第2章電工與電子基礎(chǔ)知識

第2章電工與電子根底知識2.1電路及電路根本定律電能是一種優(yōu)越的能量，以其消費(fèi)方便、運(yùn)用和控制簡單、傳輸效率高和清潔環(huán)保等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、交通、國防以及社會生活等各個領(lǐng)域，都獲得了越來越廣泛的運(yùn)用，因此，電工與電子技術(shù)知識對于消費(fèi)實(shí)踐和日常生活越來越重要。汽車從它誕生的第一天起，就與電結(jié)下了不解之緣，可以毫不夸張地說，沒有電就沒有現(xiàn)代汽車。2.1.1電的根本概念2.1.1.1電的概念自然界中的任何物質(zhì)都是由分子組成的，分子是由原子組成，而原子又是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子所組成。在通常情況下，原子是中性的，對外不顯電性，物質(zhì)也不顯帶電的性能。自然界中只存在正、負(fù)兩種電荷，物體帶電的緣由就是得到或失去了電子。物體所帶電荷的多少叫電荷量〔或電量〕，用Q來表示，單位是庫侖〔C〕，1庫侖相當(dāng)于6.24146×1018個電子所帶的電荷總量。大量的現(xiàn)實(shí)闡明，電荷間存在著相互作用的力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。在自然界中，電荷既不能發(fā)明，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，這個結(jié)論叫電荷守恒定律。2.1.1.2電流1．電流的構(gòu)成有的物質(zhì)，如金屬中的金、銀、銅、鐵、鋁等以及非金屬中的石墨、硅等，它們的原子核對外層電子的吸引力小，外層電子很容易脫離原子核的束縛成為可以自在挪動的自在電子，當(dāng)這類物質(zhì)給予一定的外加條件時〔如接上電源〕，就能迫使自在電子發(fā)生定向挪動，這些電荷有規(guī)那么的定向挪動稱為電流。把這類具有良好導(dǎo)電身手的物體叫做導(dǎo)體。另一些物質(zhì)，如塑料、陶瓷、石蠟、玻璃、純真水等，它們的原子核對外層電子的吸引力大，電子不容易脫離原子核的束縛而挪動，因此，在物體內(nèi)不能構(gòu)成電荷的有規(guī)那么的挪動，這類物質(zhì)沒有導(dǎo)電身手或?qū)щ娚硎趾苋?，叫做絕緣體。2．電流的強(qiáng)度電流的大小取決于在一定的時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少。在一樣的時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量越大，在導(dǎo)體內(nèi)構(gòu)成的電流就越強(qiáng)；反之，電流就越弱。電流的強(qiáng)弱用電流來表示。通常規(guī)定：單位時間內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量稱為電流，用大寫的字母I表示。假設(shè)在t秒內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量為Q，那么IQ/t電流的單位是安培〔A〕，簡稱安。假設(shè)在1s內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1C，那么流過導(dǎo)體的電流就為1A，即1A=1C/1s電流的單位除安培〔A〕外，還有千安〔kA〕、毫安〔mA〕、微安〔A〕，它們之間的換算關(guān)系是1kA=1000A1mA=0.001A1uA=0.000001A電流的方向規(guī)定為：正電荷的運(yùn)動方向?yàn)殡娏鞯姆较颍?fù)電荷運(yùn)動的方向相反。2.1.1.3電壓導(dǎo)體中的電流是由大量的自在電荷定向挪動構(gòu)成的，而只需在導(dǎo)體兩端接上電源，在導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成電場，大量電荷在電場力的作用下定向挪動才干構(gòu)成電流。因此，導(dǎo)體中構(gòu)成電流的條件是：導(dǎo)體兩端接有電源，也就是說在導(dǎo)體兩端堅(jiān)持有電壓。電壓用U表示。電壓的單位是伏特〔V〕，簡稱伏。常用的電壓單位還有千伏〔kV〕和毫伏〔mV〕，它們之間的換算關(guān)系是：1kV=1000V1mV=0.001V2.1.1.4電阻和電阻器1．電阻當(dāng)電流經(jīng)過金屬導(dǎo)體時，做定向挪動的自在電荷會與金屬中的帶電粒子發(fā)生碰撞，而這種碰撞妨礙了自在電子的定向挪動，因此也就妨礙了電流的構(gòu)成，這種導(dǎo)體對電流的妨礙作用叫做電阻。導(dǎo)體電阻的大小反映了導(dǎo)電才干的強(qiáng)弱，電阻用R表示。電阻的單位是歐姆，簡稱歐，用Ω表示。電阻常用的單位還有千歐〔kΩ〕和兆歐〔MΩ〕，它們之間的換算關(guān)系為1kΩ=103Ω1MΩ=106Ω導(dǎo)體的電阻是客觀存在的，它的大小只取決于導(dǎo)體的長度、橫截面積和資料，而與導(dǎo)體兩端的電壓和流過的電流無關(guān)。即R＝ρl/S式中 R——導(dǎo)體的電阻，Ω； Ρ——與導(dǎo)體的資料性質(zhì)有關(guān)的物理量，稱為電阻率或電阻系數(shù)，通常是指點(diǎn)體溫度為20°C，長度為1m、橫截面積是1m2的某種資料的導(dǎo)體的電阻值，單位Ω·m； L——導(dǎo)體的長度，m； S——導(dǎo)體的橫截面積，m2。2．電阻器及其符號電阻器是電路中運(yùn)用最廣泛的元件，其質(zhì)量的好壞對電路的任務(wù)穩(wěn)定性有極大的影響，電阻器的主要作用是穩(wěn)定和調(diào)理電路中的電流和電壓。電阻器分可變電阻器和固定電阻器兩大類，可變電阻器絕大多數(shù)用來調(diào)理電壓的大小，因此，又叫電位器。2.1.2電路2.1.2.1電路電流流過的回路叫做電路，又稱電子回路。最簡單的電路由電源負(fù)載和導(dǎo)線、開關(guān)等元件組成，如圖2-2〔a〕所示。電路可以用電路圖來表示。把其他方式的能轉(zhuǎn)換成電能的安裝叫做電源。把電能轉(zhuǎn)換成其他方式的能的安裝叫做負(fù)載。電動機(jī)、電阻、電燈泡、揚(yáng)聲器等都叫做負(fù)載。開關(guān)是指一個可以使電路開路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件。最常見的開關(guān)是讓人操作的機(jī)電設(shè)備，其中有一個或數(shù)個電子接點(diǎn)。接點(diǎn)的“閉合〞〔Closed〕表示電子接點(diǎn)導(dǎo)通，允許電流流過；開關(guān)的“開路〞〔Open〕表示電子接點(diǎn)不導(dǎo)通構(gòu)成開路，不允許電流流過。電路形狀有三種形狀：開路、短路、通路。開路：也叫斷路，由于電路中某一處因中斷，沒有導(dǎo)體銜接，電流無法經(jīng)過，導(dǎo)致電路中電流消逝，普通對電路無損害。短路：電源未經(jīng)過任何負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路，易呵斥電路損壞、電源瞬間損壞、如溫度過高燒壞導(dǎo)線、電源等。通路：處處連通的電路。2.1.2.2串聯(lián)電路串聯(lián)電路是使電流只需一條通路經(jīng)過每一個電路元件，為電路組成的兩種根本方式之一。例如，一個包含兩個電燈泡和一個9V電池的簡單電路。假設(shè)導(dǎo)線銜接電池到一個電燈泡再到下一個電燈泡，回到電池，構(gòu)成一個延續(xù)的圈，那么兩個電燈泡之間為串聯(lián)。串聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：〔1〕流過每個電阻的電流相等。由于直流電路中同一支路的各個截面有一樣的電流強(qiáng)度?！?〕總電壓〔串聯(lián)電路兩端的電壓〕等于分電壓〔每個電阻兩端的電壓〕之和，即：U=U1+U2+……Un這可由電壓的定義直接得出?！?〕總電阻等于分電阻之和。2.1.2.3并聯(lián)電路并聯(lián)電路是在構(gòu)成并聯(lián)的電路元件間電流有一條以上的相互獨(dú)立通路，為電路組成的兩種根本方式之一。例如，一個包含兩個電燈泡和一個9V電池的簡單電路。假設(shè)兩個電燈泡分別由兩組導(dǎo)線分開地銜接到電池，那么兩燈泡為并聯(lián)。并聯(lián)電路有如下特點(diǎn)：〔1〕總電流等于各支路的電流之和?！?〕并聯(lián)電路中各電阻的電壓與總電壓一樣。〔3〕相互并聯(lián)的電阻其總電阻值的倒數(shù)等于個電阻值的倒數(shù)和。2.1.3歐姆定律歐姆定律是電學(xué)根本定律之一，是指同一導(dǎo)體中，經(jīng)過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。它闡明了電流和電壓與電阻之間的關(guān)系。R=U/I式中U——電壓，V；R——電阻，Ω；I——電流，A。2.1.4電功電流所做的功叫做電功，實(shí)踐就是電能轉(zhuǎn)化為其他方式能量的過程，計(jì)算電功的公式是：W＝UItW＝I2Rt或W＝U2t/R式中U——電壓，V；I——電流，A；t——時間，s；W——電功，J。2.1.5電功率電流在單位時間內(nèi)所做的功叫做電功率。電功率用P來表示，P=W/t而W＝UIt〔即電壓乘以電流乘以時間〕，所以P=UIP＝I2R或P＝U2/R上式闡明，電功率等于電壓與電流的乘積，電功率P的單位就是瓦特。電功率的單位還有千瓦，符號是kW，1kW=103W。把公式P=W/t，變形后可得W=Pt，由此可以定義“千瓦時〞，電流在1h內(nèi)所做的功，就是1kW·h，1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J。2.1.6電容電容〔或稱電容量〕是表征電容器包容電荷身手的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差添加1V所需的電量，叫做電容器的電容。電容器從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)〔就像一只水桶一樣，他可以把電荷充存進(jìn)去，在沒有放電回路的情況下，刨除介質(zhì)漏電自放電效應(yīng)/電解電容比較明顯，能夠電荷會永久存在，這是它的特征〕，它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可短少的電子元件。一個電容器，假設(shè)帶1C的電量時兩級間的電勢差是1V，這個電容器的電容就是1F，即C=Q/U但電容的大小不是由Q或U決議的，即C=εS/4πkd其中ε——一個常數(shù)；S——電容極板的正對面積；d——電容極板的間隔；k——靜電力常量；常見的平行板電容器，電容為C=εS/d其中ε——極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；S——極板面積；d——極板間的間隔。在國際單位制里，電容的單位是法拉第，簡稱法，符號是F，常用的電容單位有毫法〔mF〕、微法〔μF〕、納法〔nF〕和皮法〔pF〕〔皮法又稱悄然法〕等，換算關(guān)系是：1法拉〔F〕=103毫法〔mF〕＝106微法〔μF〕1微法〔μF〕=103納法〔nF〕=106皮法〔pF〕多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn多電容器串聯(lián)計(jì)算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn2.1.7基爾霍夫電流定律定義：在集總電路中，在任一時辰，流出任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零。即對任一節(jié)點(diǎn)有∑i=0留意：“流出〞節(jié)點(diǎn)電流是相對于電流參考方向而言?！按鷶?shù)和〞指電流參考方向，假設(shè)是流出節(jié)點(diǎn)，那么該電流前面取“+〞；相反，電流前面取“-〞?！按鷶?shù)和〞指電流參考方向假設(shè)是流出閉合面，那么該電流前面取“+〞；相反，電流前面取“-〞?；鶢柣舴螂娏鞫墒请娏餮永m(xù)性的表現(xiàn)，即流入節(jié)點(diǎn)的電流等于流出節(jié)點(diǎn)的電流。2.1.8基爾霍夫電流定律定義：在集總電路中，任何時辰，沿恣意回路，一切支路電壓的代數(shù)和恒等于零。即對任一閉合回路都有∑IR=∑E即∑U=0現(xiàn)實(shí)上上式不僅可以用在任一閉合回路，還可以推行到任一不閉合的電路上，但要將開口處的電壓列入方程。凡電壓的參考方向與回路繞行方向一致者，在該電壓前取“+〞號，反之，為“-〞號。2.2半導(dǎo)體元件2.2.1半導(dǎo)體電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。半導(dǎo)體介于導(dǎo)體和絕緣體之間，既可以是導(dǎo)體，也可以是絕緣體，與摻入的雜質(zhì)有關(guān)。半導(dǎo)體室溫時電阻率約在10-5～107·m之間，溫度升高時電阻率指數(shù)那么減小。半導(dǎo)體資料很多，按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。鍺和硅為最常用的元素半導(dǎo)體；化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ族化合物〔砷化鎵、磷化鎵等〕、Ⅱ-Ⅵ族化合物〔硫化鎘、硫化鋅等〕、氧化物〔錳、鉻、鐵、銅的氧化物〕，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體〔鎵鋁砷、鎵砷磷等〕。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。半導(dǎo)體主要影響要素如下：〔1〕受溫度的影響大。外界環(huán)境溫度的變化對半導(dǎo)體資料的電阻有很大的影響。溫度升高，半導(dǎo)體資料中的電子獲得更多的能量，更容易擺脫原子核的束縛，從而改善了半導(dǎo)體資料的導(dǎo)電性能；溫度降低那么與之相反?！?〕受雜質(zhì)的影響很大。純真的半導(dǎo)體導(dǎo)電性能很差，但是假設(shè)在半導(dǎo)體資料中有選擇地參與其他元素〔稱為雜質(zhì)〕，就可使它的導(dǎo)電性能大大添加?！?〕受光照、電壓、磁場的影響很大。2.2.1.1PN結(jié)的單導(dǎo)游電性1．PN結(jié)在半導(dǎo)體資料中摻入雜質(zhì)，它的導(dǎo)電性能將大大改動，由于摻入的雜質(zhì)不同，就構(gòu)成不同類型的半導(dǎo)體資料。假設(shè)在半導(dǎo)體資料中摻入銻、磷、砷等五價(jià)元素，將制形成N型半導(dǎo)體。假設(shè)在半導(dǎo)體資料中摻入銦、鋁、硼等三價(jià)元素，將制形成P型半導(dǎo)體?？刂齐s質(zhì)的種類和數(shù)量，就控制了P型或N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一同，它們的交界處就構(gòu)成一個PN結(jié)。2．PN結(jié)具有單導(dǎo)游電性P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，如圖2-3〔a〕所示，叫做正向偏置，此時二極管電流很大，即PN結(jié)正導(dǎo)游通，正向電阻很小。P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，如圖2-3〔b〕所示，叫做反向偏置，此時二極管電流很小，即PN結(jié)反向截止，反向電阻很大。2.2.1.2晶體二極管PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)各接出一條引線，再封裝在管殼里，就構(gòu)成一個二極管，P區(qū)引出端叫正極，N區(qū)引出端叫負(fù)極，如圖2-4〔a〕所示。二極管的符號如圖2-4〔b〕所示，它表示二極管具有單導(dǎo)游電性，箭頭表示正向電流的方向。二極管外殼上普通都標(biāo)有符號，表示極性。不同用途的二極管普通都有不同的構(gòu)造、外形和符號，如圖2-5所示。二極管主要參數(shù)有最大整流電流和最高反向任務(wù)電壓。二極管長時間正常任務(wù)所允許經(jīng)過的最大平均正向電流叫最大整流電流，運(yùn)用時假設(shè)超越該值，將會燒壞二極管。保證二極管正常任務(wù)、不被反向擊穿所能接受的反向電壓值叫最高反向任務(wù)電壓，普通取反向擊穿電壓的一半左右作為最高反向任務(wù)電壓。在一些特殊場所中，二極管可做特殊的運(yùn)用，主要有以下幾種：〔1〕高反壓整流管。高反壓整流管要求至少在一個區(qū)域內(nèi)具有很低的電導(dǎo)率，這意味著正向電阻很大，將產(chǎn)生大量的熱量，這個缺陷可用在高摻雜的P型和N型之間參與一個摻雜度很低的區(qū)域的方法來抑制。這樣的二極管具有很高的反向電壓和很小的正向電阻?！?〕開關(guān)二極管。開關(guān)二極管被運(yùn)用在從高阻抗到低阻抗或從低阻抗到高阻抗的快速開關(guān)場所?？梢越?jīng)過向半導(dǎo)體資料中摻入金的方法，促進(jìn)電子與空穴的再結(jié)合，來縮短開關(guān)的時間?！?〕光電二極管。光電二極管是一種運(yùn)用光電效應(yīng)做成的二極管，它是在PN結(jié)上加上一個反向電壓，光照能釋放晶格鍵中的電子，使自在電子和空穴的數(shù)量添加，從而使反向電流〔光電流〕與光照度成正比例地添加。〔4〕發(fā)光二極管〔LED〕。發(fā)光二極管是在外加正向電壓時能發(fā)光，它的任務(wù)原理和光電效應(yīng)相反，當(dāng)自在電子和空穴復(fù)合時以發(fā)光的方式釋放能量。發(fā)光二極管經(jīng)常在數(shù)字顯示和信號燈上運(yùn)用。其制造的資料通常是砷化鎵或磷化鎵?！?〕穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管是一種重要的半導(dǎo)體二極管，它能起穩(wěn)定電壓的作用。與普通的硅二極管不同的是，它可在反向擊穿形狀下長期任務(wù)。而且在外加的反向擊穿電壓撤除以后仍能恢復(fù)單導(dǎo)游電性?！?〕肖特基二極管。肖特基二極管是一種含金屬－半導(dǎo)體結(jié)的二極管，由于電子從N型硅中進(jìn)入金屬層要比金屬層進(jìn)入N型硅容易得多，因此在半導(dǎo)體中就構(gòu)成一個電子阻撓層——肖特基阻撓層。電荷完全是經(jīng)過電子傳輸?shù)?，由于沒有發(fā)生少數(shù)載流子積累，這個特性可使開關(guān)到達(dá)很高的速度，適用做高速開關(guān)、微波整流〔檢波〕管。2.2.1.3晶體三極管1．三極管的構(gòu)造在一塊半導(dǎo)體資料上，制造出三個區(qū)，構(gòu)成兩個PN結(jié)，并分別從三個區(qū)中引出三條引線，再封裝在管殼里，如圖2-6所示，就構(gòu)成了一個三極管。普通把中間的區(qū)叫基區(qū)，兩個PN結(jié)分別按其作用稱為集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，集電結(jié)銜接的區(qū)域稱為集電區(qū)，與發(fā)射結(jié)相連的區(qū)域叫做發(fā)射區(qū)。三極管有NPN型和PNP型兩種，且分別用符號表示，如圖2-6所示。2．三極管的外形及其型號三極管根據(jù)體積、封裝方式、用途等不同，可分很多種式樣，如圖2-7所示。3．三極管的分類〔1〕按功率分類，三極管可分為大功率、中功率和小功率三極管?！?〕按任務(wù)頻率分類，三極管可分為高頻三極管和低頻三極管?！?〕按資料分類，三極管可分為硅資料三極管和鍺資料三極管?！?〕按構(gòu)造分類，三極管可分為NPN型三極管和PNP型三極管，通常一切的硅管以NPN型居多，鍺管以PNP型居多。4．三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)很多，主要有：〔1〕電流放大系數(shù)1〕交流放大系數(shù)。當(dāng)集電極與發(fā)射極電壓為規(guī)定值時，集電極電流的變化量Ic與基極電流的相應(yīng)變化量Ib的比值，叫做三極管的交流電流放大系數(shù)，用β來表示，即β=Ic/Ibβ值的大小與三極管有關(guān)，普通在20～200之間。2〕直流放大系數(shù)。當(dāng)集電極與發(fā)射極電壓為規(guī)定值時，集電極電流Ic與基極電流Ib的比值，叫做三極管的直流電流放大系數(shù)，用來表示，即β’=Ic/Ib由于值β’與β值比較接近，所以以為β’=β?！?〕極限參數(shù)1〕集電極最大允許電流指三極管參數(shù)變化不超越規(guī)定值時，集電極允許經(jīng)過的最大電流。假設(shè)超越，管子的性能將顯著變差。2〕集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓指基極開路時，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。3〕集電極允許最大耗散功率三極管正常任務(wù)時，集電極可以接受的功耗最大值。2.3電子電路根底知識2.3.1晶體管的根本放大電路2.3.1.1放大電路的組成如圖2-8所示為放大電路的表示圖，由圖可以看出，放大器有四個端子，一對用來輸入信號，叫做輸入端；另一對用來輸出信號，叫做輸出端。凡向放大器提供輸入信號的電路或設(shè)備稱為信號源，例如圖中的G。凡接納放大器輸出的信號的零件或電路稱為負(fù)載，例如圖中的RL。如圖2-9所示為根本共發(fā)射極電壓放大電路，它由三極管、電阻、電容和直流電源組成。2.3.1.2任務(wù)原理如圖2-9所示，交流輸入信號ui經(jīng)過輸入耦合電容C1引起三極管VT基極一發(fā)射極電壓ube變化，使基極電流ib作相應(yīng)的變化。由于三極管VT的電流放大作用，使集電極電流ic〔ic=βib〕相應(yīng)作更大的變化，較大的ic在Rc上產(chǎn)生交流輸出電壓，經(jīng)過輸出耦合電容C2送到負(fù)載RL上。只需電路元件選擇適宜，放大電路就能使輸出電壓Uo比輸入電壓Ui大很多倍，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。2.3.2晶體管開關(guān)電路2.3.2.1晶體管的開關(guān)特性三極管具有飽和、放大、截止三個任務(wù)形狀。假設(shè)能有目的地控制加在三極管基極上的電壓或電流，就可以使三極管交替任務(wù)在飽和或截止兩個區(qū)域，此時三極管就是處于開或關(guān)的形狀，即開關(guān)形狀。2.3.2.2晶體管開關(guān)電路如圖2-10所示為一個反相器，它是最根本的晶體管開關(guān)電路之一。當(dāng)三極管基極輸入信號為低電平〔“0〞〕時，由于電源Ubb的作用，三極管發(fā)射結(jié)反向偏置，此時三極管截止，輸出Uo為高電平〔“1〞〕。當(dāng)三極管基極輸入信號突變?yōu)楦唠娖健病?〞〕時，三極管進(jìn)入飽和形狀，輸出Uo為低電平〔“0〞〕。利用晶體管的這個開關(guān)特性，做成了反相器。2.3.3穩(wěn)壓管與穩(wěn)壓電路2.3.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種具有穩(wěn)壓作用的特殊二極管。它也是由一個PN構(gòu)呵斥，外形與普通二極管根本一樣。由于它的制造工藝和任務(wù)區(qū)域不同，可利用它的反向電流變化很大而反向擊穿電壓根本不變的特性，到達(dá)穩(wěn)壓的目的。2.3.3.2穩(wěn)壓電路如圖2-11所示為硅穩(wěn)壓二極管VS和限流電阻R組成的穩(wěn)壓電路。無論是負(fù)載電流不變、輸入電壓變化，還是輸入電壓不變、負(fù)載電流變化，這種電路均能起到穩(wěn)壓的作用。2.3.4晶閘管及整流電路2.3.4.1晶閘管晶閘管是硅晶體閘流管的簡稱，因其能像閘門一樣控制電流的流通而得名。晶閘管的特點(diǎn)是能經(jīng)過小功率信號控制大功率系統(tǒng)，從而使半導(dǎo)體技術(shù)的運(yùn)用由弱電領(lǐng)域進(jìn)入到強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管分單向晶閘管和多向晶閘管兩大類，這里只引見單向晶閘管。2.3.4.2單向晶閘管的構(gòu)造與符號目前較為常用的單向晶閘管從外形構(gòu)造上看，主要有螺栓型和平板型等幾種。螺栓型晶閘管的外形與硅整流二極管類似，其帶有螺栓的一端是陽極A，利用它可以和散熱器固定，另一端中粗引線為陰極K，細(xì)引線為門極G。平板型晶閘管的兩個平面分別是A和K極，而引線是G極。無論哪種構(gòu)造方式，普通晶閘管的內(nèi)部都有一個硅半導(dǎo)體資料做成的管芯，管芯由四層〔P1-N2-P3-N4〕、三端〔A，K，G〕構(gòu)成，它具有三個PN結(jié)，由最外層的P層和N層分別引出陽極A和陰極K，由中間的P層引出門極G。2.3.5整流電路如圖2-13所示為常用的橋式全波半控整流電路。2.3.6邏輯電路的根本原理對數(shù)字信號進(jìn)展傳輸、處置的電子線路稱為邏輯電路〔也稱數(shù)字電路〕。邏輯電路是利用晶體二極管和晶體三極管的開關(guān)特性來任務(wù)的，此時，三極管時而由飽和形狀突變到截止形狀，時而由截止形狀突變到飽和形狀。而三極管飽和與截止這兩個不同的任務(wù)形狀正好用數(shù)字“1〞和“0〞來表示，這就是數(shù)字電路的由來。邏輯電路中的信號是靠電信號的有或無、高或低來表示的，它研討電路問信號的邏輯關(guān)系，反映的是一些離散的、不延續(xù)的二進(jìn)制數(shù)字量，運(yùn)用的數(shù)學(xué)工具是邏輯代數(shù)。門電路是最根本的邏輯電路，最根本的邏輯關(guān)系是：“與〞、“或〞、“非〞三種。相應(yīng)的門電路是“與門〞“或門〞“非門〞，與門的圖形符號為，或門的圖形符號為，非門的圖形符號為。2.3.7集成電路的知識2.3.7.1集成電路集成電路是在一塊體積很小的半導(dǎo)體基片上，經(jīng)過一系列特殊工藝〔氧化、蝕刻、摻雜、沉淀等〕，將包括引線在內(nèi)的一切分立電子元件〔如電阻、電容、二極管、三極管、晶閘管等〕封裝在一同，組成集成電路IC。早期消費(fèi)的小規(guī)模集成電路〔SSI〕，在每塊芯片上的功能元件、晶體管及門電路數(shù)量，普通不超越100個，平均芯片外表積約為3mm2。20世紀(jì)80年代以后，集成度大幅度提高，大規(guī)模集成電路〔LSI〕與超大規(guī)模集成電路〔ULSI〕得到廣泛運(yùn)用，在每個芯片上集成的功能元件曾經(jīng)超越10萬個，而平均芯片的外表積也只需30mm2。集成電路根據(jù)電路的方式，可分為模擬型電路、數(shù)字型電路及組合型電路。可運(yùn)用的模擬集成電路如運(yùn)算放大器、調(diào)壓器、比較器、時鐘電路、變換器、接口電路等。模擬集成電路用來處置和加工各種模擬信號，在現(xiàn)代汽車電子設(shè)備中運(yùn)用很廣。數(shù)字集成電路用于數(shù)字邏輯運(yùn)算，數(shù)字電路是由開關(guān)元件構(gòu)成的。數(shù)字電路的輸出信號和輸入信號都是用脈沖的有無、電位的高低來表示的。2.3.7.2IC電路分類1．按集成度分類按集成的程度來分，集成電路可分為小規(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。小規(guī)模集成電路是指每片上集成少于100個元器件的集成電路，又稱普通集成電路，用字母SSI表示；中規(guī)模集成電路普通是指每片上集成100～1000個元器件的集成電路，用字母MSI表示；大規(guī)模集成電路是指每片上集成1000至數(shù)萬個元器件的集成電路，用字母LSI表示；超大規(guī)模集成電路是近幾年開展起來的集成電路，指每片上集成100000個元器件以上的集成電路，目前已到達(dá)集成幾億個元器件的程度，用字母ULSI表示。2．按功能分類按處置信號的不同，集成電路可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。數(shù)字集成電路是以“開〞和“關(guān)〞的兩種形狀，或以高、低電平來對應(yīng)“1〞和“0〞兩個二進(jìn)制數(shù)字，并進(jìn)展運(yùn)算、存儲、傳輸及轉(zhuǎn)換的集成電路。模擬集成電路是處置模擬信號的集成電路。在汽車音響安裝中采用了大量的模擬集成電路。2.3.7.3IC電路引腳好壞判別方法普通可從下面幾個方面去診斷集成電路能否有缺點(diǎn)。一是用萬用表歐姆擋測集成電路各腳對地之間的電阻，然后與規(guī)范值進(jìn)展比較。二是用萬用表的電壓擋測各腳在電路中的對地電壓，在集成電路供電電壓符合規(guī)定的情況下，如有不符合規(guī)范電壓值的引線腳，再查其外圍元件，假設(shè)外圍元件無損壞，那么可以為是集成電路的問題。三是用示波器在測試點(diǎn)查看波形與規(guī)范波形，并進(jìn)展比較。四是用型號完全一樣的集成塊進(jìn)展交換。2.3.8A/D與D/A轉(zhuǎn)換器汽車在任務(wù)的過程中，經(jīng)常將一些物理量，如速度、溫度、壓力等轉(zhuǎn)化為電信號，這些信號通常都是一些模擬信號〔Analogsignal〕。而汽車上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不能直接處置這些模擬信號的，必需將這些信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號〔Digitalsignal〕，計(jì)算機(jī)都能進(jìn)展處置和識別，這個轉(zhuǎn)換過程即為模/數(shù)轉(zhuǎn)換〔A/D〕。而計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的控制，通常也要將系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，這個轉(zhuǎn)換過程即為數(shù)/模轉(zhuǎn)換〔D/A〕。2.4汽車萬用表引見2.4.1汽車萬用表的功能要求在發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)缺點(diǎn)的檢測與診斷中，除經(jīng)常需求檢測電壓、電阻和電流等參數(shù)外，還需求檢測轉(zhuǎn)速、閉合角、頻寬比〔占空比〕、頻率、壓力、時間、電容、電感、溫度、半導(dǎo)體元件等。這些參數(shù)對于發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的缺點(diǎn)檢測與診斷具有重要意義。但是這些參數(shù)用普通數(shù)字式萬用表無法檢測，需用公用儀表，即汽車萬用表。汽車萬用表普通應(yīng)具備下述功能：〔1〕丈量交、直流電壓?！?〕丈量電阻。〔3〕丈量電流?！?〕記憶最大值和最小值?！?〕模擬條顯示?！?〕丈量脈沖波形的頻寬比和點(diǎn)火線圈一次側(cè)電流的閉合角?！?〕丈量轉(zhuǎn)速?！?〕輸出脈沖信號?！?〕丈量傳感器輸出的電信號頻率?！?0〕丈量二極管的性能?！?1〕丈量大電流。〔12〕丈量溫度。2.4.2汽車萬用表的根本構(gòu)造如圖2-14所示，汽車萬用表主要由數(shù)字及模擬量顯示屏、功能按鈕、測試工程選擇開關(guān)、溫度丈量座孔、公用座孔〔用于丈量電壓、電阻、頻率、閉合角、頻寬比和轉(zhuǎn)速等〕、搭鐵座孔、電流丈量座孔等構(gòu)成。2.4.4汽車萬用表運(yùn)用方法2.4.4.1信號頻率測試：測試工程選擇開關(guān)置于頻率〔Freq〕擋，黑線〔自汽車萬用表搭鐵座孔引出〕搭鐵，紅線〔自汽車萬用表公用座孔引出〕接被測信號線，顯示屏即顯示被測頻率。2.4.4.2溫度檢測：測試工程選擇開關(guān)置于溫度〔Temp〕擋，按下功能按鈕〔℃/°F〕，將黑線搭鐵，探針線插頭端插入汽車萬用表溫度丈量座孔，探針端接觸被測物體，顯示屏即顯示被測溫度。2.4.4.3點(diǎn)火線圈一次側(cè)電路閉合角檢測：測試工程選擇開關(guān)置于閉合角〔Dwell〕擋，黑線搭鐵，紅線接點(diǎn)火線圈負(fù)接線柱，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示屏即顯示點(diǎn)火線圈一次側(cè)電路閉合角。2.4.4.4頻寬比丈量：測試工程選擇開關(guān)置于頻寬比〔DutyCycle〕擋，紅線接電路信號，黑線搭鐵，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示屏即顯示脈沖信號的頻寬比。2.4.4.5轉(zhuǎn)速丈量：測試工程選擇開關(guān)置于轉(zhuǎn)速〔RPM〕擋，轉(zhuǎn)速丈量公用插頭插入搭鐵座孔與公用座孔中，感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器〔汽車萬用表附件〕夾在某一缸高壓點(diǎn)火線上，在發(fā)動機(jī)任務(wù)時，顯示屏即顯示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。2.4.4.6起動機(jī)起動電流丈量：測試工程選擇開關(guān)置于400mV擋〔1mV相當(dāng)于1A的電流，即用丈量電流傳感器電壓的方法來丈量起動機(jī)起動電流〕，把霍爾式電流傳感夾夾到蓄電池線上，其引線插頭插入電流丈量座孔，按下最小/最大功能按鈕，然后拆下點(diǎn)火高壓線，用起動機(jī)轉(zhuǎn)動曲軸2～3s，顯示屏即顯示起動電流。2.4.4.7氧傳感器測試：拆下氧傳感器線束銜接器，將測試工程選擇開關(guān)置于4V擋，按下DC功能按鈕，使顯示屏顯示DC，再按下最小/最大功能按鈕，將黑線搭鐵，紅線與氧傳感器相連；然后以快怠速〔2000r/min〕運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)，使氧傳感器任務(wù)溫度達(dá)360℃以上。此時，如混合氣濃，氧傳感器輸出電壓約為0.8V；如混合氣稀，氧傳感器輸出電壓為0.1～0.2V。當(dāng)氧傳感器任務(wù)溫度低于360℃時〔發(fā)動機(jī)處于開環(huán)任務(wù)形狀〕，氧傳感器無電壓輸出。2.4.4.8噴油器噴油脈沖寬度丈量測試工程選擇開關(guān)置于頻寬比擋，測出噴油器任務(wù)脈沖頻率的頻寬比后，再把測試工程選擇開關(guān)置于頻率〔Freq〕擋，測出噴油器任務(wù)脈沖頻率〔Hz〕，然后按下式計(jì)算噴油器噴油脈沖寬度：Sp=η/fp式中Sp——噴油脈沖寬度/s；η——頻寬比，%；fp——噴油頻率，Hz。2.4.5發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)萬用表檢測的操作方法2.4.5.1電阻丈量的方法將萬用表開關(guān)轉(zhuǎn)到電阻〔Ω〕擋的適當(dāng)位置并校零后，即可丈量電阻值。汽車上很多電氣設(shè)備的技術(shù)形狀可用檢測其電阻值的方法來判別，如檢查電氣元件和線路的斷路、短路等缺點(diǎn)。2.4.5.2直流電壓丈量的方法將開關(guān)轉(zhuǎn)到直流電壓〔V〕擋〔選擇適宜的量程〕，將測試表筆接至被測兩端。用測電壓的方法可以檢查電路上各點(diǎn)的電壓〔信號電壓或電源電壓〕以及電氣部件上的電壓降。2.4.5.3斷路〔開路〕的檢測方法假設(shè)圖2-15所示的配線有斷路缺點(diǎn)，可用“檢查導(dǎo)通〞或“檢查電壓〞的方法來確定斷路的部位。1．“檢查導(dǎo)通〞方法〔1〕脫開銜接器B和C，丈量它們之間的電阻值〔見圖2-16〕。假設(shè)銜接器A端子1與銜接器C端子1之間的電阻值為，那么它們之間不導(dǎo)通〔斷路〕；假設(shè)銜接器A端子2與銜接器C端子2之間的電阻值為0Ω，那么它們之間導(dǎo)通〔無斷路〕?！?〕脫開銜接器，丈量銜接器A與B、B與C之間的電阻值。假設(shè)銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間的電阻值為0Ω，而銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間的電阻為，那么銜接器A的端子1與銜接器B的端子1之間導(dǎo)通，而銜接器B的端子1與銜接器C的端子1之間有斷路缺點(diǎn)。2．“檢查電壓〞方法在電腦銜接器端子加有電壓的電路中，可以用“檢查電壓〞的方法來檢查斷路缺點(diǎn)〔見圖2-17〕。在各銜接器接通的