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汽车电工电子技术基础

任务一

带二极管灯光电路连接与检测

我们的目标是…

1.能够根据电路图（见图3-1）连接实物电路（见图3-2），并且满足以下功能要求：

2.在开关S1、S2分别闭合时能够用万用表测量各点电位、电流。

3.能够对电路图进行简单分析。

1.工具准备

2.材料准备

3.连接线制作

1.线路连接与检验

2.电路测量

3.电路分析

1.能够根据电路图（见图3-1）连接实物电路（见图3-2），并且满足以下功能要求：

开关S1闭合，仅灯泡EL1亮。

2）开关S2闭合，灯泡EL1、EL2都亮。

2.在开关S1、S2分别闭合时能够用万用表测量各点电位、电流。

3.能够对电路图进行简单分析。

任务准备中…

1.工具准备

准备十字型螺钉旋具、一字型螺钉旋具、万用表、剥线钳、焊接设备、连接线制作工具等。

2.材料准备

（1）二极管　二极管及其电气符号如图3-3所示。

（2）小鳄鱼夹　小鳄鱼夹及其电气符号如图3-4所示。

3.连接线制作

根据本任务需要，自己制作相关连接线。

工作中…

1.线路连接与检验

（1）电路连接步骤

（2）电路连接检验

（1）电路连接步骤

1）连接蓄电池正极与熔丝FU，如图3-5所示。

2）连接熔丝FU与开关S1、S2，如图3-6所示。

3）分别连接开关S1与灯泡EL1、开关S2与灯泡EL2，如图3-7所示。

4）连接二极管（正极接于S2—EL2，负极接于S1—EL1），如图3-8所示。

5）连接灯泡EL1、EL2至蓄电池负极，如图3-9所示。

图3-5　连接蓄电池正极与熔丝FU

图3-6　连接熔丝FU与开关S1、S2

图3-7　连接开关S1与灯泡EL1、开关S2与灯泡EL2

图3-8　连接二极管（正极接于S2—EL2，负极接于S1—EL1）

图3-9　连接灯泡EL1、EL2至蓄电池负极

（2）电路连接检验

1）合上开关S1，灯泡EL1亮，如图3-10所示。

2）合上开关S2，灯泡EL1、EL2都亮，如图3-11所示。

3）结果评判：

线路连接正常，工作正常。

图3-10　S1闭合后的电路工作状况

图3-11　S2闭合后的电路工作状况

2.电路测量

（1）测量要求

（2）测量电位

（3）电流测量

（4）测量数据记录与分析　测量数据记录与分析见表3-1。

（1）测量要求

1）开关S1闭合，S2开、闭状态下的情况。

2）开关S1断开，S2开、闭状态下的情况。

（2）测量电位

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电压挡“20V”，黑表笔（负极）接于蓄电池负极（即6点），红表笔（正极）接于需要测量电位的测量点，则万用表显示的电压就是测量点的电位。

2）各点电位测量。

图3-14　4点电位的测量

（3）电流测量

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电流挡“20A”，断开测量电路的电线，把红、黑表笔分别接于断开电线的两端，则万用表显示的电流就是测量电路流过的电流。

2）总电路电流I的测量，如图3-16所示。

3）电流I1的测量，如图3-17所示。

4）电流I2的测量，如图3-18所示。

图3-15　电流测量位置图

图3-16　总电路电流I的测量

图3-17　电流的测量

图3-18　电流的测量

表3-1　测量数据记录与分析

3.电路分析

（1）状态1开关S1闭合，开关S2断开，灯泡EL1亮。

其电路图及其等效电路图分别如图3-19、图3-20所示。

（条件：

E=12V，R1=12Ω，R2=6Ω。

）

电流流动方向：

蓄电池正极→熔丝FU→开关S1→灯泡EL1→蓄电池负极。

电流计算：

1=ER1=12V12Ω=1A；I2=0；I=I1+I2=1A

（2）状态2开关S1断开，开关S2闭合，灯泡EL1、EL2亮。

其电路图及其等效电路图分别如图3-21、图3-22所示。

（条件：

E=12V，UV=0.5，R1=12Ω，R2=6Ω。

）

电流流动方向：

1）蓄电池正极→熔丝FU→开关S2→灯泡EL2→蓄电池负极。

2）蓄电池正极→熔丝FU→开关S2→二极管VD→灯泡EL1→蓄电池负极。

电流计算：

（3）状态3开关S1、S2闭合，灯泡EL1、EL2亮。

其电路图及其等效电路图分别如图3-23、图3-24所示。

（已知条件：

E=12V，R1=12Ω，R2=6Ω。

）

电流流动方向：

1）蓄电池正极→熔丝FU→开关S2→灯泡EL2→蓄电池负极。

2）蓄电池正极→熔丝FU→开关S1→灯泡EL1→蓄电池负极。

你可能需要的帮助…

一、半导体

常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料，叫做半导体（semiconductor）。

半导体常用的材料有硅和锗两种，该种物质具有热敏性、光敏性和掺杂性。

利用其掺杂特性，我们在纯净的硅或锗材料半导体（本征半导体）中掺入某种特定的元素就形成了P型半导体和N型半导体。

二、二极管

我们把P型半导体和N型半导体经过特殊的工艺结合在一起就形成了一个PN结，然后将PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也称晶体二极管。

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从正极流向负极。

1.二极管的符号、结构及类型

二极管的表示符号如图3-29a所示。

常用的二极管的外形如图3-29b所示。

二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。

2.二极管的导电特性

二极管最重要的特性就是单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

下面通过简单的试验说明二极管的正向特性和反向特性。

（1）正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，流过二极管的正向电流十分微弱，二极管仍然不能导通。

只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V），二极管才能导通。

导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

（2）反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

3.根据用途分类

二极管按用途分可以分为普通二极管和特殊二极管。

普通二极管包括检波二极管、整流二极管、开关二极管和稳压二极管。

特殊二极管包括变容二极管、光电二极管和发光二极管。

三、二极管检查方法

用数字万用表的二极管挡测量，方法如图3-31所示。

任务二

晶体管控制灯光电路连接与检测

我们的目标是…

1.能够根据电路图（见图3-32）连接实物电路（见图3-33），并且满足以下功能要求：

1）开关S在a位的时候，灯泡EL亮。

2）开关S打在b位时，灯泡EL不亮。

2.S在a或b位时，能够用万用表测量图示位置各点电位、电流。

3.能够对电路图进行简单分析。

1.工具准备

准备十字型螺钉旋具、一字型螺钉旋具、万用表、剥线钳、焊接设备、连接线制作工具等。

2.材料准备

准备电线、熔丝（5A）、蓄电池或稳压电源（12V）、开关、灯泡（12V）、小鳄鱼夹、单刀双掷开关、晶体管、电阻（4.7kΩ，0.5W）等。

（1）单刀双掷开关　单刀双掷开关及其电气符号如图3-34所示。

（2）晶体管　晶体管及其电气符号如图3-35所示。

（3）电阻　电阻及其电气符号如图3-36所示。

3.连接线制作

根据本任务需要，自己制作相关连接线。

图3-34　单刀双掷开关及其电气符号

图3-35　晶体管及其电气符号

图3-36　电阻及其电气符号

工作中…

1.线路连接与检验

（1）电路连接步骤

（2）电路连接检验

（1）电路连接步骤

1）连接蓄电池正极与熔丝FU，如图3-37所示。

2）连接熔丝FU与灯泡EL、开关S，如图3-38所示。

3）连接开关S与电阻R，如图3-39所示。

4）连接电阻R与晶体管VT基极，如图3-40所示。

5）连接灯泡EL与晶体管VT（集电极），如图3-41所示。

6）连接开关S、晶体管VT（发射极）至电源负极，如图3-42所示。

图3-37　连接蓄电池正极与熔丝FU

图3-38　连接熔丝FU与灯泡EL、开关S

图3-39　连接开关S与电阻R

图3-40　连接电阻R与晶体管VT基极

图3-41　连接灯泡EL与晶体管VT（集电极）

图3-42　连接开关S、晶体管VT（发射极）至电源负极

（2）电路连接检验

1）开关S打在a位灯亮，如图3-43所示。

2）开关S打在b位灯灭，如图3-44所示。

3）结果评判：

线路连接正常，工作正常。

图3-43　开关S打在a位电路的工作状况

图3-44　开关S打在b位电路的工作状况

2.电路测量

（1）测量要求

（2）测量电位

（3）电流测量

（4）测量数据记录与分析　测量数据记录与分析见表3-2。

（1）测量要求

1）开关S打在a位的电路工作状况。

2）开关S打在b位的电路工作状况。

（2）测量电位

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电压挡“20V”，黑表笔（负极）接于蓄电池负极（即7点），红表笔（正极）接触于需要测量电位的测量点，则万用表显示的电压就是测量点的电位；电位测量点如图3-45、图3-46所示。

2）各点电位测量。

图3-47　4点电位的测量

（3）电流测量

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电流挡“20A”（或“200mA”），断开测量电路的电线，把红、黑表笔分别接于断开电线的两端，则万用表显示的电流就是测量电路流过的电流。

2）电路总电流I1的测量，如图3-49所示。

3）电流I2的测量，如图3-50所示。

4）电流I3的测量，如图3-51所示。

图3-48　电流测量位置图

图3-49　总电流的测量

图3-50　电流的测量

图3-51　电流的测量

表3-2　测量数据记录与分析

3.电路分析

（1）状态1开关S打在a处，灯泡EL亮。

其电路图及其等效电路图分别如图3-52、图3-53所示。

（条件：

E=12V，Uce=0.3V（集电极和发射极之间的饱和压降），Ube=0.7V（硅管的导通电压），R=4.7kΩ，REL=30Ω。

）

图3-52状态1电路图图3-53状态1等效电路电流流动方向：

1）蓄电池正极→熔丝FU→开关S→电阻R→晶体管VT的基极→晶体管VT的发射极→蓄电池负极。

2）蓄电池正极→熔丝FU→灯泡EL→晶体管VT的集电极→晶体管VT的发射极→蓄电池负极。

电流计算：

E-UceSR=12-0.330A=0.39A=390mA

（2）状态2开关S打在b处，灯泡EL灭。

其电路图及其等效电路图分别如图3-54、图3-55所示。

（条件：

E=12V，R=4.7kΩ，REL=30Ω。

）

由于晶体管不导通，所以Ube=0V，I2=0，I3=0，I1=I2+I3=0。

你可能需要的帮助…

一、晶体管的结构和类型

晶体管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用和开关作用，是电子电路的核心元件。

晶体管具有三个电极。

二极管是由一个PN结构成的，而晶体管由两个PN结构成，共用的一个电极称为晶体管的基极（用字母b表示），其他的两个电极分别称为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示），如图3-59所示。

图3-59　晶体管的结构和类型

二、晶体管的三种工作状态

（1）截止状态　当加在晶体管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，晶体管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称晶体管处于截止状态。

（2）放大状态　当加在晶体管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使晶体管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时晶体管处放大状态。

（3）饱和导通状态　当加在晶体管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时晶体管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。

三、晶体管检查方法

1.判别晶体管的管型与三个极

2.测试晶体管放大倍数

1.能够根据电路图（见图3-62），连接实物图（见图3-63），并且满足功能要求：

开关S闭合，调节RP可以控制灯泡EL的明暗程度。

2.在开关S闭合的条件下，调节电位器RP，能够用万用表测量图示位置各点电位、电流。

3.能够对电路图进行简单分析。

1.判别晶体管的管型与三个极

1）将功能与量程开关置于R×1Ω电阻挡测量。

2）测量出晶体管三个管脚中任意两个管脚正向、反向读数，并将它们记录下来。

图3-60　晶体管管型与管脚测试示意图

2.测试晶体管放大倍数

1）如图3-61所示，测出b极后，将晶体管随意插到插孔中去（当然b极要插准确的），测一下hFE值，然后将管子倒过来再测一遍，测得的hFE值比较大的一次，各管脚插入的位置是正确的。

2）测得hFE值比较大的一次的值就是这个晶体管的放大倍数。

图3-61　晶体管放大倍数测试示意图

任务三

晶体管控制灯光亮度电路连接与检测

我们的目标是…

1.能够根据电路图（见图3-62），连接实物图（见图3-63），并且满足功能要求：

开关S闭合，调节RP可以控制灯泡EL的明暗程度。

2.在开关S闭合的条件下，调节电位器RP，能够用万用表测量图示位置各点电位、电流。

3.能够对电路图进行简单分析。

任务准备中…

1.工具准备

图3-64晶体管及其电气符号

a）晶体管实物b）晶体管电气符号准备十字型螺钉旋具、一字型螺钉旋具、万用表、剥线钳、焊接设备、连接线制作工具等。

2.材料准备

准备电线、熔丝（5A）、蓄电池或稳压电源（12V）、开关、灯泡（12V）、小鳄鱼夹、晶体管（见图3-64）、电阻（4.7kΩ，0.5W）、电位器等。

3.连接线制作

根据本任务需要，自己制作相关连接线。

图3-64　晶体管及其电气符号

工作中…

1.线路连接与检验

（1）电路连接步骤

（2）电路连接检验

（1）电路连接步骤

1）连接蓄电池正极与熔丝FU，如图3-65所示。

2）连接熔丝FU与开关S，如图3-66所示。

3）连接开关S与电位器RP、灯泡EL，如图3-67所示。

4）连接电位器RP与电阻R，如图3-68所示。

5）连接电阻R与晶体管VT（基极），如图3-69所示。

6）连接灯泡EL与晶体管VT（集电极），如图3-70所示。

7）连接晶体管VT（发射极）至电源负极，如图3-71所示。

图3-65　连接蓄电池正极与熔丝FU

图3-66　连接熔丝与开关S

图3-67　连接开关S与电位器RP、灯泡EL

图3-68　连接电位器RP与电阻R

图3-69　连接电阻R与晶体管VT（基极）

图3-70　连接灯泡EL与晶体管VT（集电极）

图3-71　连接晶体管VT（发射极）至电源负极

（2）电路连接检验

1）开关S断开时，电路开路，灯泡灭，如图3-72所示。

2）开关S闭合，调节RP可以控制灯泡EL的亮暗程度，如图3-73所示。

3）结果评判：

线路连接正常，工作正常。

图3-72　S断开时电路的工作状况

图3-73　S闭合时电路的工作状况

2.电路测量

（1）测量要求　在下面条件下，对实物连接进行测试，并对测试数据进行简单分析：

（2）测量电位

（3）电流测量

（4）测量数据记录与分析　测量数据记录与分析见表3-3。

（1）测量要求　在下面条件下，对实物连接进行测试，并对测试数据进行简单分析：

1）开关S断开时电路的工作状况。

2）开关S闭合时电路的工作状况。

（2）测量电位

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电压挡“20V”，黑表笔（负极）接于蓄电池负极（即8点），红表笔（正极）接于需要测量电位的测量点，则万用表显示的电压就是测量点的电位；电位测量点如图3-74、图3-75所示。

2）各点电位的测量。

图3-76　4点电位的测量

（3）电流测量

1）测量方法：

把数字万用表选择在直流电流挡“20A”（或“200mA”），断开测量电路的电线，把红、黑表笔分别接于断开电线的两端，则万用表显示的电流就是测量电路流过的电流。

2）电路总电流I1的测量，如图3-78所示。

3）电流I2的测量，如图3-79所示。

4）电流I3的测量，如图3-80所示。

图3-77　电流测量位置图

图3-78　总电流的测量

图3-79　电流的测量

图3-80　电流的测量

表3-3　测量数据记录与分析

3.电路分析

（1）状态1（硅管截止状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL由亮至灭。

（2）状态2（硅管饱和状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL最亮。

（3）状态3（硅管放大状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL半亮状态。

（4）电路分析说明

（1）状态1（硅管截止状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL由亮至灭。

（2）状态2（硅管饱和状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL最亮。

（3）状态3（硅管放大状态）　开关S闭合，调节RP使灯泡EL半亮状态。

（4）电路分析说明

闭合开关S，接通电源，然后调节电位器RP，此时电流I2随之变化。

RP调小时，电流I2就变大，反之，电流I2则变小，通过控制电流I2的大小，也就是调节晶体管VT基极的电流，利用晶体管放大的恒流特性，从而控制电流I3，即晶体管集电极的电流，从而改变灯泡EL两端的电压，起到调节灯泡亮暗的作用。

值得注意的是，当调节电位器RP使得灯泡EL处于熄灭的状态，说明晶体管已经不工作在放大状态，而是处于截止状态，当灯泡EL处于最亮的状态时，此时的晶体管则工作在饱和状态。

你可能需要的帮助…

一、电位器

电位器是用于分压的可变电阻器，在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。

触点的位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。

电位器按材料可分为线绕、碳膜、实芯式电位器。

按输出与输入电压比与旋转角度的关系分为直线式电位器（呈线性关系）和函数电位器（呈曲线关系）。

电位器主要参数为阻值、容差、额定功率。

电位器广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。

电位器是一种可调的电子元件。

它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成，如图3-88所示。

图3-88　电位器实物图

二、晶体管的放大原理

晶体管具有电流放大作用，其实质是晶体管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流产生较大的变化量。

这是晶体管最基本的和最重要的特性。

我们知道，ΔIc/ΔIb的比值称为晶体管的电流放大倍数，用符号“β”表示。

电流放大倍数对于某一只晶体管来说是一个定值，但随着晶体管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

图3-89共射极放大电路现以NPN型晶体管为例来说明晶体管各极间电流分配关系及其电流放大作用。

如图3-89所示，Ubb为基极电源，与基极电阻Rb及晶体管的基极b、发射极e组成基极-发射极回路（称作输入回路），Ubb使发射结正偏。

Ucc为集电极电源，与集电极电阻Rc及晶体管的集电极c、发射极e组成集电极-发射极回路（称作输出回路），Ucc使集电结反偏。

如图3-89所示，发射极e是输入输出回路的公共端，因此称这种接法为共发射极放大电路。

改变可变电阻Rb，测基极电流Ib、集电极电流Ic和发射结电流Ie，结果见表3-4。

从试验结果可得如下结论：

1）Ie=Ib+Ic。

2）Ie和Ic几乎相等，但远远大于基极电流Ib，从表3-4第三列和第四列的试验数据可知，Ic与Ib的比值分别为

三、晶体管的特性曲线

晶体管的特性曲线是用来表示各个电极间电压和电流之间的相互关系的，它反映出晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。

特性曲线可由试验测得，也可在晶体管图示仪上直观地显示出来。

1.输入特性曲线

2.输出特性曲线

1.能够根据电路图（见图4-1）连接实物电路（见图4-2），且满足以下功能要求：

2.闭合开关S，拨动开关S1的位置，能够用万用表测量图示各点电位。

3.能够对电路图进行简单分析。

1.工具准备

2.材料准备

3.控制模块与连接线制作

1.线路连接与检验

图3-90是晶体管的输入特性曲线，由图可见，输入特性有以下几个特点：

1.输入特性曲线

输入特性也有一个“死区”。

2）一般情况下，当Uce>1V以后，输入特性几乎与Uce=1V时的特性重合，因为Uce>1V后，Ib无明显改变了。

2.输出特性曲线

晶体管的输出特性曲线表示以Ib为参考变量时，Ic和Uce的关系，即

图3-90　晶体管的输入特性曲线

图3-91是晶体管的输出特性曲线，当Ib改变时，可得一组曲线族，由图可见，输出特性曲线可分放大、截止和饱和三个区域。

2.输出特性曲线

（1）截止区　Ib=0的特性曲线以下区域称为截止区。

（2）饱和区　特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。

（3）放大区　特性曲线近似水平直线的区域为放大区。

图3-91　晶体管的输出特性曲线

饱和区特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。