1、1/45 任务1 认识简单直流电路 任务2 常用电路元件的检测 任务3 复杂电路的计算 模块一 直流电路2/45 一、电路的组成 1电源 2负载 3中间环节图1-1 手电筒电路（a）实际电路 （b）电原理图 （c）电路模型1干电池；2灯泡；3开关 电路有两个方面的作电路有两个方面的作用：实现能量的转换、用：实现能量的转换、传输和分配（如电力传输和分配（如电力系统电路等），即电系统电路等），即电力电路；实现电信号力电路；实现电信号的处理与传递（如广的处理与传递（如广播电视系统），即信播电视系统），即信号电路号电路。任务任务1 认识简单直流电路认识简单直流电路 3/45 二、电路模型 1电原理图
2、用规定的图形符号表示实际电路中的各器件联结关系的原理图称为电原理图 2理想电路元件及电路模型图1-2 几种常见的理想电路元件用理想电路元件及其用理想电路元件及其组合来代替实际电路组合来代替实际电路元件构成的电路称为元件构成的电路称为电路模型。电路模型。电路模型中的理想元电路模型中的理想元件用规定的电路符号件用规定的电路符号来表示所得到的电路来表示所得到的电路模型图，称为电路图模型图，称为电路图 4/45三、电路中的几个基本物理量 1电流 电流指带电粒子在电路中的定向移动。电流的单位是安培（A），另外还有毫安（mA）、千安（KA）、微安（A）等.对于直流电流，单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒
3、定不变的.对于交流电流，则电流为tQI dtdqi（1）电流的正方向）电流的正方向 习惯上规定正电荷定向运动的方向为习惯上规定正电荷定向运动的方向为电路中电流的正方向。电路中电流的正方向。5/45（2）电流的参考方向 当某支路的电流实际方向难以判断时，可假定其电流的参考方向。当电流为正值时，说明实际电流方向与选取的参考方向相同；当电流为负值时，说明实际电流方向与选取的参考方向相反。图1-3 电流的参考方向与实际方向的关系（a）i0 （b）i06/452电压 电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功称为a、b两点之间的电压，记为Uab。单位是伏特（V）。电压总是和电路中的两个点有关。（1）电压的
4、正方向。电压的正方向由高电位（“+”极性）指向低电位（“”极性），即表示电位降落的方向。对于电阻来说，电压的方向与电阻中电流的方向同，即沿电流方向，电位降落；逆电流方向，电位升高。（2）电压的参考方向。若计算出的电压为正值，说明电压实际方向与选取的参考方向相同；若计算出来的电压为负值，说明电压实际方向与选取的参考方向相反 7/45 图1-4 电压的参考方向与实际方向的关系（a）u0 （b）u03电位电位（1）定义）定义 在电路中任选一点为参考点在电路中任选一点为参考点0，该电路中某点，该电路中某点a到参到参考点考点0的电压称为的电压称为a点电位。点电位。Va表示表示。（2）参考点（零电位点）。
5、参考点的电位为）参考点（零电位点）。参考点的电位为0V，V0=0V。Va=Ua0=VaV0 某点某点a的电位数值上就等于点的电位数值上就等于点a与零电位点之间与零电位点之间的电压。的电压。（3）电位是相对值电位是相对值 电路中某点的电位是相对于参考点电路中某点的电位是相对于参考点 的选择而改变的。的选择而改变的。8/454电动势 电动势也是电路中两点间的电位差值，它只存在于电源内部，它表示电源将其他形式的能量转换成电能的能力，用E表示。电动势的正方向：由电源的负极电源正极 5电能和电功率（1）电功 W=U I t （J）电阻元件在t秒内所消耗（或吸收）的电能为 （J）qWEbatRURtIUI
6、tW22（2）电功率）电功率 RURIUItWP229/45 四、电路的三种工作状态 电路通常有三种状态：负载状态、短路状态、空载状态。1.负载状态（1）电路中的电流:（2）电源的端电压:U1=E-IR0 （3）电源的输出功率：若不计线路损失，即电源的输出功率等于负载的消耗功率。RREI0图1-6 电路的负载状态10/45 2.短路状态（1）电源中的电流IS最大，但对外输出电流I为零（最小）。IS=E/R0 （2）电源和负载的端电压均为零，即U1=EISR0=0，U2=0。（3）电源的输出功率P1=U1I=0，负载所消耗的功率P2=U2I=0。图1-7 电路的短路状态11/45 3.空载状态（
7、断路或开路状态）（1）I=0。（2）电源的端电压（开路电压或空载电压）等于电源的电动势，用U0表示，即U1=U0=EIR0=E。可测电动势图1-8 电路的空载状态五、电气设备的额定值（3）空载时电源对外不输出电流，故电源的输出功率）空载时电源对外不输出电流，故电源的输出功率（P1=U1I）和负载所消耗功率（）和负载所消耗功率（P2=U2I）均为零，即空载状态）均为零，即空载状态下电源是不输出电能的。下电源是不输出电能的。为了使电气设备能在给定的工作条件下正常运行而规定的正为了使电气设备能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值，分别用常允许值，分别用UN、IN、PN来表示。来表示。12/4
8、5【任务实施】六、简单直流电路的计算【练一练1-1】在图1-9所示电路中，R1=3，R2=4，R3=3，R4=1，I3=1A，计算a、b、c各点的电位和电阻R1消耗的电功率。若a点接地，那么 a、b、c各点的电位 如何？Ubd间的电压值 变不变？电阻R1消耗的电功率 如何？13/45【想一想】电气设备上通常都标有电压、电流、功率等数值（如电灯泡上标有220V/100W），标明这些数值有何意义？【练习】：小明家有一台额定功率为1200W的热水器，若每天打开4h，每度电的电费为0.50元，一个月（30天）需要多少电费？14/45任务2 常用电路元件的检测 一、电阻元件 1电阻及分类（1）电阻的定义
9、 （2）影响电阻R的因素 电阻定律：R=L/S （3）电阻的分类 按照阻值是否可变分为：固定电阻、可变电阻（电位器）；按照电阻的组成材料分为：碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等 15/452认识固定电阻（1）固定电阻的命名方法 如：RJ73中，R第一部分主称，电阻器；J第二部分表示材料，金属膜；7第三部分表示类别，精密电阻；3表示设计序号。（2）电阻值的标识 直标法。电阻上无误差标示时，表示允许误差为20%。16/45 色标法 文字符号法 例如：3M9K，表示3.9M，K表示允许误差为10%。17/45（3）电阻额定功率的识别 有两种方法：2W以上的电阻，直接用数字印在电阻体上；2W以下的电阻，
10、以自身体积大小来表示功率。在电路图上表示电阻功率时，采用如下图符号。（4）电阻允许误差标志符号（见书上表1-3）18/453.可变电阻（电位器）X型：直线型。Z型：指数型。D型：对数型。19/454.电阻的测量和计算图1-15 用欧姆表测量电阻（a）断开电源（b）断开电源一端【讨论讨论】如果不按规定方式测量电阻，会产生什么情况如果不按规定方式测量电阻，会产生什么情况呢？呢？20/45计算等效电阻 例题：如图电路，已知：R1=R2=4，R3=6，R4=8，求AB间的等效电阻RAB。21/45 前面电路的简化过程22/45二、电感元件 1电感器的分类23/45 2电感器的命名 电感器的命名由四部分
11、组成。3固定电感器的识别方法固定电感器的识别方法（1）直标法）直标法 24/45（2）色环标法【想一想想一想】某一电感器的色环标志依某一电感器的色环标志依次是：棕红红银，它表示的电感次是：棕红红银，它表示的电感量和允许误差分别是多少？量和允许误差分别是多少？4电感器的检查与测试电感器的检查与测试（1）电感器的检查包括外观检查和绝缘检查。）电感器的检查包括外观检查和绝缘检查。（2）测量其电阻。用万用表测量线圈阻值来判断其好坏，）测量其电阻。用万用表测量线圈阻值来判断其好坏，即检测电感器是否有短路、断路或绝缘不良等情况。即检测电感器是否有短路、断路或绝缘不良等情况。25/45三、电容元件 1电容的
12、基本性质 两个平行的导体之间填充以绝缘物就构成了电容。用C表示。电容器有两个重要的特性：（1）阻隔直流电通过、而允许交流电通过的特性。（2）充电特性、放电特性。2电容器的型号命名方法 3电容的单位和符号图1-19 电容器的电路符号26/45陶制电容器金属化聚丙烯电容器可变电容器27/45 4电容的主要参数（1）电容器的标称容量和偏差。（2）电容的额定直流工作电压。（3）电容器的误差 ：通常分三个等级：级（5%）、（10%）、（20%）5电容器的主要种类和特点 电容器按有无极性可分为无极性电容器和有极性电容器。按电容量是否可变可分为固定电容器和可变电容器。图1-21 有极性电容器的外形28/45
13、图图1-20 无极性电容器类别及外形无极性电容器类别及外形 29/45 6.电容器的检测（1）测电容的漏电阻（适用于0.1F以上容量的电容）。（2）判断电解电容的极性 电解电容器的正、负极性不允许接错。图图1-22 可变电容器的外形图可变电容器的外形图 7.电容器在汽车电路中的典型应用（1）抑制峰值电压（2）滤波降噪（3）辅助电源（4）定时电路和延时关闭电路30/4531/45 四、特殊电阻 1热敏电阻（RT）（1）正温度系数热敏电阻（PTC）（2）负温度系数热敏电阻（NTC）:如各种温度传感器.水温传感器安装水温传感器安装位置位置32/45（3）临界温度系数热敏电阻（CTR）温度传感器的检查
14、：检查冷却液温度传感器的电阻 2压敏电阻 汽车上有的传感器是利用压敏元件元件制成的。例如：半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器、电阻应变计式碰撞传感器等。进气温度传感器进气温度传感器安装位置安装位置33/45 3光敏电阻器 光电元件硫化镉为多晶硅结构把硫化镉作成曲线形状，目的是增大与电极的接触面，提高该传感器灵敏度。硫化镉的特性是，当周围较暗时，其电阻值变大；而当周围较亮时，它的电阻值又变小。进气压力传感器如下图进气压力传感器如下图:34/45图2 硫化镉的特性图1 光电式光量传感器的结构35/45任务3 复杂电路的计算 几个术语：（1）支路 （2）节点（3）回路 (4)网孔图图1-23 复
15、杂电路示例复杂电路示例【想一想想一想】图中有几个节点？几条支路？几个回路？图中有几个节点？几条支路？几个回路？几个网孔？回路就一定是网孔吗？几个网孔？回路就一定是网孔吗？问题引入：若已知各电动势问题引入：若已知各电动势和各电阻的数值，如何求各和各电阻的数值，如何求各电流的大小和方向？电流的大小和方向？36/45一、基尔霍夫电流定律（一、基尔霍夫电流定律（KCL）对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为一个节点上电流的代数和为 0。I1I
16、2I3I44231IIII电流定律的电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：例例或或：04231IIII流入为正流入为正流出为负流出为负37/45还可以扩展到电路的任意封闭面。还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的推广基尔霍夫电流定律的推广I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点38/45二、基尔霍夫电压定律（KVL）1基尔霍夫电压定律（回路电压定律）在任一瞬时，沿任一回路循环（顺时方向或逆时方向），回路中所有电动势的代数和恒等于回路中各个电阻上电压降的代数和。即 E=I R 或可表述为：在任一回路中，从
17、任何一点以顺时针或逆时针方向沿回路循环一周，则所有支路或元件电压的代数和等于零。即U=0。体现了能量守恒定律，体现了电路中两点的电压与 路 径的选择方向无关，与各支路上是什么元件无关。39/45 2基尔霍夫电压定律推广 可以由一个闭合的真实路径推广到一个不完全由实际元件组成的假想的回路 图1-26 基尔霍夫电压定律推广应用图1-27 例1-4图【例例】如图如图1-27所示，所示，R1=R2=15，E1=E2=E3=12V，E4=E5=3V，求电路中的电流的大小和方向。，求电路中的电流的大小和方向。40/45三、基尔霍夫定律的应用 1用支路电流法求解复杂电路 支路电流法是以支路电流为未知量，应用
18、基尔霍夫定律列出与支路电流数目相等的独立方程式，再联立求解复杂电路的方法。【练习】如图，E1=10V，R1=6，E2=26V，R2=2，R3=4，求各支路电流的大小和方向。41/45【解】设各支路电流方向如图，对节点A：I1+I2=I3 对于回路I：E1E2=I1R1I2R2 对于回路：E2=I2R2+I3R3 联立方程组：I1+I2=I3 1026=6I12 I2 26=2 I2+4 I3 解得I1=1A，I2=5 A I3=4A I1为负值，说明实际方向与假定方向相反，同时说明E1此时相当于负载。【讨论讨论】本题中若选择不同的回路绕向，结果如何？若选择本题中若选择不同的回路绕向，结果如何？
19、若选择E1-R1-R3-E1回路和分别和回路回路和分别和回路或或列电压方程，如果如何？列电压方程，如果如何？若假设图中相反电流方向，结果会如何？若假设图中相反电流方向，结果会如何？42/45支路电流法小结支路电流法小结解题步骤解题步骤结论与引申结论与引申12对每一支路假设对每一支路假设一未知电流一未知电流1.假设未知数时，正方向可任意选择。假设未知数时，正方向可任意选择。对每个节点有对每个节点有0I1.未知数未知数=B，4解联立方程组解联立方程组对每个回路有对每个回路有U0#1#2#3根据未知数的正负决定电流的实际方向。根据未知数的正负决定电流的实际方向。3列电流方程：列电流方程：列电压方程：
20、列电压方程：2.原则上，有原则上，有B个支路就设个支路就设B个未知数。个未知数。（恒流源支路除外）（恒流源支路除外）例外？例外？若电路有若电路有N个节点，个节点，则可以列出则可以列出？个独立方程。个独立方程。(N-1)I1I2I32.独立回路的选择：独立回路的选择：已有已有(N-1)个节点方程，个节点方程，需补足需补足 B-（N-1）个方程。个方程。一般按网孔选择一般按网孔选择43/452应用基尔霍夫定律进行电位的计算 在电路中要想求出某点的电位值，也必须在电路中选择一个参考点（零电位点）。零电位点可以任意选择。电路中某点的电位，就是从该点出发，沿任选的一条路径“走”到参考点所经过的全部电位降
21、的代数和。图图 电位的计算电位的计算例：以图中的点例：以图中的点D为参考点，为参考点，求点求点A的电位。有三条路径：的电位。有三条路径：沿沿A-E1-D路径：路径：VA=E1沿沿ABD路径：路径：VA=I1R1+I3R3+E3沿沿ABCD路径：路径：VA=I1R1+I2R2E244/45四、惠斯通电桥电路 1电桥平衡的必要条件图 惠斯通电桥电路4321RRRR2电桥平衡时测量电阻电桥平衡时测量电阻3电桥的不平衡电桥的不平衡45/45五、惠斯通电桥的应用【例例】图为一个测量技图为一个测量技术中常用的可以测量温度术中常用的可以测量温度的电桥电路。已知：的电桥电路。已知：E=4V V，R1=R3=R
22、4=400，R2=347，仪表电阻，仪表电阻Rg=600。Rt为铜热电阻，为铜热电阻，0时，时，Rt=53，放在需要，放在需要测量温度的地方，用导线测量温度的地方，用导线把它接到电桥的一个桥臂把它接到电桥的一个桥臂中。求：中。求：温度为温度为00、100100时，仪时，仪表中通过的电流表中通过的电流Ig及其两端及其两端电压电压Ug。46/45【例】图为上海桑塔纳电控燃油喷射系统的热线式空气流量计的电桥电路。图图 热线式空气流量计热线式空气流量计图中热线（白金）电阻图中热线（白金）电阻RH和和温度补偿电阻温度补偿电阻RK分别是惠斯分别是惠斯通电桥的一个臂，精密电阻通电桥的一个臂，精密电阻RA也是
23、电桥的一个臂，也是电桥的一个臂，RA上的电压即是热线式空气流上的电压即是热线式空气流量计的输出信号电压。量计的输出信号电压。47/58模块二模块二 正弦交流电路正弦交流电路任务任务1 认识交流电认识交流电任务任务2 单一参数正弦交流电路的计算单一参数正弦交流电路的计算任务任务3 认识认识RLC串联电路及串联谐振串联电路及串联谐振 任务任务4 三相交流电路的计算三相交流电路的计算48/58任务1 认识交流电 一、交流电的基本概念 1什么是交流电 把大小和方向都随时间作周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压、交变电流，统称为交流电。图图2-1 几种常见电压、电流随时间变化的波形
24、图几种常见电压、电流随时间变化的波形图（a）直流量直流量 （b）正弦波正弦波 （c）矩形波矩形波 （d)锯齿波锯齿波 49/58 2正弦交流电的产生 在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。路称为正弦交流电路。ti图图 2 2 交流发电机的结构交流发电机的结构（a）交流发电机示意图）交流发电机示意图 （b）原理图）原理图50/58正弦交流电也要规定正方向正弦交流电也要规定正方向,表示电压或电流的瞬时方向表示电压或电流
25、的瞬时方向 交流电路进行计算时，首先要规定物理量交流电路进行计算时，首先要规定物理量的正方向，然后才能用数字表达式来描述。的正方向，然后才能用数字表达式来描述。实际方向和假设方向一致实际方向和假设方向一致实际方向和假设方向相反实际方向和假设方向相反ti正弦交流电的正方向正弦交流电的正方向iuR用小写字母u、i、e 表示交流瞬时值51/58二、表示正弦交流电特征的几个物理量二、表示正弦交流电特征的几个物理量tIim sint it mI：电流幅值（最大值）电流幅值（最大值）：角频率（弧度角频率（弧度/秒）秒）：初相角初相角mI 特征量特征量:52/58 描述周期的几种方法描述周期的几种方法 1）
26、周期周期 T：秒，毫秒：秒，毫秒.Tf1fT22 1 1频率、周期、角频率频率、周期、角频率3）频率频率：弧度弧度/秒秒2）频率频率 f：赫兹，千赫兹：赫兹，千赫兹.it T53/58tIim sin为正弦电流的最大值为正弦电流的最大值mI2.2.瞬时值、最大值、有效值瞬时值、最大值、有效值 在工程应用中常用有效值表示幅度。常用交流电表指示的在工程应用中常用有效值表示幅度。常用交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压220V，也是指供电电压的有效值。也是指供电电压的有效值。（2）瞬时值）瞬时值 每一时刻所对应的值。瞬时值是时
27、间的函数，每一时刻所对应的值。瞬时值是时间的函数，只有具体指出在哪一时刻，才能求出确切的数值和方向。只有具体指出在哪一时刻，才能求出确切的数值和方向。i为为t时刻对应的瞬时值。时刻对应的瞬时值。（1）最大值）最大值电量名称必须大电量名称必须大写写,下标加下标加 m。如：如：Um、Im54/58则有则有TdtiTI021（均方根值）（均方根值）可可得得2mII 当当 时，时，tIim sindtRiT20交流交流直流直流RTI2热效应相当热效应相当有效值电量必须大写，如：有效值电量必须大写，如：U、I交流电流交流电流 i通过电阻通过电阻R在在一个周期一个周期T内产生的热量内产生的热量与一直流电流
28、与一直流电流I通过同一通过同一电阻在同一时间电阻在同一时间T内产生内产生的热量相等，则称的热量相等，则称I的数的数值为值为i的有效值的有效值（3）有效值概念）有效值概念55/58可得可得2mII 当当 时，时，tIim sini=2 I sin(t+)i可写为：可写为：同理同理:u=Um sin(t+)2mUUu=2 U sin(t+)u可写为：可写为：56/58问题与讨论问题与讨论 电器电器 220V最高耐压最高耐压=300V 若购得一台耐压为若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于的电器，是否可用于 220V 的线路上的线路上?该用电器最高耐压低于电源电压的最大值该用电器最高耐压低于
29、电源电压的最大值，所以，所以不能用不能用。2有效值有效值 U=220V 最大值最大值 Um=220V=311V 电源电压电源电压57/58tIi sin23.3.相位相位4.4.初相角初相角：t=0 时的相位，称为时的相位，称为初相位或初相角初相位或初相角。说明：说明：给出了观察正弦波的起点或参考点，给出了观察正弦波的起点或参考点，常用于描述多个正弦波相互间的关系。常用于描述多个正弦波相互间的关系。it ）（t：正弦波的相位角或相位：正弦波的相位角或相位58/58 2121 tt 5.两个两个同频率同频率正弦量间的相位差正弦量间的相位差(初相差初相差)222111 sin sintIitIim
30、m122i1i t0=0UBUE；对于PNP型：UEUBUC。图6-33 三极管外加电压与电流方向 其中其中VT为三极管，为三极管，UCC为集电极电源电压，为集电极电源电压，UBB为为基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好相反，相反，Rb为基极电阻，为基极电阻，RC为集电极电阻为集电极电阻 （2）放大电路的基本连接方式图6-34 三极管放大电路的三种组态 图图6-34中中“”表示公共端，又称接地端。无论采表示公共端，又称接地端。无论采用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏，才用哪种接法，都必须满足发射结正偏，集电结反偏，才能使三极管具
31、有电流放大作用。能使三极管具有电流放大作用。2电流放大原理（1）注入过程）注入过程（2）扩散与复合过程）扩散与复合过程（3）收集过程）收集过程 图6-35 NPN型三极管中载流子的运动 BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管三个电极中的电流的方向如图，各电极间的电流分配三个电极中的电流的方向如图，各电极间的电流分配关系：关系：IE=IB+IC三极管的电流放大倍数 和 BC_II 共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数 ：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为交流信号。基
32、极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变，相应的集电极电流变化为化为 IC，则，则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：BIIC UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。5.3704.05.1IIBC_ 4004.006.05.13.2IIBC 在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=例例 3电流放大作用比喻图6-36 晶体管电流放大作用比喻 若三极管看作一若三极管看作一个电流的控制阀，个电流的控制阀，而基极就是控制这而基极就是控制这个电流的阀门个电流的阀门三、三极管的基本参数 1电流放大系数 电流放大系数的大小反映了
33、三极管放大能力的强弱。（1）共发射极交流电流放大系数。（2）共发射极直流电流放大系数 。2极间反向电流（1）集电极基极间的反向电流ICBO （2）集电极发射极间的反向电流ICEO。图6-38 三极管的ICEO和ICBO集电极电流集电极电流I IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为I ICM。3极限参数极限参数（1）集电极最大电流）集电极最大电流ICM（2）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCMPC=ICUCE必定导致结温上升，所以必定导致结温上升，所以PC有限制。有限制。PC
34、 PCM（3）反向击穿电压：）反向击穿电压：CEOBRU)(EBOBRU)(CBOBRU)(图6-39 三极管的安全工作区三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定的余量。的余量。四、三极管的状态及开关电路 三极管除了可作为放大器件应用于各种模拟电路中之外，还可以用来充当一个开关的作用，只工作在截止状态或饱和状态。（一）饱和状态和截止状态 1饱和状态 IC曲线近似于直线上升的部分与纵坐标之间的区域称为饱和区，IC不再随着IB增加而增加，如图6-39。图6-39 三极管的安全工作区 2截止状态 在基极电流IB=0曲线以下的区域称为截止区，如图6-
35、39所示。工作在截止状态的条件：发射结反向偏置或零偏置、集电结处于反向偏置。此时IB0，Ic0，集电极C和发射极E间的管压降高（UceUCC，见图6-37），呈现出高电阻状态，C、E之间相当于一个断开的开关，几乎无电流通过。工作在饱和状态的条件：工作在饱和状态的条件：发射结和集电结都处于正向偏发射结和集电结都处于正向偏置，置，此时管压降（此时管压降（Uce0）很低，但电流很大，呈现出低）很低，但电流很大，呈现出低电阻状态，电阻状态，C、E之间相当于一个闭合的开关之间相当于一个闭合的开关。（二）三极管开关电路1NPN三极管开关电路三极管开关电路（1）NPN三极管的开关状态三极管的开关状态图6-4
36、0 NPN三极管的开关状态（a）基极输入一个高电位信号 （b）基极输入一个低电位信号 当基极当基极b输入一个高电位控输入一个高电位控制信号时，制信号时，VT进入饱和导通进入饱和导通状态，状态，C、E间相当于闭合的间相当于闭合的开关。开关。当基极当基极b高电位控制信号撤高电位控制信号撤离后（输入低电位），管子进离后（输入低电位），管子进入截止状态，入截止状态，C、E间相当于间相当于断开的开关（图断开的开关（图6-40b）。）。（2）NPN管开关电路的实验图6-42 NPN管开关电路实验装置 如图如图6-42，当按下开关后，当按下开关后，VT管有基极电流，处管有基极电流，处于饱和导通状态，看到发光
37、二极管发光；当断开开关于饱和导通状态，看到发光二极管发光；当断开开关后，基极无电流，后，基极无电流，VT管处于截止状态，发光二极管熄管处于截止状态，发光二极管熄灭。灭。2PNP三极管开关电路 当加在基极b上的控制信号的电位低于发射极电位时，三极管进入饱和导通状态，C、E间相当于闭合的开关（图6-43a）。当基极b低电位控制信号撤离后，管子进入截止状态，C、E间相当于断开的开关（图6-43b）。图6-43 PNP三极管的开关状态（a）基极输入一个低电位信号 （b）基极输入一个高电位信号 3多极开关电路（1）两级开关电路的工作原理图6-44 三极管多级开关电路图（a）两级开关电路【想一想想一想】图
38、图6-44（a）中）中LED要想要想发光，须使发光，须使VT2处于什么处于什么状态？状态？若要使若要使VT2导通，导通，B点是点是处于高位还是低电位？处于高位还是低电位？VT1的状态又与的状态又与A点的电点的电位是什么关系？位是什么关系？开关闭合时开关闭合时A点的电位是点的电位是高还是低？高还是低？开关打开时，开关打开时，A点的电位点的电位高低状态？高低状态？注意：前后两个三极管的状态是正好相反。如VT1导通时，VT2状态是截止的。VT2、VT3的状态是相反的，这样，VT1、VT3两管的状态是相同的。在电路中，只要控制了输入级的VT1的状态，也就控制了输出级的VT3的状态，就起到了控制用电设备
39、电路的作用。图6-44 三极管多级开关电路图（b）三级开关电路 五、达林顿管（复合管）其放大倍数为:=12。图6-45 复合管的几种接法（a）NPN型 (b)PNP型 (c)PNP型 (d)NPN型 汽车电子点火系统的点火控制模块大多采用达林顿管做为输出端，达林顿管与负载的连接见图6-46。图6-46 达林顿管与负载的连接 举例：点火模块中的复合管VT与负载的连接2、光电三极管 光电三极管也叫光敏三极管或光电管,它和光电二极管都是利用光电效应制成的半导体器件。图6-50 光电三极管的等效电路及符号（a）等效电路 (b)符号 光电三极管的基本应用电路如图6-51所示，A点电位随着外界光线的照射而
40、发生变化。图6-51 光电三极管的基本应用电路 3、光电耦合器 发光器和受光器组合封装在一个管壳内，可实现以光信号为媒介的电信号转换 汽车上常用到的是由发光二极管和光敏二极管组合成的光电耦合器和由发光二极管和光敏三极管组合成的光电耦合器两种图6-52 光电耦合器的图形符号（a）二极管和二极管光电耦合器 （b）二极管和三极管光电耦合器七、晶体管在汽车电路中的典型应用 1汽车电子电路中的三极管开关电路 液位报警电路的传感器是一个装在蓄电池盖上的铅棒。图6-53 蓄电池液位报警电路原理 2.汽车电子电路中的三极管放大电路 在汽车电子电路中主要用三极管对微弱信号进行放大。图6-54是利用三极管放大特性
41、制作的汽车电气线路搭铁探测器。3.达林顿管在电压调节器电路中的应用图6-55 JFT106型电压调节器电路任务4 晶闸管别名：别名：可控硅（可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是是一种一种大功率半导体器件，出现于大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域：应用领域：整流（交流整流（交流 直
42、流）直流）逆变（直流逆变（直流 交流）交流）变频（交流变频（交流 交流）交流）斩波（直流斩波（直流 直流）直流）一、普通晶闸管晶闸管的种类很多，有普通型晶闸管、双向型晶闸管、可关断型晶闸管以及快速型晶闸管等。在此以普通型为例，介绍晶闸管的结构。1普通晶闸管的结构 晶闸管采用铝片或铂片作为衬底，由PNPN四层半导体组成，每两层半导体交界面处都会形成一个PN结，这样在内部会形成三个PN结（J1、J2、J3）可将晶闸管看成是由PNP和NPN型两个管连接而成，前面PNP基极与后面NPN集电极相连，后面NPN的基极与前面的PNP的集电极相连2 2、晶闸管的工作原理、晶闸管的工作原理 P1P2N1N2四四
43、 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）A（阳极）（阳极）内部为内部为PNPN四层半导体四层半导体结构结构三三 个个 PN结结电路符号电路符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK阳极阳极阴极阴极控制极控制极内部等效为两个三极管组成内部等效为两个三极管组成晶闸管的主电路：电源Ea（-）灯HL晶闸管阳极A阴极K电源Ea（+）；晶闸管的控制电路：电源Eg（+）开关S晶闸管控制极G阴极K电阻R电源Eg（-）。1）晶闸管的导电特性 晶闸管导通条件：在阳极正向电压的前提下，门极加足够大的瞬间正向（UGK0）触发电压。晶闸管关断条件：使IAIH（IH为维持电流，关于维持电流
44、在后面有解释）或将阳极电压降至零或使其反向。2）晶闸管的导电工作原理 晶闸管是由P型和N型半导体交替叠合成PNPN四层而构成，它有三个PN结（J1、J2、J3），如图6-49（a）所示。图6-49 晶闸管结构 图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻（a）晶闸管结构 （b）门极开路时将晶闸管的四层半导体和三个将晶闸管的四层半导体和三个PN结比喻成水管和阀门，便容结比喻成水管和阀门，便容易理解晶闸管的导电特性。易理解晶闸管的导电特性。门极开路（门极开路（IG=0）。当晶闸）。当晶闸管门极开路（管门极开路（IG=0）时，相当）时，相当于没有顶开阀门于没有顶开阀门J2的水流（阀的水流（阀门门J2未打
45、开），如图未打开），如图6-49b所示。所示。因此因此,当晶闸管门极开路时，无当晶闸管门极开路时，无论阳极加正向电压还是加反向论阳极加正向电压还是加反向电压，它都处于关断状态。电压，它都处于关断状态。门极加正向电压UGK（门极为高电位，阴极为低电位）。当晶闸管门极加足够大的正向电压（UGK0）时，相当于有了足以顶开阀门J2并使其上翻的水流IG，如图6-49c所示。晶闸管一旦导通，门极便失去控制作用。图6-49 晶闸管结构及其导电特性的比喻（c）门极加正向电压时（3）怎样才能将导通后的晶闸管关断 方法一：减小阳极电流IA，使其小于晶闸管维持导通所需的最小电流（称为维持电流，用IH表示），即IAI
46、H。方法二：将阳极电压降至零或使其反向。（4）晶闸管的主要参数 1）额定正向平均电流IT（或叫通态平均电流）。2）正向重复峰值电压UDRM。3）反向重复峰值电压URRM。4）维持电流IH。5）通态平均电压UT。5）晶闸管的型号 根据机械工业部颁发标准JB114475规定，KP系列普通晶闸管的型号及含义如下：K P 第1项：K晶闸管；P普通型。第2项：额定通态平均电流 第3项：正反向重复峰值电压级数 第4项：通态平均电压组别（小于100A时不标级）二、双向晶闸管 G仍叫做控制极外，另外两个电极通常却不叫做阳极和阴极，而称为主电极Tl和T2。双向晶闸管内部由五层半导体组成，五层三端半导体器件。对于
47、双向晶闸管来说，两个主电极无所谓哪个是阳极，哪个是阴极。无论给双向晶闸管主电极T1、T2之间加正向还是反向电压，只要控制极有触发信号（无论触发信号的极性如何），它都能被触发导通。三、可关断晶闸管 可关断晶闸管（GTO）可关断晶闸管也称门控晶闸管，可关断晶闸管（以P型门极为例）是由 PNPN四层半导体材料构成，其外部也是有三个电极分别为阳极A、阴极K、控制极（门极）G。它的导通条件与普通晶闸管的导通条件相同。在导通状态时，若在其门极G上加一个适当的负电压，就能使导通的晶闸管自行关断，它和普通晶闸管的关断原理及关断方式是截然不同的。四、光控晶闸管 是一种用光信号或光电信号进行触发的晶闸管。当在光控
48、晶闸管的阳极加上正向电压，阴极加上负向电压时光控晶闸管可以等效成图(d)。只要用足够强的光线照射到受光窗口，光电二极管会立即导通，这个光电流会使前后两个晶体管导通，在它们之间形成很强的正反馈，很快达到饱和导通。图 光控晶闸管（a）外形 （b）内部结构和电路符号 (c)光控晶闸管外接电源 (d)光控晶闸管等效电路晶闸管在汽车电路中的应用 双向晶闸管T控制主电路的无触点交流开关电路。只要调节电阻R，使通过的电流等于或大于晶闸管门极触发电流IGT，双向晶闸管就可以在每半个周期中都导通，使主电路工作。任务5 认识场效应管 一、场效应管简介 场效应管是利用电场效应来控制晶体管的电流场效应管是利用电场效应
49、来控制晶体管的电流 场效应管是通过改变输入电压（即利用电场效应）来场效应管是通过改变输入电压（即利用电场效应）来控制输出电流的，属于电压控制器件，它几乎不吸收信号控制输出电流的，属于电压控制器件，它几乎不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻（源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻（10109 910101414）高。高。场效应管分为结型场效应管场效应管分为结型场效应管(JFET)(JFET)和绝缘栅场效应管和绝缘栅场效应管(IGFET)(IGFET)目前最常用的是绝缘栅场效应管（目前最常用的是绝缘栅场效应管（MOSMOS管）管）绝缘栅场效应管按导电沟道形成的不同，又可分为增强型绝缘栅
50、场效应管按导电沟道形成的不同，又可分为增强型和耗尽型。和耗尽型。1N沟道增强型MOS场效应管图6-54 N沟道增强型MOS场效应管(a)N沟道增强型MOS场效应管结构示意图 (b)UGSUT时形成导电沟道 一块掺杂浓度较低的一块掺杂浓度较低的P型型半导体作为衬底，然后在其半导体作为衬底，然后在其表面上覆盖一层表面上覆盖一层SiO2的绝缘的绝缘层，再在层，再在SiO2层上刻出两个层上刻出两个窗口，通过扩散工艺形成两窗口，通过扩散工艺形成两个高掺杂的个高掺杂的N型区型区(用用N+表表示示)，并在，并在N+区和区和SiO2的表的表面各自喷上一层金属铝，分面各自喷上一层金属铝，分别引出源极别引出源极S
