第一章　摩托车电路图基础知识

第一节　电学基础

一、电路

电流所流过的路径叫电路，如图1-1所示。图1-1（a）所示为电路，合上开关时，因电流流过小灯泡，小灯泡发光。干电池、小灯泡、开关和连接导线就构成了一个简单的电路。一般电路都是由电源、负载、开关（控制元件）和连接导线四个基本部分组成。

1.电源

是指将非电能转换为电能（如干电池将化学能转换为电能，发电机将机械能转换为电能），向负载提供电能的装置。常见的电源有干电池、蓄电池、发电机等，如图1-2所示。

2.负载

负载就是用电器，它是将电能转换成其他形式能的电气元件或设备。如灯泡，将电能转换为光能，电喇叭将电能转换为声能等，如图1-3所示。

3.开关

开关是控制元件的一种，是用来控制电路接通和断开的电气元件。控制元件有很多种，如继电器、各种开关、晶体管等。

4.连接导线

连接导线是将电源、负载、开关互相接通的连接线，担负着传输和分配电能的任务。

二、电路图

用统一规定的符号表示电路连接的图叫电路图［见图1-1（b）］。电路通常有以下三种状态。

1.通路

如图1-4（a）所示，通路是指电流能在其中流通的电路，又称闭路，此时电路有工作电流。

2.断路

断路又称开路，如图1-4（b）所示，断路是指电路中某处断开（如开关断开或自然故障断开），不能形成通路的电路，此时电路中没有电流。

3.短路

如图1-4（c）所示，短路是指电路（或电路中一部分）被短接。如负载或电源两端被导体直接连接在一起就称为短路，此时电源提供的电流将比通路时提供的电流大很多倍，因此，一般不允许短路。

如果在供电系统中短路，则属严重事故；如在摩托车电路中发生短路，将烧坏导线或电缆，时间长了，还会烧坏电源设备。

三、电路的连接方式

1.串联电路

两个或两个以上的用电器相连接，其中第一个用电器的末端与第二个的首端相接，第二个的末端与第三个的首端相接，……然后第一个用电器的首端和最后一个的末端接在电源上，这种电路叫串联电路，如图1-5所示。在串联电路里，任何一个用电器断开，整个电路便停止工作。

串联电路的特点：电路各处电流强度相等；总电压等于各段导体两端电压之和；总电阻等于各段电阻之和。

2.并联电路

把用电器的一端连接于电路的某一点，另一端连接于电路的另一点，并且在电路的两点之间同时接有多个用电器，这种电路叫并联电路，如图1-6所示。并联电路当某一用电器停止工作时，不会影响其他用电器的正常工作。

并联电路的特点：总电流强度等于各支路电流强度之和；各支路两端的电压相等；总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和，总电阻小于任何一支路的电阻。

四、基本物理量与电磁感应

1.基本物理量

（1）电压

在正常的状态下，物体内部都存在着等量的正电荷和负电荷，对外呈中性（不带电）。实验得知，异性电荷（正电荷与负电荷）互相吸引，同性电荷相互排斥。电学规定，把移动正电荷时克服电荷间吸引力所做的功称为电势差（也称电位差）。电势差也称为电压，用符号“U”表示；电压的单位为伏［特］，用符号“V”表示；通常以大地的电位为标准，称作零电位。

（2）电流

在电势的作用下，电荷通过导体沿一定的方向流动称作电流。电流的强度是以单位时间内通过电荷的多少来衡量，用符号“I”表示；电流强度的单位为安［培］，用符号“A”表示。通常规定正电荷移动的方向为电流方向。电流的方向恒定不变的称为直流电；电流的方向随时间周期性变化的称为交流电。

（3）电阻

电荷在导体内流动时，必须克服导体内电荷的吸引力和导体内自由离子的碰撞而产生的阻力。这种导体对电荷流动的阻碍作用称作导体的电阻，用符号“R”表示；电阻的单位为欧［姆］，用符号“Ω”表示，电阻值的单位还有兆欧（MΩ）、千欧（kΩ）等。

电阻较小的物体（如金、银、铜、铁等）称作导体，电阻较大的物体（如塑料、陶瓷、橡胶等）称作绝缘体，界于导体与绝缘体之间的某些物体（如硅、硒、锗等）称为半导体。

电阻有时也称作电阻器。几乎在所有的电路中，为了有效地控制电压和电流，都要用到它。其功能大致归纳为降低电压、分配电压、限制电流、为各种电子电路元器件提供必要的工作条件（如电压、电流）。

常用的电阻器种类很多，按其结构形式分，有固定电阻器、可变电阻器和电位器三种；按其材质来分，又有碳膜电阻器、碳质电阻。电阻器、金属膜电阻器、线绕电阻器等。图1-7所示为不同形状的

（4）欧姆定律

在电路中，电流I与电压U成正比，与电阻R成反比。用公式表示为

I=U/R

这就是电学中最基础的欧姆定律。

（5）电功率

在电路中，电流I与电压U的乘积称为电功率，用符号“P”表示；电功率的单位为瓦［特］，用符号“W”表示。电功率公式为

P=IU

2.电磁感应

（1）电磁现象

①电流的磁效应。在通电导体周围空间出现磁场的现象叫作电流的磁效应，这个磁场叫电磁场。

②通电螺线管的电磁场。通电螺线管周围形成与条形磁铁相似的电磁场。在螺线管中插入软铁芯，使磁场更强。电磁铁磁性的强弱随线圈中电流强度的大小而改变。

摩托车上用的电喇叭、继电器、调节器就是利用这个原理制成的。

③磁场对电流的作用。通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用。而通电的矩形线圈在磁场中，就会受到方向相反的一对力偶作用，使线圈发生转动。

摩托车用的起动机、各种直流电动机和电流表都是根据这个原理工作的。

（2）电磁感应

闭合电路的一部分导体在磁场中，作切割磁力线运动时，导体中产生电流的现象叫电磁感应。由于电磁感应而产生的电流叫感生电流。

闭合导体切割磁力线的运动是相对的。磁体运动（磁场运动）时，也可以在静止线圈中产生感生电流。

五、电气元件

1.电容器

电容器用C表示，是各种电路的主要元件之一。它和电阻器一样，几乎每种电子电路（包括摩托车电子电路）都离不开电容器。图1-8所示为不同形状的电容器。

（1）功用

电容器通常也叫作电容。其功用有调谐、耦合、滤波、去耦、通交流隔直流等，也可短时兼作电源。

（2）分类

电容器的种类很多，按其结构形式可分为固定电容器、可变电容器和半可变（微调）电容器三大类。常用的电容器，按其电介质可分为纸介电容器、油浸纸介电容器、金属化纸介电容器、云母电容器等。

（3）结构

电容器通常是在两块金属中间夹着一层绝缘体（又称电介质）构成。当在两个金属电极间加上电压时，电极就会储存电荷。所以，电容器实际上是一种储能元件。

（4）电容器计量单位

电容量的计量单位是法拉（F），另外还有微法（μF或μ）和皮法（pF或p），电容器的电容量常以μF为单位。它们的换算关系是：

1F=106μF　1μF=106pF

2.电感器

（1）定义

电感元件是指电感器（电感线圈）和各种变压器。电感器是电子电路最重要的元件之一，它和电阻、电容、晶体管进行恰当的配合，从而构成具有各种功能的电子电路。电阻、电容和电感，一般称为无源元件（晶体管、集成电路等通常称作有源器件）。图1-9所示为不同形状的电感器。

（2）电感器的种类

电感线圈的种类很多，按其电感形式可分为固定电感线圈和可变电感线圈。按导磁体的性质来分，又可分为空心线圈、铁芯线圈和铜芯线圈等。

（3）电感器的结构及其特点

把漆包线或纱包线等导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数就构成了线圈（又称电感器），用字母L表示。线圈有空气芯、磁芯两种。线圈的电感量有固定的，也有可以调节的。

（4）电感

当交变电流通过线圈时，线圈两端就会感应出一个方向相反的，总是阻止交流电变化的自感电动势。这种对交变电流的阻碍作用叫作感抗，用XL表示。感抗不消耗功率，与正弦交流电压、电流间也遵循欧姆定律。

（5）电感器的主要技术参数

电感器的主要参数有电感量、品质因数（即Q值）等。电感量表示单位时间内，电流变化的数量一定时，线圈两端产生自感电动势大小的能力，用字母L表示；电感量的单位是亨利（H）（即线圈中通过每秒1A最大变化电流时，其两端能产生1V自感电动势，该线圈的电感为1H），另外还有毫亨（mH）、微亨（μH）。

Q值表示高频电流在通过线圈时的功率损耗。Q值愈大，表示线圈的功率损耗愈小。

六、晶体管与集成电路

1.二极管

图1-10所示为二极管的结构示意图及其符号。

（1）晶体二极管的种类与结构

①按其功用与用途来分，可分为一般二极管和特殊二极管。一般二极管有检波二极管、整流二极管、开关二极管等；特殊二极管有稳压二极管、光电二极管、发光二极管、激光二极管。如图1-11所示。

②按其结构分，主要有点接触型二极管和面接触型二极管两种。点接触型二极管可工作在很高的频率下，但不能承受很高的反向电压，只能通过较小的电流，常用于检波、变频等电路，而不适用于组成整流电路。面接触型二极管能够承受较大的正向电流和较高的反向电压，其性能比较稳定，但不适用于高频电路。大多应用于整流和稳压电路。

③从其材料来看，又有硅二极管（硅管）和锗二极管（锗管）两种。目前，硅管和锗管的应用极为广泛，它们虽然都是由PN结构成，但因其材料不同，故其性能也有所不同。

④从外观上分类，常见的有玻壳二极管、塑封二极管、金属壳二极管、大功率螺栓状金属壳二极管、微型二极管、片状二极管等，如图1-12所示。

（2）二极管的工作特性

二极管具有单向导电特性。当正向连接时，二极管电阻较小，具有导体的导电性能；当反向连接时，二极管电阻很大，具有绝缘性能。

二极管的表示符号如图1-13（a）所示，二极管有两个电极，一个是阳极A，一个是阴极C。二极管具有单向导电性，即当阳极A的电位高于阴极C的电位时，二极管的两极间表现为导通，呈现导体的特征［图1-13（b）］；当阳极A的电位低于阴极C的电位时，二极管两极间表现为不导通，呈现绝缘体的特性［图1-1（3c）］。在导通状态下，由于二极管有一定电阻，所以在二极管两极之间有一定的电位差。

在摩托车电气设备中，利用二极管的单向导电性，可以将交流发电机发出的交变电流变为单一方向流动的直流电。

（3）二极管的识别

如图1-14所示，二极管的型号一般由5部分组成。第1部分用数字“2”表示二极管，第2部分用字母表示材料和极性，第3部分用字母表示类型，第4部分用数字表示序号，第5部分用字母表示规格。

二极管型号的具体含义如表1-1所示。如2CZ55A为N型硅材料整流二极管，2AP9为N型锗材料普通检波二极管，2CK71B为N型硅材料开关二极管。

（4）二极管的极性

二极管的两引脚有正、负极之分，如图1-15所示。

①在二极管电路符号中，三角一端为正极，短杠一端为负极。

②在二极管实物中，有的二极管将电路符号印在二极管上并标示出极性；有的在二极管负极一端印上一道色环作为负极标记；有的二极管两端形状不同，平头为正极，圆头为负极，使用中应注意区别。

（5）稳压二极管

二极管还有一种类型，叫作稳压二极管，它同样具有单向导电的性质，因为它具有稳定电压的特点，所以叫稳压二极管。不过，它的作用主要是用来稳压，即如果反向加电压到稳压二极管上，当电流超过很小值后，稳压二极管两极之间的反向电压几乎维持不变，这时处于反向导通状态。利用这一性质，能在电路中提供稳定的电压，表示符号如图1-16所示。

一般二极管加反向电压时，二极管不导通；当反向电压增长到某一数值以后，二极管被击穿而损坏。而稳压二极管则不然，当反向击穿后，能使通过管子的电流在很大范围内变化，但是管子两端的电压却变化很小，而且当反向电压去除后仍能恢复正常，本身并没有损坏。

（6）发光二极管（LED）

发光二极管是一种固态发光器件。具有体积小、亮度高、工作电压低、频率响应快、使用寿命长（可超过5万小时）等优点。由于管壳起到透镜的作用，因此，可以利用它来改变发光形式和颜色，以适应不同的用途。图1-17所示为发光二极管的结构。发光二极管的基本部分是采用某种特殊半导体材料做成的PN结，外加正向电压而放出能量，从而产生一定波长的光。

1—二极管芯片；2—塑料外壳（透镜）；3—导线；4—阳极引线；5—阴极引线；6—阴极缺口标志

发光二极管的发光强度取决于通过二极管的结电流的大小。由于发光二极管的正向电阻很小，因此，必须使用串联电阻器，以限制其电流。发光二极管的外加电压较低，当以1.5～2.0V的正向电压加到二极管时，二极管就导通，二极管芯片便发光；当以反向电压加到二极管时，二极管截止，不再发光。

它能在极短的时间内断通（一般只需1/2ms）。单个PN结用环氧树脂可封装成半导体发光二极管，多个PN结可按段式或点阵式封装做成半导体数码管或点阵式显示器。

2.三极管

（1）三极管结构

晶体三极管（以下简称三极管）是由两个PN结构成的。由于这两个PN结的性质和作用不同，分别称为发射结和集电结。整块晶体也因而被划分为发射区、基区和集电区。从这三个区各引出一个电极，分别称为发射极、基极和集电极，三极管在电路中主要起对小信号进行放大的作用。

（2）分类

根据半导体材料的性质，三极管分为PNP型及NPN型两种。PNP型管子的基区为N型半导体，两边为P型半导体；NPN型管子的基区为P型半导体，两边为N型半导体。三极管的实物外形、内部构造及在电路中的符号如图1-18所示。

根据半导体的材料，三极管又分为硅管和锗管。

（3）三极管所组成的三种基本放大电路

放大作用是晶体三极管的基本特性。利用这种特性，可以用三极管组成各种各样的放大电路。

图1-19是由三极管所组成的三种基本放大电路。这些电路由于其公共端电极的选择不同，故它们的接法不同。

图1-19（a）是共发射极电路，三极管的发射极是公共端（接地），信号由基极输入，从集电极输出。这是最常用的放大电路。

图1-19（b）是共基极电路，三极管的基极是公共端，信号由发射极输入，从集电极输出。

图1-19（c）是共集电极电路，三极管的集电极为公共端，信号从基极输入，从发射极输出。

3.晶闸管（SCR）

晶闸管上有三个电极，即阳极A、阴极C和控制极G，其符号如图1-20所示。晶闸管有下列特性。

①当晶闸管阳极A与阴极C间加正向电压，控制极G与阴极C之间加一正向电压（控制极G电位高于阴极C电位）时，晶闸管阳极A与阴极C之间呈现导通状态，如图1-21（a）所示。

②当阳极A与阴极C已处于导通状态时，撤掉控制极G与阴极C间的正向电压（开关S打开）时，晶闸管仍处于导通状态，如图1-21（b）所示。

③当阳极A与阴极C之间加反向电压时，晶闸管阳极A与阴极C呈现不导通，如图1-21（c）所示。

④当控制极G与阴极C间加反向电压（控制极G电位低于阴极C电位）时，晶闸管阳极A与阴极C之间呈现不导通，如图1-21（d）所示。

概括地说，在反方向上，晶闸管与二极管一样，即使加电压，电流也不导通；在正方向上，通常状态下电流也不能导通；但是，如果在控制极G上加以一定的正向电压，则会使晶闸管进入“开”的状态，即控制晶闸管进入正向导通。如果从阳极A到阴极C的电流改变了方向，或者正极上电压变成为零，晶闸管就回复成“关”的状态。

4.集成电路

如图1-22所示，集成电路是在一块体积很小的半导体基片上，通过特殊的工艺制作出几十、几百甚至上万个半导体元器件，并将它们连接成特定功能的电路。集成电路与分立元件相比，具有体积小、重量轻、可靠性高、功耗低、成本低等优点。因此，近年来在摩托车电子设备控制系统中的应用越来越广泛。

集成电路可分为半导体集成电路和混合集成电路两大类。前者是将晶体三极管、二极管、电阻、电容等元件同时制作在一块硅基片上而成；后者则是把电阻、电容等元件和配线做在绝缘膜片上，再将晶体三极管、二极管等装上。根据绝缘膜片的厚度，可分为薄膜混合集成电路和厚膜集成电路。

集成电路按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路。几乎所有的集成电路都有两个或三个以上电源接线端。