汽車電工電子技術 課件 張文品 模塊5-8 二極管與三極管 - 新能源汽車電力電子關鍵技術

汽車電工電子技術Contents模塊一汽車電子電路基礎模塊二直流電路模塊三交流電路模塊四磁場與電磁感應Contents模塊五二極管與三極管模塊六電動機與發電機模塊七脈沖數字電路模塊八新能源汽車電力電子關鍵技術學習目標模塊一汽車電子電路基礎

知識目標1.掌握二極管、三極管的基本結構與分類；2.掌握二極管單向導通特性及三極管電流放大原理；3.列舉二極管、三極管在汽車電路中的典型應用場景。技能目標1.能使用萬用表檢測二極管、三極管，判斷其極性與好壞;2.能使用二極管搭建簡易LED電路。素養目標1.通過在操作中遵循安全用電規范養成安全操作的意識；2.通過以小組合作的方式檢測二極管、三極管培養團隊協作精神；3.通過搭建二極管簡易電路養成創新意識及細致嚴謹的學習態度。模塊五

二極管與三極管單元1

二極管的原理和運用單元2三極管的原理和運用學習導入單元1二極管的原理和運用任務場景汽車前照燈、制動燈、儀表板指示燈為什么能發出不同顏色的光？這些功能的實現都依賴于一種核心電子元件——發光二極管(LED)二極管就像電子世界的"單向閥門"，只允許電流從一個方向通過本單元任務解析二極管的結構與工作原理掌握二極管的識別、檢測和應用方法半導體是指室溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料（如硅、鍺、砷化鎵等），是二極管的核心組成部分。載流子：半導體中存在兩種導電的帶電物質：帶負電的自由電子帶正電的空穴

載流子在外電場作用下定向移動形成電流。一、半導體基礎知識單元1二極管的原理和運用半導體的含義1.本征半導體：未摻入雜質的純凈半導體單晶體（如硅、鍺）。（1）共價鍵：原子間共用外層價電子形成的穩定化學結構。（2）自由電子：價電子受熱掙脫共價鍵的束縛游離出來，成為自由電子，帶負電。（3）空穴：自由電子產生后在共價鍵中留下的空位置，帶正電。（4）本征激發與復合：價電子受熱激發掙脫束縛成自由電子（留空穴）；自由電子填補空穴則為復合。圖5-1

本征半導體結構示意圖半導體的類型單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識1載流子數量極少，導電性能較差2不含外界雜質，電學性質穩定性高3載流子濃度由溫度決定，溫度升高，載流子數量增加，導電性增強4摻入雜質可顯著改變導電性，形成P型半導體和N型半導體（5）本征半導體的主要特征單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的類型（1）定義：也稱空穴型半導體，以帶正電的空穴導電為主；空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質半導體。（2）特征：空穴為多數載流子(多子)，由摻雜形成；自由電子為少數載流子(少子)，由本征激發形成；P型半導體的導電能力主要取決于摻雜濃度，空穴濃度越高，導電能力越強。2.P型半導體單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的類型（3）形成原理：在純凈硅(或鍺)晶體中摻入微量三價元素(如硼)；硼原子最外層3個價電子，與周圍4價硅原子組成共價鍵時缺少一個電子，產生空位；相鄰硅原子價電子填補空位后，原位置形成空穴。圖5-2P型半導體形成示意圖單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的類型2.P型半導體（1）定義：也稱電子型半導體，以帶負電的自由電子導電為主；自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜質半導體。（2）特征：自由電子為多數載流子(多子)，由摻雜形成；空穴為少數載流子(少子)，由本征激發形成。單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的類型3.N型半導體圖5-3N型半導體形成示意圖單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的類型3.N型半導體（3）形成原理：在純凈硅(或鍺)晶體中摻入微量五價元素(如磷、銻、砷)；磷原子最外層5個價電子，與硅原子結合成共價鍵時多出一個電子；該電子不受共價鍵約束，室溫下成為自由電子。1熱敏性載流子數量隨溫度升高顯著增加，導電性增強應用：熱敏電阻、溫度傳感器2光敏性光照增強時導電性增強，反之減弱應用：自動前照燈光敏電阻、新能源汽車太陽能充電板3摻雜性摻入微量雜質可顯著改變導電能力應用：發電機整流二極管單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識半導體的導電特性圖5-4PN結

（1）定義將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體襯底上，兩者之間的邊界或界面稱為PN結。單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識PN結的形成

（2）半導體的擴散運動P型半導體和N型半導體制作在一起時，由于濃度差很大，P區的空穴向N區擴散，與N區的自由電子復合。同樣N區的自由電子向P區擴散，與P區的空穴復合。圖5-5載流子的擴散運動單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識PN結的形成

（3）空間電荷區（耗盡層）形成由于載流子的擴散運動，在P區接觸面附近只剩下負離子，在N區接觸面附近只剩下正離子。正離子和負離子所在的區域稱為空間電荷區，也就是PN結。空間電荷區形成了一個方向由N區指向P區的內電場。由于空間電荷區內載流子已消耗盡了，故又稱耗盡層。圖5-6空間電荷區表示P型半導體的三價雜質原子因接受了一個價電子而變成了不能移動的負離子表示N型半導體的五價雜質原子因失去了一個價電子而變成了不能移動的正離子-+PN結單向導電性是二極管、整流器、LED等器件的工作基礎正向偏置導通電源正極接P區，負極接N區外電場與內電場方向相反，空間電荷區變窄形成較大正向電流，PN結導通圖5-7a）

PN結正向偏置反向偏置截止電源正極接N區，負極接P區外電場與內電場方向相同，空間電荷區變寬反向電流極小，PN結截止圖5-7b）

PN結反向偏置單元1二極管的原理和運用一、半導體基礎知識PN結的單向導電性二、二極管單元1二極管的原理和運用結構由一個PN結加上電極引線及管殼封裝而成。兩個電極：正極(陽極)：由P區引出；負極(陰極)：由N區引出。圖5-8

二極管結構工作原理正向電壓(陽極正、陰極負)時導通，反向電壓時截止；導通和截止相當于開關的接通與斷開。導通開關接通電流通過截止開關斷開電流阻斷電路符號由三角形及豎線構成，三角箭頭方向表示正向電流方向，符號用VD表示。圖5-9

二極管符號二極管的結構與符號二、二極管單元1二極管的原理和運用二極管極性識別整流（開關）二極在黑色外殼上通常有白色環標注的一端為負極，另一端為正極。圖5-10

整流二極管+-穩壓二極管金屬包裝的穩壓二極管正極是扁平的，負極是半圓形的。塑料穩壓二極管印有色環的一端為負極，另一端為正極圖5-11

穩壓二極管+-發光（光電）二極可通過透明封裝看內部結構，或從引出線的長短上判別：長正短負。圖5-12

光電二極管圖5-13二極管的伏安特性伏安特性指二極管兩端電壓（U）與通過電流（I）之間的關系，決定了二極管在正向偏置(陽極接正，陰極接負)和反向偏置(陽極接負，陰極接正)下的工作狀態。1.正向特性（1）死區：正向電壓很小時，不足以克服內場阻擋，正向電流幾乎為零，二極管不導通。死區電壓：硅管約0.5V，鍺管約0.1V。（2）導通狀態：正向電壓大于死區電壓后，PN結內部電場被克服，二極管正向導通。正向導通壓降：硅管0.5-0.7V，鍺管約0.2-0.3V。單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的伏安特性外加反向電壓時，只有很小的反向電流（漏電流），二極管處于截止狀態。反向電流受溫度影響很大，溫度升高，反向電流顯著增大。單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的伏安特性圖5-13二極管的伏安特性2.反向特性當反向電壓超過擊穿電壓時，反向電流會急劇增大，稱為電擊穿。擊穿時二極管失去單向導電性，若未因過熱損壞，撤除外加電壓后性能可恢復。3.擊穿特性最大整流電流IFM二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流。超過此值可能導致二極管過熱損壞。最高反向工作電壓URM二極管反向工作時所能承受的最大電壓，通常為反向擊穿電壓的1/3到1/2。反向電流IR二極管在規定反向電壓下的反向電流，其值越小，單向導電性越好。結電容Cj結電容越小，二極管的高頻性能越好，能保持二極管的較好單向導電性。最高工作頻率fM保證二極管正常工作的最高頻率，由結電容決定。正向電壓降UF二極管正向導通時的端電壓（硅管0.6~0.7V，鍺管0.2~0.3V），其值越小，功率損耗越小。單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的主要參數利用單向導電性將交流電轉換為直流電。（1）單相半波整流電路

圖5-14單相半波整流電路a）

電路b）

電壓、電流波形圖單相半波單相橋式三相橋式正半周二極管正向偏置導通，負載有電壓輸出負半周二極管反向偏置截止，負載無電壓輸出輸出特性：單向脈動直流電，僅在正半周工作單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的常見類型及應用1.整流二極管單相半波單相橋式三相橋式（2）單相橋式整流電路

單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的常見類型及應用正半周VD2、VD3正偏導通；VD1、VD4反偏截止電流路徑：a→VD2→RL→VD3→b負半周VD1、VD4正偏導通；VD2、VD3反偏截止電流路徑：a→VD1→RL→VD4→b圖5-15單相橋式整流電路a）正半周期電路b）負半周期電路c）電壓、電流波形圖輸出特性：輸出全波脈動直流電，正負半周均有電流流過負載，整流效率高，利用率高1.整流二極管單相半波單相橋式三相橋式（3）三相橋式整流電路

單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的常見類型及應用電路結構6個整流二極管組成：VD1、VD3、VD5：共陰極接法VD2、VD4、VD6：共陽極接法工作原理每個時刻某一相電壓最高、另一相電壓最低時，對應兩個二極管導通，隨著三相電壓相位變化，二極管交替導通。輸出特性：穩定的直流脈動電壓，整流效率高，輸出紋波小圖5-16三相橋式整流電路a）電路b）電壓、電流波形圖1.整流二極管單相半波單相橋式三相橋式圖5-17穩壓電路及伏安特性單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的常見類型及應用（1）基本原理：在電路中反向連接（陰極接電源正極、陽極接電源負極），兩端電壓超過穩壓值時擊穿導通。車用電器工作電流大，電源電壓易波動，采用穩壓管與電阻串聯、與負載并聯的電路接法，為用電設備穩定供電。（2）伏安特性正向特性：與普通二極管一致；反向特性：反向電壓未達擊穿值時，反向電流極小、電阻極大。電壓達到擊穿臨界值后，反向電流驟增、電阻驟降，即使電流大幅變化，但兩端電壓基本恒定，實現穩壓。2.穩壓二極管（齊納二極管）將電能轉換成光能的半導體器件，簡稱LED。在正向導通時，能發出不同顏色的光。正向工作電壓：1.5~2.5V；正向工作電流：5~20mA；必須串聯限流電阻防止燒壞。廣泛應用于車內車外各種照明燈光。圖5-18發光二極管圖5-19光電二極管單元1二極管的原理和運用二、二極管二極管的常見類型及應用3.發光二極管（LED）4.光電二極管也稱光敏二極管，將光信號轉換為電信號的光電傳感器件。光照時內部產生光生載流子，電流大小與光照強度成正比。應用：自動前照燈控制、車內空調溫度控制、自動防眩目后視鏡圖5-20開關二極管應用電路單元1二極管的原理和運用二、二極管用于控制電路通斷，具有快速開關特性，滿足電子系統頻繁信號切換需求。工作原理：V為開關電壓，當提供5V電壓時，電流經過兩個限流電阻R1、R2接地形成回路，二極管導通，則輸入電壓信號Vin可以通過VD輸出電壓信號Vout。當開關電壓為0V時，二極管截止，電壓信號無法輸出。常用于汽車的燈光控制電路、起動機控制電路以及各種繼電器驅動電路等。例如，控制轉向燈的閃爍、起動機的起動與停止等。二極管的常見類型及應用5.開關二極管二極管在新能源汽車"能量轉換-傳輸-存儲-保護"全鏈路發揮關鍵作用。1整流二極管車載充電系統(OBC)的交直流轉換核心，實現充電樁交流電到電池直流電的高效轉換

車載充電系統OBC2肖特基二極管DC/DC變換器的高效開關元件，低正向壓降特性顯著降低轉換損耗?DC/DC變換器3快恢復二極管電機控制器的浪涌保護關鍵器件，快速釋放反向電動勢，保護功率模塊??電機控制器4TVS二極管高壓系統的"防護盾"，毫秒級響應抑制瞬態過電壓，保障電氣安全

高壓系統防護5發光二極管(LED)智能照明與顯示系統的節能先鋒，高亮度低功耗，提升行車安全與美觀

智能照明系統單元1二極管的原理和運用三、二極管在新能源汽車的應用判斷二極管是否有斷路、短路或擊穿現象，確保單向導電性能良好；避免元件損壞導致電源短路、輸出電壓異常等故障。1.檢測目的四、二極管檢測方法單元1二極管的原理和運用2.常見檢測方法（1）外觀檢查適用所有二極管，觀察封裝外殼有無裂縫、氣泡，引腳有無生銹、彎曲變形，明顯外觀損壞說明元件可能已損壞。（2）二極管擋檢測所有二極管正向測量：硅管0.5~0.7V，鍺管0.2~0.3V；反向測量：顯示“0L”（反向截止）；判斷標準：正反向都顯示“0L”說明開路，正反向都有壓降，說明二極管短路。發光二極管正向測量：應發光，電壓1.5~3V；反向測量：顯示“0L”；判斷標準：正向顯示“0L”或不發光，說明二極管開路；反向有電壓或發光，說明二極管反向擊穿損壞。四、二極管檢測方法單元1二極管的原理和運用2.常見檢測方法（3）電阻擋檢測適用整流、穩壓、開關二極管。正向電阻：紅表筆接正極，黑表筆接負極，阻值較小(幾百歐)；反向電阻：紅表筆接負極，黑表筆接正極，阻值很大(幾百千歐以上)；判斷標準：若正、反向電阻都很大，說明二極管開路；都很小，說明二極管短路；相差不大，說明二極管性能不良。（4）開關特性測試適用開關二極管，接入簡單開關電路。判斷標準：導通時兩端電壓降較小；截止時通過電流極小。四、二極管檢測方法單元1二極管的原理和運用2.常見檢測方法模塊五

二極管與三極管單元1二極管的原理和運用單元2三極管的原理和運用任務場景汽車的電子控制單元（ECU）需要處理各種傳感器傳來的微弱電信號，并將其放大后去控制執行器。這個信號放大的任務，主要就是由三極管來完成的。三極管是如何實現電流放大的？它在汽車電路中還有哪些應用？本單元將為你揭曉答案。本單元任務解析三極管的結構與放大原理掌握三極管的工作狀態與特性熟悉三極管在汽車電路中的應用學會三極管的檢測與極性判別方法學習導入單元2三極管的原理和運用一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用三極管的基本結構與分類1.基本結構又稱晶體三極管，由兩個PN結加上電極引線封裝而成，有三個引腳，分別叫基極（b極）、發射極（e極）、集電極（c極），是電子電路中實現電流放大和開關控制的核心元件。基極（b極）控制極，小電流輸入端發射極（e極）載流子發射端集電極（c極）載流子收集端2.分類三極管可分為NPN和PNP兩種類型，通過發射極箭頭方向區分，箭頭方向代表集電極正向電流方向。圖5-21a）NPN型三極管圖5-21b）PNP型三極管三極管的核心功能是基極電流對集電極電流的控制作用，實現電流放大，根據外加電壓的偏置情況，晶體管可分為截止、放大、飽和三種狀態。工作狀態外部偏置條件各電極間的電位關系特點NPNPNP截止發射結反偏集電結反偏UB<UE，UB<UCUB>UE，UB>UCIC=0放大發射結正偏集電結反偏UC>UB>UEUC<UB<UEIC=βIB飽和發射結正偏集電結正偏UB>UE，UB>UCUB<UE，UB<UCIC<βIB注β為直流電流放大系數，通常幾十到幾百，表示三極管放大能力一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用三極管的放大原理與工作狀態截止狀態條件發射結反偏，集電結反偏，基極和發射極之間電壓非常低（UBE<開啟電壓，約0.5V）。此時三極管處于完全關閉狀態。工作特點基極幾乎沒有電流通過，集電極與發射極之間不導通，各電極電流幾乎為零。此時三極管相當于斷開的開關。應用場景汽車數字電路中的開關斷開狀態，如邏輯門電路、繼電器控制；電路保護與隔離、低功耗待機模式設計。圖5-22三極管截止狀態一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用截止狀態放大狀態飽和狀態三極管的放大原理與工作狀態1.截止狀態一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用截止狀態放大狀態飽和狀態三極管的放大原理與工作狀態2.放大狀態放大狀態條件發射結正偏，集電結反偏。工作特點基極電流微小變化會引起集電極電流成正比變化；相當于受基極控制的水龍頭：基極電流（開關）開大，集電極電流（水流）變大；集電極與發射極之間有一定電壓降。應用場景汽車模擬電路中的信號放大（音頻放大器、電壓放大器）；傳感器微弱信號放大。圖5-23三極管放大狀態飽和狀態條件發射結和集電結均正偏，集電極電流達到最大值，開關閉合。工作特點基極電流增大到一定程度后，集電極電流不再隨基極電流增大而增大；集電極和發射極之間電壓降很小，約0.1V；類似水龍頭開至最大，再開大開關水流也不會增加。應用場景數字電路中的開關閉合狀態（三極管開關電路、電機驅動）；利用低阻特性實現大電流通斷。一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用圖5-24三極管飽和狀態截止狀態放大狀態飽和狀態三極管的放大原理與工作狀態3.飽和狀態三極管的伏安特性曲線反映了三極管各電極間電壓和各電極間電流之間的關系，是分析放大電路的重要依據，包括輸入特性曲線和輸出特性曲線。圖5-25特性曲線測量電路一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用三極管的伏安特性曲線特性要點UCE=0時，相當于集電極和發射極短接，兩個PN結并聯，特性與二極管正向伏安特性一致；UCE>0時，曲線隨UCE增加向右平移；UCE≥1V時，集電結已反偏，UBE保持不變則IB基本不變；死區電壓：硅管約0.5V，鍺管約0.1V；導通后UBE穩定：硅管約0.7V，鍺管約0.3V。圖5-26輸入特性曲線集電極與發射極間電壓UCE保持不變時，基極電流IB與基極-發射極間電壓UBE的關系曲線。一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用輸入特性曲線三極管的伏安特性曲線輸出特性曲線1.輸入特性曲線放大區IC恒等于βIB，與UCE無關，具有電流放大作用。飽和區IC隨UCE增大而增大，近似線性關系，無放大作用。截止區IB=0時，IC幾乎為0，三極管處于截止狀態。當基極電流IB一定時，IC與UCE之間的關系曲線。一、三極管基礎知識單元2三極管的原理和運用輸入特性曲線三極管的伏安特性曲線輸出特性曲線圖5-27輸出特性曲線2.輸出特性曲線二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用點火系統作用：控制點火線圈通斷，產生高壓電火花點燃混合氣。原理：ECU輸出低電平時三極管導通，點火線圈初級繞組通電儲能，ECU輸出高電平時三極管截止，初級電流驟斷，次級感應出上萬伏高壓點火。優勢：開關速度快、可靠性高，減少觸點磨損和電磁干擾。圖5-28點火系統控制電路作用：控制起動機電磁開關的通斷，起動發動機。原理：鑰匙擰至“起動”擋時，三極管導通，接通電磁開關線圈電流，吸合齒輪帶動飛輪轉動。起動完成后，三極管截止，斷開電路。1.起動機控制二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用電機控制作用：根據發動機溫度信號自動調節風扇啟停或轉速。原理：溫度傳感器信號觸發三極管導通，接通風扇電機電路，風扇運轉散熱；溫度降低后三極管截止，風扇停止。2.散熱風扇控制信號源三極管M導通狀態電機運轉，電路導通截止狀態電機停止，電路斷開作用：替代傳統機械繼電器，實現燈光的電子控制（如自動大燈、閃爍報警）。原理：ECU或開關信號控制三極管導通/截止，接通/斷開燈光電路。優勢：響應快、無觸點磨損，可集成短路保護功能（如過流時自動切斷）。1.大燈、霧燈等開關控制二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用燈光系統作用：配合閃光器芯片，控制轉向燈的閃爍頻率。原理：電容充放電或芯片脈沖信號驅動三極管周期性導通/截止，使轉向燈按固定頻率閃爍。2.轉向燈閃爍控制作用：放大傳感器微弱信號，便于ECU識別處理。典型場景曲軸位置傳感器：交變電壓信號放大后，ECU計算發動機轉速和點火時刻；爆震傳感器：機械振動信號放大后，ECU調整點火提前角。二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用傳感器信號放大1.電壓調節二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用電源管理作用：穩定發電機輸出電壓，防止過壓損壞電子設備。原理：電壓調節器通過三極管動態調整勵磁電流。電壓過低時三極管截止，增強磁場，提高輸出電壓電壓過高時三極管導通分流，減弱磁場，降低輸出電壓典型電路組成：分壓電阻R1、R2穩壓管VS小功率三極管VT1大功率三極管VT2穩壓過程：

12341.電壓調節電源管理發電機電壓達到設定值時，穩壓管反向擊穿擊穿電流驅動小功率三極管導通控制大功率三極管通斷，調節勵磁電流輸出電壓穩定在設定范圍內，形成閉環控制圖5-29三極管電壓調節器電路VT1-小功率三極管；VT2-大功率晶體管；VS-穩壓管；R1、R2-分壓電阻；R3-VT1的負載電阻二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用原理：監測電源電壓，當檢測到電壓超過安全閾值時，立即觸發三極管關斷，切斷異常供電回路，有效保護敏感電子元器件。保護特性：響應速度快（微秒級）；保護精度高、可靠性好；可自動復位或手動恢復；配合熔斷器實現雙重保護。

2.過壓保護電源管理二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用晶閘管又稱可控硅整流管（SCR），能夠通過信號控制其導通，但不能控制其關斷，所以稱為半控型器件。

晶閘管(SCR)二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用1.晶閘管的結構晶閘管內部是PNPN四層半導體結構，分別命名為P1、N1、P2、N2四個區。從P1、N2、P2分別引出三個電極：陽極A：電流的輸入端，是晶閘管導通時正向電流的主要流通路徑，通常接高電位。陰極K：主電流的流出端，通常與電路的公共地或低電位相連，構成電流回路的負極。門極（柵極或控制極）G：控制信號的輸入端，通過注入微小的觸發電流，即可控制晶閘管的開通與關斷。1圖5-30晶閘管結構與電路符號晶閘管(SCR)二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用2.晶閘管的特性單向導電性：當陽極電壓高于陰極電壓，并且門極受到適當的觸發脈沖時，晶閘管會導通，電流從陽極流向陰極。一旦導通，即使門極不再施加觸發脈沖，晶閘管也會保持導通狀態。開關特性：在控制電壓作用下，晶閘管從關斷狀態切換到導通狀態。一旦導通，它將保持導通狀態，直到電流降至零或通過外部控制斷開。觸發控制：晶閘管的導通狀態可以通過觸發電流來控制。當門極施加足夠的電流時，晶閘管會從關斷狀態切換到導通狀態，實現精確控制。高電流和電壓承受能力：晶閘管可以承受相當大的電流和電壓，適用于高功率電路和電力控制系統，如電動機控制、電力變流等領域。快速開關速度：晶閘管具有快速的開關速度，可以在毫微秒的時間內從關斷狀態切換到導通狀態，適用于高頻率的應用。穩定性和可靠性：晶閘管的開關和控制基于物理原理，因此具有較高的穩定性和可靠性，不容易受到外部干擾或溫度變化的影響。節能和效率：由于晶閘管的開關速度快，可以在電路中實現快速的電流開關，從而減少能量損耗，提高電路的效率。晶閘管(SCR)二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用3.晶閘管工作原理正向阻斷狀態操作：陽極(A)接電源正極，陰極(K)接電源負極，施加正向陽極電壓，此時將門極開關S斷開，不給門極加任何信號。現象：串聯在電路中的白熾燈完全不亮，電路中檢測不到明顯電流。結論：僅加正向陽極電壓，晶閘管無法導通，處于正向阻斷狀態。5-31晶閘管工作原理電路電源Us、白熾燈、晶閘管的陽極、陰極組成晶閘管主電路；電源Uc、開關S、晶閘管門極和陰極組成控制電路也稱觸發電路。觸發導通狀態操作：保持陽極正向電壓不變，閉合門極開關S，向門極(G)與陰極(K)之間施加適當的正向觸發電壓信號。現象：白熾燈瞬間被點亮，亮度穩定，表明主電路中產生了較大的導通電流。結論：陽極正向電壓配合門極正向觸發，是晶閘管導通的必要條件。導通后狀態操作：待白熾燈穩定點亮后，迅速斷開門極開關S，徹底撤去門極的觸發電壓信號，陽極電壓保持不變。現象：白熾燈亮度沒有絲毫變化，依然保持明亮，主電路電流持續存在。結論：晶閘管一旦導通，門極即失去控制作用，這是其重要的電氣特性。圖5-32NPN型晶體管的結構及電路符號二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用大功率晶體管(GTR)大功率晶體管是專為高電壓、大電流場景設計的雙極型晶體管。它通過特殊工藝優化了功率承載能力，能夠承受極高的功率損耗，是電力電子變換領域實現電能控制的核心半導體器件之一。

核心特點：適配電機驅動、逆變器等高功率工業應用，可處理千瓦級以上能量。技術本質：基于BJT架構的功率器件，突破常規晶體管的功率與耐壓極限。1.GTR的基本結構采用三層半導體材料（PNP/NPN）堆疊而成，電力電子應用中NPN型最為常見。核心創新在于引入了低摻雜的N漂移區以提升耐壓能力。

發射極E載流子的發射源，作為電流輸入端，決定了初始電流的注入效率基極B電流控制核心，通過微小信號電流調控主回路的大電流通斷狀態集電極C主電流的通路與收集極，需具備極強的耐壓性與功率耗散能力圖5-33功率晶體管內載流子的流動二、三極管的典型應用單元2三極管的原理和運用大功率晶體管(GTR)2.工作原理：基于載流子的電流放大機制。偏置條件：發射結（B-E）必須加正向電壓，集電結（B-C）加反向電壓。此組態下晶體管工作在放大區，實現“以小控大”的電流控制。微觀傳輸：基極注入空穴

→

電子向基區擴散并少量復合

→

集電極收集大部分電子。這一過程將微小的基極信號轉化為宏觀的輸出功率。3.核心性能指標：電流放大系數β。

物理定義集電極電流變化量與基極電流變化量的比值，體現電流控制效率。計算公式特性β值越高，器件靈敏度越強，是實現弱電控制強電的關鍵依據。三、三極管極性檢測方法單元2三極管的原理和運用1.判斷管型和基極B紅表筆接某一引腳，黑表筆分別接另外兩個引腳：兩次阻值均較小

→紅表筆接的是NPN型管的基極；兩次阻值均較大

→紅表筆接的是PNP型管的基極。2.區分發射極E和集電極CNPN型管：用手將基極P與任意一個N握住，用萬用表測兩個N極，如果導通，說明手握的N極為發射極，另一個N極為集電極。如果不導通，則說明手握的N極為集電極，另一個N極為發射極。PNP型管：用手將基極N與任意一個P握住，用萬用表測兩個P極，如果導通，說明手握的P極為集電極，另一個P極為發射極。如果不導通，則說明手握的P極為發射極，另一個P極為集電極。3.判斷好壞：若任意兩極間電阻為0（短路）或無窮大（斷路），則三極管損壞。二極管擋檢測THANKYOU汽車電工電子技術Contents模塊一汽車電子電路基礎模塊二直流電路模塊三交流電路模塊四磁場與電磁感應Contents模塊五二極管與三極管模塊六電動機與發電機模塊七脈沖數字電路模塊八新能源汽車電力電子關鍵技術學習目標模塊一汽車電子電路基礎

知識目標1.掌握直流電動機、交流電動機及汽車交流發電機的結構與工作原理；2.了解直流電動機類型、交流電動機分類及汽車交流發電機的應用場景；3.掌握汽車交流發電機的勵磁、發電、整流、穩壓工作流程。技能目標1.能進行直流電動機、交流電動機及汽車交流發電機的拆裝與部件檢測；能使用萬用表測量電動機繞組電阻和絕緣性能；能使用萬用表檢測發電機各部件的性能參數。素養目標1.通過在操作中遵守安全規范，養成正確使用工具和保護設備的意識；2.通過完成電動機與發電機的檢測、拆裝任務，培養團隊協作精神；3.通過故障排查訓練，培養科學精神。模塊六

電動機與發電機單元1直流電動機單元2交流電動機單元3交流發電機任務場景在現代汽車中，直流電動機是許多關鍵系統的核心驅動部件。例如，電動車窗的升降、電動座椅的調節、雨刮器的運轉，甚至新能源汽車的輔助設備都依賴直流電動機提供動力。它的高效、可控性及廣泛適用性使其成為汽車電氣系統中不可或缺的一部分。然而，直流電動機的結構復雜，若維護不當可能導致設備損壞或功能失效。本單元任務，我們將深入探索直流電動機的工作原理與維護方法，掌握其核心技術與實踐技能。學習導入單元1直流電動機定義直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機，通過在磁場中旋轉的轉子與相鄰的磁極產生旋轉切割磁感線來實現運動。核心結構定子總成（磁極鐵芯、勵磁繞組）轉子總成（電樞鐵芯、電樞繞組、電樞軸、換向器）電刷裝置（電刷、電刷架）外殼及散熱風扇圖6-1直流電動機結構一、直流電動機的結構單元1直流電動機1.功能定子總成又稱磁極，是電機的固定部分，作用是產生轉子轉動時所需的磁場。2.組成固定在機殼上的4個磁極鐵芯纏繞在鐵芯上的磁場繞組圖6-2定子總成定子總成一、直流電動機的結構單元1直流電動機3.繞組連接方式四個繞組互相串聯兩兩串聯后并聯特點：勵磁繞組與電源線相通，與定子外殼之間則絕緣。定子總成圖6-3磁場繞組的連接方式a）勵磁繞組串聯b）勵磁繞組兩兩串聯后并聯一、直流電動機的結構單元1直流電動機1.功能轉子總成又稱電樞總成，作用是產生電磁轉矩。2.組成電樞鐵芯：由絕緣硅鋼片疊裝，表面開槽安裝繞組電樞繞組：絕緣銅線制成，產生感應電動勢和電磁轉矩，實現電能到機械能轉換，與鐵芯絕緣換向器：與電刷配合完成電流方向轉換，由換向片加云母絕緣組成電樞軸：支撐轉子旋轉圖6-4轉子總成一、直流電動機的結構單元1直流電動機轉子總成1.功能電刷及電刷架的作用是將電流引入電動機，使電樞產生連續轉動，一般有4個電刷。2.組成絕緣電刷：正極電刷連接電源正極，與電動機外殼絕緣搭鐵電刷：負極電刷連接電源負極，通過與端蓋鉚合搭鐵圖6-5電刷與電刷架一、直流電動機的結構單元1直流電動機電刷與電刷架1.功能主要用來安裝定子磁極與磁極連通，與勵磁繞組絕緣2.其它部件：端蓋：支撐轉子、保護內部結構散熱風扇：降低電機運行溫度，延長使用壽命一、直流電動機的結構單元1直流電動機外殼及其它部件1.核心原理利用磁場的相互作用將電能轉化成機械能。2.工作過程換向片A與正電刷接觸，換向片B與負電刷接觸，線圈電流方向a→d，左手定則判斷線圈受力逆時針轉動；線圈轉過半周，換向片B與正電刷接觸，換向片A與負電刷接觸，線圈電流方向變為d→a，受力仍保持逆時針轉動；電源持續供電時，線圈持續按同一方向轉動。圖6-6直流電動機的工作原理圖a）線圈中電流方向a→db）線圈中電流方向d→a二、直流電動機工作原理單元1直流電動機直流電動機中產生磁場的方式有兩種：一種是永久磁鐵磁場，在一些微電機中使用；另一種是電磁鐵磁場，是由勵磁繞組通入電流產生的，稱為勵磁磁場，一般電動機都采用這種勵磁形式。根據不同的勵磁方式，直流電動機可分為他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復勵直流電動機。三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機1.勵磁方式永久磁鐵產生磁場，無需外部勵磁電流，多用于微電機。2.核心特點結構簡單：無勵磁繞組和換向極，體積小、質量輕。效率高：省去勵磁損耗，能量轉換效率可達80%以上。成本低：適合大批量生產，且維護需求低（無電刷磨損以外的勵磁系統維護）。調速方便：通過改變電源電壓即可實現轉速調節。三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機永磁式直流電動機1.他勵直流電動機勵磁繞組與電樞繞組由不同的直流電源供電，兩者不相連接。圖6-7他勵直流電動機三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機他勵式并勵式串勵式復勵式電磁式直流電動機2.并勵直流電動機勵磁繞組與電樞繞組并聯，共用一個電源，電樞電壓即是勵磁電壓。圖6-8并勵直流電動機三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機他勵式并勵式串勵式復勵式電磁式直流電動機53.串勵直流電動機勵磁繞組與電樞繞組串聯，共用一個電源，電樞電流即是勵磁電流。圖6-9串勵直流電動機三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機他勵式并勵式串勵式復勵式電磁式直流電動機4.復勵直流電動機勵磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯，稱為并勵繞組；另一部分與電樞繞組串聯，稱為串勵繞組。圖6-10復勵直流電動機三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機他勵式并勵式串勵式復勵式電磁式直流電動機類型勵磁方式特點特性典型汽車應用永磁式永久磁鐵結構簡單、體積小、效率高，易失磁電動車窗、刮水器、電動后視鏡、座椅調節、鼓風機電機他勵式勵磁繞組獨立供電負載過小易飛車汽車上較少使用并勵式并聯勵磁繞組轉速穩定，起動轉矩小減速型電動機（刮水器、電動車窗）串勵式串聯勵磁繞組起動轉矩大，轉速隨負載變化大，禁止空載起動大多數直接驅動式起動機復勵式串并聯混合勵磁高起動性能+轉速穩定大功率起動機（貨車、客車）三、直流電動機勵磁方式及應用單元1直流電動機不同勵磁方式的直流電動機的特點及在汽車上的應用四、技能訓練單元1直流電動機技能訓練1：拆裝與檢測直流電動機按規范拆裝直流電動機；檢測電動機的組成部件工作性能；培養安全規范操作意識和團隊協作能力。能夠正確使用工具進行電動機拆卸和安裝；能熟練運用萬用表對各部件進行性能檢測；能準確分析零部件的檢測結果，判斷是否需要維修或更換；通過完成訓練任務，提升溝通協作能力。1.任務說明2.任務目標四、技能訓練單元1直流電動機技能訓練1：拆裝與檢測直流電動機汽車直流電動機（起動機）3臺；實訓臺3套；萬用表3套；常用工具：扳手、套筒、螺絲刀、鉗子、拉馬、卡簧鉗等各3套。（1）安全防護學員必須穿戴好工作服、工作帽、安全鞋和防護手套，長發須束起；操作前檢查工具和設備的安全性，確保其性能良好；使用電氣設備時，應遵守安全用電規范，防止觸電事故。（2）操作規范嚴格按照拆裝規范流程進行操作，不得擅自更改步驟；拆卸過程中，對零部件進行分類存放并做好標識，避免混淆和丟失；使用專用工具進行操作，禁止暴力拆裝，防止損壞零部件；拆卸下來的螺栓、螺母等小零件應放入零件盒中，避免掉落地面。3.任務準備4.安全及注意事項四、技能訓練單元1直流電動機技能訓練1：拆裝與檢測直流電動機（3）設備維護操作完畢后，及時清理工具和設備，保持實訓場地整潔;對拆卸下來的零部件進行清潔和防銹處理，妥善保管。4.安全及注意事項直流電動機拆裝(以起動機為例)；電動機檢測。5.任務實施（技能訓練冊）模塊六

電動機與發電機單元1直流電動機單元2交流電動機單元3交流發電機任務場景在現代汽車的電氣系統里，交流電動機扮演著至關重要的角色。例如，汽車的冷卻風扇電機、空調壓縮機電機、新能源汽車的驅動電機等，都依賴交流電動機來實現動力輸出。與直流電動機不同，交流電動機無需換向器和電刷裝置，這大大降低了機械磨損，提高了運行的可靠性和使用壽命。然而，交流電動機的工作原理與直流電動機有較大差異，其磁場的產生和能量轉換過程更為復雜。本單元將深入探討汽車交流電動機的結構、工作原理、檢測方法及實際應用，幫助讀者掌握其核心知識與操作技能。學習導入單元2交流電動機定子總成交流電動機的固定部分，作用是產生旋轉磁場。轉子總成交流電動機的旋轉部分，在旋轉磁場作用下產生電磁轉矩帶動負載。端蓋及軸承支撐轉子、保護內部部件。圖6-11交流電動機結構一、交流電動機的結構單元2交流電動機定子鐵心由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成，提供磁路，減少渦流損耗。定子繞組由絕緣導線繞制，分為U、V、W三相繞組，空間相隔120°，通入三相交流電后產生旋轉磁場。機座固定和支撐定子鐵芯，用鑄鐵或鑄鋁制成。圖6-12定子總成與定子繞組一、交流電動機的結構單元2交流電動機定子總成結構轉子槽內的導電條+兩端導電環，形狀像籠子。特點結構簡單、制造方便、運行可靠，是汽車交流電動機最常用類型。應用傳統燃油車冷卻風扇、電動水泵、空調壓縮機等。圖6-13籠型轉子一、交流電動機的結構單元2交流電動機籠型轉子繞線型轉子定子總成1.籠型轉子圖6-14繞線型轉子電動機一、交流電動機的結構單元2交流電動機籠型轉子繞線型轉子定子總成2.繞線型轉子結構三相繞組與定子繞組相似，星形連接，三根引出線接到轉軸的三個集電環，通過電刷與外部電路相連。特點可通過外接電阻改善起動性能和調速性能，結構復雜、成本高。應用汽車中應用較少，僅少量特種車輛使用。1.端蓋主要起到支撐和保護電機內部部件的作用；通常采用鋁合金材質，散熱好、防漏磁。2.軸承用于支撐轉子，保證轉子能夠靈活轉動；分為滾動軸承和滑動軸承，汽車交流電機多采用密封式滾動軸承。3.裝配關系定子固定在機座內↓轉子通過軸承安裝在定子內孔中↓端蓋安裝在機座兩端封裝部件一、交流電動機的結構單元2交流電動機端蓋及軸承1.核心基礎基于電磁感應定律和電磁力定律。2.旋轉磁場的產生三相定子繞組接入三相交流電（U、V、W相電流相位差120°），在定子內部產生旋轉磁場，轉速稱為同步轉速，用n?表示。圖6-15旋轉磁場產生原理二、交流電動機工作原理單元2交流電動機二、交流電動機工作原理單元2交流電動機3.異步電動機工作原理旋轉磁場切割轉子導體，產生感應電動勢，與磁場相互作用產生電磁轉矩驅動轉子旋轉，轉子轉速略低于同步轉速，因此稱為異步電動機。4.同步電動機工作原理永磁同步電機轉子自帶永磁體，旋轉磁場“拖動”轉子同步旋轉（轉速=旋轉磁場轉速），無轉差率，效率更高。類型特點特性典型汽車應用籠式異步電動機結構簡單、成本低、運行可靠、維護方便、效率略低（85%~90%）傳統燃油車冷卻風扇、電動水泵、空調壓縮機、鼓風機電機等；部分低端電動車輔助電機繞線式異步電動機轉子繞組外接電阻，可調節起動轉矩；結構復雜、維護成本高已逐步被永磁同步電機替代，僅少量應用于特種車輛永磁同步電動機轉速恒定，與電源頻率保持嚴格的同步關系，調速性能較好，結構復雜、成本較高、需要直流勵磁電源純電動車主驅動電機（如特斯拉Model3、比亞迪漢）；插混車發電/驅動一體電機三、交流電動機分類及汽車應用單元2交流電動機模塊六

電動機與發電機單元1直流電動機單元2交流電動機單元3交流發電機任務場景在汽車電氣系統中，交流發電機是核心電源設備，它通過發動機驅動皮帶轉動，將機械能轉化為電能，既為車燈、空調、ECU等用電設備供電，又為蓄電池充電，確保車輛熄火后仍能起動。汽車交流發電機具有體積小、重量輕、發電效率高（高速時可達90%以上）、輸出電壓穩定等優勢，已成為現代汽車的標準配置。本單元將從結構到原理，從檢測到維護，全面掌握汽車交流發電機的核心技術，為后續汽車電路故障診斷打下基礎。學習導入單元3交流發電機汽車的主要電源，發動機正常運轉時，向所有用電設備（起動機除外）供電，同時給蓄電池充電。一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機圖6-16發電機安裝位置圖6-17蓄電池充電電路發電機作用汽車用發電機為硅整流交流發電機，包括一個三相同步交流發電機和用硅二極管組成的整流器。主要組成轉子總成定子總成整流器電壓調節器端蓋及電刷組件圖6-18交流發電機結構一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構轉子是發電機的旋轉部分，作用是產生旋轉磁場。典型結構為爪極式。轉子軸：支撐結構，傳遞動力勵磁繞組：通入直流電產生磁場兩塊爪極：6對或8對，交錯排列形成N極和S極集電環（滑環）：兩個彼此絕緣的銅環，與軸絕緣，分別連接勵磁繞組兩端，通過電刷引入勵磁電流圖6-19交流發電機轉子結構1-集電環；2-轉子軸；3-爪極；4-轉子鐵芯；5-磁場繞組圖一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構1.轉子總成轉子工作原理當兩個集電環通過電刷通入直流電時，勵磁繞組中就有電流通過，并產生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。圖6-20磁場電路原理1、5-電刷；2、4-集電環；3-勵磁繞組；6-點火開關；7-蓄電池一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構1.轉子總成定子是發電機的固定部分，核心作用是產生感應電動勢。定子鐵芯：由硅鋼片疊壓而成，減少渦流損耗，內圓周開有均勻槽，用于嵌放定子繞組。定子繞組：定子繞組在轉子產生的旋轉磁場作用下，感應并輸出三相正弦交流電動勢。三相繞組采用星形接法或三角形接法。圖6-21交流發電機定子總成發電機結構2.定子總成一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機定子繞組星形接法：將每相繞組的末端接在一起形成一個中性點，從中性點引出一個端子，再從每相的始端各引出一個端子，共引出4個端子。星形接法的發電機低速充電性能好，被桑塔納、奧迪等大多數轎車的發電機采用。三角形接法：將三相繞組的始、末端依次相連接，再從三個連接點引出3個端子，適用于大功率發電機，被神龍富康、北京切諾基等車的發電機采用。圖6-22三相繞組的接法a）星形接法b）三角形接法三相繞組空間互差120°，感應產生頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相電動勢一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構2.定子總成整流器作用是將三相同步交流發電機產生的三相交流電變成直流電輸出。6只硅二極管：3個正極管、3個負極管，組成三相橋式全波整流電路正、負整流板：固定二極管，散熱工作原理:利用二極管的單向導電性實現交直流轉換導通原則:正極管：某一瞬間正極電位最高者導通負極管：某一瞬間負極電位最低者導通圖6-23交流發電機整流器a）整流板b）整流器總成1-負整流板；2-正整流板；3-散熱片；4-連接螺栓；5-正二極管；6-負二極管；7-安裝孔；8-絕緣墊；9-電樞接柱安裝孔一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構3.整流器發電機轉速變化時，自動控制發電機電壓保持穩定（一般為13.5~14.5V），防止電壓過高燒壞用電設備、導致蓄電池過充，或電壓過低導致用電設備工作異常、蓄電池充電不足。調壓原理：通過控制勵磁電流通斷的占空比，調節磁場強度，實現輸出電壓穩定轉速升高：減小勵磁電流，減弱磁場，降低電壓轉速降低：增大勵磁電流，增強磁場，升高電壓圖6-24交流發電機電壓調節器一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構4.電壓調節器調壓過程(外搭鐵式晶體管電壓調節器)(1)他勵階段閉合點火開關，發動機未起動，蓄電池供電，VS穩壓管截止→VT1截止→VT2導通，勵磁電流由蓄電池提供。勵磁電路：蓄電池正極→發電機磁場繞組→調節器磁場接線柱F→VT2→搭鐵→發電機負極。一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構4.電壓調節器圖6-25他勵狀態下電流回路調壓過程(外搭鐵式晶體管電壓調節器)(2)自勵階段發動機起動，發電機轉速>1000r/min，發電機輸出電壓低于調節電壓，VS、VT1仍截止，VT2導通，勵磁電流由發電機自身提供勵磁電路：發電機正極→發電機磁場繞組→調節器磁場接線柱F→VT2→搭鐵→發電機負極。一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構4.電壓調節器圖6-26自勵狀態下電流回路調壓過程(外搭鐵式晶體管電壓調節器)(3)調壓階段輸出電壓達到調節上限，VS反向擊穿→VT1導通→VT2截止，勵磁電流下降，發電機電壓降低。(4)電壓回落電壓回落至調節下限，VS截止→VT1截止→VT2導通，勵磁電流增大，發電機電壓回升。一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構4.電壓調節器循環往復，輸出電壓穩定在13.5~14.5V區間圖6-27調節電壓上限時電流回路（1）端蓋分前端蓋和后端蓋，支撐轉子、定子、整流器和電刷組件鋁合金鑄造，防漏磁、散熱性能好（2）電刷組件安裝在后端蓋上，由電刷、電刷架和電刷彈簧組成電刷由銅粉和石墨粉壓裝而成，通過彈簧壓力與集電環緊密接觸，將電源引入勵磁繞組圖6-28端蓋及電刷組件一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機結構5.端蓋及電刷組件核心基礎基于電磁感應原理產生交流電。完整工作流程分為“勵磁→發電→整流→穩壓”(1)勵磁階段（起動時）發動機未起動時，蓄電池通過點火開關向勵磁繞組供電，產生初始磁場（他勵）；發動機起動后，發電機轉速升高（>1000r/min），定子繞組開始發電，轉為自勵。圖6-29電磁感應原理一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機勵磁階段發電階段整流階段穩壓階段交流發電機工作原理(2)發電階段（電磁感應）發動機通過皮帶驅動轉子旋轉，爪極形成的旋轉磁場切割定子繞組，根據法拉第電磁感應定律，定子三相繞組中產生三相交流電。圖6-30交流發電機電路及波形圖b）交流發電機輸出波形a）交流發電機電路1-定子鐵芯；2-定子繞組；3-轉子；4-勵磁繞組；5-整流二極管；6-電刷一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機勵磁階段發電階段整流階段穩壓階段交流發電機工作原理(3)整流階段（交直轉換）整流器利用二極管的單向導電性將三相交流電轉換為直流電，再通過蓄電池的濾波作用，輸出平穩的直流電。圖6-31交流發電機整流原理a）整流電路圖b）整流后發電機輸出一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機勵磁階段發電階段整流階段穩壓階段交流發電機工作原理當給二極管加上正向電壓時，二極管導通；當給二極管加上反向電壓時，二極管截止。通過由二極管組成的整流器將定子繞組產生的交流電變為直流電。正極管導通原則：整流器的3只正極管（VD1、VD3、VD5）的正極分別接在定子繞組的始端（U、V、W），負極連接在一起。3只正極管導通原則是在某一瞬間正極電位最高者導通。負極管導通原則：整流器的3只負極管（VD2、VD4、VD6）的負極分別接在定子繞組的始端（U、V、W），它們的正極連接在一起。3只負極管的導通原則是在某一瞬間負極電位最低者導通。圖6-32整流過程示意圖一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機勵磁階段發電階段整流階段穩壓階段交流發電機工作原理(4)穩壓階段（電壓調節）：電壓調節器實時監測輸出電壓，通過控制勵磁電流通斷占空比，確保發電機在800~6000r/min轉速范圍內，輸出電壓穩定在13.5~14.5V。一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機勵磁階段發電階段整流階段穩壓階段交流發電機工作原理類型特點普通交流發電機使用時需配裝電壓調節器的發電機，例JF132。整體式交流發電機發電機和調節器制成一個整體的發電機。帶泵交流發電機和汽車制動系統用真空助力泵安裝在一起的發電機，例JFZB292。無刷交流發電機不需要電刷的發電機，例JFW1913。永磁交流發電機磁極為永磁鐵制成的發電機。類型特點內搭鐵型交流發電機磁場繞組的一端（負極）直接搭鐵（和殼體相聯）外搭鐵型交流發電機磁場繞組的一端（負極）接入調節器，通過調節器后再搭鐵一、汽車交流發電機認知單元3交流發電機發電機分類1.按照總體結構分類2.按照磁場繞組搭鐵形式分類1.產品代號產品代號由中文字母表示，例：JF-普通交流發電機；JFZ-整體式（調節器內置）交流發電機；JFB-帶泵的交流發電機；JFW-無刷交流發電機。2.電壓等級代號電壓等級代號用一位阿拉伯數字表示，例：1-12V系統；2-24V系統；3-3V系統；4-4V系統；5-5V系統；6-6V系統。3.電流等級代號電流等級代號用一位阿拉伯數字表示。圖6-33交流發電機型號組成圖電流等級對應的發電機額定電流電流等級代號123456789額定電流(A)≤1920~2930~3940~4950~5960~6970~7980~89≥90二、交流發電機的型號單元3交流發電機4.設計序號設計序號用1～2位阿拉伯數字組成，表示產品設計的先后順序。5.變形代號以調整臂位置作為變型代號：從交流發電機的驅動端看，調整臂在中間的不加標記；在右邊的用Y表示；在左邊的用Z表示。6.交流發電機型號示例JFZ1913Z型交流發電機，表示電壓等級為12V、電流等級為≥90A、第13次設計、調整臂在左邊的整體式交流發電機。二、交流發電機的型號單元3交流發電機圖6-33交流發電機型號組成圖技能訓練2：拆裝與檢測交流發電機按規范拆裝交流發電機；檢測發電機的組成部件工作性能；培養安全規范操作意識和團隊協作能力。能夠正確使用工具進行發電機的拆卸和安裝；能熟練運用萬用表對各部件進行性能檢測；能準確分析零部件的檢測結果，判斷是否需要維修或更換；通過完成訓練任務，提升溝通協作能力。1.任務說明2.任務目標三、技能訓練單元3交流發電機汽車交流發電機3臺；實訓臺3套；萬用表3套；常用工具：扳手、套筒、螺絲刀、鉗子、拉馬、卡簧鉗等各3套。（1）安全防護學員必須穿戴好工作服、工作帽、安全鞋和防護手套，長發須束起；操作前檢查工具和設備的安全性，確保其性能良好；使用電氣設備時，應遵守安全用電規范，防止觸電事故。（2）操作規范嚴格按照拆裝規范流程進行操作，不得擅自更改步驟；拆卸過程中，對零部件進行分類存放并做好標識，避免混淆和丟失；使用專用工具進行操作，禁止暴力拆裝，防止損壞零部件；拆卸下來的螺栓、螺母等小零件應放入零件盒中，避免掉落地面。3.任務準備4.安全及注意事項技能訓練2：拆裝與檢測交流發電機三、技能訓練單元3交流發電機（3）設備維護操作完畢后，及時清理工具和設備，保持實訓場地整潔;對拆卸下來的零部件進行清潔和防銹處理，妥善保管。4.安全及注意事項交流發電機拆裝(以傳統燃油車爪極式發電機為例)；交流發電機檢測。5.任務實施（技能訓練冊）技能訓練2：拆裝與檢測交流發電機三、技能訓練單元3交流發電機THANKYOU汽車電工電子技術Contents模塊一汽車電子電路基礎模塊二直流電路模塊三交流電路模塊四磁場與電磁感應Contents模塊五二極管與三極管模塊六電動機與發電機模塊七脈沖數字電路模塊八新能源汽車電力電子關鍵技術學習目標

知識目標掌握模擬信號與數字信號的特點和區別；掌握模擬信號和數字信號相互轉換的步驟方法；掌握基本邏輯門和組合邏輯門的定義與特性；了解汽車微機控制系統的發展歷程；總結主流車載通信協議的種類及其特點。技能目標能在教師的指引下，規范使用示波器觀察車門開關信號，并畫出信號波形圖；能在教師的指引下，正確搭建與門、或門、非門電路；能在教師的指引下，正確測量汽車CAN總線數據，根據測量數據，判斷車輛故障。素養目標通過規范使用示波器觀察車門開關信號，培養安全操作意識和團隊合作精神；通過正確搭建與門、或門、非門電路，培養學生創新意識與科學精神；通過正確測量汽車CAN總線數據并判斷車輛故障，培養嚴謹細致的職業精神。模塊七脈沖數字電路模塊七脈沖數字電路單元1數字電路基礎單元2邏輯電路單元3汽車微機控制系統和車載網絡技術

傳統汽車像一臺機械時鐘，依賴齒輪的連續轉動（模擬信號）；而現代汽車更像一部智能手機，用“0”和“1”的數字語言控制一切。本單元中，你將揭開數字信號的秘密：二進制如何變成故障碼？傳感器模擬信號怎樣被ECU“翻譯”成數字指令？未來，當面對“ECU信號異常”或“傳感器失效”時，這些知識就是你手中的“萬能鑰匙”。讓我們從“開”與“關”的魔法開始，打開汽車數字世界的大門！學習導入單元1數字電路基礎一.模擬信號與數字信號單元1數字電路基礎模擬信號

模擬信號是指在時間和幅度上都連續變化的信號，如圖7-1所示。它通過物理量的連續變化來表示信息，例如，聲音信號是通過空氣分子的振動來傳播的，這種振動在時間上是連續的，其幅度（對應聲音的強弱）也在不斷變化。當聲音通過麥克風轉換為電信號后，該電信號的電壓值會隨著聲音的變化而連續地改變，這就是典型的模擬信號。圖7-1模擬信號單元1數字電路基礎模擬信號模擬信號的特點包括：連續性、信息豐富、易受干擾。（1）連續性：在時間和幅度上都是連續的，能夠精確地表示原始信息的變化。例如模擬音頻信號可以細膩地還原聲音的各種細節。（2）信號豐富：可以包含豐富的信息，因為其連續變化的特性能夠反映出原始信號的細微差異。（3）易受干擾：在傳輸過程中，模擬信號容易受到噪聲等干擾因素的影響，從而導致信號質量下降。例如，模擬電視信號在傳輸過程中，如果受到電磁干擾，畫面就會出現雪花點等噪聲。一.模擬信號與數字信號單元1數字電路基礎數字信號

數字信號是離散的信號，其幅度取值是離散的，且在時間上也是離散的，通常用二進制數“0”和“1”來表示信號的狀態，如圖7-2所示。例如，計算機中存儲和處理的數據都是以數字信號的形式存在，通過高電平（代表“1”）和低電平（代表“0”）來傳輸和處理信息。圖7-2數字信號一.模擬信號與數字信號單元1數字電路基礎數字信號數字信號的特點包括：離散性、抗干擾能力強、便于存儲和處理、便于傳輸。（1）離散性：時間上是不連續的，幅度取值也是有限個離散值。例如數字音頻采樣時，每隔一定時間對模擬音頻信號進行采樣，得到一系列離散的數值。（2）抗干擾能力強：由于數字信號只有有限個離散值，即使受到干擾，只要干擾不影響對“0”和“1”的判斷，就可以通過糾錯編碼等技術恢復原始信號。例如在數字通信中，信號經過長距離傳輸后，只要接收端能夠正確識別“0”和“1”，就可以還原出原始信息。（3）便于存儲和處理：可以方便地存儲在各種存儲介質中，如硬盤、U盤等，并且可以通過計算機等數字設備進行快速處理和分析。例如對數字圖像進行編輯、壓縮等操作都非常方便。（4）便于傳輸：可以通過各種數字通信技術進行傳輸，如光纖通信、無線通信等。在傳輸過程中可以采用復用技術，提高傳輸效率。一.模擬信號與數字信號二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎模擬信號到數字信號的轉換（A/D轉換）

模擬信號到數字信號的轉換過程主要包括采樣、量化和編碼三個步驟，如圖7-3所示。圖7-3模擬信號數字化基本流程及其對應變形單元1數字電路基礎模擬信號到數字信號的轉換（A/D轉換）

二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎模擬信號到數字信號的轉換（A/D轉換）2.量化原理：將采樣得到的離散信號的幅度值進行量化處理。由于采樣信號的幅度值在理論上是連續的，而數字信號的幅度取值是有限個離散值，所以需要將采樣信號的幅度范圍劃分成若干個量化區間（量化等級），然后將每個采樣值映射到最接近的量化區間上，從而將連續的幅度值轉換為離散的量化值。量化方式：分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是將信號的幅度范圍等間隔地劃分成若干個量化區間，每個區間的寬度相等；非均勻量化則是根據信號的概率分布特性，對信號幅度范圍進行非等間隔劃分，在信號出現概率較大的區域采用較小的量化間隔，在信號出現概率較小的區域采用較大的量化間隔，這樣可以在相同的量化位數下提高量化精度。量化誤差：量化過程不可避免地會產生誤差，稱為量化誤差。量化誤差是指采樣值與量化值之間的差值，它會影響數字信號的精度。量化誤差的大小與量化等級的數量有關，量化等級越多，量化誤差越小。二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎模擬信號到數字信號的轉換（A/D轉換）

二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎數字信號到模擬信號的轉換(Ｄ/Ａ轉換)

數字信號到模擬信號的轉換是將數字信號的二進制代碼轉換為對應的模擬信號幅度值，恢復原始的模擬信號，主要由以下部分實現：解碼網絡求和電路平滑濾波二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎數字信號到模擬信號的轉換(Ｄ/Ａ轉換)1.解碼網絡

D/A轉換器通常由解碼網絡組成，常見的解碼網絡有權電阻解碼網絡、R-2R梯形電阻解碼網絡等。解碼網絡的作用是根據數字信號每一位的權重，將其轉換為相應的模擬電壓或電流。例如，在一個4位的D/A轉換器中，最高位（MSB）的權重是最低位（LSB）權重的8倍，解碼網絡會根據數字信號中每一位的取值（0或1），將相應的權重轉換為模擬電壓或電流。二.模擬信號與數字信號的轉換單元1數字電路基礎數字信號到模擬信號的轉換(Ｄ/Ａ轉換)2.求和電路求和電路是將解碼網絡輸出的各個模擬分量相加，得到最終的模擬信號。通過求和電路，將數字信號中每一位對應的模擬電壓或電流進行疊加，從而得到與數字信號對應的模擬信號幅度值。3.平滑濾波由于D/A轉換得到的模擬信號是由離散的量化值轉換而來的，其波形可能存在一定的階梯狀波動。為了得到平滑的模擬信號，需要對轉換后的信號進行平滑濾波處理，濾除高頻分量，使模擬信號更加接近原始的連續信號。二.模擬信號與數字信號的轉換三.數制單元1數字電路基礎常見數制1.十進制十進制由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這十個數字符號組成，其基數為10，遵循“逢十進一”的計數規則。例如，對于十進制數537，從右至左各位數字的位權依次為100、

101、

102，則537=5×102+3×101+7×100。十進制是日常生活和傳統數學運算中最常用的數制，符合人們的計數習慣，方便進行數量的表達和計算。單元1數字電路基礎常見數制2.二進制二進制僅由0和1兩個數字符號組成，基數為2，采用“逢二進一”的計數規則。例如，二進制數（1101）2，從右至左各位數字的位權分別為20、21

、22

、23

，通過計算1×23+1×22+0×21+1×20=8+4+0+1=（13）10，可將其轉換為十進制數。在計算機內部，數據的存儲、處理