第1章　汽車電氣維修基礎(chǔ)知識

1.1　電學(xué)基礎(chǔ)知識

1-1　什么是電路？

由金屬導(dǎo)線和電氣以及電子部件組成的導(dǎo)電回路，稱為電路，也就是電流所流過的路徑。直流電通過的電路稱為“直流電路”，交流電通過的電路稱為“交流電路”。

1-2　一般電路由哪幾部分組成？

一般電路都是由電源、負(fù)載、開關(guān)（控制元件）和連接導(dǎo)線四個基本部分組成。圖1-1所示為簡單電路及電路圖，當(dāng)合上實(shí)際電路的開關(guān)時，因電流流過小燈泡，小燈泡發(fā)光。這樣，干電池、小燈泡、開關(guān)和連接導(dǎo)線就構(gòu)成了一個簡單電路。

1-3　電源有何功用？

電源是將非電能轉(zhuǎn)換為電能（如干電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能），向負(fù)載提供電能的裝置。常見的電源有干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)等，如圖1-2所示。

1-4　什么是負(fù)載？

負(fù)載就是用電器，它是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能的電器元件或設(shè)備，如燈泡將電能轉(zhuǎn)換為光能、電喇叭將電能轉(zhuǎn)換為聲能等。

1-5　開關(guān)有何功用？

開關(guān)是控制元件的一種類型，也就是用來控制電路接通和斷開的電器元件。作為開關(guān)的控制元件有很多種，如繼電器、各種開關(guān)、晶體管等，如圖1-3所示。

1-6　連接導(dǎo)線的作用是什么？

連接導(dǎo)線是將電源、負(fù)載、開關(guān)互相接通的連接線，擔(dān)負(fù)著傳輸和分配電能的任務(wù)。

1-7　什么是電路圖？有哪三種狀態(tài)？

用統(tǒng)一規(guī)定的符號表示電路連接的圖叫電路圖。電路圖有：通路、斷路（開路）和短路三種狀態(tài)。

小提示

◆通路和斷路是電路的常見狀態(tài)，例如，電燈的亮和滅。而短路是錯誤的危險狀態(tài)，是絕對應(yīng)該避免的。

1-8　什么是通路？

如圖1-4所示，通路是指電流能在其中流通的電路，又稱閉路，此時電路有工作電流，且用電器正常工作。

1-9　什么是斷路？

如圖1-5所示，斷路是指電路中某處斷開（如開關(guān)斷開或自然故障斷開），不能成為通路的電路，又稱開路，此時電路中沒有電流，用電器不能工作。

1-10　什么是短路？

如圖1-6所示，短路是指電路（或電路中一部分）被短接。如負(fù)載或電源兩端被導(dǎo)體直接連接在一起就稱為短路，此時電源提供的電流將比通路時提供的電流大很多倍，因此，一般不允許短路。

小提示

◆如果在供電系統(tǒng)中短路，則屬嚴(yán)重事故，如在汽車電路中發(fā)生短路，將燒壞導(dǎo)線或電纜，時間長了，還會燒壞電源設(shè)備。

1-11　什么是串聯(lián)電路？

兩個或兩個以上的用電器相連接，其中第一個用電器的末端與第二個的首端相接，第二個的末端與第三個的首端相接，依此類推，最后第一個用電器的首端和最后一個的末端接在電源上，這種電路叫串聯(lián)電路，如圖1-7所示。

小提示

◆在串聯(lián)電路里，任何一個用電器斷開，整個電路便停止工作。

1-12　什么是并聯(lián)電路？

把用電器的一端連接于電路的某一點(diǎn)，另一端連接于電路的另一點(diǎn)，并且在電路的兩點(diǎn)之間同時接有多個用電器，這種電路叫并聯(lián)電路，如圖1-8所示。

小提示

◆并聯(lián)電路中當(dāng)某一用電器停止工作時，不會影響其他用電器的正常工作。

△1-13　怎樣比較串聯(lián)與并聯(lián)的電路連接方式？

串聯(lián)與并聯(lián)的電路連接方式比較如表1-1所示。

1-14　什么是電壓？

電壓是推動電荷定向移動形成電流的原因。電流之所以能夠在導(dǎo)線中流動，也是因?yàn)樵陔娏髦杏兄唠妱莺偷碗妱葜g的差別。這種差別叫電勢差或電位差，也叫電壓（電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向，電壓永遠(yuǎn)是正值，但電勢差有負(fù)值。通常以大地的電位為標(biāo)準(zhǔn)，稱為零電位）。換句話說，在電路中，任意兩點(diǎn)之間的電位差稱為這兩點(diǎn)的電壓。

電壓的國際單位制為伏特（V），常用的單位還有毫伏（mV）、微伏（μV）、千伏（kV）等。它們之間的換算關(guān)系如下。

1kV=1000V

1V=1000mV

1mV=1000μV

1-15　什么是直流電壓？

電壓的大小和方向均不隨時間變化的電壓叫直流電壓，也稱為穩(wěn)恒電壓或恒定電壓，用大寫字母“U”表示。

1-16　什么是交流電壓？

電壓的大小和方向都隨時間改變的電壓叫交流電壓，如220V的民用交流電壓、380V的工業(yè)用交流電壓等，其大小及方向均隨時間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電壓的瞬時值要用小寫字母“u”或“u（t）”表示。

在電路中提供電壓的裝置是電源。電壓的大小可以用電壓表（符號“V”）測量。

1-17　電壓是如何分類的？

電壓可分為高電壓、低電壓和安全電壓。

高、低電壓的區(qū)別是，以電氣設(shè)備的對地電壓值為依據(jù)，對地電壓高于1000V的為高電壓，對地電壓小于或等于1000V的為低電壓。

1-18　什么是安全電壓？

安全電壓指人體較長時間接觸而不致發(fā)生觸電危險的電壓。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《特低電壓（ELV）限值》GB/T 3805—2008安全電壓規(guī)定了為防止觸電事故而采用的由特定電源供電的電壓系列。

我國對工頻安全電壓規(guī)定了五個等級，即42V、36V、24V、12V以及6V。

1-19　什么是電流？

電流，是指電荷的定向移動。電源的電動勢形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場力，在電場力的作用下，處于電場內(nèi)的電荷產(chǎn)生定向移動，形成了電流。

物理上規(guī)定電流的方向是正電荷定向移動的方向或者負(fù)電荷定向移動的反方向。

電流的大小稱為電流強(qiáng)度（簡稱電流，符號為“I”），是指單位時間內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量。電流單位安培，簡稱安，符號是“A”。

安培是國際單位制中所有電性的基本單位。常用的單位有毫安（mA）、微安（μA），換算關(guān)系如下。

1A=1000mA

1mA=1000μA

1kA=1000A

1-20　電流是如何分類的？

電流可分為直流電流和交流電流。

不隨時間變化的電流稱為直流電流。工程上常將以直流分量為主的電流也稱為直流電流。

周期地變化而不含直流分量的電流稱為交流電流。電工中涉及的電流除直流、交流及瞬變電流外，還有傳導(dǎo)電流、運(yùn)流電流和位移電流。隨時間變化的電流稱為瞬變電流。

1-21　什么是電阻？

電荷在導(dǎo)體內(nèi)流動時，必須克服導(dǎo)體內(nèi)電荷的吸引力和導(dǎo)體內(nèi)自由離子的碰撞而產(chǎn)生的阻力。這種導(dǎo)體對電荷流動的阻礙作用稱為導(dǎo)體的電阻，用符號“R”表示。

電阻的單位為歐［姆］，用符號“Ω”表示。常用的單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ），換算關(guān)系如下。

1MΩ=1000kΩ

1kΩ=1000Ω

1-22　電阻有什么作用？

電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。

1-23　什么是導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體？

電阻較小的物體（如金、銀、銅、鐵等）稱為導(dǎo)體。

電阻較大的物體（如塑料、陶瓷、橡膠等）稱為絕緣體。

介于導(dǎo)體與絕緣體之間的某些物體（如硅、硒、鍺等）稱為半導(dǎo)體。

1-24　什么是歐姆定律？

在電路中，電流強(qiáng)度I與電壓U成正比，與電阻R成反比。用公式表示為：

I=U/R

這就是電學(xué)中最基礎(chǔ)的歐姆定律。

△1-25　什么是電功率？

在電路中，電流I與電壓U的乘積稱為電功率，用符號“P”表示。電功率的單位為瓦［特］，用符號“W”表示。電功率公式為：

P=IU

1-26　什么是電阻器？在電路中的連接形式有哪兩種？

電阻器是按照不同用途而制作的一種具有一定數(shù)值電阻的元件。

電阻器在電路中的連接有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。

△1-27　電阻器的串聯(lián)電路特點(diǎn)如何？

電阻器的串聯(lián)電路如圖1-9所示。

從實(shí)驗(yàn)中得知：

①串聯(lián)電路中的總電阻等于各個電阻之和，用公式表示為：

R=R1+R2+R3

②串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各串聯(lián)電阻兩端電壓之和，用公式表示為：

V=V1+V2+V3

③串聯(lián)電路中的電流強(qiáng)度在各處是相等的，用公式表示為：

I=I1=I2=I3

△1-28　電阻器的并聯(lián)電器特點(diǎn)如何？

電阻器的并聯(lián)電路如圖1-10所示。

從實(shí)驗(yàn)得知：

①并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和，用公式表示為：

②并聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓是相等的，用公式表示為：

V=V1=V2=V3

③并聯(lián)電路中，干路中的電流強(qiáng)度等于各并聯(lián)支路電流強(qiáng)度之和，用公式表示為：

I=I1+I2+I3

△1-29　什么是電容器？

電容器俗稱電容。電容器是由兩個相互靠近且中間有各種介質(zhì)絕緣的金屬薄片組成，兩金屬薄片分別作為電容器的兩個電極。用電解質(zhì)作介質(zhì)的叫電解電容器，用陶瓷作介質(zhì)的叫陶瓷電容器，用云母作介質(zhì)的叫云母電容器，如圖1-11所示。

電容器是存放電荷的容器，主要參數(shù)是電容量，用符號“C”表示。電容量C表示電容器儲存電荷的本領(lǐng)，其單位為法、微法、皮法，分別用符號“F”“μF”“pF”表示。

1F=106μF=1012pF

△1-30　電容器具有哪些特性？

電容器在電子線路中也是廣泛應(yīng)用的器件之一，多用它來濾波、隔斷直流電、交流耦合、交流旁路等，也用它和電感元件一起組成振蕩電路。

①電容器在同等電壓的作用下，電容量越大，儲存電荷的本領(lǐng)越大，儲存電荷量越多。

②加在電容器兩端的電壓越高，儲存的電荷量越多。

③向電容器儲電時，電容量越大，儲足電荷所用的時間越長。

④利用電容器儲存電荷與釋放電荷（俗稱充電與放電）的作用，較高頻率的交流電相當(dāng)于能通過電容器。

⑤電容器有隔斷直流電通過的作用。

1-31　什么是磁場？

無論是天然磁石，還是人工磁鐵，都有吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)，這一性質(zhì)叫作磁性。它們之間的作用力叫作磁力。磁性物質(zhì)周圍存在著一個磁力的區(qū)域，這個區(qū)域叫作磁場。

1-32　什么叫磁力線？

磁場是看不見的，但在磁鐵上面放一玻璃或硬紙片，在上面均勻地撒上一層鐵屑，稍加振動，就會發(fā)現(xiàn)鐵屑在磁場作用下，有規(guī)律地排列成如圖1-12（a）所示的形狀。為了研究方便，把鐵屑受磁場作用而排列的形狀按方向用線連起來，這些線條稱為磁力線。

磁力線描述了磁場的分布情況，磁力線稠密的地方，磁力作用強(qiáng)；磁力線稀疏的地方，磁力作用就弱。

1-33　什么叫磁極？

磁性最強(qiáng)的兩端叫作磁鐵的磁極。如把一條形磁鐵懸掛在空中，它的兩極分別指向地球的南極和北極方向。其中指向南極的磁極稱為S極，指向北極的磁極稱為N極。規(guī)定磁力線的方向是從N極指向S極，如圖1-12（b）所示。

1-34　什么叫磁通量？

在磁場中，某一面積中通過磁力線的條數(shù)，叫作通過這個面的磁通量，簡稱磁通，用符號“Ф”表示。

1-35　通電導(dǎo)體和通電線圈的磁力線是怎樣的？

磁場不僅存在于磁鐵的周圍，通電（載流）導(dǎo)體的周圍也存在磁場。

通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場磁力線是許多以導(dǎo)體為中心的同心圓，如圖1-13所示。磁力線的方向由右手定則判定。

通電線圈產(chǎn)生的磁場如同一塊條形磁鐵，其磁力線如圖1-14所示。磁力線的方向也由右手定則判定。

1-36　通電線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度特點(diǎn)如何？

通電線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，與通過線圈的電流強(qiáng)度成正比。通過的電流越大，產(chǎn)生的磁場越強(qiáng)；通過的電流越小，產(chǎn)生的磁場越弱。

如果在線圈中加入鐵芯，產(chǎn)生的磁場會進(jìn)一步加強(qiáng)。發(fā)電機(jī)線圈、點(diǎn)火線圈的繞線都是繞制在鐵芯上，以加強(qiáng)產(chǎn)生的磁場。

1-37　電磁感應(yīng)有哪些規(guī)律？

人們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)有以下規(guī)律。

①不論用何種方式，只要使某一閉合回路所包圍面積中的磁通量發(fā)生變化，那么，在該回路中便會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

②感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，總是阻礙原磁場變化。簡單地說，穿過閉合回路的磁力線增加時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場的磁力線方向相反；穿過閉合回路的磁力線減少時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場的磁力線方向相同。

③感應(yīng)電勢E（線圈兩端的電壓）的大小與穿過閉合回路磁通量Φ的變化率成正比。

1-38　半導(dǎo)體元件有何特點(diǎn)？

半導(dǎo)體元件是由在純凈的半導(dǎo)體材料中摻入少量有用雜質(zhì)而形成的材料制成的。它在某些條件下表現(xiàn)為導(dǎo)體的特性，而在另一種條件下表現(xiàn)為絕緣體的特性。

小提示

◆在汽車電氣設(shè)備中應(yīng)用較多的半導(dǎo)體元件有二極管、晶閘管和三極管。

1-39　什么是二極管？

二極管又稱晶體二極管，它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)構(gòu)成，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

小提示

◆二極管具有單方向?qū)щ姷奶匦浴Ｔ谄囯姎庠O(shè)備中，利用二極管的特性，將交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的交變電流變?yōu)閱我环较蛄鲃拥闹绷麟姟?/p>

1-40　二極管的特性如何？

二極管有兩個電極，即陽極（+）和陰極（-），其外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和代表符號如圖1-15所示。

當(dāng)陽極的電位高于陰極的電位時，二極管的兩極間導(dǎo)通，呈現(xiàn)導(dǎo)體的特性，見圖1-16（a）；當(dāng)陽極的電位低于陰極的電位時，二極管的兩極間不導(dǎo)通，呈現(xiàn)絕緣體的特性，見圖1-16（b）。

1-41　二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如何？

二極管常用結(jié)構(gòu)有兩種：點(diǎn)接觸型二極管和面結(jié)合型二極管。

1-42　點(diǎn)接觸型二極管結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？

點(diǎn)接觸型二極管就是由一根較細(xì)的金屬絲壓在光滑的半導(dǎo)體（硅或鍺）薄片上構(gòu)成的，經(jīng)過適當(dāng)處理，在半導(dǎo)體薄片與金屬絲的接觸點(diǎn)附近形成了一個PN結(jié)，出現(xiàn)了單向?qū)щ娦浴＝饘俳z為正極，半導(dǎo)體薄片為負(fù)極，結(jié)構(gòu)如圖1-17（a）所示。

1-43　面結(jié)合型二極管結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？

面結(jié)合型二極管是利用摻雜質(zhì)的方法制成PN結(jié)的，其結(jié)構(gòu)如圖1-17（b）所示。同點(diǎn)接觸型二極管相比，面結(jié)合型二極管的PN結(jié)面積大，能承受較大的電流及電壓，因此，面結(jié)合型二極管常用作功率較大的電源整流之用。

△1-44　二極管的類型有哪些？

二極管的類型主要有整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、檢波二極管、繼流二極管和變?nèi)荻O管等。

△1-45　整流二極管有什么作用？

整流二極管利用二極管單向?qū)щ娞匦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娹D(zhuǎn)變成單一方向的脈動直流電。

△1-46　穩(wěn)壓二極管有什么作用？

穩(wěn)壓二極管是利用二極管的反向擊穿特性制成的，在電路中其兩端的電壓保持基本不變，起到穩(wěn)定電壓的作用。反向擊穿電壓恒定，且擊穿后可恢復(fù)，利用這一特性可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電路。

△1-47　限幅元件有什么作用？

二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔儯ü韫転?.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。

△1-48　發(fā)光二極管有什么作用？

發(fā)光二極管是用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成的，體積小，正向驅(qū)動發(fā)光，工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長，可發(fā)紅、黃、綠、藍(lán)單色光。隨著技術(shù)的進(jìn)步，研制成了白光高亮二極管，形成了LED照明這一新興產(chǎn)業(yè)。作為發(fā)光管，用于VCD、DVD、計算器等顯示器上。

△1-49　檢波二極管有什么作用？

檢波二極管的主要作用是把高頻信號中的低頻信號檢出。在各種收音裝置中起檢波作用。

△1-50　繼流二極管有什么作用？

繼流二極管在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。

△1-51　變?nèi)荻O管有什么作用？

變?nèi)荻O管使用于電視機(jī)的高頻頭中，起變?nèi)葑饔谩?/p>

1-52　什么是三極管？

三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號放大成幅值較大的電信號，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。

小提示

◆三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?/p>

△1-53　三極管如何分類？

①按材質(zhì)分：硅管、鍺管。

②按結(jié)構(gòu)分：NPN型、PNP型（見圖1-18）。

③按功能分：開關(guān)管、功率管、達(dá)林頓管、光敏管等。

④按功率分：小功率管、中功率管、大功率管。

⑤按工作頻率分：低頻管、高頻管、超頻管。

⑥按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管、平面管。

⑦按安裝方式：插件三極管、貼片三極管（見圖1-19）。

△1-54　三極管的結(jié)構(gòu)如何？

三極管內(nèi)部為由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的三層結(jié)構(gòu)，根據(jù)分層次序分為NPN型和PNP型兩大類。上述三層結(jié)構(gòu)即為三極管的三個區(qū)，中間比較薄的一層為基區(qū)，另外兩層同為N型或P型，其中尺寸相對較小、多數(shù)載流子濃度相對較高的一層為發(fā)射區(qū)，另一層則為集電區(qū)。三極管的這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是三極管能夠起放大作用的內(nèi)部條件。三層結(jié)構(gòu)可以形成兩個PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。三極管符號中的箭頭方向就是表示發(fā)射結(jié)的方向。

三極管有三個電極，即基極b、集電極c和發(fā)射極e。三極管的符號如圖1-20所示，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-21所示。

小提示

◆三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有兩個具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)，因此，當(dāng)然可以用作開關(guān)元件，但同時三極管還是一個放大元件。

▲1-55　三極管的工作狀態(tài)有哪幾種？

三極管有放大狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)三種工作狀態(tài)。

▲1-56　三極管的放大狀態(tài)有什么特點(diǎn)？

三極管放大狀態(tài)工作電路如圖1-22（a）所示。三極管處于放大狀態(tài)的工作條件是Vc>Vb>Ve，即三極管的集電極電位Vc必須大于基極電位Vb，基極電位Vb必須大于發(fā)射極電位Ve時，三極管處于放大工作狀態(tài)。此時，在基極b與發(fā)射極e間加入一信號電壓時，基極電流Ib將會產(chǎn)生一很小變化，使集電極電流Ic產(chǎn)生很大變化（電流放大）。集電極電流的變化量ΔIc與基極電流的變化量ΔIb的比值稱為三極管共發(fā)射極電流放大系數(shù)，用符號β表示，即β=ΔIc/ΔIb。通常三極管的電流放大系數(shù)β在40～200范圍。

三極管的放大狀態(tài)工作條件是靠合理選用電阻R1和電阻R2來保證的。R1和R2的分壓通常稱為偏壓。電容器C1、C2的作用是隔斷直流，允許信號電壓通過。

▲1-57　三極管的截止與飽和狀態(tài)有什么特點(diǎn)？

三極管的截止與飽和狀態(tài)工作電路如圖1-22（b）所示。三極管的三個電極的電位符合Vb<Vc、Vb≤Ve條件時，三極管處于截止工作狀態(tài)。此時，三極管的三個電極就像相互斷開一樣。當(dāng)三極管的基極電流Ib足夠大，當(dāng)Ib≥Ec/β（Rc+Re）時（Ec為電池端電壓，Rc、Re分別為集電極上的電阻和發(fā)射極上的電阻值），三極管集電極c與發(fā)射極e處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。此時可近似地看成是集電極c與發(fā)射極e短接。

三極管的截止與飽和狀態(tài)，主要是由控制信號來控制的。利用三極管的截止與飽和兩個工作狀態(tài)，在電子裝置中，可將三極管作為開關(guān)元件使用。