1、9/26/2018,1,as of the 5th September 2002,一.直流电路,三.脉冲电路,二.继电器,四.二极管、三极管,五.交流发电机、起动机,9/26/2018,2,直流电路,电的定义：电是电子从一个原子到另一个原子的运动。 电的三要素：电压、电流、电阻,9/26/2018,3,获取电的方式,9/26/2018,4,9/26/2018,5,9/26/2018,6,电压是电的压力，由它引起电子在电路中移动 1伏特表示通过1欧姆电阻移动1安培电流所需压力的数量,9/26/2018,7,表示符号=U 单 位=伏特（V ） 单位换算: mV= 0.001V V= 1V kV =
2、1000V MV =1000 000V 电压数值的大小可以通过伏特表测量,9/26/2018,8,直流电与交流电比较,直流电或“DC 直流电” 电子持续以相同的强度沿着同一方向运动。可以被储存。,9/26/2018,9,交流电或“AC 交流电” 在一定的时间内，电子多次改变其方向和电流强度。,9/26/2018,10,9/26/2018,11,9/26/2018,12,电流,9/26/2018,13,9/26/2018,14,9/26/2018,15,电功率,9/26/2018,16,扩展：种类、作用、测量、接触不良的影响；灯、或灯与电阻的串并联,1.电阻：电阻是被动部件，它用来将电流限制在一
3、个电流回路中并构成分压器, 以便在特定的点位使电压可保持恒定的数值。,9/26/2018,17,9/26/2018,18,9/26/2018,19,9/26/2018,20,新鲜空气鼓风机的速度控制,9/26/2018,21,9/26/2018,22,9/26/2018,23,9/26/2018,24,9/26/2018,25,9/26/2018,26,9/26/2018,27,2018/9/26,28,半导体及二极管基础知识,2018/9/26,29,一、半导体基础知识,1.半导体,导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。,常用的半导体材料有硅（Si）、锗 （Ge）和硒（Se）等。一般
4、半导体材料为四价元素,硅,锗,2018/9/26,30,2018/9/26,31,2018/9/26,32,2.本征半导体,纯净的不含任何杂质的半导体叫做本征半导体。,在绝对温度零度(即0 K，相当于-273)，且无外界激发时，本征半导体每一外围电子被共价键所束缚，半导体内部无电子存在，和绝缘体一样不导电。,但在室温下，仅有少数价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子（称为热激发），并在相应的共价键中留下空穴,本征激发,2018/9/26,33,2018/9/26,34,E,空穴移动产生电流 代表束缚电子移动产生电流,2018/9/26,35,结论：,由此可见,在本征半导体
5、中，共价键或束缚电子移动产生电流的根本原因是由于空穴而引起的。我们可以将空穴看成一个带正电荷的粒子，在外加电场作用下，它可以自由的移动， 移动的方向和电流的方向相同。所以空穴也是一种载流子,空穴越多，半导体中的载流子数目就越多，因此形成的电流越大,2018/9/26,36,半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中, 自由电子与空穴是同时成对产生的, 因此, 它们的浓度是相等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度,ni=pi,下标i表示为本征半导体,2018/9/26,37,载流子的产生与复合,价电子在热运动中获得能量产生了电子-空穴对。同时自由电子在运动过程中失
6、去能量, 与空穴相遇, 使电子、 空穴对消失, 这种现象称为复合。在一定温度下, 载流子的产生过程和复合过程是相对平衡的, 载流子的浓度是一定的。,2018/9/26,38,3.杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。,按掺入杂质的性质不同，分N型半导体和P型半导体,2018/9/26,39,（1） N型半导体,在本征半导体中，掺入微量五价元素，如磷、锑、砷等，可形成N型半导体。,2018/9/26,40,由于五价杂质原子可提供自由电子，故称为施主原子。N型半导体中，自由电子称为多数载
7、流子，空穴称为少数载流子。,自由电子,施主原子,2018/9/26,41,N型半导体特点,型半导体中, 自由电子为多数载流子；空穴为少数载流子。,半导体仍呈电中性,2018/9/26,42,（2） P型半导体,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。,2018/9/26,43,由于三价杂质原子容易吸收电子，故称为受主原子。P型半导体中，空穴称为多数载流子，自由电子称为少数载流子。,受主原子,空穴,2018/9/26,44,P型半导体特点,P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成； 电子是少数载流子，由热激发形成。,半导体仍呈电中性,2018/9/
8、26,45,4.载流子的漂移与扩散,1）漂移,由于电场作用而导致载流子的运动称为漂移,2）扩散,由于载流子浓度的差异而导致载流子的运动称为扩散,2018/9/26,46,二、二极管,1.PN 结,在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的交界区域会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结,2018/9/26,47,杂质浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区形成内电场促使少子漂移、阻止多子扩散达到动态平衡,扩散运动和漂移运动是相互矛盾的，少数载流子的漂移运动使空间电荷区变窄,2018/9/26,48,2.PN结的导电性,1）PN结正向偏置,给PN结加正向电压，即P区接电源正极，N区接电源负
9、极，此时称PN结为正向偏置。,2018/9/26,49,只有外电压增加到某一值时，才产生较大的扩散电流，该电压称 PN 结的死区电压，一般硅材料为0.7V，锗材料为0.3V,由上可知,PN 结正向偏置时导通电流很大（外加电压大于死区电压时）。,2018/9/26,50,2）PN结反向偏置,当 PN结的P型区接外电源负极，N型区接外电源正极时称反向偏置,2018/9/26,51,在内电场的作用下，N型区中的少数载流子（空穴）越过PN结进入P区；P型区中的少数载流子（自由电子）越过PN结进入N型区，于是在外电源的作用下形成了连续不断的由 N 型区流向P型区的电流，称为反向电流,扩散电流几乎为0，反
10、向电流很小,2018/9/26,52,正向特性,Uth,死区电压,iD = 0,Uth = 0.5 V,0.1 V,(硅管),(锗管),U Uth,iD 急剧上升,0 U Uth,反向特性,IS,U (BR),反向击穿,U(BR) U 0,iD = IS, 0.1 A(硅),几十 A (锗),U U(BR),反向电流急剧增大,U Uth,iD 急剧上升,2018/9/26,53,2018/9/26,54,二极管应用,2018/9/26,55,一、整流,整流电路是将交流电压变换成直流电路，整流电路分为单相半波整流电路、单相全波电路、三相全波整流电路。,2018/9/26,56,3.三相桥式整流电
11、路,2018/9/26,57,2018/9/26,58,三、二极管在汽车电路中的应用,1二极管的整流电路在汽车交流发电机中的应用,2018/9/26,59,2018/9/26,60,四、特殊二极管在汽车上的应用,1.稳压二极管,稳压二极管是一种特殊的面接触型硅晶体二极管。由于它有稳定电压的作用，故称为稳压二极管。它经常应用在稳压设备和一些电子线路中。稳压二极管也称齐纳二极管。,2018/9/26,61,稳压二极管的正常工作范围，是在伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的A点和B点这一段的电流，对于常用的小功率稳压管来讲，一般为几毫安几十毫安。,2018/9/26,62,2.半导体发光二极管（L
12、ED）,LED由砷化镓、磷化镓等化合物所制成。这种管子通以电流时将发出光。有红、绿、黄、橙色的发光二极管。,2018/9/26,63,3光电二极管,2018/9/26,64,2018/9/26,65,日照强度传感器可以把太阳的照射情况转换成电流的变化，车内自动空调控制单元对这种变化进行检测，来调节排风量和排风口温度。光电二极管作为光传感器还被应用到汽车灯光自动控制器中，用来检测车辆周围亮、暗程度。,2018/9/26,66,单元八 晶体管的应用,汽车工程学院,2018/9/26,68,一、晶体管的结构,晶体管的基本结构,半导体三极管简称晶体管，具有放大和开关作用,2018/9/26,69,集电
13、区,基区,发射区,B 基极,E 发射极,C集电极,PN结,PN结,N,发射结,集电结,P,N,各区特点：,基 区：厚度很薄（几个微米），且杂质浓度很低,集电区：收载流子，面积较大,发射区：半导体杂质掺杂浓度大,2018/9/26,70,晶体管分类,N,P,N,P,N,P,根据三层半导体组合方式,根据基片材料分：锗管、硅管,2018/9/26,71,二、 电流放大原理,电流放大原理验证试验,2018/9/26,72,IE,IC,IB,EB,RB,RC,EC,晶体管内部载流子运动,发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流IE,P,N,N,基区中电子的扩散与复合,形成复合电流IB,集电区收集载流子，形
14、成集电极电流IC,2018/9/26,73,1）放大区,2）饱和区,3）截止区,UceUbe,IB=0,2018/9/26,74,汽车中的应用,2018/9/26,75,一、汽车电子电路中的晶体管放大电路,晶体管的最主要的性能是放大。在汽车电子电路中，主要用来对微弱信号进行放大,2018/9/26,76,汽车电气线路搭铁(短路)检测器,2018/9/26,77,二、晶体管开关电路在汽车电子电路中的应用,利用晶体管饱和导通和截止之间状态转换，将晶体管作为一个电子开关使用，这样的电路一般称为晶体管开关电路。晶体管开关电路在汽车电路中的应用相当广泛，主要用于电子调压器、电子点火器以及各种信号报警电路
15、中，作为电子开关使用。,2018/9/26,78,1.汽车发电机电压调压器,2018/9/26,79,2.电子点火器,它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。,2018/9/26,80,点火信号发生器,该点火信号发生器(或叫传感器)是一个磁脉冲式信号发生器，用来产生点火信号，控制电子点火器的工作。,2018/9/26,81,3.无触点电喇叭,无触点电喇叭是利用晶体管控制电路来激励膜片振动产生声响。无触点电喇叭主要由多谐振荡电路和功率放大电路组成,2018/9/26,82,特殊晶体管,2018/9/26,83,一、光电晶体管,光电晶体管在原理上类似于晶体管，只是它的集电结
16、为光电二极管结构。,2018/9/26,84,把发光二极管和光电晶体管组合在一起，可实现以光信号为媒介的电信号的转换，采用这种组合方式的器件称为光电耦合器,2018/9/26,85,2018/9/26,86,二、晶闸管,晶闸管的种类很多，有普通单向和双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管等。,晶闸管又称可控硅，是一种大功率半导体可控元件。,它主要用于整流、逆变、调压、开关四个方面，应用最多的是晶闸管整流。它具有输出电压可调等特点。,9/26/2018,87,9/26/2018,88,理论课堂,（1）汽车的电源有几种？他们是什么关系呢？（2）汽车电器设备是否由蓄电池供电？,9/26/2018,89
17、,1、 交流发电机的功用,9/26/2018,90,普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器的发电机) 例JF132 （EQ140用）整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机) 例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机带泵交流发电机(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机) 例JFZB292发电机。无刷交流发电机(不需要电刷的发电机) 例JFW1913永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机),按结总体结构分五类,2、发电机的分类,9/26/2018,91,按整流器结构分四类,六管交流发电机 例JF1522（东风汽车用）八管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用）九管交
18、流发电机 例（日本日立、三凌、马自达汽车用）十一管交流发电机 例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）,9/26/2018,92,按磁场绕组搭铁形式分两类,内搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）外搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。,9/26/2018,93,汽车发电机结构,普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。,1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖5硅二极管6元件板 7转子 8定子 9前端盖 10风扇 11带轮,9/26/2018,94,9/26/2018,95,转子由转子轴、励磁绕组、两块爪形
19、磁极、滑环等组成。它的作用是当通过电刷给励磁绕组供电时，励磁绕组产生磁场。其电器符号一般用电磁线圈加文字标注表达 。,转子,9/26/2018,96,国产发电机大多采用6对磁极。爪极凸缘的外形象鸟嘴，这种形状可以使定子感应的交流电动势近似于正弦波形。,滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。,9/26/2018,97,磁路,交流发电机的磁路为：磁轭N极转子与定子之间的气隙定子定子与转子间的气隙S极磁轭。,9/26/2018,98,9/26/2018,99,定子又叫电枢，由铁心和三相绕组组成，其功用是产生感应电动势。定子绕组有星形连接和三角形连接
20、两种形式。在星形连接形式中，三相绕组的公共接点称为中性点，一般用“N”表示。（如图所示）,定子,9/26/2018,100,定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。,9/26/2018,101,定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组大多数采用Y形联结，也有用形联结,9/26/2018,102,整流器的功用是将发电机定子绕组产生的交流电变换为直流电。一般由6只整流硅二极管和安装二极管的散热板组成。,整流器实物与硅二极管连接图,整流器,整流板,9/26/2018,103,9/26/2018,104,9/26/2018,105,作用：将直流电引入励磁绕组结构：两只电刷装在电刷架
21、内，在弹簧压力作用下与滑环保持良好的接触。后端盖装有电刷架。,（a）能从外部拆除；（b）不能从外拆除,电刷,9/26/2018,106,端盖包括驱动端盖、整流端盖以及安装在其上的轴承、轴承盖等零部件。端盖由铝合金制成。因为铝合金为非导磁材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好等优点。为了提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，在有的发电机端盖的轴承座内镶有钢套。,端盖,9/26/2018,107,交流发电机的发电原理,E=4.44KN (V),=Pn/60,9/26/2018,108,整流原理,图所示为六管整流电路,5V,4V,-3V,9/26/2018,109,九管交流发电机的整流原理,9/26
22、/2018,110,八管交流发电机的工作原理,9/26/2018,111,十一管交流发电机的工作原理,9/26/2018,112,输出特性,交流发电机的工作特性,9/26/2018,113,空载特性,9/26/2018,114,外特性,9/26/2018,115,电压调节器,交流发电机当转子转速及负载在很大范围内变化时，均可引起发电机的输出电压发生较大变化，因而不能满足用电设备的工作需要。基于上述原因，为了保证用电设备正常工作，防止蓄电池过充电，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压保持稳定。,交流发电机每相电压U=4.44KN，而发电机经整流后输出的直流电压U=2.34U，所以得： U=
23、 2.344.44KN,9/26/2018,116,触点式电压调节器,触点式电压调节器由触点、铁心、线圈、磁轭、弹簧等机械部分组成，不仅结构复杂，重量和体积大，而且火花易烧蚀触点，寿命低，对无线电干扰大，具有一定的机械惯性和磁惯性，触点开闭动作迟缓。,9/26/2018,117,1.JFT106型晶体管电压调节器,9/26/2018,118,2.JFT201型晶体管调节器,9/26/2018,119,集成电路电压调节器,（1）发电机电压检测法,P,9/26/2018,120,蓄电池电压检测法,上述两种基本电路中，如果采用发电机电压检测法线路，发电机的引出线可以少一根，不足之处在于，上图中B点到
24、蓄电池正极之间的电压降较大时，蓄电池的充电电压将会偏低，使蓄电池充电不足。因此，一般大功率发电机要采用蓄电池电压检测法线路的调节器。,9/26/2018,121,JFT151型电压调节器,9/26/2018,122,交流发电机与电压调节器的维护,交流发电机与电压调节器的使用注意事项,（1）蓄电池的搭铁极性必须与发电机搭铁极性相同。国产及进口交流发电机均为负极搭铁，蓄电池必须负极搭铁。否则，蓄电池将通过二极管大电流放电，使二极管烧坏。（2）发电机运转时，不能使用试火方法检查发电机是否发电，否则容易损坏二极管及其它电子元件。（3）发现交流发电机不发电或者充电电流较小时，应及时找出故障予以排除。如长
25、期带故障运行，发电机可能出现严重故障或损坏。一个二极管短路，将会使其它二极管和定子绕组烧坏。（4）绝对禁止用200V以上的交流电压或兆欧表检查发电机的绝缘性能，否则将损坏整流二极管及调节器中的电子元件。（5）发电机正常运行时，切不可任意拆卸各电器的连接线，以防引起电路中的瞬时过电压损坏二极管及调节器中的电子元件或其它电子设备。（6）蓄电池可起到电容器的作用，即可在一定程度上吸收电路中的瞬时过电压，否则将损坏二极管及调节器中的电子元件。,9/26/2018,123,（7）发动机熄火后，应及时将点火开关断开，否则蓄电池长期向磁场绕组放电，使磁场绕组过热而损坏。（8）调节器与交流发电机的搭铁形式必须一致。内搭铁型调节器只能与内搭铁型发电机配合使用，外搭铁型调节器只能与外搭铁型发电机配合使用。否则发电机无磁场电流而不能输出电压。（9）调节器与交流发电机的电压等级必须一致，否则充电系统不能正常工作。（10）调节器的调节电压不能过高或过低，避免损坏用电设备或引起蓄电池充电不足。,
