5.3 三极管开关控制电路（课件）《汽车电工电子基础》同步精品课堂（人交版·第2版）

5.3 三极管开关控制电路 汽车电工电子基础人交版·第2版 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 学习目标 了解三极管开关控制状态的参数 掌握三极管开关控制电路的接法与检测 理解三极管开关控制原理 一、三极管开关电路 新知学习 在汽车电路中，三极管通常用作开关。图所示即为三极管电子开关的基 本电路图，由图可知，负载电阻接在三极管的集电极与电源之间，位于三极管 I。电流回路上。 一、三极管开关电路 新知学习 在汽车电路中，三极管通常用作开关。图所示即为三极管电子开关的基 本电路图，由图可知，负载电阻接在三极管的集电极与电源之间，位于三极管 I。电流回路上。 一、三极管开关电路 新知学习 输入电压Vg 则控制三极管开关的断开与闭合动作。当三极管在截止状态 时 ，C、E极间呈断开状态时，负载电流便被阻断；反之，当三极管在饱和状态时， C、E极间呈闭合状态时，电流便可以流通。 二、三极管开关与机械式开关的比较 新知学习 三极管开关与机械式开关的比较 (1)三极管开关不具有活动接点，因此不会有机械磨损，可以无限次使用，一 般的机械式开关，由于接点磨损，最多使用数百万次。机械式开关接点易受污损而影响工作，因此，无法在脏乱的环境下长期运作，而三极管开关既无接点又是 密封的，无此顾虑。 01 (2)三极管开关的动作速度比一般的机械式开关快，一般机械式开关的启闭 时间是以毫秒(ms) 来计算的，三极管开关则以微秒(μs) 计算的。 02 二、三极管开关与机械式开关的比较 新知学习 三极管开关与机械式开关的比较 (3)三极管开关没有跃动现象，一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的 连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。 03 (4)利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，不会有火花 产生。当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载上的电流，因此，电感 产生的瞬间感应电压将在接点上引起弧光，这种电弧不但会侵蚀接点的表面，而 且可能会造成干扰或危害。 04 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 三极管在基极电流控制下，在截止与饱和两种状态中交替变换，就如同一个 开关的断开与闭合状态交替变换一样。图所示为NPN三极管的开关状态。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 图中，当基极b 输入一个高电位控制信 号时，三极管VT进入饱和导通状态，集电极 c与发射极e 之间的电位差几乎为零，相当 于ce 之间闭合。 当基极b 高电位控制信号 撤离后，三极管VT进入截止状态，集电极c 与发射极e 之间几乎没有电流流过，相当于ce 之间断开。利用三极管的这种特性，就构 成了三极管的开关电路。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 图中，当基极b 输入一个高电位控制信 号时，三极管VT进入饱和导通状态，集电极 c与发射极e 之间的电位差几乎为零，相当 于ce 之间闭合。 R是基极限流电阻，防止基极电流过大。集 电极电阻R。是防止三极管导通时电源短路，在实际开关电路中，R。的位置由被 控电子元件取代。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 图为NPN三极管开关电路。开关电路在工作时，受控制的电子元件一 般接在集电极c 上，控制信号加在基极b 上。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 当基极b 有控制信号到来时，三极 管VT处于饱和导通状态，ce 之间相当于开关闭合，接在集电极c 上的电子元件 得电工作；当控制信号与基极b 断开时，三极管VT处于截止状态，ce 之间相当于 开关断开，电子元件的电路被切断失电，恢复初始状态。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 在汽车电子电路中，功 率较小的控制信号经过三极管开关电路，可以控制喷油器、继电器、指示灯等大 功率器件的工作。电阻R 起到限制基极电流的作用，防止因控制信号过大损坏三极管。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 二极管VD起续流作用，保护三极管免受反向电动势的损坏。三极管开 关电路在汽车电路中的应用相当广泛，主要用于电子电压调节器、电子点火器以 及各种信号报警电路等。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 电子电压调节器 通过控制励磁线圈电路通 断就可以控制流过的励磁电流的平均值的大小，从而使发电机输出电压基本稳 定在一个定值。 汽车交流发电机发出的电压随着发动机的转速和负荷会产生波动。发电机 输出电压与发电机励磁绕组通过的励磁电流成正比 电子电压调节器就是利用三极管的开关作用来控制励磁线圈电 路的通断，达到调节电压的目的。 01 02 03 电子电压调节器 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 国产JFT106 型电子电压调节器为14V外接地式，调节电压为13.8~14.6V, 可与14V 、750W的九管外接地硅整流发电机配套使用，也可与14V 、1000W的 普 通六管硅整流发电机配套使用，其电路如图所示。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 电 阻R₂ 和R₃ 并联后与R₁串联构成分压电路，接通点火开关时，蓄电池电压 加在该分压电路上，R₁上的分压经二极管VD₁和电阻R₆ 加在稳压管VS₂上，此时， R₁上的分压值低于稳压管VS₂的反向击穿电压，故VS₂截止，三极管VT,因无基极 电流而截止。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 VT, 截止时，R₅VD₃ 、R, 构成串联电路，R₇上的电压便加到VT₂的基 极，使VT₂获得基极电流而导通。VT₂、VT₃接成复合管形式(以提高放大倍数),因 而VT₃也导通。VT₃ 导通时，励磁绕组有电流通过而产生磁场。如发电机旋转， 其输出电压便会迅速升高。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 电子电压调节器虽然内部电路比较复杂，但封装后只引出三个或四个 引脚，在外观测试时表现出的就是一个受发电机输出电压控制的电子开关。 当发电机端电压超过规定值，R₁ 的分压值大于稳压管VS₂ 的反向击穿电压， 则 VS₂ 击穿导通，VD,有基极电流而导通，VT₁导通时，其集电极电位接近于零而 使 VT₂、VT₃截止，切断了发电机的励磁电路，使得发电机输出电压下降。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 电子电压调节器虽然内部电路比较复杂，但封装后只引出三个或四个 引脚，在外观测试时表现出的就是一个受发电机输出电压控制的电子开关。 当发电机输出电压小于规定值时，稳压管VS₂ 重又截止，VT,也截止，VT₂ 、VT₃ 重新导通，使励磁电路接通，发电机输出电压重新升高。如此反复，发电机输出 电压便被稳定在规定值。 三、三极管开关电路在汽车中的应用 新知学习 电子电压调节器虽然内部电路比较复杂，但封装后只引出三个或四个 引脚，在外观测试时表现出的就是一个受发电机输出电压控制的电子开关。 R₃为调整电阻，根据稳压管VS₂反向击穿电压的不同，选装不同阻值的调整电阻。 项目实训 新知学习 通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木板、器材 项目实训 新知学习 通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木板、器材 项目实训 新知学习 读识电路原理图，理解各个元件的作用。 电源： 三极管 ： 开关： 基极电阻： 灯泡： 实训步骤：三极管控制电磁阀开关电路 项目实训 新知学习 用连接导线按照积木连接示意图连接成完 整电路，注意连接前先关闭电源开关 实训步骤：三极管控制电磁阀开关电路 项目实训 新知学习 检查无误后接通电源，当开关断开时，三极 管 处 于（ ）状态，用万用表测量V=（ ） ,C、E相当于开关（ ）,灯泡 （ ） (填“亮”或“不亮”) 实训步骤：三极管控制电磁阀开关电路 项目实训 新知学习 当开关闭合时，三极管处于（ ）状态， 用万用表测量V= （ ） ,C、E相当于开关（ ） ,灯泡 （ ） ,此时对R,有何要求?（ ） 。从实训中可以得出结论，极管作为功率控制元件是以I,信号小电流 控制I。负载大电流。负载可以是多种多样的 实训步骤：三极管控制电磁阀开关电路 项目实训 新知学习 依照三极管控制灯泡电路完成三极管控制 模拟电磁阀电路，记录实验数据 实训步骤：三极管控制电磁阀开关电路 项目实训 新知学习 读识达林顿管内部结构图 拓展实训：达林顿管驱动电路实训 项目实训 新知学习 达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接法 如下：以两个相同极性的三极管为例，前面三极管集电极与后面三极管集电极 相接，前面三极管射极与后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三 极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极， 用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积 拓展实训：达林顿管驱动电路实训 知识链接：什么是达林顿管? 项目实训 新知学习 用连接导线按照积木板连接示意图连接成 完整电路，注意连接前先关闭电源开关 拓展实训：达林顿管驱动电路实训 项目实训 新知学习 检查无误后接通电源，当开关断开时，达林 顿管处于（ ）状态，灯泡（ ） ( 填 “亮”或“不亮”) 拓展实训：达林顿管驱动电路实训 项目实训 新知学习 当开关闭合时，达林顿管处于（ ）状 态，灯泡 （ ） 拓展实训：达林顿管驱动电路实训 随堂练习 (1)三极管放大特性在汽车上有哪些应用? (2)收集汽车电路图，分析有三极管控制的部分的电路原理。 课堂练习 三极管开关电路中，当三极管工作在饱和区时，其集电极与发射极之间的电压（ ）。 A. 很高 B. 很低 C. 不变 D. 无法确定 答案：B 解析：在饱和区，三极管的集电极与发射极之间的电压非常低，通常接近于0V 课堂练习 在汽车电子电路中，三极管作为开关使用时，其基极输入信号通常是（ ）。 A. 直流信号 B. 交流信号 C. 脉冲信号 D. 模拟信号 答案：C 解析：三极管作为开关时，基极输入的通常是脉冲信号，用于控制三极管的导通和截止 课堂练习 三极管开关电路中，当三极管处于截止状态时，其集电极电流（ ）。 A. 最大 B. 最小 C. 不变 D. 无法确定 答案：B 解析：在截止状态，三极管的集电极电流为0 课堂练习 三极管开关电路中，NPN型三极管导通的条件是（ ）。 A. 基极相对于发射极为正电位 B. 基极相对于发射极为负电位 C. 基极相对于集电极为正电位 D. 基极相对于集电极为负电位 答案：A 解析：NPN型三极管导通时，基极相对于发射极必须为正电位 课堂练习 在汽车电子控制系统中，三极管开关电路常用于（ ）。 A. 点火控制 B. 照明控制 C. 发动机控制 D. 以上都是 答案：D 解析：三极管开关电路可用于汽车的点火控制、照明控制以及发动机控制等多个方面 课堂练习 三极管开关电路中，当三极管处于饱和状态时，其集电极电流（ ）。 A. 最大 B. 最小 C. 不变 D. 无法确定 答案：A 解析：在饱和状态，三极管的集电极电流达到最大值 课堂练习 三极管开关电路中，PNP型三极管导通的条件是（ ）。 A. 基极相对于发射极为正电位 B. 基极相对于发射极为负电位 C. 基极相对于集电极为正电位 D. 基极相对于集电极为负电位 答案：C 解析：在数字电路中，三极管主要用作开关元件 答案：B 解析：PNP型三极管导通时，基极相对于发射极必须为负电位 课堂练习 在汽车电子电路中，三极管开关电路的作用是（ ）。 A. 放大信号 B. 转换信号 C. 控制电路通断 D. 稳压 答案：C 解析：三极管开关电路的主要作用是控制电路的通断 课堂小结 感谢观看 $$