Тема: Организация силовой проводки автомобиля

Основные вопросы темы:

1. Принципы построения силовой питающей проводки автомобиля.

2. Система предохранителей. Расчет сечения питающих проводов.

3. Система заземления и шумоподавления.

4. Потери энергии в проводке и методы энергосбережения.

  Диод. Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор, имеющий два вывода. Один из них называется анодом, другой – катодом. Диод хорошо проводит ток от анода к катоду и плохо от катода к аноду. Диоды классифицируют по ряду признаков, одними из которых являются назначение и вид исходного материала. По назначению диоды делятся на выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. По типу исходного материала – на германиевые и кремниевые. Кремниевые отличаются от германиевых более широким диапазоном рабочих температур (-60°С…+125°С) и некоторыми другими эксплуатационными параметрами.

Эксплуатационные свойства диода во многом определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). ВАХ представляет собой зависимость тока через диод от напряжения между анодом и катодом.

ВАХ диода состоит из двух ветвей: прямой, расположенной в 1-м квадранте, и обратной, расположенной в III квадранте осей координат. Диод работает на прямой ветви ВАХ, если напряжение UАК на аноде положительно относительно катода. При изменении этого напряжения от нуля до Uоткр, ток через диод очень мал. При UАК = Uоткр ток резко возрастает, и в дальнейшем его величина уже не зависит от UАК. Величина Uоткр называется напряжением открытия диода. Для выпрямительных диодов Uоткр=0,2¸0,3 В.

Если поменять полярность напряжения, приложенного к электродам диода, то он начнет работать на обратной ветви ВАХ. Эта ветвь характеризуется тем, что при изменении UАК, приложенного в обратной полярности, через диод будет течь ток J0 от катода к аноду.

Величина этого тока практически не зависит от UАК и на несколько порядков меньше прямого. Ток J0 называется обратным током диода. Величина J0 будет сохранять свое значение, пока UАК< Uпр. При UАК> Uпр обратный ток резко возрастает и диод выходит из строя. Напряжение Uпр называется обратным напряжением пробоя.

Выпрямительные диоды характеризуются следующими основными параметрами:

- обратный ток J0 – ток, протекающий через диод при подаче на него обратного напряжения;

- максимально допустимое обратное напряжение Uобр max – предельное значение напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении, при котором еще не наступает пробой. Обычно Uобр max=0,85Uпр;

- максимальный выпрямленный ток – предельное значение выпрямленного тока, при котором температура диода не превосходит допустимой величины;

- диапазон рабочих температур – для германиевых диодов - 40°С…+70°С; кремниевых -60°С…+125°С.

Стабилитрон. Обратная ветвь ВАХ является рабочей в специальных диодах, называемых стабилитронами. Стабилитроны предназначены для поддержания постоянной величины UАК при изменении протекающего через них тока. В стабилитронах рабочим является пробойный участок ВАХ, определяемый величиной Uпр. На этом участке напряжение UАК=Uпр остается практически постоянным при значительном изменении величины тока, протекающего через диод. Основные параметры стабилитрона:

- напряжение стабилизации UАК= Uпр;

-минимальный ток стабилизации Jст min – ток через стабилитрон, при котором напряжение стабилизации еще остается в заданных пределах. Должно быть всегда Jст min≥J0. В противном случае пробой становится неустойчивым и эффект стабилизации UАК пропадает;

- максимальный ток стабилизации Jст max. При превышении величины Jст max происходит перегрев стабилитрона и выход его из строя.

Транзистор. Это полупроводниковый активный элемент с тремя электродами, служащий для усиления или переключения электрического тока. Усиление или переключение происходит за счет потребления энергии от внешних источников питания. Изменяя ток во входной цепи по определенному закону, можно получить усиленный сигнал той же формы на выходе.

Исходным материалом для изготовления транзисторов служит германий или кремний. В зависимости от технологии изготовления транзисторов из этих материалов они могут быть р-n-р и n-р-n типа. Типы отличаются по своим характеристикам и полярности рабочих напряжений на электродах: базе, коллекторе и эмиттере.

В электрическую цепь транзистор включают таким образом, что один из его выводов (электродов) является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Для транзистора n-р-n в схемах включения изменяются лишь полярности напряжений и направления токов. Наиболее распространенной является схема с ОЭ, имеющая наибольшее усиление по мощности. Каждая схема включения характеризуется четырьмя семействами ВАХ: выходными, входными, характеристиками обратной связи по напряжению, характеристиками передачи по току. Первая из них является основной и представляет собой зависимость тока коллектора JК от напряжения UКЭ при некоторых фиксированных значениях тока базы Jб.

 В коллекторе транзистора VT включено нагрузочное сопротивление RК. Ток базы задается переменным резистором RБ и контролируется миллиамперметром мА, напряжение UБЭ ‑ вольтметром V1, ток коллектора – амперметром А, напряжение UКЭ – вольтметром V2.

Пусть движок резистора RБ находится в среднем положении, приборы зафиксируют некоторые значения UКЭ1, JК1. Отложив их в координатах выходной характеристики, получим точку «1». Изменив ток базы JБ, получим новые значения UКЭ2, JК2 и новую точку «2».

Эти точки называются рабочими точками транзистора. Соединив их прямой, получим нагрузочную прямую. Она пересечет оси JК и UКЭ в точках JM и ЕК соответственно JM=ЕК/RК. Изменяя ток базы, можно получить другие рабочие точки, но все они будут лежать на нагрузочной прямой.

Задавая небольшие изменения тока базы ∆JБ и фиксируя при этом изменения тока коллектора ∆JК, можно определить коэффициент усиления транзистора по току:

 

                                                                                             (13.1)

 

Для каждого транзистора эта величина является типовой и приводится в справочной литературе.

При работе транзистора в конкретной схеме можно определить коэффициент усиления по напряжению.

 

.                                                                                   (13.2)

 

Ток базы может изменяться только в определенных пределах. Если движок резистора RБ находится в нижнем положении (точка Н), то ток базы равен нулю. Однако при этом JК≠0, он может составлять некоторую малую величину JКО, называемую начальным (неуправляемым) током коллектора. Запишем по закону Ома:

 

,                                                                  (13.3)

 

где UКО – напряжение отсечки.

Состояние транзистора, при котором UКЭ= UКО, называется закрытым состоянием.

Начнем двигать движок резистора RБ вверх (к точке В), Возрастание тока базы будет приводить к возрастанию тока коллектора до тех пор, пока JБ не достигнет величины тока насыщения Jбн. После этого увеличение JБ не будет приводить к росту JК. Точка М пересечения нагрузочной прямой с ВАХ (JБН) определяет ток коллектора насыщения JКН и соответствующее ему напряжение между коллектором и эмиттером UКН.

Состояние транзистора, при котором UКЭ= UКН, называется открытым состоянием. Все другие величины тока базы 0<JБ<JБН выводят транзистор в активный режим усиления мощности сигнала, подаваемого на базу.

В устройствах автомобильной электроники наиболее часто транзистор используется в ключевом режиме: открыт – закрыт. К таким устройствам можно отнести: регулятор напряжения бортовой сети, коммутатор зажигания, схемы управления электромагнитными форсунками, гидравлическими модуляторами антиблокировочной системы и др. Работая в этом режиме в любой момент времени транзистор может быть в одном из двух состояний – открытом или закрытом.

Для того чтобы открыть транзистор необходимо обеспечить Iб>0, закрыть -Iб=0, т.е. упрощенно можно считать, что для открытия транзистора его базу необходимо соединить с коллектором, для закрытия – с эмиттером.

Одним из недостатков рассмотренных транзисторов, называемых еще «биполярными», является пропорциональная зависимость базового тока от коллекторного (IК=βIб). Базовый ток является управляющим и выделяется в транзисторе в виде тепла. Если транзисторов много, например, в микросхеме, то их взаимный нагрев может превзойти предельно допустимую температуру (1250С).

С целью снижения мощности, выделяемой транзистором в окружающую среду, были разработаны транзисторы, называемые «полевыми». Это полупроводниковые структуры, меняющие сопротивление между двумя электродами под действием электростатического поля, создаваемого третьим электродом. В этих транзисторах отсутствуют затраты мощности на управление. Такие транзисторы называются МОП – структурами (металл – окисел – полупроводник). Здесь роль базы выполняет затвор (управляющий электрод), эмиттера – исток, коллектора – сток. Упрощенно полевой транзистор можно представить в виде сток – истокового перехода, величина сопротивления Rс, н которого зависит от напряженности электрического поля затвора UЗИ.

Полярность подключения стока и истока к источнику питания значения не имеет. Поэтому также транзисторы называются еще униполярными. Мощность, затрачиваемая на переключение полевого транзистора, составляет доли микроватт. Поэтому на таких транзисторах построены современные ЭВМ.

Транзисторы характеризуются следующими основными параметрами:

- максимальной мощностью, т.е. мощностью Р= UКЭ·JК, которую может отдавать транзистор в течение длительного времени;

- максимальным напряжением UКЭ, т.е. предельным напряжением, приложенным между коллектором и эмиттером, при котором еще не наступает пробой;

- максимальным током коллектора, т.е. предельным значением тока коллектора, при котором температура транзистора не превосходит допустимой величины;

- начальным током коллектора JКО и, чем меньше его величина, тем лучше транзистор;

- коэффициентом усиления β транзистора.

Основная литература: ОЛ1,ОЛ3,ОЛ4

Дополнительная литература: ДЛ7

Контрольные вопросы:

1. Объясните назначение полупроводникового диода.

2. Какими параметрами характеризуется полупроводниковый диод?

3. Что такое обратный ток диода?

4. Нарисуйте осциллограмму однополупериодного выпрямления.

5. Нарисуйте осциллограмму двухполупериодного выпрямления.

6. Какими основными параметрами характеризуется резистор?

7. Какими основными параметрами характеризуется конденсатор?

Лекция 1 4