汽车电工电子技术教案

汽车电工电子技术教案内容摘要：

I2=I— I1； I3=I1— Ig I4=I— I1+Ig 这样就把支路未知电流的数目由 6 个简化为 3 个。 即，只要将 I、 I Ig 三个电流求出来，就可以将 I I I4 求出。 根据基尔霍夫电压定律列方程如下： 由回路 ABCA 列方程： I1R1+IgRg — （ I— I1）（ R2+Rt） =0 由回路 BDCB 列方程：（ I1— Ig） R3— （ I— I1+ Ig） R4— IgRg=0 由回路 ABDA 列方程： I1R1+（ I1— Ig） R3=E 将已知数据代入上面式子，可求出 )(1 2 0 03 2 0 0 0 0 8 0 0)(2 22 ttg RRRRI   （ 1）当温度为 0℃时，由于（ R2+Rt） =R3=R1=R4=400Ω，满足电桥平衡条件，此时 Ig=0，Ug=0。 （ 2）当温度为 100℃时， R2+Rt=422Ω，不满足电桥平衡条件， Ig≠ 0，代入上面方程式得：Ig= ， Ug=IgRg=。 当其中一个桥臂温度变化时→电阻变化→电桥不平衡→ Ig 变化→ Ug 变化。 若将 B、 C 作为输出端，这样，对应一个温度，就会有一个对应的输出电压 Ug。 反过来，通过仪表所指出的不同的毫伏数，就可以知道 Ig，可以求出 Rt，从而 便测出与此相对应的温度值。 【 课堂互动 】由学生通过本例题的计算，总结出电桥电路测温度的原理。 【 例 18】 图 133 所示为上海 桑塔纳轿车电控燃油喷射系统的热线式空气流量计的电桥电路。 图 133 热线式空气流量计 其实，在汽车的传感器中还有许多电桥电路，如半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器电路和电阻应变计式碰撞传感器的电路都是采用了电桥电路。 课题六 特殊电阻在汽车上的应用 一、特殊电阻 1．热敏电阻（ RT） 15 热敏电阻可以分为 三 种： （ 1）正温度系数热敏电阻（简称 PTC） 这种电阻，随温度升高，电阻值会大幅增加。 （ 2）负温度系数热敏电阻（简称 NTC） 指随温度升高，电阻值会大幅度减小的电阻（温度每升高 1℃，阻值 约比冷态时减小 4%左右）。 （ 3）临界温度系数热敏电阻（ CTR） 当半导体材料未达到某一临界温度时，有一个稳定的电阻值，达到某一临界温度后，电阻值骤然变化到另外一个数值。 【 课堂互动 】不同温度下，测量水温传感器的电阻。 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。 3．光敏电阻器 按所用半导体材料不同可分为：单晶光敏电阻器、多晶光敏电阻器。 按光敏电阻的光谱特性可分为：红外光光敏电阻器、可见光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器。 光电式光量传感器可以用于汽车上各种灯具的自动点亮控制，也可用于控制前大灯调节继电器的自动控制。 4．气敏电阻器 气敏电阻器是一种新型气 —— 电转换元件，它利用金属氧化物半导体表面吸收某种气体 分子时，会发生氧化反应或还原反应而使用电阻值改变的特性制成的。 气敏电阻器可分为： N 型、 P 型、结合型。 其中， N 型采用 N 型半导体材料制成，遇到还原性气体时阻值减小，遇到氧化性气体时阻值增大； P 型采用 P 型半导体材料制成，遇到还原性气体时阻值增大，遇到氧化性气体时阻值减小。 二、霍尔元件 霍尔元件是一种半导体磁 —— 电传感器， 是根据霍尔效应制成的。 图 134 霍尔效应的原理 霍尔效应：将一小块 N 型锗晶片（也称半导体基片）两端通以电流，放置在磁场（磁场方向垂直于电流方向）中，则在垂直于 I 和 B 的方向上将产生一个与 I 和 B 的乘积成正比的电压 UH（见图 134）， UH=KHIB 其中 KH 为霍尔元件灵敏度参数。 从上式可知，当通过基片（基片的厚度一定）的电流 I 为定值时，霍尔电压只与磁感应强度 B 成正比。 霍尔元件 的特点： 【 想一想 】汽车上哪些电器设备中用到了霍尔元件。 小结： 作业： 11～ 15 题。 16 单元二 正弦交流 电路 （共 14 学时） 引入： 在工农业生产和日常生活中所用的电一般都是正弦交流电，现在汽车上的直流电都是由交流发电机产生后整流获得的。 那么什么是交流电呢。 它有哪些特征。 如何进行计算。 课题一 交流电的基本概念 一、交流电的基本概念 1．什么是交流电 我们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。 如图 21（ b）、（ c）、（ d）所示为交流电。 图 21 几种常见电压、电流随时间变化的波形图 （ a） 直流量 （ b） 正弦波 （ c） 矩形波 （ d) 锯齿波 【 想一想 】图 21（ b）的曲线与（ c）、（ d）的曲线有什么不同。 ※ 2．正弦交流电的产生 e=Emsin（ω t+φ） 式中 Em =Bm lV，称为感应电动势最大值。 【 课堂互动 】由学生总结产生正弦交变电动势的原理。 二、表示交流电特征的几个物理量 1．频率、周期和角频率 我们把正弦交流电变化一周所需的时间叫周期，用 T 表示。 交流电在 1 秒内变化的周数，称为交流电的频率，用 f 表示。 周期和频率的关系是： T=1/f 1Hz=1s1。 17 把发电机线圈每秒钟经过 的电角度叫角频率，用 ω 表示。 ω =α /t 角频率与频率、周期之间，显然有： ω =2π /T=2π f 【 课堂互动 】我国工业用电的频率为 50HZ，周期和角频率是多少。 你了解其他国家工业用电的频率吗。 2．瞬时值、最大值、有效值 （ 1） 瞬时值 规定用小写字母 e、 u、 i 表示。 （ 2）最大值（幅值） 规定用大写字母加脚标 m 表示，如用 Im、 Em、 Um 等来表示交变电流、电动势、电压的最大值。 （ 3） 有效值 交变电流的有效值：即在相同的电阻中，分别通入直流电和交流电，在经过一个交流周期时间内，如果它们在电阻上产生 的热量相等，则用此直流电的数值表示交流电的有效值。 有效值规定用大写字母 E、 I、 U 表示。 根据有效值的定义，可得 dtRiRTIdtRiQRTIQTT022022 再将 i=Im sinω t 代入上式，积分可得   TmT m dttTIt d tITI 020 22 2 2c o s1s in1  mm III 7 0  同理可得到正弦电压和电动势的有效值 mm UUU  mm EEE  【 课堂互动 】让学生从有效值的定义通过推导得出结论： 正弦交流电的有效值 =最大值 的179。 【例 21】 某电容器的耐压值为 250V， 问能否将其用在 220V 的单相交流电源上。 3． 相位 电角度（ ω t+φ ）叫做正弦交流电的相位。 4．初相角 φ （初相位） 我们把 t=0 时刻正弦量的相位叫做“初相” ， 用“ φ ”表示。 规定 |φ |≤ 180176。 【 想一想 】怎样从波形图上看出初相角的正、负。 怎样通过初相角为零的波形画出初相角为 θ 的交流电的波形图。 5．两个同频率的正弦交流电的相位差 18 两个同频率的正弦交流电的相位角之差叫相位差。 用 Δ φ 表示。 例如，已知)φs in (),φs in ( 222111  tIitIi mm  则 i1 和 i2 的相位差为 Δ φ =(ω t+φ 1)－ (ω t+φ 2)=φ 1－ φ 2 这表明两个同频率的正弦交流电的相位差等于它们的初相之差。 ①若相位差△ φ =φ 1－ φ 2＞ 0， 且 |φ |＜π弧度，称“ i1 的相位超前于 i2 的相位 ”； ②若△ φ =φ 1－ φ 2＜ 0，且 |φ |＜π弧度，称“ i1 滞后于 i2” ； ③若△ φ =φ 1－ φ 2=0，称“ i1 和 i2 同相位”（图 26 中的 u 和 i 也是同相位）； ④若相位差△ φ =φ 1－ φ 2=177。 180176。 ，则称“ i1 和 i2 反相位 ”（图 26 中的 u 和 e 是反相位）。 这里必须指出的是，在比较两个正弦交流电 之间的相位顺序时，两个正弦量一定要同频 率才有意义。 图 26 同相与反相 【 课堂互动 】以上讲的这些基本物理量，知道了哪几个量就可以完整地描述一个正弦交流电了。 由此引出三要素。 三、正弦交流电的三要素 我们把正弦交流电的最大值、角频率和初相角叫做正弦交流电的三要素。 交流电动势、交变电压、交变电流的表达式分别为 )s in ()s in ()s in (imumemtIitUutEe 上述表达式的含义是：表示了任意时刻交流电的瞬时值。 【 例 22】 如图 27 所示的正弦交流电的角频 率为 ω，请写出它们的瞬时值表达式。 【 例 23】 一个正弦电压的初相为 60176。 ， U=100V， T=，求它的瞬时值表达式。 【讨论】 写出交流电的瞬时值表达式的关键是什么。 【例 24】 已知正弦交流电： i1=5 sinω t A i2=10 sin（ ω t+45176。 ） A i3=50 sin(3ω t45176。 ) A 求： i1 和 i2 相位差。 【讨论】 求 i i3 的相位差有意义吗。 【 想一想 】怎么求 i= i1+i2 的表达式。 怎么求 i= i1－ i2 的表达式。 用什么方法。 小结： 作业： 1～ 5 题 19 课题二 正弦交流电的相量表示法 一、正弦交流电的表示方法 正弦交流电常用的几种表示方法为：解析法、波形图法（即曲线法）、相量图（即矢量图）、复数表示法（即相量表达式或称极坐标表示）。 二、 正弦交流电的相量表示 正弦交流电的相量图表示方法分为：旋转矢 量（ 最大值矢量）法和有效值矢量法。 1．正弦交流电的相量图 （ 1）旋转矢 量表示法： ▲ 启发问：用矢量表示一个正弦交流电时，应怎么赋予他才能表达出这个交流电来呢。 通常只用初始位置（ t =0） 的有向线段 Ｉ m（或有效值 I）来表示一个旋转正弦量。 将表示随时间而在 平面上旋转的这一有向线段称为相量，用大写字母上加“178。 ”或加“→” 符号来表示。 如 mE 、 mU 、 mI 分别表示电动势、电压、电流的最大值相量。 （ 2） 有效值 矢量法 有效值矢量用 E 、 U 、 I 表示。 有效值相量也只画矢量的起始位置。 （ 3）相量图 相量图是指在一个复平 面上表示几个同频率正弦量的相量整体时，构成了相量图。 【 讨论 】正弦交流电本身是矢量吗。 它和矢量之间是什么对应关系。 注意：只有正弦量才能用相量表示，只有频率相同的正弦量才能画在同一相量图上，可以用平行四边形法则进行“和”与“差”的计算。 两个同频率正弦交流电的“和”与“差”频率不变。 不同频率的正弦量不能画在一个相量图上进行比较、计算。 【课堂互动】 画出前面 【 例 24】 中交流电的相量图。 2．相量式 U =U∠ φ =100∠ 60176。 （ V）， 读作“相量 U”，用有效值和初相角表 示。 U 的 最大值相量式为   14 1210 02 UU m （ V） 同理：可以将正弦电动势 )sin(2   tEe 写成相量式：  EE 由于两个同频率正弦交流电的“和”与“差”频率不变，所以在相量表达式中只写有效值 E 和初相角 φ。 【 例 25】 已知 Ati )60s in (231   Ati )30s in (242   求：总电流 21 iii  的瞬时值表达式。 【 解 】 方 法一： 根据 i i2 的有效值相量可以求出“和相量”的表达式 20 AI AI   304 60321 30460321jjjIII  总电流为： Atiii ) in (2521   方法二： i i2 的相量图如图 29 所示，用平行四边行法则求得 同样可以求得上述的“和”的表达式 Atiii ) in (2521  。 【 想一想 】若要求 21 iii  的表达式，又该如何求呢。 作业： 6 题 课题三 单一参数的正弦交流电路 一、 纯电阻 R 电路 1．电阻元件上电流和电压关系 （ 1）电阻元件上电流和电压的数值关系 ①瞬时值关系 Rui RR ②最大值符合欧姆定律 若设电流为参考正弦量，即 i=Im sinωt 则 u。