4-1 常见电子元器件认知及测量（课件）《新能源汽车电学基础与高压安全）（机工版）

和汽车新时代的领导者一起成长 《新能源汽车电学基础与高压安全》 能力模块四 常见元器件认知及测量 1 常见电子元器件认知及测量 汇报人： 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 可变电阻 01 （一）定义 可调电阻也叫可变电阻，可调电阻是电阻的一类，可调电阻的电阻值的大小可以人为调节，以满足电路的需要。 （一）定义 ①电子元器件可调电阻 ②瓷盘可调电阻 ③贴片可调电阻 ④线绕可调电阻 可调电阻按照电阻值的大小、调节的范围、调节形式、制作工艺、制作材料、体积大小等等可分为许多不同的型号和类型，如分为： （一）定义 可调电阻的标称值是标准可以调整到最大的电阻阻值，理论上，可调电阻的阻值可以调整到0与标称值以内的任意值上，但因为实际结构与设计精度要求等原因，往往不容易100%达到“任意”要求，只是“基本上”做到在允许的范围内调节，从而来改变阻值。 （一）定义 如图所示，为智能电学套装中的可变电阻，通过十字螺丝刀旋转中间的螺丝，可以调节电阻的大小，是可变电阻的一种。 （二）基本原理 常见的可调电阻主要是通过改变电阻接入电路的长度来改变阻值。 ②对光敏感的电阻，通过改变光照强度来达到改变阻值的目的，这叫光敏电阻；除此之外，还有压敏电阻、气敏电阻等。 ①对于对温度较敏感的电阻也可通过改变温度来达到改变阻值的目的，这叫热敏电阻； 可变电阻可以逐渐地改变和它串联的用电器中的电流，也可以逐渐地改变和它串联的用电器的电压，可以起到保护用电器的作用。在实验中，它可以起到辅助获取多组数值的作用。 （四）分类 由电阻丝绕成线圈，通过滑动滑片来改变接入电路的电阻丝长度，从而改变阻值。 滑动变阻器的构成，如图所示。 连接电路时一般将其串联，且“一上一下”连接，称为限流式接法。 1 滑动变阻器 （四）分类 2 电阻箱 如果需要知道连入电路的电阻的阻值，就要用到电阻箱。电阻箱如图所示。 电阻箱是一种可以调节电阻大小，并且能够直接显示出电阻阻值的变阻器。 （四）分类 3 电位器 电位器是可调电阻的一种，通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。 电位器的作用是调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。 （四）分类 3 电位器 电位器大多是用作分压器，这时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器。电位器样式如图所示。 （四）分类 3 电位器 电位器按材料分，有线绕电位器、炭膜电位器、实芯式电位器； 电位器主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音箱和接收机中作音量控制用。 按输出与输入电压比与旋转角度的关系分：直线式电位器、函数电位器。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 线圈和电感 02 （一）线圈 线圈通常指呈环形的导线绕组，最常见的线圈应用有： 马达 电感 变压器 环形天线 （一）线圈 电路中的线圈是指电感器，其中导线一圈一圈绕起来，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空心的，也可以包含铁芯或磁粉芯。线圈的电路符号以及线圈如图所示。 （二）电感 电感器（Inductor）是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。如图所示，为智能电学套装中的电感模块及电感的电路符号表示。 1 定义 （二）电感 2 结构 电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成。各种电感器如图所示。 （二）电感 2 结构 （1）骨架 骨架泛指绕制线圈的支架。 > （2）绕组 绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是电感器的基本组成部分。 > （3）磁心与磁棒 磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状。 > （二）电感 2 结构 （4）铁心 铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。 > （5）屏蔽罩 为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作，就为其增加了金属屏幕罩 > （6）封装材料 有些电感器，如色码电感器、色环电感器等，在绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。 > （二）电感 3 相关参数 电感的重要参数有五个： （1）电感量 也称自产生自感应能力的一个物理量。 （2）允许偏差 是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。 （3）品质因数 也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。 （4）分布电容 是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁心之间存在的电容。 （5）额定电流 是指电感器有正常工作时所允许通过的最大电流值。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 二极管、三极管、IGBT\MOS 03 （一）二极管 二极管（Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，经常应用于整流的使用。而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。 根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、肖特基二极管等。如图所示为智能电学套装中的整流二极管、肖特基二极管、稳压二极管及其电路符号。 （一）二极管 1 整流二极管 整流二极管（rectifier diode）一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。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。通常它包含一个PN结，有正极和负极两个端子。其结构如图所示。 （一）二极管 1 整流二极管 （1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。 > （2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。 > （3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。 > 整流二极管的常用参数，通常包括： （一）二极管 1 整流二极管 （4）击穿电压VB：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。 > （5）最高工作频率fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。 > （6）反向恢复时间trr：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。 > （7）零偏压电容CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。 > （一）二极管 2 肖特基二极管 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode，缩写成SBD）的简称。SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 （一）二极管 2 肖特基二极管 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属－半导体器件。如图所示，为肖特基二极管结构原理图。 （一）二极管 3 发光二极管 发光二极管，简称为LED，是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能，在现代社会具有广泛的用途，如照明、平板显示、医疗器件等。 如图所示为发光二极管。 （一）二极管 4 光敏二极管 光敏二极管，又叫光电二极管（photodiode）是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。 （一）二极管 5 稳压二极管 稳压二极管，又叫齐纳二极管（Zener diode），利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。 （二）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，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。 三极管的类型及电路符号 智能电学套装中的插件三极管和贴片三极管 （二）三极管 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。NPN管由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（Emitter）、基极b （Base）和集电极c （Collector）。如图所示，为三极管结构原理图。 （二）三极管 如图所示，为NPN型晶体管示意图。 （三）IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。 1 定义 （三）IGBT绝缘栅双极型晶体管 2 结构 如图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极，即发射极E。 （三）IGBT绝缘栅双极型晶体管 2 结构 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP（原来为NPN）晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。如图所示，为智能电学套装中的IGBT及其电路符号。 （四）MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管 金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管（field-effect transistor）。  如图所示，为智能电学套装中的两种类型的场效晶体管及其电路符号。 （四）MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管 如图所示是典型平面N沟道增强型NMOSFET的剖面图。从图中可以看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起，这样，相当于D与S之间有一个PN结。 任务导入 获取信息 任务实施 学习目标 （四）MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管 为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的。 MOSFET就有了4钟类型：P沟道增强型，P沟道耗尽型，N沟道增强型，N沟道耗尽型，它们的电路符号如图所示。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 互感器 04 （一）定义 互感器又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于量测或保护系统。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。互感器如图所示。 （二）工作原理 电流互感器原理线路图与微型电流互感器与变压器类似，也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压，而微型电流互感器变换的是电流罢了。电流互感器工作原理，如图所示。 （三）结构原理 普通电流互感器结构原理：电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。 普通电流互感器结构原理，如图所示。 （四）作用 电力系统为了传输电能，往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户，无法用仪表进行直接测量。互感器的作用，就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，便于仪表直接测量，同时为继电保护和自动装置提供电源。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 断路器 05 （一）定义 断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。 电的产生、输送、使用中，配电是一个极其重要的环节。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备，低压断路器则是一种使用量大面广的电器。断路器如图所示。 （二）工作原理 断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。 断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。 低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。空气断路器，如图所示。 （三）接线方式 ①板前 ②板后 ③插入式 ④抽屉式 断路器的接线方式有： 如无特殊要求，均按板前供货，板前接线是常见的接线方式。 （三）接线方式 板后接线方式最大特点是可以在更换或维修断路器，不必重新接线，只须将前级电源断开。 1 板后接线方式 （三）接线方式 2 插入式接线 插入式接线在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。 （三）接线方式 3 抽屉式接线 抽屉式接线是由摇杆顺时针或逆时针转动的，在主回路和二次回路中均采用了 插入式结构，省略了固定式所必须的隔离器，做到一机二用，提高了使用的经济性，同时给操作与维护带来了很大的方便，增加了安全性、可靠性。特别是抽屉座的主回路触刀座，可与NT型熔断路器触刀座通用。 和汽车新时代的领导者一起成长 inwinic 《新能源汽车电学基础与高压安全》 实训：电子元件可变电阻、二极管、三极管的测量 06 （一）设备及工具准备 序号 设备及工具名称 数量 1 智能电学套装 1套 2 导线 若干 3 绝缘台 1台 （二）场地设备准备 任务实施前需要做好场地防护准备，检查实训场地和设备设施是否存在安全隐患，如不正常需进行处理方可实施任务。 （三）安全防护准备 防护准备2 检测智能电学套装外表是否完好。 防护准备1 绝缘桌面无多余物体摆放； 任务导入 获取信息 任务实施 学习目标 步骤1：打开智能电学套装。如图所示。 （四）可变电阻的调节 （四）可变电阻的调节 步骤2：在电箱上找到电阻板的位置，智能电学箱断电，将万用表调至电阻档，较零。表笔连接在可调电阻的1与2两个端口，记录可调电阻此时的静态阻值。如图所示。 （四）可变电阻的调节 步骤3：使用合适的螺丝刀调节可变电阻的阻值，顺时针旋转时，记录端口1与2之间的阻值变化情况。逆时针旋转时，记录端口1与2之间的阻值变化情况。如图所示。 （五）二极管的测量 步骤1：打开智能电学套装。如图所示。 （五）二极管的测量 步骤2：打开智能电学套装的电源，直流电压档调至最小值。开始接电路，电源正极接发光二极管的正极，发光二极管负极接电源负极。如图所示。 （五）二极管的测量 步骤3：缓慢调节增大电压，可见发光二极管较未调节前变亮。如图所示。 （五）二极管的测量 步骤4：将直流可调稳压电源调至最小值，将电源正极接发光二极管负极，电源负极接发光二极管正极。如图所示。 （五）二极管的测量 步骤6：得出结论，发光二极管具有单方向导电性。 步骤5：缓慢调节增大直流电压，可见发光二极管一直没有亮光。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤1：打开智能电学套装，找到三角管小面板，单独使用到面板进行测试也是可以的。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤2：万用表调至二极管档位，将红表笔搭在E端口上，黑表笔搭在B端口上，记录万用表上的数值。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤3：保持黑表笔搭在B端口上，将红表笔搭在C端口上，记录万用表上显示的数值。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤4：将红表笔搭在B端口，黑表笔搭在E端口，记录万用表上的度数显示。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤5：将红表笔搭在B端口，黑表笔搭在C端口，记录万用表上的度数显示。如图所示。 （六）三极管的测量 步骤6：根据三极管三个极基极B、集电极C、发射极E，正常情况下，B、E极之间的电压应该和B、C极之间的电压相近，一般在0.6~0.7V之间，且B、E极之间的电压比B、C极之间的电压略高。反接B、E和B、C极时，应是不导通的。从而根据测量的情况，判断出三极管的好坏情况。 （1）完成智能电学套装实训指导书中，实训项目4多类型二极管测量及电路搭建； （2）完成智能电学套装实训指导书中，实训项目5 三极管极性测量及电路搭建； （3）完成智能电学套装实训指导书中，实训项目6 场效应管极性测量及电路搭建； （4）完成智能电学套装实训指导书中，实训项目7 IGBT极性测量及电路搭建； （5）完成智能电学套装实训指导书中，实训项目10电感结构原理及电路搭建。 1.参考智能电学套装的实训指导书，在教师的指导下，完成以下实训项目： 和汽车新时代的领导者一起成长 《新能源汽车电学基础与高压安全》 能力模块四 常见元器件认知及测量 感谢您的观看 汇报人： $$