汽車電工電子基礎全國交通運輸職業(yè)教育指導委員會中國汽車維修行業(yè)協(xié)會陳文均劉映霞全國交通運輸職業(yè)教育教學指導委員會規(guī)劃教材教育部中等職業(yè)教育汽車專業(yè)技能課教材主

編副

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編

組織編寫汽車直流控制電路汽車繼電器及電動機控制汽車交直流變換控制電路

汽車傳感器與信號處理

汽車執(zhí)行器控制電路項目一項目二項目三項目四項目五項目六

汽車數(shù)字電路及其應用執(zhí)行器是自動化技術工具中接收控制信息并對受控對象施加控制作用的裝置。在汽車上，ECU接收到傳感器的信號后，控制各個系統(tǒng)的執(zhí)行器，常見的執(zhí)行器有點火系統(tǒng)、噴油器、電磁閥、節(jié)氣門等，本項目重點學習執(zhí)行器控制電路包括三極管、場效應管、點火線圈控制。項目描述項目五汽車執(zhí)行器控制電路１.收集汽車執(zhí)行器相關信息，制定執(zhí)行器控制電路學習計劃。２.掌握三極管控制電路。３.掌握場效應管控制電路。４.掌握高壓點火系統(tǒng)控制電路。項目目標項目五汽車執(zhí)行器控制電路項目任務項目五汽車執(zhí)行器控制電路學習任務一三極管及其控制電路學習任務二場效應管及其控制電路學習任務三汽車高壓點火控制電路本項目要求準備相關電子積木實訓板，并能按照相關內(nèi)容正確操作電子積木板進行實訓。通過本項目的學習，使學生掌握三極管、場效應管、點火控制電路的原理與電路檢測方法。項目實施項目五汽車執(zhí)行器控制電路學習任務一三極管及其控制電路任務導入學習任務知識準備邊學邊做考核與評價12345知識拓展6學習任務一三極管及其控制電路晶體三極管是最常用的半導體元件之一，其發(fā)揮的作用非常大，在汽車電器、電控系統(tǒng)中幾乎都離不開它，掌握三極管原理與檢測是現(xiàn)代修車技術員必備的素質(zhì)，大功率三極管電路故障常常表現(xiàn)的是執(zhí)行元件不工作。任務導入學習任務一三極管及其控制電路１.理解三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)；２.理解三極管的工作原理；３.掌握三極管的測量。任務點１三極管基本知識學習任務知識準備晶體三極管是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件，它由兩個PN結(jié)構(gòu)成，在電路中主要作為放大和開關元件使用，是內(nèi)部含有兩個PN結(jié)、外部具有三個電極的半導體器件。一、晶體三極管晶體三極管(簡稱三極管，下同)結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1三極管結(jié)構(gòu)示意圖知識準備二、晶體三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)１.結(jié)構(gòu)從上圖5-2中我們可以知道，三極管內(nèi)部有發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為發(fā)射極ｅ、基極ｂ、集電極ｃ，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。

圖5-2三極管的電路符號知識準備二、晶體三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)

２.三個電區(qū)的特點(１)使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；(２)使基區(qū)摻雜濃度最小，且最薄，以有效地傳輸載流子；(３)使集電區(qū)面積最大，且摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)，以有效地收集載流子。知識準備二、晶體三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)三極管的種類很多，通常按以下方法進行分類。按半體制造材料可分為硅管和鍺管，

硅管受溫度影響較小、工作穩(wěn)定，因此在自動控制設備中常用硅管。按三極管內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可分為NPN型和PNP型兩類，目前我國制造的硅管多為NPN型(也有少量PNP型)，鍺管多為PNP型。按工作頻率可分為高頻管和低頻管，工作頻率高于3MHz為高頻管，工作頻率在3MHz以下為低頻。按功率可分為小功率管和大功率管，耗散功率小于1W為小功率管，耗散功率大于1W為大功率管。按用途可分為普通放大三極管和開關三極管等。知識準備準三、晶體三極管的分類類學習任務一三極管及其控制電路邊學邊做１.通過以上學習，具備了一定的理論知識。下面將進行實訓，首先，準備實訓需要使用的積木、器材，見表5-1。學習任務一三極管及其控制電路２.實訓步驟:三極管元件的認知與測量（表5-2）。邊學邊做學習任務一三極管及其控制電路２.實訓步驟:三極管元件的認知與測量（表5-2）。邊學邊做學習任務一三極管及其控制電路１.理解三極管的電流放大原理；２.理解三極管的特性曲線；３.掌握三極管特性電路的接法與測量。任務點２三極管的工作特性原理學習任務知識準備晶體三極管具有電流放大作用，其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“β”表示。電流放大倍數(shù)對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。三極管還可以作電子開關，在數(shù)字電路和汽車電路中常用。一、三極管電流放大原理三極管放大條件：要使三極管能夠正常放大信號，發(fā)射結(jié)應加正向電壓，集電結(jié)應加反向電壓，如圖5-3所示。圖5-3三極管電路偏置電路知識準備一、三極管電流放大原理電源Vcc通過偏置電阻Rb為發(fā)射結(jié)提供正向偏置，Rc阻值小于Rc阻值，所以集電結(jié)處于反向偏置，如圖5-4所示。圖5-4三極管各電極電流關系的測量電路知識準備一、三極管電流放大原理從實驗中我們可以得出三極管電路有如下關系:三極管電流分配關系：ＩＥ＝ＩＣ＋ＩＢ三極管電流放大倍數(shù)：β

＝ΔＩＣ

/ΔＩＢ，當ΔＩＢ有一微小變化，就能引起ΔＩＣ較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。知識準備一、三極管電流放大原理１.輸入特性曲線輸入特性曲線是反映三極管輸入回路電壓和電流關系的曲線，如圖5-5所示。它是在輸出電壓VCE為定值時，iB與VBE對應關系的曲線。當輸入電壓VBE較小時，基極電流iB很小，通常近似為零。當VBE大于三極管的死區(qū)電壓Vth后，iC開始上升。三極管正常導通時，硅管VBE約為0.7V，鍺管約為0.3V，此時的VBE值稱為三極管工作時的發(fā)射結(jié)正向壓降。輸入特性實質(zhì)上就是二極管特性曲線。知識準備二、三極管的特性曲線圖5-5三極管輸入特性曲線２.輸出特性曲線

輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關系的曲線，是指基極電流IB為某一定值時，集電極電流IC與集電極電壓VCE對應關系的曲線，如圖5-6所示。知識準備二、三極管的特性曲線

圖5-6三極管輸出特性曲線知識準備二、三極管的特性曲線

截止區(qū)：習慣把IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，三極管處于截止狀態(tài)，相當于三極管內(nèi)部各極開路。在截止區(qū)，三極管發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)反偏。此時C、E相當于開關斷開。

放大區(qū)：它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是IC受IB控制，具有電流放大作用。

飽和區(qū)：當VCE小于VBE時，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏，此時IC已不再受IB控制，VCEs＝0.3V（c結(jié)、e結(jié)均為正偏）。此時管子的集電極—發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻，相當于開關閉合。

1.集電極最大直流耗散功率（

Pcm

）一般要求用Pcm與原管相等或較大的晶體管進行置換。但經(jīng)過計算或測試，如果原晶體管在整機電路中實際直流耗散功率遠小于其Pcm，則可以用Pcm較小的晶體管置換。2.擊穿電壓用于置換的晶體管，必須能夠在整機中安全地承受最高工作電壓；3.集電極最大允許直流電流（Icm）一般要求用Icm與原管相等或較大的晶體管進行置換。4.電流放大系數(shù)β，β各極電流之間的關系：Ie=Ib+βIC。知識準備三、三極管主要技術參數(shù)5頻率特性晶體管頻率特性參數(shù)，常用的有以下2個。（1）特征頻率Ft：它是指在測試頻率足夠高時，使晶體管共發(fā)射極電流放大系數(shù)時的頻率。（2）截止頻率fb：在置換晶體管時，主要考慮Ft與fb。通常要求用于置換的晶體管，其Ft與fb，應不小于原晶體管對應的Ft與Fb。

知識準備三、三極管主要技術參數(shù)學習任務一三極管及其控制電路邊做邊學１.通過以上學習，具備了一定的理論知識。下面將進行實訓，首先，準備實訓需要使用的積木、器材。見表5-3。學習任務一三極管及其控制電路２.實訓步驟:三極管電流放大特性實訓（表5-4）。邊做邊學學習任務一三極管及其控制電路２.實訓步驟:三極管電流放大特性實訓（表5-4）。邊做邊學學習任務一三極管及其控制電路２.實訓步驟:三極管電流放大特性實訓（表5-4）邊做邊學學習任務一三極管及其控制電路１.理解三極管開關控制原理；２.理解三極管開關控制狀態(tài)的參數(shù)；３.掌握三極管開關控制電路的接法與檢測。任務點３三極管開關控制電路學習任務知識準備圖5-7三極管開關原理輸入電壓VBB則控制三極管開關的斷開與閉合動作，當三極管在截止狀態(tài)時，Ｃ、Ｅ極間呈斷開狀態(tài)時，負載電流便被阻斷；反之，當三極管在飽和狀態(tài)時，Ｃ、Ｅ極間呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。在汽車電路中，三極管通常用做開關，圖5-7所示即為三極管電子開關的基本電路圖。由圖5-7可知，負載電阻接在三極管的集電極與電源之間，位于三極管Ic電流回路上。一、三極管開關電路(１)三極管開關不具有活動接點部分，因此不會有機械磨損，可以使用無限多次。(２)三極管開關的動作速度比一般的開關快，一般開關的啟閉時間是以毫秒(ms)來計算的，三極管開關則以微秒(μs)計算的。(３)三極管開關沒有躍動現(xiàn)象，一般的機械式開關在導通的瞬間會有快速的連續(xù)啟閉動作，然后才能逐漸達到穩(wěn)定狀態(tài)。(４)利用三極管開關來驅(qū)動電感性負載時，在開關開啟的瞬間，不致有火花產(chǎn)生；反之，當機械式開關開啟時，由于瞬間切斷了電感性負載上的電流，因此電感產(chǎn)生的瞬間感應電壓，將在接點上引起弧光，這種電弧不但會侵蝕接點的表面，而且可能會造成干擾或危害。知識準備二、三極管開關和傳統(tǒng)的機械式開關的比較１.三極管開關電路

圖5-8所示為NPN管的開關狀態(tài)。圖中，當基極ｂ輸入一個高電位控制信號時，三極管VT進入飽和導通狀態(tài)，集電極c與發(fā)射極e之間的電位差幾乎為零，相當于ce之間閉合，

當基極b高電位控制信號撤離后，三極管VT進入截止狀態(tài)，集電極c與發(fā)射極e之間幾乎沒有電流流過，相當于ce之間斷開，利用三極管的這種特性，就構(gòu)成了三極管的開關電路，如圖5-8所示。

圖5-8

NPN三極管的開關狀態(tài)知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用圖5-9為NPN三極管開關電路，開關電路在工作時，受控制的電子元件一般接在集電極c上，控制信號加在基極b上，

當基極b有控制信號到來時，三極管VT處于飽和導通狀態(tài)，ce之間相當于開關閉合，接在集電極c上的電子元件得電工作；當控制信號與基極b斷開時，三極管VT處于截止態(tài)，ce之間相當于開關斷開，電子元件的電路被切斷失電，恢復初始狀態(tài)。圖5-9

NPN三極管開關電路知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用在汽車電子電路中，功率較小的控制信號經(jīng)過三極管開關電路，可以控制噴油器、繼電器、指示燈等大功率器件的工作。電阻R起到限制基極電流的作用，防止因控制信號過大損壞三極管，二極管VD起續(xù)流作用，保護三極管免受反向電動勢的損壞，三極管開關電路在汽車電路中的應用相當廣泛，主要用于電子電壓調(diào)節(jié)器、電子點火器以及各種信號報警電路等。知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用２.電子電壓調(diào)節(jié)器汽車交流發(fā)電機發(fā)出的電壓隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷會產(chǎn)生波動，發(fā)電機輸出電壓與發(fā)電機勵磁繞組通過的勵磁電流成正比，通過控制勵磁線圈電路通斷就可以控制流過的勵磁電流的平均值的大小，從而使發(fā)電機輸出電壓基本穩(wěn)定在一個定值。電子電壓調(diào)節(jié)器就是利用三極管的開關作用來控制勵磁線圈電路的通斷，達到調(diào)節(jié)電壓的目的。提示：電子電壓調(diào)節(jié)器雖然內(nèi)部電路比較復雜，但封裝后只引出三個或四個引腳，在外觀測試時表現(xiàn)出的就是一個受發(fā)電機輸出電壓控制的電子開關。知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用圖5-10

JFT106型電子電壓調(diào)節(jié)器電路知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用國產(chǎn)JFT106型電子電壓調(diào)節(jié)器為14V外接地式，調(diào)節(jié)電壓為13.8~14.6Ｖ,可與14Ｖ、750Ｗ的九管外接地硅整流發(fā)電機配套使用；也可與14Ｖ、1000Ｗ的普通六管硅整流發(fā)電機配套使用，其電路如圖5-10所示。電阻R2和R3并聯(lián)后與R1串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，接通點火開關時，蓄電池電壓加在該分壓電路上，R1上的分壓經(jīng)二極管VD1和電阻R6加在穩(wěn)壓管VS2上，此時，R1上的分壓值低于穩(wěn)壓管VS2的反向擊穿電壓，故VS2截止,三極管VT1因無基極電流而截止。VT1截止時，R5、VD3、R7構(gòu)成串聯(lián)電路，R7上的電壓便加到VT2的基極，使VT2獲得基極電流而導通。VT2、VT3接成復合管形式（以提高放大倍數(shù)），因而VT3也導通。VT3導通時，勵磁繞組有電流通過而產(chǎn)生磁場。如發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，其輸出電壓便會迅速升高。

知識準備三、三極管開關電路在汽車中的應用

當發(fā)電機端電壓超過規(guī)定值，R1的分壓值大于穩(wěn)壓管VS2的反向擊穿電壓，則VS2擊穿導通，VD1有基極電流而導通，VT1導通時，其集電極電位接近于零而使VT2、VT3截止，切斷了發(fā)電機的勵磁電路，使得發(fā)電機輸出電壓下降。

當發(fā)電機輸出電壓小于規(guī)定值時，穩(wěn)壓管VS2重又截止，VT1也截止，VT2、VT3重新導通，使勵磁電路接通，發(fā)電機輸出電壓重新升高。如此反復，發(fā)電機輸出電壓便被穩(wěn)定在規(guī)定值。R3為調(diào)整電阻，根據(jù)穩(wěn)壓管VS2反