新能源汽車電力電子技術(shù) 課件 第5章 新能源汽車安全用電及高壓防護(hù)、第6章 車用電路中常用元器件

第5章新能源汽車安全用電及高壓防護(hù)5.1人體觸電及其防護(hù)5.1.1電流對人體傷害的類型5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素5.1.3人體常見的觸電方式5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護(hù)措施

5.1.1電流對人體傷害的類型1.電傷電傷是由于電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴(yán)重時也可危及人命。電傷多發(fā)生在及以上的高壓帶電體上。2.電擊電擊指電流觸及人體而使內(nèi)部器官受到損害，它是最危險的觸電事故。當(dāng)電流通過人體時，輕者使人體肌肉痙攣，產(chǎn)生麻電感覺，重者會造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導(dǎo)致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為的低壓線路或帶電設(shè)備上。3.電磁場傷害電磁場傷害指人體在電磁場作用下吸收能量受到的傷害。受到電磁場傷害后,人會出現(xiàn)頭暈、乏力、記憶力減退、失眠和多夢等神經(jīng)系統(tǒng)衰弱的癥狀。5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素1.通過人體電流的大小通過人體的電流越大,人的生理反應(yīng)越明顯,危險性也越大。通過人體的電流大小取決于觸電電壓和人體的電阻,人體電阻一般為800～1000kΩ。表5-1是不同大小的電流對人體的作用。2.電流的頻率常用的50～60Hz的工頻交流電對人體的傷害最嚴(yán)重。3.電流的作用時間人體觸電,當(dāng)通過電流的時間越長,越易造成心室顫動,生命危險性就越大。據(jù)統(tǒng)計,觸電1～5min內(nèi)急救,90%有良好的效果,10min內(nèi)有60%救生率,超過15min希望甚微。4.電流通過人體的途徑電流通過頭部可使人昏迷;通過脊髓可能導(dǎo)致癱瘓;通過心臟會造成心跳停止,血液循環(huán)中斷;通過呼吸系統(tǒng)會造成窒息。5.人體的身體狀況人體電阻是不確定的,皮膚干燥時一般為800kΩ左右,而一旦潮濕可降到1kΩ。人體不同,對電流的敏感程度也不一樣。電流/mA對人體的作用<0.7無感覺1有輕微感覺1～3有刺激感,一般電療儀器取此電流3～10感到痛苦,但可自行擺脫10～30引起肌肉痙攣,短時間無危險,長時間有危險30～50強(qiáng)烈痙攣,時間超過60s即有生命危險50～250產(chǎn)生心臟室性纖顫,喪失知覺,嚴(yán)重危害生命>250短時間內(nèi)(1s以上)造成心臟驟停,體內(nèi)造成電灼傷表5-1不同大小的電流對人體的作用5.1.3人體常見的觸電方式1.單相觸電單相觸電是常見的觸電方式。人體的某一部分接觸帶電體的同時，另一部分又與大地或中性線相接，電流從帶電體流經(jīng)人體到大地或中性線，形成回路。2.兩相觸電人體的不同部分同時接觸兩相電源時造成的觸電，如圖

所示。對于這種情況，無論電網(wǎng)中性點(diǎn)是否接地，人體所承受的線電壓將比單相觸電時高，危險更大。3.跨步電壓觸電如果人或牲畜站在距離電線落地點(diǎn)8～10米以內(nèi)。就可能發(fā)生觸電事故，這種觸電叫做跨步電壓觸電。4.接觸電壓觸電接觸電壓是指人站在發(fā)生接地短路故障設(shè)備旁邊，距設(shè)備水平距離0.8米，這時人手觸及設(shè)備外殼手與腳兩點(diǎn)之間呈現(xiàn)的電位差，叫做接觸電壓。5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護(hù)措施1.觸電事故發(fā)生的原因由于電氣原因而造成的人身傷亡和設(shè)備損壞的事故,稱為電氣事故,它包括人身事故和設(shè)備事故。人身事故包括電流傷害、電磁傷害、靜電傷害、雷電傷害、電氣設(shè)備故障等造成的人身傷害。設(shè)備事故包括短路、漏電和操作事故等。(1)違章操作違章操作是引起電氣事故的原因之一。

(2)施工不規(guī)范在電氣操作中施工不規(guī)范也會引起電氣事故。

(3)電氣產(chǎn)品質(zhì)量不合格使用了不合格的電氣產(chǎn)品,也會導(dǎo)致電氣事故。2.防止觸電的保護(hù)措施

(1)直接觸電的預(yù)防①絕緣措施。②屏護(hù)措施。③間距措施。(2)間接觸電的預(yù)防①加強(qiáng)絕緣。②電氣隔離。(3)防止人體觸電的技術(shù)措施①保護(hù)接地。如圖５-５所示。②保護(hù)接零。如圖５-６所示。圖5-6保護(hù)接零圖5-5保護(hù)接地對于采用保護(hù)接零系統(tǒng)的要求:A.零線上不能裝熔斷器和斷路器,以防止零線回路斷開時,零線出現(xiàn)相電壓而引起的觸電事故。B.在同一低壓電網(wǎng)中,不允許將一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接地,而另一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接零。C.在接三孔插座時,不準(zhǔn)將插座上接電源零線的孔同接地線的孔串接。正確的接法是接電源零線的孔同接地的孔分別用導(dǎo)線接到零線上。D.中性點(diǎn)必須良好接地外,還必須將零線重復(fù)接地,三相五線制中要將PE線重復(fù)接地。③工作接地。將電力系統(tǒng)中某一點(diǎn)直接或經(jīng)特殊設(shè)備與地作金屬連接,稱為工作接地,如圖5-7所示。④重復(fù)接地。如圖5-8所示。圖5-7工作接地圖5-8重復(fù)接地5.2新能源汽車高壓安全與防護(hù)5.2.1電壓等級與高電壓危險性5.2.2高壓防護(hù)措施5.2.3新能源電動汽車安全用電常識5.2.1電壓等級與高電壓危險性電壓等級是電力系統(tǒng)及電力設(shè)備的額定電壓級別系列。目前,我國將電壓等級劃分為以下幾種:安全電壓通常為36V以下,我國規(guī)定安全電壓為42V、36V、24V、12V和6V。低壓指對地電壓在1000V及以下。交流系統(tǒng)中的220V三相四線制的380V/220V中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的均屬低壓。高壓指1000V以上的電力輸變電電壓,或380V以上的配用電電壓。超高壓為330～750kV。特高壓為1000kV交流,±800kV直流以上。1.高電壓作業(yè)的職業(yè)危害(1)電擊效應(yīng)。(2)熱效應(yīng)。(3)化學(xué)效應(yīng)。(4)肌肉刺激效應(yīng)。(5)發(fā)生靜態(tài)短路的熱效應(yīng)。(6)短路引起火花,金屬很快熔化,產(chǎn)生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能引起燒傷。(7)帶電高壓線路接通和斷開時所產(chǎn)生的光輻射可能造成電光性眼炎。2.高壓電流對人體的危害(1)高壓電流穿過人體時會切斷神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的信號(甚至包括通向心臟的信號),并且會燒傷內(nèi)臟和組織。人體內(nèi)電流經(jīng)過的不同路徑的電阻值如圖5-9所示。(2)高壓電流還會對人體產(chǎn)生生理作用(3)高壓電流對呼吸系統(tǒng)肌肉組織和心肌的干擾最危險電流強(qiáng)度、電流持續(xù)時間和頻率(交流電)超過一定值就可能導(dǎo)致心室顫動。(4)高壓電流的加熱作用對人體的危害流過人體內(nèi)的電流會加熱人體組織。體液也會在電流的加熱作用下蒸發(fā),這稱為內(nèi)部燒傷。。圖5-9人體不同路徑的電阻值3.高壓電弧對人體的傷害電弧對人的危害主要表現(xiàn)在以下方面：(1)燒傷:如果人體靠近電弧或直接進(jìn)入電弧內(nèi),則會因高溫而導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?。因此不要進(jìn)入電弧內(nèi),只能在戴上防護(hù)手套的情況下握住導(dǎo)體。(2)紫外線輻射:電荷載體碰撞不僅產(chǎn)生熱量,還會發(fā)射光線(含紫外線)。紫外線可能傷害眼睛,準(zhǔn)確地說是造成視網(wǎng)膜傷害,這稱為“灼傷”。(3)四周飛揚(yáng)的微粒:電弧產(chǎn)生的高溫不斷將離子和電子從導(dǎo)體材料中“拉出”。此時,較小的微粒也可能隨之“逃出”,然后不受控制地飛向四周。通常情況下,這些微粒非常熱。5.2.2高壓防護(hù)措施1.車輛的保護(hù)接地(1)純電動汽車適用的IT電網(wǎng)結(jié)構(gòu)純電動汽車采用IT系統(tǒng),如圖5-10所示。IT系統(tǒng)由于電源與車身沒有導(dǎo)通連接,所以即便正極對殼體漏電,殼體與車架連接,也不會形成回路。熔絲不會熔斷,也就不會被斷電。接地的目的主要是:

①保證等電位連接:電氣部件出現(xiàn)故障時保證等電位,并且消除危險感應(yīng)電勢差(如電機(jī)感應(yīng)電勢與車體間的電勢差);②電磁兼容性設(shè)計:減少系統(tǒng)電磁干擾。5-10純電動汽車采用的IT系統(tǒng)(2)等電位連接如圖5-11所示,基于IT系統(tǒng),可以使用將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部件直接或通過保護(hù)導(dǎo)體與車輛底盤相連接的方法來進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。圖5-11中所示第1個故障:系統(tǒng)仍能工作,組合儀表上有黃色警告信息。圖5-14中所示第2個故障:控制系統(tǒng)會將高壓系統(tǒng)切斷(斷電),同時系統(tǒng)內(nèi)會短路,功率電子裝置內(nèi)和保養(yǎng)插頭內(nèi)的熔絲會爆開,組合儀表上會有紅色警告信息,高壓系統(tǒng)無法工作、也無法重新起動。圖5-11等電位連接2.絕緣防護(hù)電動汽車電氣系統(tǒng)絕緣問題,應(yīng)確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求,保證絕緣電阻值大于100Ω,動力系統(tǒng)的測量階段最小瞬間絕緣電阻為500Ω。(1)絕緣防護(hù)等級通常電動汽車最低報警絕緣電阻值設(shè)定為500kΩ,由電池管理系統(tǒng)BMS來承擔(dān)檢測功能,當(dāng)檢測到的絕緣電阻值低于該值時,BMS將對應(yīng)的絕緣故障碼上報給上位機(jī),整車上則由組合儀表來進(jìn)行代碼顯示和故障燈報警。根據(jù)電路的工作電壓U,將電路分為兩個等級,見表5-2。電壓級別工作電壓直流電壓/V(15～150Hz)交流電壓有效值/VＡ0<U≤600<U≤25Ｂ60<U≤100025<U≤660表5-2電路等級①定義Ⅰ類設(shè)備(圖5-12),是依靠基本絕緣對帶電部件進(jìn)行防觸電保護(hù),并把這個設(shè)備中外露可導(dǎo)電部件與保護(hù)導(dǎo)體相連的設(shè)備。②定義Ⅱ類設(shè)備(圖5-13),是使用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣進(jìn)行防觸電保護(hù)的設(shè)備。圖5-12Ⅰ類設(shè)備圖5-13Ⅱ類設(shè)備關(guān)于絕緣防護(hù)的一些重要定義見表5-3。表5-3關(guān)于絕緣防護(hù)的一些重要定義3.電氣隔離所謂電氣隔離,就是將電源與用電回路進(jìn)行隔離,即將用電的分支電路與整個電氣系統(tǒng)隔離,使之成為一個在電氣上被隔離的、獨(dú)立的不接地安全系統(tǒng),以防止在裸露導(dǎo)體故障帶電情況下發(fā)生間接觸電危險。電氣隔離的基本原理如圖5-14所示,左側(cè)為供電方一側(cè),右側(cè)為用電方一側(cè)。如果左側(cè)N級接地,那么人員a是很危險的,一般其站在地面上碰觸L線,則會形成從L-a-N的回路,電流流過人體,造成傷亡。圖5-14電氣隔離的基本原理

4.手動高壓斷開裝置在純電動汽車的裝配、保養(yǎng)和維修的操作中,需要有手動斷開電氣回路的功能,保證在操作過程中人員和能接觸到的電氣設(shè)備上面不帶有危險電壓。純電動汽車維護(hù)開關(guān)結(jié)構(gòu)、原理如圖5-15所示:動力電池中電池單體串聯(lián)并聯(lián)組合成兩個部分,這兩個部分通過維護(hù)開關(guān)的高壓觸頭串聯(lián)在一起,同時維護(hù)開關(guān)也是安全線完整回路中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。(a)結(jié)構(gòu)

(b)原理圖5-15手動高壓斷開裝置5.高壓接觸器實現(xiàn)自動斷路電動汽車為實現(xiàn)高壓電路的可自行切斷保護(hù)功能,在電動汽車的高壓系統(tǒng)中配置可控制的并且有自我保護(hù)切斷高壓回路功能的高壓接觸器。(1)高壓接觸器需要盡可能地接近電池包(高壓源),以減少在斷電時候繼續(xù)蓄能的電路。(2)自動斷路器的初始狀態(tài)應(yīng)該是常開狀態(tài),需要控制器給予安全信號方能閉合,以避免高壓線路誤接通。(3)復(fù)位高壓接觸器應(yīng)要求操作者施加額外的信號,需其確認(rèn)在已消除高壓危險的情況下方能復(fù)位。(4)高壓接觸器應(yīng)具有自診斷能力,將其內(nèi)部的故障檢測出來并予以顯示,如果不能正常工作、則整車需要特殊處理(停車或報警)。(5)高壓接觸器即使是在出現(xiàn)供電電壓過低的情況下也應(yīng)能操作。(6)高壓接觸器需要提供一個輸出信號,提前通知其他用電負(fù)載,使之能在斷電之前有提前響應(yīng)的時間。(7)行駛過程中等特殊情況不能強(qiáng)行斷開。6.環(huán)路互鎖安全回路線是個環(huán)形線路,通過低壓元件(互鎖信號源)收發(fā)信號來監(jiān)控高壓電網(wǎng),檢查整個高壓產(chǎn)品、導(dǎo)線、連接器及護(hù)蓋的電氣完整性(連續(xù)性),如果安全回路線斷路,高壓系統(tǒng)會立即被切斷。大眾公司混合動力汽車互鎖環(huán)路系統(tǒng)及其原理如圖5-16。圖5-16大眾混合動力汽車互鎖環(huán)路系統(tǒng)7.高壓熔斷器熔斷器接在電路中,當(dāng)電流超過規(guī)定值和規(guī)定的時間時使電路斷開。熔斷器是一個熱能響應(yīng)器件,熔斷器中的熔片或熔絲是用電阻率較高的易熔合金制成的,或用截面積較小的導(dǎo)體制成的。圖5-17所示為純電動汽車熔斷器布置方案。圖5-17純電動汽車熔斷器布置8.漏電保護(hù)電動汽車是以大容量動力電池驅(qū)動汽車,電力未切斷的動力電池會對汽車和人員造成不容忽視的威脅和傷害。漏電保護(hù)開關(guān)、漏電斷路器,主要是用來在設(shè)備發(fā)生漏電故障時以及對有致命危險的人身觸電保護(hù),具有過載和短路保護(hù)功能,可用來保護(hù)線路或電動機(jī)的過載和短路。漏電保護(hù)開關(guān)在純電動汽車上主要以絕緣電阻監(jiān)測系統(tǒng)的形式出現(xiàn),傳統(tǒng)的漏電保護(hù)開關(guān)主要安裝在非車載充電系統(tǒng)上。5.2.3新能源電動汽車安全用電常識１.高壓安全操作注意事項(1)車輛充電使用專用交流電路和電源插座(16A插座),不允許使用外接轉(zhuǎn)換接頭、插線板等,16A電源插座接地良好。(2)維修維護(hù)①對新能源汽車高壓部件維修維護(hù)前，首先要準(zhǔn)各好基本絕緣安全工具。②維修高壓系統(tǒng)時必須使用專門絕緣工具。③使用安全工具時，要注意各項事項及平時保養(yǎng),注意:驗電器必須按其額定電壓使用。2.高壓斷電操作(1)在新能源汽車全部停電或部分停電的電氣設(shè)備上工作,必須完成下列措施:停電、掛鎖、驗電、放電、懸掛標(biāo)識牌、裝設(shè)遮欄、有監(jiān)護(hù)人。(2)在高壓設(shè)備上檢修工作需要停電時，將檢修設(shè)備停電,必須把各方面的電源完全斷開，工作地點(diǎn)各方必須有明顯斷開點(diǎn)。(3)對電氣設(shè)備驗電前,應(yīng)先在有電設(shè)備上進(jìn)行試驗,確證驗電器良好。(4)對于大事故車輛或異常車輛(如有焦煙味,冒煙、浸水等)要有專用的場地(或工位)觀測48h,并有防爆防火設(shè)施。(5)維修動力電池組或更換電芯時,施工人員應(yīng)做好相應(yīng)的屏護(hù)和警示工作。3.電動汽車維修注意事項(1)非持證電工不準(zhǔn)裝接電動汽車高壓電氣設(shè)備。(2)任何人不準(zhǔn)玩弄電氣設(shè)備和開關(guān)。(3)破損的電氣設(shè)備應(yīng)及時調(diào)換,不準(zhǔn)使用絕緣損壞的電氣設(shè)備。(4)不準(zhǔn)利用車身電源對電動汽車以外的用電設(shè)備供電。(5)設(shè)備檢修切斷電源時,任何人不準(zhǔn)起動掛有警告牌的電氣設(shè)備。(6)不準(zhǔn)用水沖洗揩擦電氣設(shè)備。(7)熔絲熔斷時,不準(zhǔn)調(diào)換容量不符的熔絲。(8)不經(jīng)技術(shù)部門或主管部門審批,不準(zhǔn)私自改動或加裝電氣設(shè)備。(9)發(fā)現(xiàn)有人觸電,應(yīng)立即切斷電源進(jìn)行搶救,在未脫離電源前不準(zhǔn)直接接觸觸電者。(10)雷雨天氣時,禁止在室外對車輛充電和維修維護(hù)。4.電動汽車鋰電池起火爆炸問題及其防護(hù)電動汽車最大的安全隱患來自鋰電池。(1)任何從事鋰電池運(yùn)輸、存儲、安裝、測試、維護(hù)等工作的人員,必須通過專業(yè)培訓(xùn)、具備鋰電池的風(fēng)險識別能力和起火、爆炸后的應(yīng)急處理能力。(2)禁止利用非專業(yè)和未校驗過的測試設(shè)備對鋰電池及電池包進(jìn)行充放電測試或安全測試。(3)電池及電池包的安裝、測試過程中要做好絕緣處理,避免短路發(fā)生。(4)在電池或電池包測試及檢修過程中,如有任何漏液、自放熱現(xiàn)象出現(xiàn),應(yīng)立即停止測試并采取應(yīng)急處理方法。(5)電池或電池包的測試需要在防爆柜中進(jìn)行,測試及安裝區(qū)域需要配備完整的消防系統(tǒng),如自動滅火裝置、煙霧警報器等。(6)所有電池或電池包必須在半電(指的是充入50%～70%的電量)以下存放,嚴(yán)禁把電池或載有電池包的車輛停放在靠近熱源、火源或溫度高于80℃的地方。(7)所有電池和電池包存放時需要做好絕緣處理,避免發(fā)生短路。電池存放柜、隔板及電池托盤需采用阻燃材料并進(jìn)行絕緣處理。(8)存放環(huán)境內(nèi)的電纜或電氣設(shè)備要定期進(jìn)行檢修,避免年久失修而出現(xiàn)腐蝕,引發(fā)短路,繼而導(dǎo)致火災(zāi)。5.電動汽車電池起火、爆炸的應(yīng)急措施(1)電池漏液:切斷電源。佩戴防護(hù)面罩、手套,拆除漏液電芯的電氣連接,明確漏液點(diǎn),清理表面,置于防爆箱內(nèi),串聯(lián)大電阻放電至0V,之后放入廢電池臨時存儲庫。(2)單體電池測試起火:切斷電源。穿戴防護(hù)面罩、防護(hù)服及防護(hù)手套后,用大量水滅火。(3)單體電池存放起火:剛剛起火,在穿戴好防護(hù)面罩、防護(hù)服和防護(hù)手套后,用高壓水槍遠(yuǎn)距離噴淋。(4)引發(fā)多顆電芯連續(xù)起火:迅速遠(yuǎn)離現(xiàn)場,通知鄰近區(qū)域同事斷電撤離,報警。(5)電池組或多顆電苡起火:切斷該區(qū)域電源并通知鄰近區(qū)域同事切斷鄰近工作區(qū)域電源,撤離現(xiàn)場,報警。(6)電池包起火、爆炸:切斷該區(qū)域電源并通知鄰近區(qū)域同事切斷鄰近工作區(qū)域電源,撤離現(xiàn)場,報警。謝謝大家！第6章車用電路中常用元器件半導(dǎo)體器件6.26.1基本元件6.1.1電阻元件6.1.2電感元件6.1.3電容元件6.1.1電阻元件1.電阻元件的符號電阻元件是電路中最基本的電路元件，是實際電阻器的理想化模型，是表征電路中電能消耗的理想元件。電阻元件，用符號R表示。2.電阻元件的伏安特性如圖6-2所示。一個電阻元件有電流通過后，若只考慮它的熱效應(yīng)，忽略它的磁效應(yīng)，即成為一個理想電阻元件。和的參考方向關(guān)聯(lián)表達(dá)，根據(jù)歐姆定律得出：圖6-1電阻元件圖形符號(a)電阻電路

(b)伏安特性6-2電阻元件的伏安特性電阻元件上的電壓與電流成線性關(guān)系，兩者的比值是一個大于零的常數(shù)，稱為這一部分電路的電阻，單位是歐姆（Ω）。當(dāng)有電流流過電阻時，電阻將消耗能量，所以電阻具有耗能的性質(zhì)，3.電阻元件的主要性能指標(biāo)(1)額定功率在規(guī)定的環(huán)境溫度和濕度下,電阻器電阻器在直流或交流電路中長期連續(xù)工作,在不損壞或基本不改變性能的情況下允許消耗的最大功率,稱為額定功率。

(2)標(biāo)稱阻值在電阻器上標(biāo)示的阻值，其單位為歐(Ω)、千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。(3)允許偏差。實際阻值與標(biāo)稱阻值間允許的最大偏差，以百分比表示。常用的有±5%、±10%、±20%,精密的小于±1%，高精密的可達(dá)0.001%。它表示電阻產(chǎn)品的精度。電阻的阻值和允許偏差的標(biāo)注方法有直標(biāo)法和色環(huán)法。①直標(biāo)法將電阻的阻值和誤差直接用數(shù)字和字母印在電阻上。②色環(huán)法將不同顏色的色環(huán)涂在電阻器上來表示電阻的標(biāo)稱值及允許偏差，色環(huán)法標(biāo)稱阻值所代表的數(shù)字或意義見表6-1。色別第一色環(huán)第一位數(shù)第二色環(huán)第一數(shù)字第三色環(huán)應(yīng)乘的數(shù)允許偏差黑00-棕11紅22橙33-黃44-綠55藍(lán)66紫77灰88-白99-金－－銀－－表6-1色環(huán)法標(biāo)稱阻值所代表的數(shù)字或意義現(xiàn)舉例說明色環(huán)法識別電阻標(biāo)稱值的方法。A.在電阻體上標(biāo)以彩色環(huán),色環(huán)由左向右依次排列,最左側(cè)為第一色環(huán)。圖6-3所示的電阻租值為27000Ω±5%。B.精密度電阻器的色環(huán)標(biāo)志用五個色環(huán)表示。第一至第三色環(huán)表示電阻的有效數(shù)字,第四色環(huán)表示倍乘數(shù),第五色環(huán)表示允許偏差,圖6-4所示的電阻阻值為17.5Ω±1%。圖6-3四色環(huán)電阻圖6-4五色環(huán)電阻4.敏感電阻根據(jù)電阻元件對不同物理量敏感，敏感電阻器可分為熱敏、濕敏、光敏、壓敏、力敏、磁敏和氣敏等類型敏感電阻。敏感電阻器所用的材料幾乎都是半導(dǎo)體材料，這類電阻器也稱為半導(dǎo)體電阻元件。5.電阻元件在汽車電路的應(yīng)用(1)普通電阻(2)熱敏電阻冷卻水溫度傳感器外觀與結(jié)構(gòu)如圖6-5(a)所示。這種傳感器是利用熱敏電阻阻值隨溫度的變化而變化這一特性來檢測溫度的，其溫度特性如圖6-5(b)所示。(a)外形(b)特性曲線圖6-5熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器的外形與特性曲線(3)壓敏電阻壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的電阻器件，根據(jù)其特性不同可分為壓力敏感型和電壓敏感型兩種。(4)光敏電阻光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的。在受光時，半導(dǎo)體受光照產(chǎn)生載流子，由一電極到達(dá)另一電極，有效地參與導(dǎo)電，從而使光電導(dǎo)體的電阻率發(fā)生變化。光照強(qiáng)度越強(qiáng)，電阻越小。6.1.2電感元件1.電感元件的符號電感元件是實際電感器的理想模型，用來表征電路中磁場能儲存這一物理性質(zhì)的理想元。電感元件的電路符號如圖6-6所示。電感元件又稱為線圈或電感線圈，用符號L表示。圖6-6電感元件符號圖6-7電感元件的伏安特性3.電感元件的主要性能指標(biāo)(1)標(biāo)稱電感量。也稱自感系數(shù)，是反映電感線圈產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個物理量。電感量的大小主要取決于線圈的匝數(shù)、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。

(2)允許偏差。允許偏差是指電感器上標(biāo)稱電感量與實際電感的允許誤差值。一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高。(3)電感線圈直流電阻。電感線圈的直流電阻是指損耗電阻,其阻值很小。

(4)品質(zhì)因數(shù)。品質(zhì)因數(shù)是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。(5)額定電流。額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值。若工作電流超過額定電流，則電感器就會因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會因過流而燒毀。4.電感元件的應(yīng)用(1)電感元件廣泛的應(yīng)用在模擬電路與信號處理過程中。(2)電感元件與電容元件及其他一些器件結(jié)合可以形成調(diào)諧電路，可以放大或過濾一些特定的信號頻率。(3)小的電容/電感還可結(jié)合產(chǎn)生調(diào)諧電路用于無線電的收發(fā)。(4)兩個或多個電感元件之間有耦合磁通量可形成變壓器，變壓器是電力電源系統(tǒng)的基本組件。變壓器的效率隨著頻率的增加而減小，但高頻變壓器的體積也變的很小。6.1.3電容元件1.電容元件的符號電容元件是用來表征電路中電場能儲存這一物理性質(zhì)的理想元件。電容元件又稱器簡稱電容，用符號C表示。

（a）固定電容

（b）可調(diào)電容

（c）微調(diào)電容

（d）電解電容圖6-8電容元件的圖形符號

（a）電容電路

（b）電容充電圖6-9電容元件的特性4.電容元件的基本功能(1)充電。使電容元件帶電（儲存電荷和電能）的過程稱為充電。這時電容元件的兩個極板總是一個極板帶正電，另一個極板帶等量的負(fù)電。充電后電容元件的兩極板之間就有了電場，充電過程把從電源獲得的電能儲存在電容元件中。(2)放電。使充電后的電容元件失去電荷（釋放電荷和電能）的過程稱為放電。電容元件就會放出電荷和電能。放電后電容元件的兩極板之間的電場消失，電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。在汽車電子電路中，常用電容元件來實現(xiàn)旁路、耦合、濾波、振蕩、相移以及波形變換等，這些作用都是其充電和放電功能的演變。6.2半導(dǎo)體器件6.2.1半導(dǎo)體的基本知識6.2.2半導(dǎo)體二極管6.2.3特殊二極管6.2.4半導(dǎo)體三極管6.2.5場效應(yīng)管6.2.6晶閘管6.2.7絕緣柵雙極型晶體管6.2.8功率場效應(yīng)晶體管6.2.1半導(dǎo)體的基本知識

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但是因為它具有熱敏性、光敏性和摻雜性，由半導(dǎo)體制成的各種電子器件得到了非常廣泛的應(yīng)用。(1)熱敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨著溫度發(fā)生明顯的改變。利用熱敏性可制作成各種熱敏電阻，用于控制系統(tǒng)和溫度測量等。(2)光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能對光照比較敏感。利用光敏性可制作成光電二極管、光電三極管及光敏電阻等多種類型的光電器件，廣泛地應(yīng)用于自動控制和電子設(shè)備中。(3)摻雜性：在純凈的半導(dǎo)體中摻入極少量的雜質(zhì)元素，將會極大地改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。利用摻雜性可制作成各種不同用途的半導(dǎo)體器件。1.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體指的是完全純凈，結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體中雖然有大量的價電子，但它們都不能自由移動，也不能參與導(dǎo)電。當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或者受到光線照射等外界因素的影響時，共價鍵中的某些價電子獲得能量，掙脫共價鍵的束縛成為自由電子；與此同時，原共價鍵中的相應(yīng)位置留下空位，稱作“空穴”，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的，自由電子和空穴的數(shù)目總是相等的，對外呈電中性。這種在熱或光的作用下，本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)如果把空穴看成帶正電的載流子，那么空穴的移動與帶負(fù)電的價電子反方向移動的效果是相同的。

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體

（1）型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的五價元素(如磷)后，就可形成

型半導(dǎo)體。（2）型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體中摻入微量的三價元素(如硼)后，就可形成

型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)P型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)3.PN結(jié)(1)PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體上，通過一定的摻雜工藝，一邊形成N型半導(dǎo)體，一邊形成P型半導(dǎo)體，那么在交界面處將形成一個具有特殊功能的薄層，稱為PN結(jié)。(a)多子擴(kuò)散(b)PN結(jié)的形成

隨著內(nèi)電場的逐漸建立，多子的擴(kuò)散運(yùn)動逐漸減弱，少子的漂移運(yùn)動隨之增強(qiáng)，最終到達(dá)動態(tài)平衡，此時空間電荷區(qū)的寬度基本保持不變。6.2.1半導(dǎo)體的基本知識

（2)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)最基本的特性就是單向?qū)щ娦?，即外加正向電壓，結(jié)導(dǎo)通；外加反向電壓，結(jié)截止。PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)外加反向電壓

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕赫蚱脮r導(dǎo)通，正向電阻很??；反向偏置時截止，反向電阻很大。6.2.2半導(dǎo)體二極管

1.結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體二極管就是由一個

結(jié)加上相應(yīng)的電極引線及管殼封裝而成的。由

區(qū)引出的電極稱為陽極，

區(qū)引出的電極稱為陰極。常用二極管的符號、結(jié)構(gòu)和外形示意圖按材料分，有硅管和鍺管兩種；按用途分，有普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管等多種；按結(jié)構(gòu)來分，有點(diǎn)接觸型，面接觸型和硅平面型幾種。

2.伏安特性

二極管的性能可以通過它的伏安特性曲線加以描述。伏安特性是指流過二極管的電流和外加電壓的關(guān)系。(1)正向特性當(dāng)正向電壓超過某個數(shù)值以后二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。(2)反向特性二極管外加反向電壓時，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，電路相當(dāng)于斷開狀態(tài)。(3)反向擊穿特性當(dāng)加到二極管上的反向電壓達(dá)到一定數(shù)值后，反向擊穿。二極管伏安特性曲線3.二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流

最大整流電流

是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向工作電流。實際應(yīng)用時，二極管的平均電流不能超過此值。(2)最大反向工作電壓

最大反向工作電壓

是指二極管在使用時允許加的最大反向電壓(峰值)。(3)反向飽和電流

反向飽和電流

是指在規(guī)定反向電壓和室溫下所測得的反向電流值。該值越小，說明二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?.2.3特殊二極管

1.穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用。穩(wěn)壓管與普通二極管的主要區(qū)別在于，穩(wěn)壓管是工作在PN結(jié)的反向擊穿狀態(tài)。(1)伏安特性曲線在反向擊區(qū)域內(nèi)，當(dāng)

在較大范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓管兩端電壓

基本不變。

（2）主要參數(shù)穩(wěn)壓管主要參數(shù)有穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流

、動態(tài)電阻等。

穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線和符號

2.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的光發(fā)射器件，簡稱

。它是由鎵、砷、磷等元素的化合物制成。這些材料構(gòu)成的

加上正向電壓時，就會發(fā)出光來，光的顏色取決于制造所用的材料。發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓低、工作電流小，具有很強(qiáng)的抗振動和沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于信號指示等電路中。發(fā)光二極管電路

3.光電二極管

光電二極管又稱光敏二極管,當(dāng)光線照射于它的PN結(jié)時,它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而線性增加，這時光電二極管等效于一個恒流源;當(dāng)無光照時，光電二極管的伏安特性與普通二極管一樣。光電二極管作為光控元件可用于物體檢測、光電控制、自動報警等方面。

光電二極管符號及等效電路6.2.4半導(dǎo)體三極管

半導(dǎo)體三極管又叫晶體三極管或雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。晶體管種類繁多，按結(jié)構(gòu)可以分為NPN管和PNP管。1.半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和電路符號(a)NPN管(b)PNP管三極管結(jié)構(gòu)和符號2.三極管的放大原理三極管在電子線路中用作放大器件時，發(fā)射結(jié)外加正向電壓，集電結(jié)外加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。三極管的電流分配和放大作用

稱為動態(tài)(交流)電流放大倍數(shù)。通常在20～200之間。共射極電路的電流放大作用

3.三極管的特性曲線三極管的特性曲線是指各電極之間所加電壓和流過電流之間的關(guān)系曲線，它能直觀全面反映三極管性能的好壞。（1）輸入特性曲線

輸入特性曲線是指當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓

為某一常數(shù)時，基極電流

與加在發(fā)射結(jié)上的電壓

之間的關(guān)系曲線，即

常數(shù)

三極管的輸入特性曲線

（2）輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)三極管的基極電流為某一常數(shù)時，集電極電流與加在集電極、發(fā)射極之間的電壓

之間的關(guān)系曲線，即︱

常數(shù)根據(jù)三極管的工作狀態(tài)不同，可將輸出特性分為三個區(qū)域。A.截止區(qū)B.放大區(qū)C.飽和區(qū)三極管處于放大狀態(tài)的電路通常為放大電路，而三極管處于截止和飽和狀態(tài)的電路常稱為開關(guān)電路。︱

三極管的輸出特性曲線6.2.5場效應(yīng)管場效應(yīng)管(縮寫FET）是一種帶有PN結(jié)的新型半導(dǎo)體器件,場效應(yīng)管是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)管具有輸入阻抗高、制造工藝簡單、噪聲系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好及動態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，沒有二次擊穿現(xiàn)象。特別適合做成大規(guī)模集成電路，在高頻、中頻、低頻、直流、開關(guān)及阻抗變換電路中有廣泛應(yīng)用。1.場效應(yīng)管的分類場效應(yīng)管從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，有電子作為載流子的Ｎ溝道器件和空穴作為載流子的Ｐ溝道器件。從結(jié)構(gòu)來劃分，有結(jié)型場效應(yīng)管JFET和絕緣柵場效應(yīng)管IGFET之分；IGFET也稱金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET通常簡稱MOS場效應(yīng)管。

圖6-28Ｎ溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號

(a)(b)圖6-30漏極輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線(a)(b)圖6-31Ｎ溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖特性轉(zhuǎn)移曲線

(2)結(jié)型場效應(yīng)管①結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與絕緣柵場效應(yīng)管相似,工作機(jī)理也相同。結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖6-32所示。它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié),形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個Ｐ區(qū)即為柵極，Ｎ型硅的一端是漏極，另一端是源極。圖6-32結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

（a）漏極輸出特性曲線(b)轉(zhuǎn)移特曲線圖6-33Ｎ溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線6.2.6晶閘管圖6-34晶閘管的外形圖6-35晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

晶閘管的工作原理晶閘管的工作條件：（1）晶閘管承受反向陽極電壓時,不管控制極承受何種電壓,晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)。（2）晶閘管承受正向陽極電壓時,僅在控制極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。（3）晶閘管在導(dǎo)通情況下,只要有一定的正向陽極電壓,不論控制極電壓如何,晶閘管保持導(dǎo)通,即晶閘管導(dǎo)通后,控制極失去作用。晶閘管的工作原理

（4）晶閘管在導(dǎo)通情況下,當(dāng)主回路電壓(或電流)減小到接近于0時,晶閘管關(guān)斷。6.2.7絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）絕緣柵雙極型品體