06932汽车电工电子技术实验指导书.doc

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目 录

实验一 汽车传统点火系统工作过程 1
实验二 车用交流发电机实验 4
实验三 车用低压电器电路实验 13
实验四 模拟电路元件认识实验 18

23

实验一 汽车传统点火系统工作过程
一、实验目的
1.了解传统点火系统的基本组成
2.掌握传统点火系的工作过程
二、实验原理
传统点火系统主要由电源(蓄电池和发电机)、点火开关、点火线圈、电容器、断电器、配电器、火花塞、阻尼电阻和高压导线等组成。
汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由火花塞点燃的，从而燃烧对外作功，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产生电火花所需要的最低电压称为击穿电压；能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系。

图1 点火系统
其工作原理为：接通点火开关，发动机开始运转。发动机运转过程中，断电器凸轮不断旋转，使断电器触点不断地开、闭。当断电器触点闭合时，蓄电池的电流从蓄电池正极出发，经点火开关、点火线圈的初级绕组、断电器活动触点臂、触点、分电器壳体搭铁，流回蓄电池的负极。当断电器的触点被凸轮顶开时，初级电路被切断，点火线圈初级绕组中的电流迅速下降到零，线圈周围和铁心中的磁场也迅速衰减以至消失，因此在点火线圈的次级绕组中产生感应电压，称为次级电压，其中通过的电流称为次级电流，次级电流流过的电路称为次级电路。
触点断开后，初级电流下降的速率越高，铁心中的磁通变化率越大，次级绕组中产生的感应电压越高，越容易击穿火花塞间隙。当点火线圈铁心中的磁通发生变化时，不仅在次级绕组中产生高压电(互感电压)，同时也在初级绕组中产生自感电压和电流。在触点分开、初级电流下降的瞬间，自感电流的方向与原初级电流的方向相同，其电压高达300V。它将击穿触点间隙，在触点间产生强烈的电火花，这不仅使触点迅速氧化、烧蚀，影响断电器正常工作，同时使初级电流的变化率下降，次级绕组中感应的电压降低，火花塞间隙中的火花变弱，以致难以点燃混合气。 为了消除自感电压和电流的不利影响，在断电器触点之间并联有电容器C1。在触点分开瞬间，自感电流向电容器充电，可以减小触点之间的火花，加速初级电流和磁通的衰减，并提高了次级电压。

图2 点火工作示意图
三、实验仪器及材料
1、492Q型汽油发动机一台
2、传统分电器一台
3、桑塔纳仿真试验台及示教板
四、实验内容与步骤
1、结合492Q型汽油发动机，简述该发动机的点火系统的组成、工作原理、结构特点。
2、观看桑塔纳仿真试验台和示教板动作并记录其工作过程。
五、思考题
1、传统点火系统的组成、工作原理、结构特点。
2、点火系的功用。
3、火花塞的功用及分类。
4、记录所观察到的点火系统的工作过程。
5、为什么要点火提前？
6、满足点火系统的基本要求是什么？
7、传统点火系中附加电阻的作用是什么？
实验二 车用交流发电机实验
一、实验目的
1.掌握交流发电机与调节器的结构和工作原理
2.掌握发电机工作特性测试方法
二、实验原理
硅整流交流发电机的结构
硅整流交流发电机由一台三相同步交流发电机和硅二极管整流器组成。发电机工作时产生的三相交流电通过整流器进行三相桥式全波整流后转变为直流电。硅整流交流发电机是由转子、定子、整流器、端盖、风扇叶轮等组成。

转子用来在发电机工作时建立磁场。它由压装在转子轴上的两块爪形磁极、两块磁极之间的励磁绕组和压装在转子轴上的两个滑环组成。两个滑环彼此绝缘并与轴绝缘。励磁绕组的两端分别焊接在两个滑环上。
定子用来在发电机工作时，与转子的磁场相互作用产生交流电压。它由内圆带槽的硅钢片叠成的铁心和对称地安装在铁心上的三相定子绕组组成。三相定子绕组按星形或按三角形接法连接。按星形接法连接时，三相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相连，三相绕组的尾端连在一起作为发电机的中性点。按三角形接法连接时，将三相绕组中一相绕组的首端与另一相绕组的尾端相连，并将联接点接整流器的硅二极管。
整流器是由6个(8个、9个或11个)硅二极管组成的三相桥式全波整流电路，在发动机工作时将三相定子绕组中产生的交流电转变为直流电。在负极搭铁的发电机中，3个(或4个)二极管的壳体为负极，压装在与发电机机体绝缘的元件板上，并与发电机的输出端(正极)相连，其引线为二极管的正极，称为正极二极管；另外3个(或4个)二极管的壳体为正极，压装在不与机体绝缘的元件板上，或直接压装在电刷端盖上，作为发电机的负极，其引线为负极，称为负极二极管。

图2交流发电机原理图

交流发电机试验电路应按图3所示电路进行连接（即整体式交流发电机可直接进行试验，普通交流发电机需要连接调节器才能进行试验）。

图3 交流发电机与调节器试验电路
三、实验仪器及材料
万用表、钳式万用表、导线、电压调节器、手持式转速表、内六角扳手一套，汽车电器万能实验台，如图4所示。注意调频电机与发电机之间的传动比i。

图4 TQD-2型调频调速汽车电器万能实验台
四、实验步骤
（一）发电机空载特性试验（无调节器）
对交流发电机进行空载转速试验的方法如下：
⑴ 按试验要求连接交流发电机和试验台；
⑵ 交流电源三相四线380V和直流电瓶12V正确接入试验台，将总电源开关1打开，此时交流指示灯3亮，然后将功能开关2—“发电机起动机选择”拨到“2”位置即“发电机位”。将发电机的转向选择控制开关5转向左档，发电机将逆时针旋转（从实验台左向右看）。
⑶ 将实验台“励磁电压”端子与发电机磁场绕组“F”端子连接，将实验台“发电机地线”端子与发电机“E”端子连接，此时发电机将他励发电。
⑷ 顺时针调节调速手轮28逐渐升速，通过转速表观察转速值。当达到发电机转速达到1000×i r/min时，将发电机的电压输出“B”端子与磁场绕组“F”端子连接，并拆下实验台“励磁电压”端子与发电机磁场绕组“F”端子连接，然后直流电瓶12V与试验台断开，此时发电机自励发电。
⑸ 当达到发电机规定转速时，用万用表测试发电机的电压输出“B”端子与发电机“E”端子的电压值，填入表2-1并绘制发电机端电压与转速之间的关系曲线。
交流发电机空载特性（发电机型号 ） 表2-1
转速（r/min）
800×i
1000×i
1200×i
1400×i
1600×i
1800×i
2000×i
电压（v）

（二）发电机外特性试验（无调节器）
对交流发电机进行外特性试验的方法如下：
⑴ 按试验要求连接交流发电机和试验台；
⑵ 交流电源三相四线380V和直流电瓶12V正确接入试验台，将总电源开关1打开，此时交流指示灯3亮，然后将功能开关2—“发电机起动机选择”拨到“2”位置即“发电机位”。将发电机的转向选择控制开关5转向左档，发电机将逆时针旋转（从实验台左向右看）。顺时针调节负载手轮27，使电阻最大。
⑶ 将实验台“励磁电压”端子与发电机磁场绕组“F”端子连接，将实验台“发电机地线”端子与发电机“E”端子连接，此时发电机将他励发电。
⑷ 顺时针调节调速手轮28逐渐升速，通过转速表观察转速值。当达到发电机转速达到1500×i r/min时，将发电机的电压输出“B”端子与磁场绕组“F”端子连接，并拆下实验台“励磁电压”端子与发电机磁场绕组“F”端子连接，然后直流电瓶12V与试验台断开，此时发电机自励发电。将发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子连接，此时发电机向可调电阻供电。
⑸ 用钳式万用表测量发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子接线的电流，读取实验台上电压表13的电压值。逆时针调节负载手轮27，使电阻变小，通过增加联条改变负载。将数据填入表2-2，并绘制发电机端电压与电流之间的关系曲线。
交流发电机外特性 表2-2
电压（v）

电流（A）

（三）发电机输出特性试验（带调节器）
1、空载转速试验
对交流发电机进行空载转速试验的方法如下：
⑴ 按试验要求连接交流发电机和试验台；
⑵ 交流电源三相四线380V和直流电瓶12V正确接入试验台，将总电源开关1打开，此时交流指示灯3亮，然后将功能开关2—“发电机起动机选择”拨到“2”位置即“发电机位”。将发电机的转向选择控制开关5转向左档，发电机将逆时针旋转（从实验台左向右看）。顺时针调节负载手轮27，使电阻最大。
⑶ 将发电机磁场绕组“F”与调节器“F”端子连接，发电机的电压输出“B”端子与调节器“+”端子连接，发电机“E”端子与调节器“E”端子连接。将发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子连接，将发电机“E”端子与实验台“发电机地线”端子连接。
⑷ 用钳式万用表测量发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子接线的电流，此时钳式万用表测量的是蓄电池向发电机及调节器输出的电流。顺时针调节调速手轮28逐渐升速，当钳式万用表示数符号开始改变时，记录转速表转速值即空载转速。
记录空载转速，填入表2-3。
2、零电流转速试验
交流发电机的零电流转速是利用图解外延法获得，试验方法如下：
⑴ 按试验要求连接交流发电机、调节器和试验台；
⑵ 交流电源三相四线380V和直流电瓶12V正确接入试验台，将总电源开关1打开，此时交流指示灯3亮，然后将功能开关2—“发电机起动机选择”拨到“2”位置即“发电机位”。将发电机的转向选择控制开关5转向左档，发电机将逆时针旋转（从实验台左向右看）。顺时针调节负载手轮27，使电阻最大。
⑶ 将发电机磁场绕组“F”与调节器“F”端子连接，发电机的电压输出“B”端子与调节器“+”端子连接，发电机“E”端子与调节器“E”端子连接。将发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子连接，将发电机“E”端子与实验台“发电机地线”端子连接。
⑷ 用钳式万用表测量发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子接线的电流。先顺时针调节调速手轮28将发电机转速升高到1700r/min以上，然后逆时针调节调速手轮28缓慢降低发电机转速，直至输出电流介于额定电流的5%和2A之间（但不能低于2A），记录其转速和电流以供图解零电流转速使用。
将电流—转速特性曲线延长至与横坐标相交，该交点的转速即为零电流转速，填入表2-3。绘制电流—转速特性曲线。
3、最小工作电流试验
对交流发电机进行最小工作电流（即1500r/min输出电流）试验的方法如下：
⑴ 按试验要求连接交流发电机、调节器和试验台；
⑵ 交流电源三相四线380V和直流电瓶12V正确接入试验台，将总电源开关1打开，此时交流指示灯3亮，然后将功能开关2—“发电机起动机选择”拨到“2”位置即“发电机位”。将发电机的转向选择控制开关5转向左档，发电机将逆时针旋转（从实验台左向右看）。顺时针调节负载手轮27，使电阻最大。
⑶ 将发电机磁场绕组“F”与调节器“F”端子连接，发电机的电压输出“B”端子与调节器“+”端子连接，发电机“E”端子与调节器“E”端子连接。将发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子连接，将发电机“E”端子与实验台“发电机地线”端子连接。
⑷ 用钳式万用表测量发电机的电压输出“B”端子与实验台“电压输出+”端子接线的电流。先顺时针调节调速手轮28将发电机转速升高到1500/i r/min，从实验台下拆下蓄电池，调节负载电阻使实验台上的电压表示数为13.5V，记录钳式万用表示数为最小工作电流。

交流发电机输出特性试验 表2-3
空载转速（r/,min）
零电流转速（r/,min）
最小工作电流（A）

五、思考题
1.空载特性和外特性实验时为什么不能带调节器？
2.交流发电机的工作过程。
实验三 车用低压电器电路实验
一、实验目的
1、掌握汽车电路特点
2、熟悉汽车低压电路用电设备的工作
二、实验原理
汽车电路基本特点是：低压、直流、负极搭铁、单线并联。
低压：额定电压6V、12V、24V，汽油机普遍采用12 V电源，柴油机多采用24 V。汽车运行中的电压，一般12V系统为14 V，24 V系统的为28V。
直流：蓄电池、交流发电机+整流电路
（发电机与蓄电池并联，蓄电池负极必须搭铁。蓄电池正极经电流表（或直接）接法电机正极，蓄电池静止电动势常在11.5V～13.5V，发电机输出电压常限定在13.8V～15V之间（24V电系28V~30V）。发电机工作时正常电压比蓄电池电压高0.3～3.5V，这主要是为了克服线路压降，使蓄电池充电时既能充足，又不至于过度充电。）
负极搭铁：蓄电池正极线直接与各用电设备连接，蓄电池负极线直接搭在车架金属机件上，用电设备的负极线也就近搭在车架金属机件上，利用发动机和汽车底盘（粱架）的金属体作公共通道。这种负极线与车体相连接的方式就称为搭铁，也称为接地或接铁。负极搭铁具有对电子器件干扰少，对车架及车身电化学腐蚀小，联接牢固的优点，现在绝大多数汽车是负极搭铁。这些搭铁线形式与普通导线有所不同，一般是扁平的铜质或铝质编织线，电流承载量大。
单线并联：电源到用电设备只用一根导线连接，而用金属机件作为另一根公共回路线的连接方式称为单线制。绝大部分用电设备都是并联在电源上。故当一条支路发生故障时，并不影响其他支路设备的正常工作。
喇叭继电器：当按下喇叭按钮，继电器线圈得点，继电器常开触点闭合，蓄电池电压加至喇叭。利用继电器的常开触点、电喇叭、蓄电池等构成喇叭的驱动电路。
喇叭继电器的作用：就是利用铁心线圈的小电流控制继电器的常开触点流经的大电流，从而保护喇叭开关。

图1 喇叭继电器电路
电动车窗主要由车窗升降器、电动机、继电器、开关等组成。其中使用的电动机有永磁电动机和串励电动机，电动机必须双向运转，可以实现车窗的上升和下降运动。电动车窗可使驾驶员或乘客利用开关升降车窗玻璃，操作简便、安全。所有车窗系统都装有两套控制开关，一套装在仪表板上，为总开关，它由驾驶员控制每个车窗升降。另一套分别装在每个车窗中部，为分开关，可由乘客进行操纵。

图2 升降器及电动机
为了便于驾驶员调整后视镜的角度，很多轿车安装了电动后视镜，驾驶员在行车时便可方便地对左右后视镜的角度进行随时调节。
电动后视镜主要由调整开关、双电动机、传动和执行机构、外壳及连接件等组成。反射镜的背后装有两套电动机和驱动器，可操纵反射镜上下及左右转动。通常上下方向的转动用一个电动机控制，左右方向的转动用另一个电动机控制。通过改变电动机的电流方向，就可完成对后视镜的上下左右方向的调整。

图3 电动后视镜结构

图4 电动后视镜电路图
三、实验仪器及材料
桑塔纳3000实验车。
奥德赛实验车。
奥迪100实验车。
四、实验步骤
1、结合奥迪100汽车，找到喇叭控制电路，检查该系统是否正常工作。
2、拆卸奥迪100的自动门窗调整机构，深刻认识和理解该机构的工作原理。
3、接通点火开关，结合桑塔纳3000和奥德赛熟悉后视镜和自动门窗的工作原理。
五、思考题
1、电动后视镜有何作用？
2、采用自动车窗调整机构的汽车有哪些好处？
实验四 模拟电路元件认识实验
一、实验目的
1.熟悉模拟电路元件的外形
2.掌握元件的检测方法
二、实验原理及方法
1、二极管
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

图1 二极管实物
晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。
二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
正向特性
　　在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门坎电压”，又称“死区电压”，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
反向特性
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
2、三极管
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关。

图2 三极管实物
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：
　　Ie=Ib+Ic
这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即： β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为： β= △Ic/△Ib 式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
三、实验仪器及材料
二极管，三极管，万用表
四、实验步骤
1.检测二极管：
测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX10档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。
正向特性测试
　　把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。
反向特性测试
把万用表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，二极管就是合格的。
2.检测三极管
三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。
测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。
假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。
找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。
找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。
(1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致顺箭头，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。
(2) 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。
五、思考题
1、二极管汽车发电机上有和应用？
2、三极管电路在汽车电路中有哪些应用？