Uce的负半周失真;当静态任务点太低〔增大Rw值〕时,又会使三极管进入截至去任务而引起Ic的负半周及Uce的正半周失真。为使放大器输出的波形不失真,通常都是调理Rw,使静态任务点选在各参数能够实现的中等数值,当任务点偏高时就增大Rw的数值,当任务点偏低时就减少Rw的数值。上一页下一页前往4.2电气元件两级或两级以上单管放大器所组成的放大器,称多级放大器。采用多级放大器的目的主要为了增大对微弱信号的放大才干。当放大器末级需带一定负载时,就要确保一定功率输出。当输出功率要求较大时,通常采用两只三极管组成复合三极管,俗称“达林顿〞,如图4-61所示。复合三极管是选用各种极性的三极管按照一定的方式衔接而组成的,是一个高β的三极管。复合三极管的最大特点是电流放大倍数很高,多用于较大功率输出的电路中。复合三极管的极性取决于第一只三极管。复合三极管将两只以上三极管的集电极连在一同,而把第一只三极管的发射极直接接到第二只三极管的基极,即组合复合三极管时,第一虽然子的发射极电流方向必需与第二虽然子的基极电流方向一样,并以此类推,最后引出e、b、c三个电极。上一页下一页前往4.2电气元件七、晶体三极管开关电路晶体三极管截止时三极管c、e极之间相当于开关的断开形状,三极管饱和时三极管c、e极之间相当于开关的闭合形状,三极管的这种特性叫开关特性。三极管开关电路如图4-62所示。三极管由截止转变为饱和或由饱和转变为截止的过程叫做“翻转〞,这个过程极快终了,直至VT1饱和,VT2截止为止。只需适中选取VT1的集电极电阻和基极电阻,使其满足Rb1≤β1Rc1,VT1就能任务在饱和形状,此时电源经Rc2→C2→VT1的发射结,接地途径对C2充电到电源电压,如图4-62〔a〕中实线所示,充电常数T充≈Rc2C20。VT2的截止那么是由于电容C1两端的电压经过饱和管VT1加到VT2的发射结,使之处于反偏而到达的。上一页下一页前往4.2电气元件VT1饱和,VT2截止,这就是此时电路的一个任务形状,这个形状是暂稳态。假设是稳态的话,就要求VT1不断饱和,VT2不断截止。但是由于VT2的截止是靠电容C1两端的电压来维持的,此时C1一方面经过饱和管VT1把负电压加到VT2的发射极使其截止,一方面又要经过VT1放电。C1放电回路如图4-62〔b〕所示虚线所示。放电常数T放≈Rb2C1。随着电容C1的放电,加在VT2发射结的反偏越来越小,当C1上的电荷放完后,电源将经过Rb2时,VT2便开场导通,而一旦VT2导通,开场产生集电极电流,就会在电路中引起新的正馈连锁反响。上一页下一页前往4.2电气元件由于C1放电→Ub2↑→Ic2↓→Uc2↓→Ub1↓→Ic1↑→Uc1↑这个过程进展也很快。电路翻转为VT1截止,VT2饱和的一个新任务形状。同样,只需满足Rb2≤β1Rc2,VT2就能任务在饱和形状。和前一个任务形状一样,这个新的任务形状也是一个暂稳态,不能长期维持下去,由于此时C1要再次被充电。而C2又要经过饱和管VT2放电,引起电路的再次翻转,由于三极管VT2输出波形近似于矩形脉冲〔假设电路对称的话〕,所以多谐振荡器常称方波发光器。一些汽车的转向灯闪光器、倒车电喇叭等就由方波发生器构成。上一页下一页前往4.2电气元件八、晶体三极管分类及简介1.三极管分类〔1〕按资料分类:分为硅三极管和锗三极管。〔2〕按构造分类:分为NPN型和PNP型三极管。〔3〕按电容分类:分为小功率三极管、中功率三极管和高功率三极管。〔4〕按任务频率分类:分为低频三极管、高频三极管和超高频三极管。〔5〕按封装构造分类:前面已引见过,这里不再复述。〔6〕按功能和用途分类:分为放大三极管、开关三极管、高反压三极管、带阻三极管、带阻尼三极管、微波三极管、光敏三极管和磁敏三极管等多种类型。上一页下一页前往4.2电气元件2.三极管简介〔1〕低频小功率三极管:指特征频率在3MHz以下,功率小于1W的三极管普通作为小信号放大用。〔2〕低频大功率三极管:指特征频率小于3MHz,功率大于1W的三极管。低频大功率三极管种类比较多,主要运用于电子音响的低频大功率放大电路中,用于各种大电流输出稳压电源中作为调整管。〔3〕高频小功率三极管:指特征频率大于3MHz,功率小于1W的三极管,主要用于高频振荡的放大电路中。〔4〕高频大功率三极管:指特征频率大于3MHz,功率大于1W的三极管,主要用于通讯等设备中作为功力驱动及放大。〔5〕复合三极管:前面已引见过,这里不再复述。上一页下一页前往4.2电气元件〔6〕光敏三极管:光敏三极管也是光电装换器件,最常用的资料是硅,是由一个光敏二极管和一个三极管结合而成的,具有放大作用。普通情况下,只引出集电板和发射极,其外形与光二极管一样,运用时严加划分。电阻R,与光敏三极管VT1组成VT2管的偏量电路,继电器K为开关电路负载,在图4-63〔a〕中,当一定波长的光照射到VT1的基极时,便产生光电流使VT2管基极处于低电位而截止,VT2管集电极处于高电位,VT2管导通。继电器K有电动作,实现了光电开关的亮控制,在图4-63〔b〕中,无光照时,由于光敏三极管VT1的暗电阻很大,VT2管基极处于高电位导电,继电器K有电动作,这样就实现了光电开关的暗控制,依上述任务原理,可开发出许多适用性的光电开关电路。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.8.12晶体管放大器晶体管能用在放大电压的放大电路中,构成放大器电路,故称晶体管放大器。此放大器对于正在运用一个非常低的电压来传输计算机信号,但需求升压加强以驱动附件是非常有用的,如图4-64所示。输入到晶体管基极的小信号电压波形可以看成是如图4-65〔a〕所示的波形图,而从集电极输出的电压波形相对于图4-65〔a〕波形反转了180°,在这放大电路中发生了三件事:〔1〕输入电压被放大,即输入基极的电压被放大,到达集电极后,集电极的电压大于基极电压;〔2〕输入电流增大;上一页下一页前往4.2电气元件〔3〕输入波形反转了180°〔相对于输入波形〕。有些放大器运用复合晶体管对,即达林顿对,它是衔接在一同的两只晶体管,如图4-66所示。晶体管VT1用作前置放大器,它产生推进晶体管VT2的电流,VT2管是末级放大器,与控制电路是隔离的,它将电流加强到能驱动负载部件所需的电流量。复合晶体管对〔达林顿对〕广泛用于电子点火系统的控制模块。上一页下一页前往4.2电气元件4.2.8.13晶闸管〔可控硅〕在电气电路中,为了使整流器输出的直流电压可以根据需求进展调理,就要采用可控整流电路,晶闸管就是可以实现这一要求的可控整流元件。晶闸管全称是晶体闸流管,又称可控硅,简称SCR,是一种“以小控制大〔电流〕〞的功率型器件,也是电力电子最根底的器件,具有耐压高、容量大、效率高、控制灵敏、体积小、分量轻、运用寿命长等优点,主要用于可控电流、逆变、调压无触点开关、交直流电动机调速、随动系统或变频电源等电子电路。其缺乏之处是过载才干和抗干扰才干较差,控制电路比较复杂等。上一页下一页前往4.2电气元件一、晶闸管的构造和符号常用晶闸管外形有塑封式、螺旋式和平板式如图4-67所示。晶闸管种类很多,主要有普通型、单向、双向型、可关断型和快速型及光控晶闸管等。晶闸管的构造由四层半导体资料组成,即P型半导体和N型半导体交替构造,分成为P1、N1、P2和N2,如图4-68所示。它们的接触面构成三个PN结,分别为J1、J2和J3,引出的三个电极分别为阳极A、阴极K和门极〔控制极〕G。上一页下一页前往4.2电气元件为了阐明晶闸管的任务原理,可将其看成是PNP和NPN两个三极管相连,如图4-68〔a〕所示;等效晶体管为两个三极管相连,如图4-68〔b〕所示;晶闸管的符号如图4-68〔c〕所示。二、晶闸管的任务原理晶闸管在任务过程中,阳极A和阴极K与电源、负载衔接,组成晶闸管的主电路;晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的安装衔接,组成晶闸管的控制电路。也可以把晶闸管看成是由PNP型和NPN型两个晶体管衔接而成,每一个晶体管的基极与另一个晶体管的某电极相连如图4-69所示。上一页下一页前往4.2电气元件阳极A相当于PNP型管VT1的发射极,阴极K相当于NPN型管VT2的发射极。如图4-70所示。当晶闸管加上正向电压而且控制极也加上正向电压时,两个等效晶体管的各个PN结的偏置符合放大条件。在控制极正向电压作用下,产生控制极电流IG,就是VT2的基极电流IB2,VT2的某电极电流IC2=β2IGT,又是VT1管的基极电流,VT1管的某电极电流IC1=β1IC2=β1β2IG〔β1β2分别是VT1、VT2的电流放大系数〕。从等效电路可知,IC1又流入VT2的基极再一上一页下一页前往4.2电气元件次放大,从而构成剧烈的正反响,使两个晶体管很快到达饱和导通,因此晶闸管也就进入完全导通形状。晶闸管一旦导通后,其形状完全依托管子本身的正反响作用来维持,即使控制极电流消逝,晶闸管仍处于导通形状。所以控制极的作用仅仅是触发晶闸管使其导通,导通后控制极就失去控制造用,要想关断晶闸管,须将阳极电流减小到使之不能维持正反响过程。当然,将阳极电压降低到0或将阳极电流断开或在阳极与阴极间加一反向电压,晶闸管即自行关断而呈关断形状。根据以上所述总结如下:SCR的三个接线脚叫阳极〔或P端子〕、阴极〔N端子〕和门极〔中心区之一〕。上一页下一页前往4.2电气元件〔1〕晶闸管的导通条件为:一是在阳极和阴极间加上一定大小的正向电压;二是在控制极和阴极间加正向触发电压。只需电路满足这两个条件晶闸管才干导电,否那么就处于关断形状。同时还应该留意到晶闸管导通后,控制极即失去控制造用。要使电路封锁,必需使阳极电压降到最小。〔2〕SCR仅仅要求一个触发脉冲,作用在门极便可变成导电的,只需电压坚持足够高或者直到门电压反转,电流会继续流过阳极和阴极。〔3〕SCR可以正向或反向接入电路中。正向衔接时,P型阳极与电路的正极端衔接而N型阳极与负极衔接,中间的PN结阻塞了经过阳极和阴极的

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