汽车电工电子技术（第3版）课件：汽车电路组成

汽车电工电子技术（第3版）

汽车电路组成3知识目标：了解熟悉汽车电路的组成掌握汽车电路的特点知道霍夫定律的作用是什么了解电路暂态技能目标：设计简单汽车电路可以进行简单的元器件测量能设计出一个由两个节点，三个回路、两个网孔的电路图素养目标：通过各元件认识到，每个人都有适合自己的位置，所以遇到问题不要回避，要勇于探索目录41认识汽车电路

2汽车电路基础物理量3汽车电路常用元件认知4汽车常用元件检测5基尔霍夫定律6暂态分析51认识汽车电路1.1电路的基本组成“电”在不同的环境表示不同的概念，有时指电流，有时指电压，也有时指电功率。电路：指电流的流通路径，是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。汽车电路：为了使汽车的电器设备工作，按照它们各自的工作特性及相互间的内在联系，用导线和车体把电源、电路保护装置、控制器件及用电设备等装置连接起来，构成能使电流流通的路径，这种

路径称为汽车电路。6想一想，手电筒的电路由哪些部件构成？7

1.1.1汽车电路的组成如图所示，汽车电路主要由电源、控制器件（开关）、用电设备（负载）及导线组成负载电源开关连接导线8

1.1.2汽车电路的特点汽车电路有以下特点：（1）低电压（2）直流（3）单线连接（4）并联连接（5）负极搭铁片（6）设有保护装置（7）汽车线路有颜色和编号特征92汽车电路基础物理量EU+内电路外电路+Iab+－电源2.1电压

电荷在电路中运动，必定受到力的作用，也就是电场力对电荷做了功，或者说带电粒子在电场中运动必然要做功。电场力做功的能力用电压来度量，电压的方向规定为由高电位点指向低电位点，并定义为：单位正电荷在电场力作用下，由a点运动到b点电场力所做的功，称为电路中a点到b点间的电压，电荷的运动如图所示在直流时，上式可写成：

102.2电流形成：电荷的定向移动。

11为什么会形成电流？122.3电位

电路中某点相对于参考点的电压称为该点的电位，用V表示。概念：参考点的电位规定为零电位。一般选用大地作为参考点，用符号“”表示；在电子仪器中常把金属机壳或电路的公共节点作为参考点，用符号“”表示。参考点：13分析电位前，被选作为参考的点。（记笔记）参考点：表示：结论：任意两点间的电压等于这两点的电位的差。参考点选择不同，同一点的电位就应不同，但电压与参考点无关。用字母“O”表示，图形符号为⊥选择：连线多的点或接地、接机壳的点。V或者v，则Va=Uao表示：单位：与电压的关系：Uab=Uao+Uob=Uao-Uob=Va-VbVo=Uoo=0：参考点又叫零电位点。2.3电位电位是一个相对量，与高度类似。142.4磁场

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。运动电荷产生磁场的真正场源是运动电子或运动质子所产生的磁场。例如电流所产生的磁场就是在导线中运动的电子所产生的磁场。如图所示。153汽车电路常用元件认知

汽车电子元器件是构成电子电路的基础，也是一个电子产品的重要组成部分。下表是常见的电路基本元件名称及符号。16思考：为什么用低压验电笔测试时人不会触电？使用测电笔时是有电流通过人体的，不过电流很小，因为测电笔内有电阻很大的电阻元件，根据串联分压原理，绝大部分电压都加在了电阻上，所以人是安全的。173.1电阻213导体材料对电流通过的阻碍作用称为“电阻”电阻的单位电路中起电阻作用的元件称为电阻器，简称“电阻”电阻器欧姆ΩR1kΩ=103Ω1MΩ=103

KΩKΩ、MΩ电阻器主要用途还有稳定和调节电路中的电流和电压；作为分流器、分压器和负载使用。18按材料分：金属膜电阻碳膜电阻水泥电阻线绕电阻18高温度稳定性，不适用长时间使用高温度精度稳定性，适用长时间使用体积小，适用实验室电源电路适用于高温、高功率、电子电路中分压3.1电阻19按阻值特性分

可变电阻（电位器）敏感电阻固定电阻（电阻器）图形符号：文字符号：R图形符号：文字符号：RW光敏电阻压敏电阻U热敏电阻tº3.1电阻2020颜色有效数字倍率允许偏差颜色有效数字倍率允许偏差棕1101±1%灰8108红2102±2%白9109橙3103黑0100黄4104金－10-1±5%绿5105±0.5%银－10-2±10%蓝6106±0.25%无色－±20%紫7107±0.1%色环的具体含义口诀：棕红橙黄绿、蓝紫灰白黑

常用电阻器的阻值表示方法色标法标注。

3.1电阻21电阻的标称阻值

色标法棕

红橙

黄

绿

蓝

紫

灰

白黑1234567890第一位数第二位数倍乘数允许误差15

1021500

(1.5k)误差：金色—

5%银色—

10%

无色—

20%棕色—

1%

10%倍乘数允许误差155

10215.5k

213.1电阻22色环法标称阻值所代表的数字或意义电阻的标称阻值对应表3.1电阻23什么是电感

3.2电感24

电感元件是实际线圈的理想化模型，是表征电路中存储磁场能量的理想元件。用字母L表示，单位为亨［利]（H）。直流时，电感相当于短路。交流时，电感会有阻抗，对电流阻碍。电感符号电感：

通直阻交

储磁能3.2.1电感元件3.2电感25

在右图所示电感器中通入电流，这一电流使每匝线圈所产生的磁通称为自感磁通。当同一电流通过结构不同的线圈时，所产生的自感磁通量各不相同。为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称电感）这一物理量，用符号L表示。它在数值上等于一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通，即

3.2电感26

电感器种类繁多，按有无磁芯总体上可分为空心线圈（即线圈中间不另加介质材料）和铁心线圈（即电感器中有铁芯或磁芯）两大类。在电路中电感器用文字符号L表示，其电路符号如图左所示,下图右所示为部分常见电感器的外形。3.2电感273.2电感常见电感器28了解电容器3.3电容29电容器：能够容纳或储存电荷的器件。简称为电容；用C表示。

3.3电容30F法拉mF毫法uF微法nF纳法pF皮法

电容量的单位—法拉(F)3.3.1电容器的基本概念

313.3.2多种电容器(一）323.3.3多种电容器（二）33

直流时，电容相当于开路。

交流时，有通交隔直，储电能3.3.4理想电容元件34固定电容器（1）按电容量是否可变分：可调电容器半可调电容器（2）按绝缘介质可分：电解电容器纸质电容器陶瓷电容器云母电容器3.3.5电容器分类34电子装置和家用电器，适用于工作温度范围较窄、频率特性要求不高具有耐热、绝缘性好、成本低易碎易裂、稳定性好。适用于高频、高压电路电容大，工作电压范围宽、成本低，精度不易控、稳定性差。无线电和家用电器稳定性高、可靠性高、高频特性好，体积较大。适用无线电设备35电容元件实际用途充放电特性安全气囊备用电源储能363.4继电器继电器是自动控制电路中常用的一种元器件，它是用较小的电流来控制较大电流的一种自动开关，在电路中起着自动操作、自动调节、安全保护等作用。在工业控制中使用的中间继电器、热继电器等体积较大，线圈通过的电流或承受的电压较大，触点允许通过的电流较大。在汽车电气系统中所使用的继电器体积较小，触点控制的电流也较小，属于小型继电器。继电器作用继电器在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。当输入量(如电压、电流)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。37电磁式继电器光继电器3.4.1继电器类型38半导体及PN结（1）导体导电性能好的物质，诸如金属铜、铝和铁之类（2）绝缘体

几乎不能导电，诸如橡胶、陶瓷、塑料、石英等。（3）半导体

导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体，如四价元素硅、锗、硒等都是常用的材料。3.5二极管39纯净半导体掺杂半导体纯净半导体也称本征半导体，是由一种原子构成的半导体。纯净半导体结构稳定，常温下，核外电子不易参与导电，导电能力很差。

如果在纯净的半导体中掺入少量杂质元素，其导电能力也会显著增强。由于掺杂的方式不同，可构成两种半导体，即N型半导体和P型半导体。N型半导体：内部自由电子（带负电）浓度高，主要靠电子导电。P型半导体：

内部空穴（带正电）浓度高，主要靠空穴导电。3.5.1半导体及PN结403.5.2PN结及其单向导电性（1）PN结的形成

在一块半导体芯片上（如硅或锗），通过不同的掺杂工艺，使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，在这两种杂质半导体的交界面处会形成一个具有特殊性质的薄层，这个特殊的薄层称为空间电荷区，即PN结。（2）单向导电性PN结其实就是空间电荷层，具有内部电场。当不加外加电压时，内部电场和PN结两边载流子浓度差的扩散作用相等而处于电平衡状态。但当加有外接电压时，平衡被打破，将有不同大小的电流通过PN结。

当电压按下图(a)中正负极性所加时（称电压正向偏置），这时电流很大，认为PN结导通。

当电压按下图(b)中正负极性所加时（称电压反向偏置），这时电流很小（约为零），认为PN结截止（不通）。正向导通，反向截止，单向导电性。413.5.2PN结及其单向导电性42（1）结构及符号在一个PN结的两侧分别引出电极引线，用管壳封装就制成半导体二极管。其管芯就是一个PN结。3.5.3二极管的特性与参数43（2）二极管特性二极管按芯片材料的不同，可分为硅二极管和锗二极管两种。二极管具有PN结所具备的特性，即二极管的特性归纳为：正向导通，反向截止，单向导电性3.5.3二极管的特性与参数44（3）二极管的特性曲线①

正向特性死区电压：硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。导通压降：硅管约为0.7V，锗管约0.3V。②反向特性截止状态反向击穿理想二极管二极管正向导通时，正向压降为0，相当于开关闭合；在二极管反向截止时，反向电压为0，相当于开关断开，即具备开关作用。3.5.3二极管的特性与参数453.5.4稳压管稳压管是用特殊工艺制作的，它工作在反向击穿区，利用它反向击穿时电流增加而电压则保持恒定的特性来稳定电压。如图，它通常工作在反向击穿特性的A、B点之间。当通过稳压管的反向电流I在Izmin<IZ<Izmax之间变化时，两端电压UZ基本保持稳定，稳压管正是利用这一点实现稳压作用。稳压管被反向击穿，但不一定损坏，只要限制流过管子的反向电流就可保证不因过热而损坏。46发光二极管（简称LED）是一种把电能转换成光能的发光元件。当给发光二极管加上正向电压时，它能发出一定颜色的光。光的颜色取决于制作二极管的材料，不同的材料可使二极管发红光、绿光、黄光等。3.5.5发光二极管473.6三极管

一、半导体晶体管的结构

在一块半导体芯片上，形成P型和N型半导体相隔的三个大小不等的导电区域和两个PN结，分别从三个区引出电极引线，加上管壳封装，就制成三极管。根据组成三个区P型或N型半导体的排列顺序的不同，三极管分为NPN型和PNP型两类。48图中，中间的较小的区叫基区，基区两侧面积较大的区叫集电区，另一个是发射区，引出的电极分别叫基极（B）、集电极（C）、发射极（E）。两个PN结分别称为发射结和集电结。三极管按芯片材料不同，有硅管和锗管两种。3.6三极管49

三极管在不同的外部电压作用下，可呈现出三种特性：1．电流放大作用三极管具有电流放大作用的条件是：发射结（BE两极间）加正向电压，集电结（BC两极间）加反向

电压（VC＞VB，VB＞VE）。即发射结正向偏置，集电结

反向偏置。3.6.1晶体管的特性502．开关作用

三极管除具有电流放大状态外，还可处于另外两种状态，这就是截止或饱和状态。（1）截止状态

三极管工作在截止状态的条件是：发射结（BE两极间）加反向电压，集电结（BC两极间）也加反向电压（VC＞VB，VE＞VB）。即发射结和集电结均反向偏置。

三极管处于截止状态时，两PN结均近于断开状态。这时，IC≠βIB,三极管不具备电流放大作用，而是相当于一个断开的开关。3.6.1晶体管的特性51（2）饱和状态

三极管工作在饱和状态的条件是：发射结（BE两极间）加正向电压，集电结（BC两极间）也加正向电压（VB＞VE，VB＞VC）。即发射结和集电结均正向偏置。

三极管处于饱和状态时，两PN结均处于完全导通状态，且

。这时，IC≠βIB

，三极管不具备电流放大作用，而是相当于一个闭合的开关。

综上，三极管的截止和饱和状态统称为开关作用，即三极管截止时相当于开关闭合，饱和时相当于开关断开。3.6.1晶体管的特性52（1）输入特性曲线

输入特性曲线是指集-射电压UCE一定时，基极电流

b随基-射电压UBE而变化的曲线。即：

b=f(UBE)|UCE一定。曲线与二极管的正向特性相似，三极管正常放大时，工作在陡直的部分，电压UBE数值不大，变化也较小，可近似认

为硅管UBE=0.7V，锗管UBE=0.3V。3.6.2晶体管的特性曲线534汽车常用原件检测4.1电阻检测544.1电阻检测55一、电阻测量

1、红表笔插入VΩ孔

黑表笔插入COM孔2、量程旋钮打到“Ω”量程档适当位置

3、分别用红黑表笔接到电阻两端金属部分

4、读出显示屏上显示的数据4.1电阻检测56二、注意事项：1、量程选择和转换量程选小了显示屏上会显示“0L.”

，此时应换用较之大的量程；反之，量程选大了的话，显示屏上会显示一个接近于“00.00”

的数，此时应换用较小的量程。量程选择过小量程选择过大4.1电阻检测57二、注意事项：2、如何读数显示屏上显示的数字再加上下边档位选择的单位就是它的读数。要提醒的是在“200”档时单位是“Ω”，在“2k~200k”档时单位是“kΩ”，在“2M~2000M”档时单位是“M”。

如图所示读书为：1.212KΩ4.1电阻检测584.2电位器检测594.2电容器检测(1)对于容量大于5100pF的电容器，用万用表的欧姆挡测量电容器的两引线，应该能观察到万用表显示的阻值变化，这是电容器充电的过程。数值稳定后的阻值读数就是电容器的绝缘电阻(也称漏电电阻)。假如数字式万用表显示绝缘电阻在几百千欧姆以下或者指针式万用表的表针停在距∞较远的位置，表明电容器漏电严重，不能使用。(2)对于容量小于5100pF的电容器，由于充电时间很快，充电电流很小，直接使用万用表的欧姆挡就很难观察到阻值的变化。这时，可以借助一个NPN型三极管的放大作用进行测量。测量电路如图1-30所示。电容器接到A，B两端，由于晶体管的放大作用，就可以测量到电容器的绝缘电阻。判断方法同上所述。60(3)测量电解电容器时，应该注意它的极性。一般来说，电容器正极的引线长一些。测量时万用表内电源的正极与电容器的正极相接，电源负极与电容器负极相接，称为电容器的正接。电容器的正向连接比反向连接时的漏电电阻大。注意：数字式万用表的红表笔内接电源正极，而指针式万用表的黑表笔内接电源正极。

当电解电容器引线的极性无法辨别时，可以根据电解电容器正向连接时绝缘电能大、反向连接时绝缘电阻小的特征来判别。用万用表红、黑表笔交换来测量电容器的绝缘电阻，绝缘电阻大的一次，连接表内电源正极的表笔所接

的就是电容器的正极，另一极为负极。4.2电容器检测614.3二极管检测

利用二极管的单向导电性测试，如图所示，单项导通有示数

正向电阻，如图（a)正常数据几百欧至几千欧。锗管的正向电阻比硅管的稍小。极性判别，模拟表黑表所接端为阳极数字表红表所接端为阳极

反向电阻,如图(b)正常数据大于几百千欧。锗管的反向电阻比硅管的稍小。极性判别模拟表黑表所接端为阴极数字表红笔所接端为阴极

质量好坏:(1)正、反向电阻相差越大,性能越好；(2)均小或为零是短路损坏（3）均很大或无穷大是开路损坏；（4）正向电阻较大或反向电阻偏小：性能不良。（a)(b)624.4三极管检测判断三极管是什么类型：NPN：万用表打到二极管挡，先用红笔去假定三个脚中某一个脚为B极，黑笔去接剩下的两脚，如果测得两次都有阻值且在600欧左右则表明假定是对的，此管为NPN型，红笔接的是B极，黑笔所测两脚阻值较小的一次为C极，较大的一次为E极。PNP：万用表打到二极管挡，先用黑笔去假定三个脚中某一个脚为B极，红笔去接剩下的两脚，如果测得两次都有阻值且在600欧左右，则表明假定是对的，此管为PNP型，黑笔接的是B极，红笔所测两脚阻值较小的一次为C极，较

大的一次为E极。

好坏检测：万用表打到二极管档测量，测三极管三组阻值，是否有两

组符合二极管原理的为好，反则为坏63判断MOS管是什么类型（取下来放电后再测量）N沟道：万用表打到二极管挡，黑笔接D极，红笔接S极，测出来有阻值400-700欧，反向无穷大“１”，此管为N沟道。P沟道：万用表打到二极管挡，红笔接D极，黑笔接S极，测出来有阻值400-700欧，反向无穷大“１”，此管为P沟道。好坏检测：万用表打到二极管挡测量，只能有D/S极正向有阻值400-700欧，反向无穷大“１”，另外G/D和G/S正反向都为无穷大“１”就是好的4.4场效应管检测64

5基尔霍夫定律655.1基尔霍夫定律导入思考：A点的电流方程式是怎样的？66基本概念支路节点回路网孔5.1基尔霍夫定律671.支路：右图中有

条支路：E1和R1串联构成一条支路E2和R2串联构成一条支路R3单独构成另一条支路2.节点：右图中有

个节点：3R1E1E2R2R3ABCDEFA点和B点2由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路。

三条或三条以上支路汇聚的点。5.1基尔霍夫定律68R1E1E2R2R3ABCDEF

3.回路：考虑：图中共有

个回路，分别是：

3ABDEAAFCBAEFCDE4.网孔：思考网孔和回路有什么关系？考虑：图中共有

个网孔，分别是：

2ABDEAAFCBA网孔一定是回路，回路不一定是网孔。电路中任一闭合路径。内部不含支路的回路。用字母表示，首尾字母呼应即一个“窟窿”为一个网孔5.1基尔霍夫定律695.1基尔霍夫定律例题：指出图中节点、支路、回路和网孔的个数。705.1.1基尔霍夫第一定律（KCL）基尔霍夫电流定律——节点电流定律（KCL定律）形式一：电路中的任一节点，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。(一个也不能少定律)生活小实验：公式：

I入

I出71基尔霍夫电流定律——节点电流定律（KCL定律）I1＋I2

I3I1＋I2＋(-I3)=0规定：流入节点的电流为正，流出节点的电流为负。形式二：在任一电路的任一节点上，电流的代数和永远等于零。公式：åI=0I1I3I2节点A电流方程：5.1.1基尔霍夫第一定律（KCL）72请用基尔霍夫电流定律列出下图节点A的电流方程。在节点A上：I1＋I3

I2＋I4＋I5I1＋I3－I2－I4－I50

或试一试5.1.1基尔霍夫第一定律（KCL）73判断电路中电流之间的关系E1E2R1R2R5R4R3I1I2I3I3=I1+I2

1.电路中I1和I2的关系：I1=I22.若一条导线断开I1=0A电路B电路I1I2

思考：(2)对于电路之