小松挖掘机液压维修
　　汽车电器设备从工作性质与接线原则上有哪些共同规律？ 　　(1)小松挖掘机液压维修汽车上的各种电器设备的接线均采用单线制。这样不但节约导线，而且安装方便，故障出现的机会也少。 　　(z)汽车上的两电源（发电机和蓄电池）能单独向用电设备供电，并且当发电机的电压高于蓄电弛电压时，还能给蓄电池充电，因此这两个电源线路连接方法应该是并联的。 　　(3)各用电设备必须既要能同时工作，又能够单独工作。 　　(4)小松挖掘机液压维修汽车上的电流表能显示蓄电池的充电和放电情况，因此各用电设备所用的电流，必须经过电流表与蓄电池构成内路，但某些电流大，又是间歇（或间断）工作的电器设备，如起动机、电喇叭和转向灯都不流经电流表。 　　(5)为了防止线路中发生短路而烧毁线路或用电设备？故汽车上都装有易熔器等保险装置。 　　177.进口汽车电路的保险盒和电缆线束有什么特点？ 　　(l)小松挖掘机液压维修按电路装配有保险盒，数量不一，有的装有好几个，每个支电路都有保险丝保护。保险丝如,p排列，可从保险盒上或使用说明书上查到，维修时，应把保险盒安装部位及分管电路寻清后，无论哪个电路有故障，可先查保险丝是否烧坏。 　　(2)电缆束用颜色来区分，如日本汽车电路基本上有同一规格，搭铁线采用黑色。所以要掌握各种车型每个电路线束的颜色，有些要靠平肘记录下来，有的车型可查阅资料，弄清不同车型互相之间有什么 　　区别。掌握上述基本知识，排除故障可以做到快而准。 　　178.进口汽车电路安全熔断器有哪些型式？ 　　小松挖掘机液压维修为了防止汽车电线和电器设备过载以及短路而烧坏汽车电器和导线，在汽车电路中安装各种不同形式的安全保险器，也称电路保险器，这种装置统称为熔断器。 　　其作用是：当电路中流进的电流超过规定值，熔断器的焙丝部分由于自身发热，超过一定值立即熔化，切断电路（如图1-34所示），从而保护汽车电器和导线。 　　常用的熔断器的种类如图1-35所示。 　　(1)小松挖掘机液压维修玻璃管型熔断器这种熔断器采用较多。将它k结构制成两端为圆筒形接线端，中间用玻璃管连接，管中置入可熔丝，熔丝两端用焊锡焊在圆筒形接线端上。 　　玻璃管熔断器是通过改变熔丝粗细来得到不同额定电流值，在熔断器圆筒形接线端上刻有标记，有的还用不同颜色标记的玻璃管表示不同额定电流值。为了提高熔丝的耐久性，日本产的可熔丝制成S形， 　　用S形来吸收由于可熔丝反复膨胀、收缩而产生的部分热应力，既提高速断性的同时，又使耐久性得到提高。 　　(2)小松挖掘机液压维修片状型熔断器片状型熔断器由透明耐热塑料制成。片状熔丝与插片脚制成一体。主要优点有： 　　①调换方便。片状型熔断器足片状结构，无须专用工具来调换。塑料外壳上端比下嫡大，带有锥度，使调换更为方便。且片状熔断器除了以数字标明额定电流值之外，还采用片状熔断器塑料外壳的颜色 　　标记来显示额定电流大小。 　　②小松挖掘机液压维修汽车上许多电器设备如电喇叭、电动机、前照灯等，刚通电瞬间电流很大，比正常电流大数倍。这种瞬间大电流对熔断器的冲击很大，会便熔断器元件发生变形，缩短寿命。管状熔断器不能适应瞬变通电能力，只有50 000次寿命，而片状熔断器的耐久性是管状熔断器的5倍，达250 000次。 　　(3)易熔线熔断器它是容量非常大的熔断器，主要用于电源电路和大电流保护。它是以电线的导线截面积作为易熔线规格，采用无碱玻璃丝编织套管护套。 　　小松挖掘机液压维修
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常用的蓄电池放电方法有哪几种？怎样进行放电？
&&& 蓄电池放电是用蓄电池额定容量1/20的电流放电至单格电压为1. 75V时为止。开始放电每小时测量一次电压，在电压降至1. 75V时，应立即停止放电。否则电压会迅速下降到"0"，以致损坏极板，并造成下次充电困难。常用的放电方法有以下几种。&&& ①用灯泡放电：对12V的蓄电池进行放电，可将若干个12V的灯泡并联起来作为负载，改变接人灯泡的数量，就可以得到不同的放电电流。&&& ②用可变电阻放电：放电时，将可变电阻和蓄电池串联起来，调节可变电阻就可以得到不同的放电电流。&&& ③用电解液放电：在蓄电池壳中充人稀电解液，然后放人两块极板作为电极，改变两极板之间的距离就可得到不同的放电电流。&&& ④用给蓄电池充电的方法放电：这个方法多用于较多蓄电池的放电，且放电蓄电池的电压必须高于被充蓄电池的电压，同时还需保持一定的放电电流。当放电蓄电池电压与被充电蓄电池电压相等时，应减少被充蓄电池数量或更换充电蓄电池，以使放电蓄电池继续放电。
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汽车电气与电子系统4
? 第４章1 ４.１ 概述汽车电气元件2 ４.２ 电气元件3 ４.３ 集成电路 4 ４.４ 电路保护元件5 ４.５ 显示器件下一页 返回? 第４章汽车电气元件6 ４.６ 汽车专用模块7 ４.７ 汽车专用电子组件8 ４.８ 小结 3上一页返回４.１?概述现代汽车是将各种技术汇集成一体的集成物。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行叙述。 ? 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、舒适系、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，通过不同的导线和控制装置及控 制电路进行控制。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、专用模块、汽车专用电子组件、保险器、熔断器、 保险丝、大电流熔断器、断路器、电路保护装置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 略介绍。返回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行控制的装置，如图４ －１所示。该装置能控制电路的通与断操作或者能控制电流通过不同的 电路，其内部一般设置有触点。当触点闭合时，电流可通过；当触点离 开时，电流不能通过。组合开关内有两对触点，一对是常开触点，一对 是常闭触点，当常开触点处于离开位时，不允许电流通过，直到在外力 作用下使触点闭合，接通电路，电流可通过。常闭触点处于闭合状态时， 电路通路，电流可通过，当在外力作用下使触点离开，电路不通，电流 不能通过。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 另一对则离开，相对控制电流的通与断。下一页返回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，通过 棘齿充当触点并通过改变位置来控制断开／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结构。上一页 下一页返回４.２?电气元件有的电气系统采用单刀双掷（ＳＰＤＴ）开关，例如前照灯中使用的照 明亮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所示是联动开关示意图。汽 车点火开关通常采用此种开关，其结构特点是５个滑动片用细铁丝保护 在一起并会一起运动。该开关还应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，所有滑动片移到了“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 下一页返回４.２?电气元件当发动机启动运转后，滑动片移动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给舒适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ＲＵ Ｎ或ＡＣＣ位置一起，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移动开关，这种开关用一个部分 充满水银的胶囊制成，并在一端有两个电触点。如果开关被设置为一个 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，当水银胶囊移动以至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打开时照明灯亮.上一页 下一页返回４.２?电气元件当发动机罩或行李箱关闭，胶囊倾斜到一个角度，水银不能移动到接通 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打开， 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，按操纵方式分为可旋转式、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 下一页返回４.２?电气元件继电器广泛应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、自动调节、安全保护，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，保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、空调压缩机电磁离合器等。如图４－７所示是继电器内部结构图。上一页 下一页返回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，使用电设 备起作用。 ? 常开触点平时是打开的，继电器动作后触点闭合，连通控制电路。常闭 触点平时是闭合的，继电器动作后触点打开，切断控制电路。如是混合 型继电器，平时常闭触点接通，常开触点打开，如果继电器线圈通电则 触点处于相反的状态。如图４－８所示，显示了一个在喇叭电路中的继 电器的应用。上一页 下一页返回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。电流通过线圈，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 喇叭所需要的大电流。因为有小电流通过，控制电路使用的线圈是细的 电线连接，仅仅是０.２５Ａ的电流。上一页 下一页返回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。按国际标准的规定，接线柱标定为３ ０，８７ａ，８７，８６和８５。接线柱３０通常与蓄电池电压连接， 电源电压能被转换（通过某种类型的开关通或断）连接或者直接连接到 蓄电池，接线柱８７ａ通常在继电器断电时连接到接线柱３０，接线柱 ８７在继电器通电时连接到接线柱３０，接线柱８６与蓄电池相接（转 换的或非转换的），以供给电磁铁电流。最后，接线柱８５接地，同样， 也可被切换或不被切换。上一页 下一页返回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。 ? 继电器的工作电压分为１２Ｖ和２４Ｖ两种，分别应用于相应标称电压 的汽车上，两种标称电压的继电器不能互换使用，否则会烧坏用电设备。 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 下一页返回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压缩机在发动机 较高转速下能接通使用，避免发动机因使用空调而熄火。 ? 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 下一页返回４.２?电气元件这样，发动机一旦发动，起动机便会自动停止运转，确保起动机安全。 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，开始建立电压，当发电机输出电 压达到蓄电池的电压时，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，使其常闭触点打开，充电指示灯Ｈ因两端 电位相同而熄灭，表明发电机已发电；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，避免了点火开关接触点被大电流烧坏。上一页 下一页返回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移动，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装置 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， 将其移动离开阀座并使机械装置转动做功。当通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状态。电磁阀常应用 在电动门锁驱动儿童锁装置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 下一页返回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装置，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装置，引起行人及驾驶员注意和避让。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只有两个暂 时的稳定状态。ＶＴ１导通、ＶＴ２截止或ＶＴ１截止、ＶＴ２导通，这 两个状态周期地自动翻转，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 下一页返回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 下一页返回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阻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要具有一定电 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 金属材料能对电流起阻碍作用的特性而制成的。所有电路为了工作都需 要电阻器。如果电阻器执行一个有用的功能，它被作为载荷装置来引用。 ? 电阻器的种类繁多，形状各异。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 下一页返回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 涂在陶瓷棒表面而形成很薄的金属薄膜，然后再覆以塑胶保护绝缘，制 成不同形状的电阻器，如图４－１９所示。 ? 电阻器有一套电阻值并被用做限制电路中通过的电流量。通过外壳上的 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 下一页返回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示 例如图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。 阻值前两位数现在是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 下一页返回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，通过改变开关 的位置来调节电阻值的大小，从而改变电机的转速，如图４－２２所示。 开关处于高速位时，电流通过电阻值小的电阻器，阻值小电流大，大的 电流通过电机，电机转速增高；反之，开关处于低速位置时，电路增加 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 下一页返回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， 通过把开／关数字信号变换成连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节电流的强度，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。 改变电刷在变阻器上的位置，能增加或降低电阻值，改变电流量大小。 变阻器常常用来作仪表板照明亮度调节。随着调节开关旋钮的调节，仪 表照明的亮度可变亮或变暗。上一页 下一页返回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 比例的连续可变输出信号。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。由于电流始终流过相同电阻 量，电位器测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是否折断、电阻体是否烧焦等来判断，其电 阻值可用万用表选取合适电阻挡进行测量，用测笔分别连接电位器的两 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。如果发现有断续或跳跃现象，说明电位器接触不良。上一页 下一页返回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，也是组成电路的基本元件之一，在 电路中起到耦合滤波、隔直流和调谐作用。它不消耗电能，其储存的电 荷会在放电时返回电路，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，从而保护 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。 ? 电容器的种类按结构可分为固定电容器、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、允许偏差、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 下一页返回４.２?电气元件（１）标称容量：标称容量越大，电容器储存电荷的能力越强。 ? （２）允许偏差：电容器的允许偏差系列为±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。工作时交流电压的峰值不得超过电容器的额定电压，否则电 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，一般电容器绝缘电阻在１ ０８～１０１０Ω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，电容器容量的大小表明了储存 电荷能力的强弱。上一页 下一页返回４.２?电气元件它的基本单位是法拉（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 容量可连续变化的电容器，主要用在调谐回路中。微调电容器的容量变 化范围较小，一经调好后一般不需变动。用普通指针式万用表测量可以 判断电容器的质量，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。 ? 电容器的内部通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靠近时接触。电介体由陶瓷、玻璃、纸张、 塑料或两导体间的空气等绝缘材料组成，电容器阻塞直流，小量电流进 入电容器并给它充电。上一页 下一页返回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阻碍交流的作用，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 下一页返回４.２?电气元件电感线圈的种类很多，按电感的形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，按工作性质可分为天线线 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，按绕线结构可分为单层线圈、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：表示电感应能力的一种物理量。线圈电感量的大小与线 圈直径、匝数、绕制方式及磁芯材料有关。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 下一页返回４.２?电气元件（２）品质因素：线圈在一个周期中储存的能量与消耗能量的比值。它 是表示线圈品质的重要参数，它的大小取决于线圈电感量、等效损耗电 阻、工作频率。品质因数值越高，电感的损耗越小，效率越高。但品质 因数值的提高往往受到一些因素的制约，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，品质因数值降低。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 下一页返回４.２?电气元件????（４）额定电流：是指允许长时间通过线圈的最大工作电流。 （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。为增加稳定性可采用热绕法或披银法绕制或对线圈进 行浸渍和密封等处理。电感器根据实际工作的需要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，其特点是品质 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（超过３００～５００ＭＨ）， 大多用多层平绕线圈，其特点是品质因素值较低，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，工作频率高。上一页 下一页返回４.２?电气元件????（４）额定电流：是指允许长时间通过线圈的最大工作电流。 （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。为增加稳定性可采用热绕法或披银法绕制或对线圈进 行浸渍和密封等处理。电感器根据实际工作的需要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，其特点是品质 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（超过３００～５００ＭＨ）， 大多用多层平绕线圈，其特点是品质因素值较低，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，工作频率高。上一页 下一页返回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，可达到既增加电感量又不增加涡流 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，其电感量一般都很大，在０.５～３０Ｈ之间。线圈 的主要规格是电感量与额定电流，使用时电流不得超过线圈的额定电流。 ? ４.２.７.２ 变压器 ? 变压器主要用于交流电压变换、电流变换、传递功率、阻抗变换和缓冲 隔离等，是电子整机中不可缺少的重要元件之一。上一页 下一页返回４.２?电气元件１.变压器的种类 ? 变压器按使用的工作频率可分为高频、中频、低频、脉冲变压器等。高 频变压器一般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。 脉冲变压器则用于脉冲电路中。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则用于 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 下一页返回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，变压器能长期工作而不超过 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（Ｖ Ａ）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 下一页返回４.２?电气元件（４）温升：线圈的温度，当变压器通电工作后，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材料制作。半导体的 导电能力介于导体和绝缘体之间，作为导体和绝缘体两者都能工作，用 它作为开关器材是非常有用的，其导电特性由它的内部结构和导电机理 决定。常用的半导体材料是硅和锗，都是四价元素，具有晶体结构，原 子构造明确。通过按一定顺序将Ｎ型和Ｐ型材料结合在一起，便可构造 能用于开关器件、电压调节器和电子控制器等固态元件。上一页 下一页返回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 能力大大增强，也称为半导体材料的热敏性，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能力大大增强，也称为 半导体材料的光敏性，利用这种特性可制成光敏电阻、光电二极管、光 电池等元件。拥有自由电子的半导体材料称为Ｎ型材料，Ｎ表示是负的， 表示它是推动电子通过半导体的电路之负边，而正边则吸引自由电子， 一个电子的空缺称为一个空穴，空穴是带正电荷的，空穴有吸引自由电 子填补空穴的倾向。 ? ４.２.８.１ 二极管 ? 当Ｎ型材料和Ｐ型材料结合时得到的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 下一页返回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：指长期工作时二极管允许通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定。目前二极管最大正向电流 值可达１０００Ａ，超过这一数值，二极管将因过热而烧坏，工作电流 较大的大功率管子还必须安装散热装置。 ? （２）最高反向工作电压：指正常工作时，二极管所能承受的反向电压 的最大值。上一页 下一页返回４.２?电气元件为避免二极管反向击穿，手册上给出的最高反向电压为击穿电压的一半， 以便确保安全运行，目前二极管的最高反向工作电压为几千伏。 ? （３）最高工作频率：指二极管能保持良好工作性能条件下的最高工作 频率。由于ＰＮ结具有电离效应，当工作频率超过某一限值时，它的单 向导电性变差。点接触式二极管工作频率较高，在１００ＭＨｚ以上； 面接触管较低，为几千ＭＨｚ。上一页 下一页返回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，说明二极管的单向导电性越好。环境温度 对反向电流影响较大，温度上升，反向电流急剧增加。 ? 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。 ? 二极管的工作特性：将二极管正极与电源正极连接，二极管负极与电源 负极连接，二极管呈导通状态，如图４－３２所示。上一页 下一页返回４.２?电气元件反过来，将二极管正极与电源负极连接，二极管负极与电源正极连接， 二极管呈截止状态，如图４－３３所示。这就是二极管的单向导电特性。 ? 仔细观察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基本不变， 硅二极管的反向电流比锗二极管小。上一页 下一页返回４.２?电气元件（２）二极管具有正向导通特性。当正向电压超过一定数值以后，流过 二极管的正向电流将随着正向电压的升高开始出现明显的增加，二极管 导通。二极管刚开始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，反向电流突然急剧增大，此时，二极管被反向击穿。图４－３ 5 ? ４.２.８.２ 稳压二极管上一页 下一页返回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材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，工作于反向击穿区 域，这种击穿是可逆的。只要流过稳压二极管的电流小于其最大允许电 流，或者功率不超过其最大损耗功率，当外加电压解除后，管子的击穿 即可恢复。稳压二极管的工作原理：在反向电压较低时，稳压二极管截 止，不导通电流；当反向电压达到一定值即电压达到击穿电压值时，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 下一页返回４.２?电气元件举例来说，若稳压二极管定额在１５Ｖ反向导通，当电压低于１５Ｖ时 它反向不导通，在１５Ｖ时反向导通而电压又不超过１５Ｖ。如图４－ ３７所示简化的仪表电路，电路上用稳压二极管保持仪表恒压。图中的 稳压二极管与电阻串联而与仪表并联。若仪表电压限定在７Ｖ，稳压二 极管使用额定电压为７Ｖ，稳压二极管维持恒定的电压降，而串联电路 的总电压降又必须等于电源电压。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始终保持相同的电压降。当系统电压达到７Ｖ时 齐纳二极管被击穿，此时的稳压二极管反向导通，电阻的两端产生额外 的电压降，而仪表两端的电压保持７Ｖ。上一页 下一页返回４.２?电气元件原因是稳压二极管造成电阻额外的电压降以此来保持稳压。二极管达到 反向导通时的电压称为齐纳电压。但是若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，造成损坏，因此要在外电路上采取限流 措施。 ? 由于稳压二极管工作于反向击穿区域，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，一般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２Ｄ Ｗ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 下一页返回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结构不同可 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：稳压二极管在正常工作时，管子两端的反向电压 值。因工艺方面的原因，同一型号的稳压管其稳压值的分散性很大，使 用时最好能实际测试一下。 ? （２）稳定电流Ｉｚ和最大稳定电流Ｉｚｍａｘ：稳压管的工作电压等于其 稳定电压Ｕｚ时的工作电流称为稳定电流，管子使用时不得超过的电流 称为最大稳定电流Ｉｚｍａｘ。上一页 下一页返回４.２?电气元件（３）电压温度系数ａ：说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左右的稳压管或选用具有温度 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相同的管子反相串联而成，处于反向的稳压管具有 正温度系数，处于正向工作的稳压管（此时是普通二极管）具有负温度 系数，二者互相补偿是温度系数ａ最小。 ? （４）最大耗散功率Ｐｚｍ 最大耗散功率指消耗在管子内部的最大功率， 如使用中超过这个功率，稳压管就要损坏，最大耗散功率Ｐｚｍ ＝Ｕ Ｉ ｚ? ｚｍａｘ。上一页 下一页返回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指标，在稳压范围内ｒｚ＝ΔＵｚ／ ΔＬｚ，工作电流越大，ｒｚ越小，一般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，可选与需要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 作为直流电平使用。 ? 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 动程度已经很小，但当电网电压波动或负载变化时，直流电压的大小也 随之发生变化，从而影响电子设备和测量仪器的正常工作，为此在整流 滤波电路之后加一级直流稳压电路。上一页 下一页返回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。稳压电路的工作原理：当交流电源电压增加而使 输入电压Ｕｉ增加时，负载电压Ｕｏ也增加，即Ｕｚ增加，但Ｕｚ稍为增 加时，稳压管的电流Ｉｚ就显著增加。因此Ｒ上的电压降增加，以抵偿 Ｕｉ的增加，使负载电压Ｕｏ＝Ｕｉ－ＵＲ保持不变。反之，当电网电压 降低时，通过稳压管与电阻Ｒ的调节作用，将使电阻Ｒ上的电压降减小， 仍然保持负载电压Ｕｏ近似不变。当电源电压Ｕｉ保持不变而负载电流变 化引起负载电压Ｕｏ改变时，上述稳压电路仍能起到稳压的作用。上一页 下一页返回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因而 降低。只要Ｕｏ下降一点，稳压管电流就显著减小，使通过电阻Ｒ的电 流和电压降保持近似不变，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过临界击穿电压时反向导电的二极管。它工 作时与齐纳二极管相似，不同之处是击穿由雪崩引起。ＰＮ结有单向导 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 向电流突然增加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿。齐纳击 穿上一小节已介绍过。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，增加得多而且快。上一页 下一页返回４.２?电气元件利用这个特性制作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 价键中的电子激发形成自由电子－空穴对。新产生的载流子又通过碰撞 产生自由电子－空穴对，这就是倍增效应。１生２，２生４，像雪崩一 样增加载流子。雪崩二极管设计在一个不会造成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 有单向导电性，能直接将电能转变为光能，正向电压降大约３Ｖ。上一页 下一页返回４.２?电气元件正向导通时能发出红、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。 ? 发光二极管在工作时只需加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、色彩艳丽、响应灵敏度高、光度强、寿命 长等优点，广泛应用于各种电子电路、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： ? 按其使用材料可分为磷化镓（ＧａＰ） 发光二极管、磷砷化镓（ＧａＡ ｓＰ）发光二极管、砷化镓（ＧａＡｓ）发光二极管、磷铟砷化镓（Ｇ ａＡｓＩｎＰ）发光二极管和砷铝化镓（ＧａＡｌＡｓ） 发光二极管等 多种。上一页 下一页返回４.２?电气元件按其封装结构及封袋形式除可分为金属封袋、陶瓷封袋、塑料封袋、树 脂封袋和无引线表面封袋外，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 下一页返回４.２?电气元件发光二极管的正、负极可以通过查看引脚（长脚为正，短脚为负）或内 芯结构来识别，检测发光二极管正、负极和性能与普通二极管原则相似， 但也存在差异。对于非低压发光二极管，由于其正向导通电压大于１.８ Ｖ，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，测量其正、反向电阻均为无穷大，难以判断管子的好坏，所 以要用设有Ｒ×１０Ｋ挡，内装９Ｖ或９Ｖ以上电池的万用表来进行测 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 下一页返回４.２?电气元件光电二极管为红外线接收管，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。它的结构与普通二极管基本相 同，只是在ＰＮ结处，通过管壳顶部设置一个透明玻璃窗口接收外部的 光照。在电路中，它的工作状态是两种：一是当给光电二极管加反向工 作电压时，管子中的反向电流随光照强度的改变而改变，光照强度越大， 反向电流越大。大多数情况都处于这种工作状态。另一种状态是光电二 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 下一页返回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 能力强、传送信息量大、传输损耗小而且工作可靠，主要用于各种控制 电路，如红外线遥感、光纤通信、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单方向通过，然而，其电流方向与标准二极管 相反。当二极管接收到特定量的光时，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 下一页返回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，阻挡层加厚，结电容 减小，反向偏电压越高，结电容越小。变容二极管如同可变电容，结电 容一般只有几皮法，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用具有记忆功能（预选台） 的电子调谐器，其工 作原理是通过控制直流电压来改变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表面封 袋等多种封袋形式，通常中小功率的变容二极管采用玻璃封袋、塑料封 袋或表面封袋，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 下一页返回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。这种尖脉冲在通过电子系统时会击穿或损坏电子器件，有些 电路安置了箱位二极管吸收尖脉冲避免击穿电子器件。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４－４ ４所示。 ? 一些空调压缩机离合器采用了箱位二极管，因为离合器是靠电磁操作， 当电磁开关关闭时，断开离合器线圈，电路便产生电压尖脉冲，如果该 电压尖脉冲未加抑制，它可能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 下一页返回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型材料 和Ｎ型材料组合制造而成，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 与所应用的电路端相同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相同。晶体管符号中的箭头表示发射极指 向Ｎ型材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。三级的每一极都有自己的端子和 通向，连接不同的电路部分。上一页 下一页返回４.２?电气元件发射极是两个共享一公用中间层的二极管。当发射极连接到电路时，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 极都必须是正的。晶体管起到开关作用，如图４－４７所示。 ? 当电路中使用ＮＰＮ晶体管时，基极－集电极结加的是反偏电压，如果 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。如果发射极－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，其原因是基极是一薄层，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 下一页返回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。 为了让电流通过发射极到集电极，基极和集电极两者相对于发射极必须 为负电压。 晶体管有三种工作状态： （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 电流通过。 （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，且输出电流与通过基极的电流成正比。上一页 下一页返回４.２?电气元件（３）饱和：基极的正偏电压达到了某值时，晶体管的输出电流达到了 最大值，再增大正偏电压，输出电流仍是那个最大值。也可理解为通过 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 和状态。 ? 由于ＰＮＰ和ＮＰＮ型晶体管有三层硅，其中两层是相同的，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（只有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 极相似。漏极收集电流，与集电极相似。上一页 下一页返回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，与基极相似。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 和漏极由同类掺杂材料构成，可以是Ｎ型材料或是Ｐ性材料，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、成本 低和易于集成等特点，广泛用于数字电路，通信设备和仪器、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。绝缘栅型又分为增强型和耗尽型。 如果源极电压为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 下一页返回４.２?电气元件然而，如果给栅极加了较低的正电压，栅极在通道和它本身之间形成一 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。因为场效应改善了源极到漏极的电流流动，所以这种场 效应晶体管称为增强型场效应晶体管。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， 增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沟道增强型绝缘栅管（ｃ）、 Ｎ沟道增强型绝缘栅管上一页 下一页返回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 数和最高工作频率等。由于场效应管输入阻抗很高，很容易造成静电击 穿损坏，使用ＭＯＳ管时应特别注意栅极的保护，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 下一页返回４.２?电气元件?? ? ?值得注意的是，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，如果遇到发动机温度过高，水箱“开锅” 模块停止工作的问题， 就要检查试之晶体管组件热不热。 晶体管的用处是用作开关和放大器。 ４.２.８.１０ 单结晶体管 单结晶体管只有一个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 下一页返回４.２?电气元件单结晶体管的结构，等效电路及电路符号如图４－５３所示。单结晶体 管因其特殊的内部结构而具有负阻特性，广泛应用于振荡电路、定时电 路和其他电路中，并使这些电路的结构大为简化。 ? 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理的核心器件，广泛用于电子产品和电路中。上一页 下一页返回４.２?电气元件在生产和测量中，电信号放大电路的应用十分广泛，经常需要将微弱的 电信号（电压、电流或电功率） 进行放大，以便有效进行观察、测量、 控制或调节，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， 只有通过电信号放大电路变换来振动扬声器和显像管工作，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、晶体三极管的结构 ? 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，其内部结构比二极管多一层Ｐ型半导体或Ｎ型半导体，形成ＰＮＰ 型或ＮＰＮ型三层结构，ＮＰＮ平面型三极管如图４－５５所示。上一页 下一页返回４.２?电气元件它由两个ＰＮ结的３层半导体制成，中间Ｐ型扩散区很薄，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，Ｐ ＮＰ型三极管的结构如图４－５６所示。结构原理与ＮＰＮ型三极管一 样，这里就不赘述了。上一页 下一页返回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，它反映了三极管的基本性能，是 分析放大电路的基本依据，三极管有２个ＰＮ结和３个电极，当应用三 极管构成放大电路时，必须遵循的偏置方式是ｂｅ之间的ＰＮ结处于正 向偏置，而ｂｃ之间的ＰＮ结必须处于反向偏置。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，所以通过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 下一页返回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， 如果此时再增大Ｕｃｅ，只要Ｕｂｅ保持不变，Ｕｃｅ＞１Ｖ后的输入特性 曲线基本上是重合的，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 下一页返回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 相似； ? （２）晶体管输入特性也有一段门槛电压区，只有在发射结外加电压Ｕ ｂｃ大于门槛电压时，晶体管才会出现Ｉｂ，硅管的门槛电压约为０.５ Ｖ，锗管的门槛电压约为０.２Ｖ； ? （３）晶体管开始导通时，电流增加缓慢，但电压Ｕｂｅ略微升一点， 电流就急剧增加，特性曲线就近似直线上升。上一页 下一页返回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，即曲线通过坐标原点； （２）当Ｕｃｅ为基数值时，若Ｉｂ＝０则Ｉｃ＝Ｉｃｅｏ≈０。 说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 路中只有一个很小的电流Ｉｃｅｏ通过，此电流称为穿透电流；上一页 下一页返回４.２?电气元件（３）如Ｉｂ为固定值，在Ｕｃｅ超过一定数值（约１Ｖ） 以后，Ｉｃ不 再随Ｕｃｅ增高而明显地增加，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增 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个工作区。 ? 放大区：输出特性曲线的近乎水平部分是放大区，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有控制作用。上一页 下一页返回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＝Ｉ ｃｅｏ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，认为三极管已饱和，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增加，Ｉｃ也几乎 不增加，从而三极管失去了放大作用。上一页 下一页返回４.２?电气元件? ? ? ?为了实现三极管的放大作用，应该使三极管工作在放大区。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工作 在截止区和饱和区。 三、主要参数 三极管的参数是用来说明其性能和适用范围的，这些参数也是设计电路、 选用三极管的依据。三极管的参数很多，这里只介绍最主要的几个。 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 下一页返回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 向电压的作用下形成的反向电流。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。因为它好 像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 下一页返回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 工作稳定性。 ? ３.极限参数 ? （１）集电极电流的最大允许值Ｉｃｍａｘ：集电极电流Ｉｃ超过一定值时， 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超过Ｉｃｍａｘ时并不一定会使 管子损坏，但如超过太多，则会烧坏三极管。上一页 下一页返回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 与发射极间所能承受的最大反向电压。在使用时，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际电压若超过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 极时会消耗功率而产生热量，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，在使用时如超过此值会 导致管子被烧毁，即Ｐｃｍａｘ＝ＩｃＵｃｅ。 ? 三极管还有其他参数，使用时可根据需要查阅有关手册。上一页 下一页返回４.２?电气元件四、晶体三极管的选择 ? 在使用中，如遇到三极管损坏，要用同样的规格、相同型号的三极管进 行更换，或采用性能参数相近的三极管进行代替，在更换或代用晶体管 时应注意以下事项。选择三极管时注意事项。 ? （１）在确认三极管损坏后，选择与原来型号相同、规格及档次相同、 β值相同或相近的三极管更换。 ? （２）更换完毕，要检测电压、电流是否正常，静态工作点是否在正常 值，管子有无过热现象。上一页 下一页返回４.２?电气元件????五、代用三极管必须遵守的原则 如找不到相同型号、规格的三极管进行更换时，可用性能相近的三极管 代替，但必须遵守如下原则： （１）极限参数高的三极管可以代替极限低的三极管，如Ｐｃｍａｘ大的 三极管可以代替Ｐｃｍａｘ小的三极管。 （２）性能好的三极管可以代替性能差的三极管，如Ｉｃｅｏ小的三极管 可以代替Ｉｃｅｏ大的三极管。 （３）高频管和开关管代替普通低频三极管（其参数应能满足要求）。上一页 下一页返回４.２?电气元件（４）复合管可以代替单管。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，但采用复合管代替单管时，一般都要重新调整 直流偏置，选择合适的静态工作点。 ? 六、晶体三极管低频电压放大电路 ? 晶体三极管的一个最基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：Ｖ Ｔ是三极管，担任电流放大作用。上一页 下一页返回４.２?电气元件Ｒｗ、Ｒｂ１、Ｒｂ２为基极偏置电阻，电阻值一般为几十到几百千欧，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合适的工作状 态，从而使信号波形不失真。Ｅｃ除为放大器提供合适的工作状态外， 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。一般Ｅ ｃ的数值为几伏到几十伏。Ｒｏ是集电极电阻，电阻值一般为几千欧到几 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用来稳定三极管的工作点，Ｃ３用来减少Ｒ３对交流信号消耗。上一页 下一页返回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工作点。最常用的静态工作点参 数是Ｉｂ、Ｉｃ和Ｕｃｅ。有时为引起注意特加脚注“Ｑ” 来表示静态工 作点，常写作为ＩｂＱ、ＩｃＱ、ＩｃｅＱ。设置静态工作点的目的是在三 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，适当调节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 下一页返回４.２?电气元件静态工作点对放大器输出波形的影响很大：当输入电流一定、静态工作 点太高时，就会使三极管进入饱和区工作而引起Ｉｃ的正半周及Ｕｃｅ的 负半周失真；当静态工作点太低（增大Ｒｗ值）时，又会使三极管进入 截至去工作而引起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，通常都是调节Ｒｗ，使静态工作点选在各参数可能实现 的中等数值，当工作点偏高时就增大Ｒｗ的数值，当工作点偏低时就减 少Ｒｗ的数值。上一页 下一页返回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能力。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连接而组成的，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起，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，第一只管子 的发射极电流方向必须与第二只管子的基极电流方向相同，并以此类推， 最后引出ｅ、ｂ、ｃ三个电极。上一页 下一页返回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状态，三极管 饱和时三极管ｃ、ｅ极之间相当于开关的闭合状态，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”，这个过程极快结束，直 至ＶＴ１饱和，ＶＴ２截止为止。只要适当选取ＶＴ１的集电极电阻和基 极电阻，使其满足Ｒｂ１≤β１Ｒｃ１，ＶＴ１就能工作在饱和状态，此时电 源经Ｒｃ２→Ｃ２→ＶＴ１的发射结，接地路径对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 止则是由于电容Ｃ１两端的电压通过饱和管ＶＴ１加到ＶＴ２的发射结， 使之处于反偏而达到的。上一页 下一页返回４.２?电气元件ＶＴ１饱和，ＶＴ２截止，这就是此时电路的一个工作状态，这个状态是 暂稳态。若是稳态的话，就要求ＶＴ１一直饱和，ＶＴ２一直截止。但是 由于ＶＴ２的截止是靠电容Ｃ１两端的电压来维持的，此时Ｃ１一方面通 过饱和管ＶＴ１把负电压加到ＶＴ２的发射极使其截止，一方面又要通过 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，电源将通过Ｒｂ２时，ＶＴ２便开始导通， 而一旦ＶＴ２导通，开始产生集电极电流，就会在电路中引起新的正馈 连锁反应。上一页 下一页返回４.２?电气元件由于Ｃ１放电→Ｕｂ２↑→Ｉｃ２↓→Ｕｃ２↓→Ｕｂ１↓→Ｉｃ１↑→Ｕｃ１↑这个 过程进行也很快。电路翻转为ＶＴ１截止，ＶＴ２饱和的一个新工作状态。 同样，只要满足Ｒｂ２≤β１Ｒｃ２，ＶＴ２就能工作在饱和状态。和前一个 工作状态一样，这个新的工作状态也是一个暂稳态，不能长期维持下去， 因为此时Ｃ１要再次被充电。而Ｃ２又要通过饱和管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（若电路对 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 下一页返回４.２?电气元件?? ? ? ? ? ?八、晶体三极管分类及简介 １.三极管分类 （１）按材料分类：分为硅三极管和锗三极管。 （２）按结构分类：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）按工作频率分类：分为低频三极管、高频三极管和超高频三极管。 （５）按封装结构分类：前面已介绍过，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 下一页返回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 的三极管一般作为小信号放大用。 （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。低频大功率三极管品种比较多，主要应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，主要用于通信等设备中作为功力驱动及放大。 （５）复合三极管：前面已介绍过，这里不再复述。上一页 下一页返回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，最常用的材料是硅， 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。一般情 况下，只引出集电板和发射极，其外形与光二极管相同，使用时严加划 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，依上述工作原理，可开发出许多实用性 的光电开关电路。上一页 下一页返回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。此放大器对于正在使用一个非常低的电压来传输计算机信号，但 需要升压增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 下一页返回４.２?电气元件（３）输入波形反转了１８０°（相对于输入波形）。有些放大器使用 复合晶体管对，即达林顿对，它是连接在一起的两只晶体管，如图４－ ６６所示。晶体管ＶＴ１用作前置放大器，它产生推动晶体管ＶＴ２的电 流，ＶＴ２管是末级放大器，与控制电路是隔离的，它将电流增强到能 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 下一页返回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能够根据需要进行调节， 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，也是电力电子最基础的器件，具有耐压 高、容量大、效率高、控制灵敏、体积小、重量轻、使用寿命长等优点， 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。其不足之处是过载能力和抗干扰能力较差， 控制电路比较复杂等。上一页 下一页返回４.２?电气元件一、晶闸管的结构和符号 ? 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。 ? 晶闸管的结构由四层半导体材料组成，即Ｐ型半导体和Ｎ型半导体交替 结构，分成为Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２和Ｎ２，如图４－６８所示。它们的接触 面形成三个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 下一页返回４.２?电气元件为了说明晶闸管的工作原理，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、晶闸管的工作原理 ? 晶闸管在工作过程中，阳极Ａ和阴极Ｋ与电源、负载连接，组成晶闸管 的主电路；晶闸管的门极Ｇ和阴极Ｋ与控制晶闸管的装置连接，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 体管连接而成，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 下一页返回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Ｖ Ｔ２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Ｉ Ｃ２ ＝β２ＩＧＴ，又是ＶＴ１管的基极电流，ＶＴ１管的某电极电流ＩＣ １＝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 下一页返回４.２?电气元件次放大，从而形成强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，因 此晶闸管也就进入完全导通状态。晶闸管一旦导通后，其状态完全依靠 管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍处于导 通状态。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 就失去控制作用，要想关断晶闸管，须将阳极电流减小到使之不能维持 正反馈过程。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状态。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 下一页返回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。只有电路满足这两个条 件晶闸管才能导电，否则就处于关断状态。同时还应该注意到晶闸管导 通后，控制极即失去控制作用。要使电路关闭，必须使阳极电压降到最 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 要电压保持足够高或者直到门电压反转，电流会持续流过阳极和阴极。 ? （３）ＳＣＲ可以正向或反向接入电路中。正向连接时，Ｐ型阳极与电 路的正极端连接而Ｎ型阳极与负极连接，中间的ＰＮ结阻塞了通过阳极 和阴极的电流。上一页 下一页返回４.２?电气元件（４）一旦一个正电压脉冲作用在门极，ＳＣＲ开通，即使去掉了正电 压脉冲，ＳＣＲ会继续导电。如果一个负电压脉冲作用在门极，ＳＣＲ 将不再导电。 ? （５）ＳＣＲ也会阻塞任何从阴极到阳极的反向电流，由于电流只能单 方向通过ＳＣＲ，因此它能将交流（ＡＣ）电整流为直流（ＤＣ）电。 ? 三、ＳＣＲ的伏安特性 ? ＳＣＲ的阳极、阴极间的电压Ｕ、阳极电流Ｉ以及控制电流ＩＧ 之间的 关系称为ＳＣＲ的伏安特性，即Ｉ＝Ｆ（Ｕ）／ＩＧ，常用伏安特性曲 线来表示它们间的关系，如图４－７１所示。上一页 下一页返回４.２?电气元件当ＳＣＲ的阳极和阴极之间加正向电压，而控制极未加电压时，ＳＣＲ 内ＰＮ结Ｉ２处于反向偏置，其中只有很小的正向漏电流，特性曲线靠 近横轴（图中ＯＡ段），ＳＣＲ处于正向关断状态。随着正向电压不断 升高，直至达到某一定值（Ａ点电压）时，Ｉ２被击穿，漏电流突然增 加使ＳＣＲ导通。Ａ点的电压称为正向转折电压ＵＢＯ。ＳＣＲ导通后， 它本身的管电压降只有１Ｖ左右。但阳极电流很大，因此特性曲线靠近 纵轴且陡直（如ＢＣ段）。如果减小阳极电压，阳极电流就逐渐减小， 当电流小于某一数值时，ＳＣＲ又从导通状态转为关断状态，这时所对 应的最小电流称为维持电流ＩＨ。需要说明的是，控制极开路，阳极电 压高于正向转折电压ＵＢＯ时，ＳＣＲ将导通，但这种情况很容易造成Ｓ ＣＲ的不可恢复性的击穿，使元件损坏。上一页 下一页返回４.２?电气元件正常工作时应该注意避免此种情况。当加上正向控制极电压ＵＧ 时，在 控制极上有正向控制电流ＩＧ，ＳＣＲ就容易导通，其正向转折电压降 低，特性曲线左移，控制极电流越大，正向转折电压越小，ＳＣＲ越容 易导通，特性曲线越往左移。当ＳＣＲ加反向电压时，其伏安特性与二 极管相似，电流很小，称为反向漏电流。当反向电流增大到某一电流值 时，反向漏电流急剧增大，使ＳＣＲ反向导通，这时所对应的电压称为 反向转折电压ＵＢＲ。若反向电压再增大就会造成反向击穿，造成ＳＣＲ 的永久性破坏。 ? 四、ＳＣＲ的主要参数 ? １.正向关断峰值电压ＵＦＲＭ上一页 下一页返回４.２?电气元件在控制极通路和正向关断的条件下，允许复加在ＳＣＲ上最大正向电压。 按规定此电压为正向转折电压的８０％。 ? ２.反向关断峰值电压ＵＲＲＭ ? 在控制极通路时，允许重复加在ＳＣＲ上的最大反向峰值电压，一般Ｕ ＲＲＭ为反向转折电压ＵＢＲ的８０％，把ＵＦＲＭ和ＵＲＲＭ中较小的数值作 为元件的额定电压，用ＵＮ 表示。ＵＦＲＭ和ＵＲＲＭ，在数值上相近，统 称为ＳＣＲ的关断峰值电压。由于瞬时过电压会是ＳＣＲ损坏，ＳＣＲ 的额定电压应选为正常工作峰值电压的１.５～２倍，以确保安全可靠工 作。上一页 下一页返回４.２?电气元件????３.额定正向平均电流ＩＦ 在环境温度小于４０℃及规定的散热条件和全导通的条件下，允许连续 通过ＳＣＲ的工额半波电流的平均值，称为额定正向平均电流。由于Ｓ ＣＲ的过载能力小，选用ＳＣＲ的额定正向平均电流时，至少应大于正 常工作平均电流的１.５～２倍。 ４.维持电流ＩＨ 在规定的环境和控制极开路的条件下，维持ＳＣＲ导通的最小电流，称 为维持电流。维持电流一般为几十毫安至几百毫安，当导通的电流小于 维持电流时ＳＣＲ就自行关断。 ５.控制极触发电压ＵＧ上一页 下一页返回４.２? ? ?电气元件? ??在正常室温下，施加于阳极和阴极之间６Ｖ正向直流电压时，ＳＣＲ由 关断变为导通所需的最小控制直流电压，一般为１～５Ｖ。 ６.控制极触发电流ＩＧ 在正常室温下，施加于阳极和阴极之间６Ｖ正向直流电压时，ＳＣＲ由 关断变为导通所需的最小控制极直流电流，称为触发电流ＩＧ，一般Ｉ Ｇ 为几十毫安至几百毫安。 ７.正向转折电压ＵＢＯ 在额定室温和控制极通路的条件下，ＳＣＲ从关断转为导通的正弦波半 波正向电压峰值。除了以上几个主要参数外，ＳＣＲ还有其他参数，如 正向平均电压、控制极反向电压和浪涌电流等。 五、ＳＣＲ特点上一页 下一页返回４.２?电气元件ＳＣＲ能承受的反向电压较高，能导通的电流较大，导通后管压较低， 适用于大功率变流装置。ＳＣＲ工作频率较低，为ｋＨｚ级，快速ＳＣ Ｒ也在１００ｋＨｚ以下，故不适用于高频，ＳＣＲ最主要用途是在交 流或直流系统中，作为控制电流导通或关断的器件。 ? 六、ＳＣＲ的分类 ? （１）按照关断、导通及控制方式分类：分为普通ＳＣＲ、双向ＳＣＲ、 逆导ＳＣＲ、门极关断ＳＣＲ、温控ＳＣＲ和光控ＳＣＲ等多种。上一页 下一页返回４.２? ?电气元件?? ?（２）按照封装形式分类：分为金属封装ＳＣＲ、塑封ＳＣＲ和陶瓷封 装ＳＣＲ三种类型。 （３）按照电流容量分类：分为大功率ＳＣＲ、中功率ＳＣＲ和小功率 ＳＣＲ三种。通常大功率ＳＣＲ多采用金属壳封装，中、小功率ＳＣＲ 则采用塑封或陶瓷封装。 七、ＳＣＲ简介 １.普通ＳＣＲ （单向ＳＣＲ） 普通ＳＣＲ就是上述介绍过的ＳＣＲ，即用ＰＮＰＮ半导体材料构成的 四层三端半导体器件，三个引出端分别为阳极Ａ，阴极Ｋ和阳极Ｇ，如 图４－７２所示。用一个正向的触发信号触发它的控制极（Ｇ） 一旦触 发导通，即使触发信号停止作用，ＳＣＲ仍维持导通。上一页 下一页返回４.２?电气元件２.双向ＳＣＲ ? 双向ＳＣＲ是ＮＰＮＰＮ五层半导体材料构成的，等效相当于两只普通 ＳＣＲ反向并联，它也有三个电极，分别是第一阳极Ｔ１，第二阳极Ｔ２ 和门极Ｇ，如图４－７３所示是双向ＳＣＲ的结构和等效电路。如图４ －７４所示是其电路图形符号。无论加正向电压或方向电压，都能触发 导通。同理，当它一旦触发导通，即使触发信号停止作用，ＳＣＲ仍然 维持导通状态。双向ＳＣＲ在电路中主要用来进行交流调压、交流开关、 可逆直流调速等。 ? ３.可关断ＳＣＲ （门控ＳＣＲ）上一页 下一页返回４.２?电气元件可关ＳＣＲ主要特点定是当门极加反向触发信号时ＳＣＲ能自动关断。 可关断ＳＣＲ （以Ｐ型门极为例） 是由ＰＮＰＮ四层半导体材料构成， 三个电板分别为阳极Ａ，阳极Ｋ和门极Ｇ，如图４－７５所示。可关断 ＳＣＲ的结构及电路图形符号和普通ＳＣＲ相同，也具有单向导电特性， 即当其阳极Ａ，阴极Ｋ两端加正向电压，在门极Ｇ上加正的触发电压时， ＳＣＲ将导通。虽然可关断ＳＣＲ与普通ＳＣＲ的触发导通原理相同， 但二者的关断原理及关断方式截然不同。在可关断ＳＣＲ导通状态，若 在其门极Ｇ上加一个适当负电压，就能使导通的ＳＣＲ关断。上一页 下一页返回４.２?电气元件但普通ＳＣＲ在导通之后即处于深度饱和状态，若想关断，必须切断电 流，使正电流低于维持电流ＩＨ，或施以反向电压强迫关断，这就需要 增加换向电路，不仅使设备的成本增加，而且体积、重量增加，会降低 效率，产生波形失真，增大噪音。而可关断ＳＣＲ克服了上述不足，既 保留了普通ＳＣＲ耐压高，电流大等优点，又具有自动关断能力，使用 方便，是理想的高压、大电流开关器件。 ? ４.光控ＳＣＲ （光控硅） ? 光控ＳＣＲ内部由ＰＮＰＮ四层半导体材料构成，可等效为两只晶体管 和一个光敏二极管组成的电路，如图４－７６所示。上一页 下一页返回４.２?电气元件由于光控ＳＣＲ的控制信号来自光的照射，故只有阳极Ａ和阴极Ｋ两个 引出电极。门极为受光窗口（小功率ＳＣＲ）或光导纤维、光缆等，当 在光控ＳＣＲ的阳极Ａ加正向电压，阴极Ｋ上加负向电压时，再用足够 强的光照射一下其受光窗口，ＳＣＲ即可导通，ＳＣＲ受光触发导通后， 即使光源消失也能维持导通。若想让ＳＣＲ关断，需要把阳极Ａ和阴极 Ｋ之间的电压关闭或改变极性。上一页返回４.３?集成电路把一个电子单元电路或某一功能、一些功能、甚至一整机的功能电路中 数千个晶体管、二极管、电阻器、电容器及其他等电子元器件的复杂电 路集中制作在一个晶片或瓷片上，然后封装在一个便于安装焊接的外壳 中，这便是集成电路，俗称“集成块” 或“模块”，常用英文字母“Ｉ Ｃ”表示。集成电路是具有体积小、质量轻、可靠性高等特点，一块约 １／４英寸（６.３５ｍｍ）见方的硅片上可以安置多达３００００个晶 体管以上，每秒钟能运算、翻转一亿次以上，广泛地应用在电气与电子 系统中，如图４－７７所示是一个放大的带有数千个晶体管、二极管、 电阻器和电容器的集成电路示例。不仅军事、航天等领域采用，而且家 用电器、工业产品中广泛采用。近几年来，随着汽车技术的迅猛发展， 集成电路等电子技术进入汽车领域，使汽车发生了质的变化。下一页返回４.３?集成电路４.３.１ 集成电路的特点 ? （１）集成电路的专用性强。集成电路是通过预先设计好的光刻版为模 光刻在一硅晶片上复制电路图形而制造出来的。其图照相方法在硅薄片 上再现电路图形构成，用大的比例尺绘制经得起缩小的电路图，然后多 次缩拍至实际尺寸。缩小的底片作为掩模，把导电的Ｐ型、Ｎ型和绝缘 材料扩散在硅片上，掩模放在硅片上，掩模有选择地露出要腐蚀掉材料 的部分或选择扩散的部分。制作集成电路芯片的整个过程要经过一百多 道工序，一块４ｉｍ直径的硅片，能制出数千片集成电路芯片。由于集 成电路芯片小型化，汽车制造时才得以在不占用更多空间前提下加入计 算机控制系统，实现一个微机控制若干机构和功能(图4-77)。上一页 下一页返回４.３?集成电路集成电路一旦成型生产出来，其电路特性就已确定不能改动再想改动其 内部电路就就不可能了。哪怕是引线位置变换一下，除非更换一套光刻 ○模版重新生产。因此集成电路一旦制成，只能设法查手册了解其内部 电路，以便合理使用。 ? （２）集成电路可靠性高、寿命长且使用方便。这是因为集成电路将元 器件集于芯片上，这样就减少了电路中元器件连接焊点的数量及连线， 避免了短路等故障的产生。 ? （３）集成电路采用半导体材料和相应的工艺方法制作，其芯片上可制 作数千万个元器件，体积小、重量轻、功能完善。上一页 下一页返回４.３?集成电路??? ?（４）集成电路一般需外接相应的元器件才能正常工作。由于集成电路 内不宜安装电感线圈、电解电容、可变电阻等元器件。这些元器件必须 外接，只有这些元