Базовая электроэнергия
Электричество определяется как движение электронов от одного атома к другому. Для понимания электричества необходимо основное объяснение атома.
Вся материя состоит из молекул. Атом - это наименьшая частица, к которой можно свести молекулу.
Атомы состоят из:
Электроны - отрицательно заряженные частицы, вращающиеся вокруг ядра.
Протоны - положительно заряженные частицы в ядре.
Нейтроны - незаряженные частицы в ядре, стабилизирующие протоны.
Схема №193
Атом сбалансирован или проявляет нейтральный заряд, когда число протонов и электронов равно.
С помощью различных средств (например, химической реакции в автомобильной батарее) электроны смещаются со своей нормальной орбиты.
Эти смещенные электроны прикрепляются к другим атомам, создавая дисбаланс в количестве электронов и протонов в обоих атомах.
Атомы, которые высвобождают или отталкивают электрон, становятся положительно заряженными из-за большего числа протонов. Эти атомы называются «Положительными ионами».
Атомы, которые захватывают или приобретают дополнительные электроны, становятся отрицательно заряженными и называются «отрицательными ионами».
Отрицательные ионы будут пытаться отталкивать лишний электрон, а положительные - притягивать его.
Движение свободных электронов от одного атома к другому называется потоком электронов или потоком электрического тока.
Этот поток электронов не означает, что один электрон проходит по всей длине провода.
Поток электронов - это движение свободных электронов от атома к атому и передача электрического импульса от одного конца проводника к другому.
Постоянная разбалансировка и перебалансировка атомов происходит менее чем за одну миллионную долю секунды.
Схема №194
Схема №195
Схема №196
Электродвижущая сила
Трение, свет, тепло, давление, химическая реакция или магнитное действие - все это способы освобождения электронов. Свободные электроны отойдут от «Силы движения электронов»(ЭДС). Поток свободных электронов образует электрический ток.
| EMF | Метод | Автомобильное использование |
|---|---|---|
| Трение | Статика, ходьба по ковру | Электростатическое поле, конденсатор |
| Свет | Фотоэлемент, управление светом | Датчики фар и зеркал |
| Давление | Пьезоэлектрический, Динамики, Микрофон | Датчики детонации и бокового удара |
| Химический | Сухие/влажные батареи | Первичный автомобильный EMF, аккумулятор |
| Магнитный | Электромагнитная индукция, катушки | Вторичная автомобильная EMF, генератор |
МЕТОД EME
Батарея и генератор являются первичными и вторичными средствами, с помощью которых свободные электроны генерируются в автомобилях.
Химическая реакция, происходящая в батарее, создает электродвижущую силу (ЭДС), которая обеспечивает нас положительными ионами и отрицательными ионами.
Генератор через магнитную индукцию - другой наш источник свободных электронов. (Положительные и отрицательные ионы)
Положительные ионы собираются на положительной клемме батареи, а отрицательные ионы собираются на отрицательной клемме батареи.
Положительные и отрицательные ионы не дают никакой энергии, если не установлен путь между ними. Этот путь обычно имеет форму нагрузки (например, лампочки, электродвигателя или другого потребителя электроэнергии), расположенной поперек положительной и отрицательной клемм батареи либо непосредственно, либо через провода.
Схема №197
Схема №198
Теория потока электронов
Свободные электроны выталкиваются из отрицательного полюса батареи через проводник к положительному полюсу. Когда путь установлен, электроны имеют путь от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи.
Этот маршрут может принимать электроны через провода, двигатели, лампочки или других потребителей электроэнергии.
Задача электронов всегда состоит в том, чтобы вернуться к источнику их энергии, которым является батарея.
Теория потока электронов представляет фактический путь электронов в электрической цепи, от отрицательного к положительному.
Схема №199
Традиционная теория потока электронов
До того, как Наука дала представление об электроне, обычно считалось, что электричество (электроны) перетекает из положительного заряда в отрицательный.
Большинство электрических символов, монтажных схем и обучения основано на «Обычной теории потока электронов», которая утверждает, что электроны текут от положительных к отрицательным.
С этого момента все ссылки на течение тока будут определяться обычной теорией течения электронов.
Традиционная теория потока электронов. иногда называют Автомобильной теорией потока электронов.
Схема №200
Примечания:
Напряжение
Потенциал протекания электронов измеряется в вольтах.
Представьте себе напряжение как давление, движущую силу (давление), толкающую электроны из положительного в отрицательный.
Схема №201
«Один вольт - это разность потенциалов, необходимая для проталкивания одного Ампера тока через один Ом сопротивления».
Напряжение присутствует между двумя точками, когда в одной точке существует положительный заряд, а в другой - отрицательный.
Величина имеющегося напряжения зависит от количества ионов на каждом выводе батареи.
Схема №202
Схема №203
Напряжение - это разность потенциальных зарядов между положительной и отрицательной клеммами в батарее. Если один вольт способен толкать «х» величину тока, два вольта могут толкать 2х, три вольта 3х и так далее.
| Напряжение | Процент | Теоретический ток |
|---|---|---|
| 12,6 В | 100% | 10 Ампер |
| 11,6 Вольт | 92% | 9,2 А |
| 11,0 Вольт | 87% | 8,7 А |
| 10,5 Вольт | 83% | 8,3 А |
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРЯЖЕНИЯ
ПримечаниеВажно поддерживать надлежащее напряжение. По мере падения напряжения падает и емкость для протекания тока.
Ампер
Единицей измерения тока является «Ампер», обычно называемый «Ампер».
Ампер - это счет электронов, протекающих по проводнику мимо данной точки. Один ампер тока равен 6,23 миллиарда (6,23 10 18) электронов, движущихся мимо точки за одну секунду.
Амперы позволяют измерять объем электрической энергии «ампер», протекающей по проводу или электропотребителю.
Схема №204
Омы
«Сопротивление» цепи противодействует протеканию тока. Единицей измерения сопротивления является «Ом».
Один Ом определяется как величина сопротивления, которая позволит одному амперу протекать при проталкивании на один вольт давления.
Сопротивление замедляет протекание тока (уменьшает количество протекающих электронов).
Сопротивление превращает электрическую энергию в другую форму энергии (например, тепло, свет или движение).
Схема №205
| Единица измерения | Символ | Базовая единица | Единицы |
|---|---|---|---|
| В | V, U или E | В | V = вольт = 1 вольт мВ = милливольт = 0 001 вольт КВ = киловольт = 1 000 вольт |
| Ампер | Amp, A или I | Усилитель | А = А = 1 А мА = мА - 0 001 А КА = кА = 1 000A |
| Ом | Омы | Ом | 1Ом = 1 Ом МОм = миллиом = 0 001 Ом К = килоом = 1 000 Ом М = Мегаом = 1 000 000 Ом |
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Схемы
Электричество должно иметь полный или замкнутый контур для протекания. «Цепь» определяется как непрерывная непрерывная траектория, которая начинается и заканчивается в одной и той же точке. В автомобиле эта точка - аккумулятор. Поток электронов должен быть от аккумулятора через проводку и потребителей обратно к аккумулятору. Этот поток представляет собой полный контур.
Типичная схема будет содержать:
- Батарея и/или генераторная система (ЭДС или источник электронов)
- Проводники (проводка для доставки электронов к потребителям)
- Потребители (нагрузка, приходящаяся на систему)
Любой обрыв или прерывание в этой цепи приведет к прекращению работы цепи.
Схема №206
Схема №207
Существует три основных типа схем:
- Серия
- Параллель
- Последовательный/параллельный
Последовательная цепь
Последовательная цепь обеспечивает один путь для протекания тока. Этот путь идет от источника тока (батареи) через проводник, потребитель и обратно к источнику.
Последовательная цепь обеспечивает постоянный ток (амперы) через всю цепь. Амперы, измеренные в любых двух местах цепи, будут равны.
Схема №208
Параллельная цепь
Параллельная цепь обеспечивает несколько токовых путей. В параллельной цепи все положительные клеммы компонента подключены к одной точке, а все отрицательные клеммы компонента подключены к другой общей точке. Напряжение источника одинаково на всех нагрузках.
Протекание тока в параллельной цепи будет равно сумме токов, протекающих по каждой ветви цепи.
Схема №209
Последовательно-параллельная цепь
Последовательно-параллельная цепь содержит части пути тока, которые находятся последовательно друг с другом, и другие части пути, которые параллельны друг другу. Схема фар обычно представляет собой такой тип последовательной/параллельной схемы. Выключатель фар находится последовательно с фарами, а фары находятся в параллельных ветвях друг с другом.
Схема №210
Короткое замыкание
Любое повреждение цепи классифицируется как короткое замыкание.
Существует три типа общих отказов, которые могут возникнуть в цепи:
- Обрыв цепи - обрыв на пути протекания тока
- Короткое замыкание на массу - цепь заземлена перед нагрузкой
- Короткое замыкание на мощность - цепь подвержена воздействию напряжения другого источника
Схема №211
Закон Ома
Ключом к интеллектуальному устранению неисправностей электрических цепей является глубокое понимание закона Ома. Закон Ома гласит, что ток, протекающий в цепи, изменяется прямо с напряжением и обратно пропорционально сопротивлению.
Давление в один вольт, приложенное к одному Ом сопротивления, вызовет протекание одного ампера тока. При повышении напряжения ток будет возрастать. При увеличении сопротивления ток будет уменьшаться.
Знание любых двух из трех факторов (вольт, сопротивление или ток) позволяет вычислить третий фактор, используя закон Ома.
Математическое выражение имеет вид:
Вольт = Сопротивление X Ток
Эта формула выражается в треугольнике закона Ома.
Чтобы найти отсутствующий фактор, вставьте известный
Факторы в соответствующем положении и выполнить мат. горизонтальная линия между двумя факторами означает разделить, вертикальная линия означает умножить.
Схема №212
Понимание закона Ома крайне важно при диагностике электрических проблем. Практическое понимание того, как эти три фактора влияют друг на друга, одинаково полезно.
- На напряжение источника не влияет ток или сопротивление. Он может иметь только три состояния. Слишком низкий - ток будет низким. Слишком высокий - ток также будет слишком высоким. Правильное напряжение - Протекание тока будет зависеть от сопротивления.
- Ток Поток будет непосредственно зависеть от напряжения или сопротивления. Высокое напряжение или низкое сопротивление вызовет увеличение протекания тока. Низкое напряжение или высокое сопротивление вызовет уменьшение протекания тока.
- На сопротивление не влияет ни напряжение, ни ток. Сопротивление подобно напряжению источника может иметь только три состояния. Слишком низкий - ток будет слишком высоким, если напряжение в порядке. Слишком высокий - ток будет низким, если напряжение в порядке. Правильное сопротивление - протекание тока будет высоким или низким, в зависимости от напряжения.
Закон Ома - последовательные цепи
Применение закона Ома в последовательной цепи требует простой математики. Ток имеет только один путь. Суммарное сопротивление цепи получают путем сложения отдельных сопротивлений. Сила тока вычисляется делением напряжения источника на общее сопротивление.
Схема №213
Основные характеристики - Последовательная цепь
- Ток через каждую нагрузку одинаков.
- Общее сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений.
- Падение напряжения на каждой нагрузке будет разным, если сопротивление разное.
- Суммарное падение напряжения равно напряжению источника.
Пример:
Если: R 1 = 2 Ом
R2 = 3 Ом
V = 12,0 В
А =?
Для расчета общего сопротивления.
R t = R 1 + R 2
R t = 2 + 3
R t = 5 Ом
Теперь, когда общее сопротивление известно, мы можем рассчитать силу тока.
A = V/R t
A = 12/5
A = 2,4 А (I)
Общую силу тока можно использовать для расчета ожидаемого падения напряжения на каждой лампочке?
A x R1 = напряжение на колбе 1
A x R2 = напряжение на колбе 2
2,4 x 2 = 4,8 В
2,4 x 3 = 7,2 В
Если два падения напряжения добавлены, результатом должно быть напряжение источника.
Падение напряжения на колбе 1 + падение напряжения на колбе 2 = напряжение источника 4,8 в + 7,2 в = 12 в
Параллельная цепь по закону Ома - 2 ветви
Для работы в параллельной цепи требуется немного больше мат. каждая ветвь цепи имеет свой собственный путь к источнику напряжения. Перед расчетом ампер необходимо найти общее сопротивление цепи.
Основные характеристики - Параллельная цепь
- Протекание тока через каждую ветвь может быть разным, если сопротивления разные.
- Общее Сопротивление цепи меньше сопротивления самой нижней ветви.
- Падение напряжения на каждой цепи ответвления одинаково.
- Суммарный ток - это сумма ветвей.
Схема №214
Пример 1:
Если: R 1 = 3 Ом
R 2 = 6 Ом
Напряжение = 12,0 В
Ток для обеих ветвей R1 и R2 может быть вычислен с использованием закона Ома.
V/R 1 = ток ответвления
V/R 1 = ток ответвления
12/3 = 4 А
12/6 = 2 А
Мы можем добавить ток, протекающий через каждую ветвь, чтобы определить общую силу тока.
Сила тока ветви 1 + Сила тока ветви 2 = Общий ток цепи 4а + 2а = 6 А
Также мы можем рассчитать на общее сопротивление цепи.
R t = (R 1 x R 2 )/( R 1 + R 2)
R t = (3 x 6 )/( 3 + 6)
R t = 2 Ом
Пример 2:
Если: R 1 = 6 Ом
R 2 = 6 Ом
Для вычисления общего сопротивления в параллельной цепи с одинаковыми сопротивлениями можно использовать формулу:
R t = R (любой )/2
R t = 6/2
R t = 3 Ом
Параллельная цепь по закону Ома - более 2 ветвей
Расчет сопротивления цепи в Параллельной цепи с числом ветвей более 2 выполняется одним из двух методов. Все ключевые особенности параллельной цепи по-прежнему применимы.
Схема №215
Пример: 1
Если: R 1 = 3 Ом
R2 = 3 Ом
R 3 = 6 Ом
R 4 = 4 Ом
Для расчета суммарного сопротивления можно воспользоваться формулой:
Схема №216
Пример: 2
Если: R 1 = 3 Ом
R2 = 3 Ом
R 3 = 6 Ом
R 4 = 4 Ом
Для расчета суммарного сопротивления можно воспользоваться формулой R br = (R 1 x R 2 )/( R 1 + R 2) для расчета сопротивления двух ветвей одновременно.
R br1 = (R 1 x R 2 )/( R 1 + R 2)
R br1 = (3 x 3 )/( 3 + 3)
R br1 = 9/6
R br1 = 1,5 Ом
R br2 = (R br1 x R 3 )/( R br1 + R 3)
R br2 = (1,5 x 6 )/( 1,5 + 6)
R br2 = 9/7,5
R br2 = 1,2 Ом
R t = (R br2 x R 4 )/( R br2 + R 4)
R t = (1,2 x 4 )/( 1,2 + 4)
R t = 4,8/5,2
R t = 0,92 Ом
Любая формула, которую вы выберете для расчета общего сопротивления в параллельной цепи с двумя или более разветвлениями, даст правильный ответ.
Обратите внимание, что следующие правила все еще применимы для этих параллельных цепей:
- Протекание тока через каждую ветвь может быть разным, если сопротивления разные.
- Общее Сопротивление цепи меньше сопротивления самой нижней ветви.
- Падение напряжения на каждой цепи ответвления одинаково.
- Суммарный ток - это сумма ветвей.
Закон Ома в последовательно-параллельной цепи
При расчете сопротивления в последовательно-параллельной цепи всегда рассчитывайте эквивалентное сопротивление в параллельном участке цепи. Затем прибавьте это сопротивление (эквивалентное сопротивление) к сопротивлению последовательной части цепи.
Схема №217
Основные характеристики - последовательно-параллельная схема
- Ток в последовательной части цепи одинаков в любой точке этой части.
- Общее сопротивление цепи представляет собой сумму эквивалентного сопротивления параллельной ветви и сопротивления последовательной части.
- Напряжение, приложенное к параллельной ветви, является напряжением источника минус любое падение напряжения на нагрузках, соединенных последовательно с параллельной ветвью перед ней в цепи.
Пример: 1
Если: R 1 = 4 Ом
R 2 = 6 Ом
R 3 = 2 Ом
Вычислите эквивалентное значение сопротивления R1 и R2.
Помните, что сопротивление параллельной цепи ниже, чем наименьшее сопротивление в этой цепи. Сопротивление этого участка цепи должно быть ниже 4 Ом, наименьшее сопротивление.
R параллельная ветвь = (R 1 x R 2 )/( R 1 + R 2)
R параллельная ветвь = (4 x 6 )/( 4 + 6)
R параллельная ветвь = 2,4 Ом
Теперь следуйте правилам цепи Серии.
Общее сопротивление цепи равно сумме отдельных сопротивлений.
R t = R параллельная ветвь + R 3
R t = 2,4 Ом + 2 Ом
R t = 4,4 Ом
Альтернативная формула эквивалентного сопротивления:
Найдите величину тока каждой параллельной ветви, сложите вместе, чтобы получить общую величину тока параллельной части, затем по омическому закону найдите сопротивление параллельной ветви.
Рабочий листа
Вычислите недостающее значение, используя закон Ома:
Схема №218
Вычислите недостающее значение, используя закон Ома:
Схема №219
Вычислите недостающее значение, используя закон Ома:
Схема №220
Расчеты рабочих листов
Магнитная теория
Полезность электричества значительно расширяется за счет магнетизма. Магнетизм дает возможность существования электродвигателей, генераторов, катушек, реле, соленоидов, трансформаторов и т.д. Магнетизм, как и электричество, нельзя увидеть, взвесить по шкале или измерить линейкой. Как это работает и используется, можно понять.
Существуют две теории, объясняющие, как работают магниты. Первая теория утверждает, что в магните существует большое количество маленьких намагниченных частиц. Если изделие не намагничено, частицы располагаются в случайном порядке. Когда предмет намагничивается, частицы выравниваются друг с другом.
Вторая теория утверждает, что когда электроны атомов расположены в определенном порядке, круги силы каждого атома объединяются, создавая магнетизм.
Схема №221
Схема №222
Основы магнетизма
- Магнит создает силовое поле.
- Магнитные силовые линии образуют замкнутые петли, которые текут с Севера на Юг.
- Пространство, через которое протекают магнитные силовые линии, называется магнитным полем.
- Магнитное поле сильнее всего ближе к магниту и становится слабее по мере удаления.
- Магнитные силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.
- Не существует известного изолятора против магнетизма.
- Магнитные линии легче проходят через железо и сталь, чем воздушные.
- Противоположные силы будут возникать на противоположных концах магнита (Полярность). Один конец - Северный полюс (+), противоположный конец - Южный полюс (-).
- Как полюса отталкивают друг друга, в отличие от полюсов притягивают друг друга.
- Некоторые материалы (дерево, керамика и некоторые металлы) нельзя намагничивать.
Существует два распространенных типа магнитов:
- Постоянные магниты - изготовлены из таких материалов, как закаленная сталь, которые становятся магнитными при воздействии внешней намагничивающей силы и остаются магнитными даже после снятия внешней силы.
- Временные магниты - изготовлены из таких материалов, как мягкое железо, которые остаются магнитными только до тех пор, пока присутствует внешняя магнитная сила.
Силовые линии всех магнитов, как постоянных, так и временных, протекают от Северного полюса магнита к Южному полюсу. Магнитные силовые линии или «поток» сильнее ближе к магниту и становятся слабее при увеличении расстояния от магнита. ((Схема №211)/1)
Схема №223
Полярность относится к противоположным силам, возникающим на противоположных концах магнита. Все магниты имеют Северный полюс и Южный полюс. Как полюса будут отталкивать друг друга и в отличие от полюсов будут притягивать. ((Схема №211)/2)
Схема №224
Большинство временных магнитных полей создается потоком электричества. Всякий раз, когда ток течет через проводник, вокруг проводника развиваются магнитные силовые линии.
Эти силовые линии образуют круговой рисунок. Линии можно визуализировать в виде магнитного цилиндра, проходящего по всей длине проводника. ((Схема №211)/3)
Схема №225
Силовые линии имеют направление и изменяются в зависимости от направления протекания тока.
Плотность силовых линий зависит от протекания тока через проводник.
Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле, которое будет вокруг проводника.
Прохождение тока через проводник не создаст магнитного поля, достаточно сильного для выполнения какой-либо работы.
Если проводник свернут в спираль, силовые линии объединяются и становятся более плотными, образуя более сильное поле ((Схема №212)/1).
Чем больше число витков проводника или чем сильнее ток, протекающий по проводнику, тем сильнее магнитное поле.
Схема №226
Введение железного сердечника в спиральный проводник увеличивает магнитное поле еще больше, поскольку железо создает лучший путь для магнитных линий, чем воздух ((Схема №212)/2).
Этот проводник, намотанный вокруг железного прутка, является «Электромагнитом». Катушка с воздушным сердечником - это «Соленоид».
Схема №227
Электромагнитная индукция
Создание магнитного поля протеканием тока через проводник - это процесс, который можно обратить. Можно установить магнитное поле, которое заставит ток течь в проводнике. Это называется индуцированием или генерированием электричества магнетизмом.
Для индуцирования напряжения в проводнике необходимо иметь относительное движение между проводником и магнитным полем. Это движение может быть в любой из трех форм:
- Проводник движется или вращается в стационарном магнитном поле, как в Генераторе постоянного тока.
- Магнитное поле вращается в неподвижном проводнике, создавая напряжение в цепи, как в генераторе переменного тока или генераторе переменного тока.
- Здание или схлопывание магнитного поля через стационарный проводник, как в катушке зажигания.
Генератор
В генераторе проводник движется через стационарное магнитное поле, индуцирующее напряжение на коллекторе, который подключается к цепи через щетки.
Индуцированное напряжение является постоянным током.
Схема №228
В генераторе переменного тока магнитное поле движется (вращается) через неподвижный проводник, создавая напряжение в цепи.
Индуцированное напряжение является переменным током.
Схема №229
Катушка зажигания
Напряжение может индуцироваться зданием или схлопыванием магнитного поля на стационарном проводнике.
Энергия B + подается батареей, и вокруг спирального проводника создается магнитное поле. ДМЭ заземляет или снижает ток от проводника, и потеря тока вызывает коллапс магнитного поля, индуцирующий напряжение во вторичном проводнике.
Схема №230
Напряжение постоянного тока
Поток тока, который непрерывно движется в одном направлении от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, называют постоянным током (DC - Direct Current).
Большинство автомобильных схем работают от постоянного напряжения, подаваемого батареей (ами).
Схема №231
Напряжение переменного тока
Ток, который меняет свое направление через равные промежутки времени, называется переменным током (AC).
Это регулярное и непрерывное реверсирование протекания тока (цикла) происходит много раз в секунду.
Напряжение переменного тока, создаваемое автомобильным генератором переменного тока, должно быть изменено на постоянный ток, чтобы можно было заряжать батарею.
Схема №232
Проводники, изоляторов и полупроводники
Электрические свойства различных материалов определяются количеством электронов во внешнем кольце их атомов.
Проводники
Материалы с 1 -3 электронами во внешнем кольце атомов облегчают движение электронов от атома к атому. Помните, что определение протекания тока - движение свободных электронов от одного атома к другому. Электроны во внешнем кольце этих проводников слабо удерживаются и даже низкая ЭДС вызовет поток свободных электронов.
Многие металлы являются хорошими проводниками, особенно золото, серебро, медь и алюминий. Но не все проводники имеют одинаковую величину сопротивления потоку свободных электронов.
Схема №233
Изоляторы
Материалы с 5-8 электронами в их внешнем кольце имеют эти электроны, связанные плотно. Эти материалы являются изоляторами (Плохие проводники).
Электроны во внешних кольцах сопротивляются движению, атомы не отдают электроны легко или легко принимают свободные электроны.
Примерами хороших изоляторов являются такие материалы, как резина, стекло и некоторые пластмассы.
Схема №234
Полупроводники
Материалы с ровно 4 электронами во внешнем кольце атомов не являются ни проводниками, ни изоляторами.
4 электрона во внешнем кольце вызывают особые электрические свойства, которые дают им название «полупроводник».
Такие материалы, как германий и силикон, являются двумя широко используемыми полупроводниками.
Схема №235
Легирование полупроводников
Когда полупроводники имеют форму кристалла, четыре электрона внешнего кольца разделяются с соседним атомом.
Это делает кристаллическую форму этих материалов отличным изолятором, потому что нет свободных электронов, чтобы нести ток.
Схема №236
Другие элементы (Примеси) могут быть добавлены для изменения кристаллической структуры Германия и Силикона.
Это называется легированием полупроводников. Легирование создает свободные электроны или дырки, позволяющие полупроводнику проводить ток.
Материал N-типа
Если полупроводник легирован элементом, имеющим 5 электронов в его внешнем кольце, то во внешнем кольце не будет достаточно места для 9-го электрона (4 электрона в полупроводнике и 5 в примеси).
Этот тип легированного материала называется отрицательным или N-материалом, поскольку он уже имеет избыточные электроны и будет отталкивать дополнительные отрицательные заряды.
Схема №237
Материал P-типа
Если полупроводник легирован элементом, имеющим 3 электрона во внешнем кольце, некоторые из атомов будут иметь только 7 электронов во внешнем кольце. В некоторых наружных кольцах будет отверстие.
Этот тип легированного материала называется положительным или P-материалом, потому что он будет притягивать свободные электроны.
Схема №238
Соединения
Легирование германием и силиконом заставляет их вести себя необычно, но предсказуемо при воздействии напряжения, в зависимости от того, какой заряд напряжения подключен к какому типу материала (P или N).
Линия, вдоль которой соединяются P и N материалы, называется переходом. Простой компонент, состоящий из P-материала и N-материала, соединенных в точке соединения, называется диодом. Приложение напряжения к двум легированным полупроводниковым материалам называется смещением.
Более сложный материал, содержащий два PN-перехода, называется транзистором.
Схема №239
Когда полупроводниковые материалы N-типа и P-типа соединяются вместе с образованием монокристалла, создается диод. Диод допускает поток электронов только в одном направлении.
Диод имеет прямое смещение, когда анод (P-материал) соединен с B +, а катод (N-материал) соединен с B-.
Реверсирование напряжения источника на диоде приведет к остановке протекания тока. Это называется обратным смещением.
Диоды рассчитаны на определенное напряжение и протекание тока. Диод не выдерживает неограниченного прямого смещения и протекания тока.
Схема №240
Схема №241
Диод, который допускает заданную величину тока обратного потока, называется стабилитроном. Если напряжение пробоя стабилитрона 6 вольт, то при 6 вольт и выше стабилитрон позволит протекать обратному току без повреждения диода.
Ниже напряжения пробоя стабилитрон будет функционировать как обычный диод и допускать протекание тока только в одном направлении.
Схема №242
Стабилитроны часто используются в зарядных системах для выпрямления или преобразования переменного тока в постоянный.
Как и диод, стабилитроны рассчитаны на конкретное напряжение, ток и обратный ток.
Светодиоды излучают видимый свет при смещении вперед. При протекании тока через диод электрическая энергия преобразуется в видимый свет, который излучается через тонкий положительный слой материала в диоде.
Транзисторы
Транзистор представляет собой диод с некоторым дополнительным полупроводниковым материалом. Транзистор содержит два PN-перехода, по сравнению с одним в диоде.
Транзисторы могут быть сконструированы двумя способами: P-секция может быть зажата между двумя N-секциями, образующими NPN-транзистор, или N-секция, зажатая между двумя P-секциями, образующими положение парковки/нейтрали-транзистор.
Три секции транзистора называются Эмиттер, База и Коллектор.
Ток, приложенный к базе, будет протекать через транзистор. Ток протекает через NPN в одном направлении и через положение парковки/нейтрали в противоположном направлении.
Транзисторы используются для управления протеканием тока, действуют как переключатель или как усилитель для изменения выходного тока в зависимости от изменений напряжения базы.
Транзистор позволяет управлять большими токами с малыми сигналами тока.
Схема №243
Схема №244
Реле
Реле - это переключатель, который использует электромагнетизм для физического перемещения контактов.
Небольшая величина тока, протекающего через катушку реле, перемещает якорь и размыкает или замыкает набор точек.
Точки управляют протеканием большей величины тока по отдельной цепи.
Схема №245
Схема №246
Подумайте о двух сторонах реле независимо.
- Сторона управления: Которая включает в себя B + (KL86) и B- (KL85) для катушки, которая создает магнитную силу. Если эта сторона реле не открывается, точки рабочей стороны останутся в их положении покоя.
- Рабочая сторона: включает входную мощность B + (KL30) и релейный выход (KL87). Выход из строя этой стороны реле в закрытом положении (места заедания) приведет к постоянному протеканию тока.
BMW использует реле с различным количеством контактов (3,4,5 контакта) и конфигурациями контактов (нормально разомкнутый, нормально замкнутый и переключаемый тип). Не заменяйте реле. Всегда заменяйте на реле того же типа (например, DME Main питание реле, Secondary воздух насос реле и задний стекло Defroster реле.).
Соленоиды
Соленоид, как и реле, использует ток и электромагнетизм для создания механического движения. Соленоиды состоят из катушки, намотанной вокруг подпружиненного металлического плунжера.
При протекании тока по обмотке магнитное поле притягивает подвижный плунжер, притягивая его против давления пружины в центр катушки. При прекращении протекания тока магнитное поле схлопывается и под действием давления пружины плунжер выдвигается из катушки.
Соленоиды обычно используются в стартерных двигателях, инжекторах и продувочных клапанах.
Схема №247
Схема №248
Переключатель - это механическое устройство, используемое для запуска, остановки или перенаправления тока. На положительной стороне цепи или на отрицательной стороне цепи может быть установлен выключатель. Переключатель может использоваться для непосредственного управления нагрузочным устройством или для управления реле, которое, в свою очередь, может управлять устройством с более высоким током. (например, выключатель фар, кнопка сирены и выключатель окна.)
Схема №249
Резисторы ограничивают ток в цепи. Резистор используется в цепи для введения в нее требуемой величины сопротивления.
Резисторы выпускаются в фиксированном сопротивлении или переменном сопротивлении. Неподвижные резисторы имеют цветовую кодировку для обозначения их сопротивления.
Схема №250
Схема №251
Сопротивление материалов может изменяться с изменением температуры; поэтому резисторы могут иметь изменяющееся значение сопротивления, зависящее от температуры.
Терморезистор - это резистор, который может достигать больших изменений сопротивления при небольших изменениях температуры.
Термисторы обычно имеют тип NTC (отрицательный температурный коэффициент). С повышением температуры сопротивление уменьшается.
Схема №252
Схема №253
Потенциометр (горшок) - это переменный резистор, способный изменять значения сопротивления.
Потенциометры имеют три клеммы. Одна из клемм - напряжение питания, обычно 5 вольт. Один из выводов является заземлением модуля управления, а третий - для входного сигнала в модуль управления. (Вывод из электролизера.)
Потенциометры используются для измерения механического движения. (например, обратная связь EDR)
Схема №254
Схема №255
Реостат аналогичен по работе потенциометру, за исключением того, что реостат имеет только два разъема. Такое расположение позволяет изменять сопротивление между этими двумя соединителями.
Схема №256
Двигатели постоянного тока аналогичны генераторам постоянного тока. Их можно описать как генераторы, работающие в обратном направлении. При пропускании тока через якорь двигателя постоянного тока в результате магнитной реакции возникает вращающий момент, и якорь вращается.
Схема №257
Шаговые двигатели
Шаговые двигатели ведут себя иначе, чем стандартные двигатели постоянного тока. В отличие от двигателей постоянного тока, которые свободно вращаются при подаче питания, шаговые двигатели делают так, как следует из их названия, они шагают или вращаются постепенно немного за один раз. В то время как двигатели постоянного тока нуждаются в более высоких скоростях для создания более высокого крутящего момента, шаговые двигатели обеспечивают их самый высокий крутящий момент при самых низких скоростях. Шаговые двигатели также имеют удерживающий момент, способность противостоять движению силами извне.
Степперы приводятся в движение взаимодействием (притяжением и отталкиванием) магнитных полей. Движущее магнитное поле вращается, когда стратегически расположенные катушки включаются и выключаются. Это толкает и тянет постоянные магниты, расположенные вокруг ротора, которые приводят в движение выходной вал.
Общие обозначения цепей
| NAME | СХЕМА | |
|---|---|---|
| B + | Положительный заряд батареи | |
| В- | Отрицательный заряд батареи | |
| KL | Стандартизированное сокращение для номера зажима или клеммы | |
| KLO | Выключатель зажигания отключен | |
| KLR | Переключатель зажигания по напряжению в ACC, запуск | Горячий в Acc/Run/Start |
| KL15 | Переключатель зажигания по напряжению при работе и запуске | Горячий (12v) в Run/Start |
| KL15U/15i | Переключатель зажигания по напряжению в рабочем состоянии | Горячий (12v) в Run |
| KL30 | 12 В в любое время (питание реле) | Горячая (12v) Все времена |
| KL30H | Сигнал стартера на BC1 | |
| KL50 | Переключатель зажигания по напряжению при запуске | Горячий (12v) в Start |
| KL58 | Сигнал диммера внутреннего освещения | |
| KL61 | Заземление с выходом генератора переменного тока, 12 В с KL15 | |
| 85 | Сторона управления заземлением катушки реле (сигнальная) | |
| 86 | Катушка реле B + сторона управления | |
| 87 | Рабочая сторона релейного выхода | |
| 87а | Рабочая сторона релейного выхода в состоянии покоя |
ОБЩИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЦЕПЕЙ
Обзор вопросов
- Вокруг ядра каких материалов вращаются электроны?
- Почему некоторые атомы относят к «Отрицательным ионам» и где их собирать?
- Откуда берутся «свободные» электроны и как они освобождаются?
- Опишите поток электронов с помощью «Теории потока электронов»
- Увеличение количества отрицательных ионов, собирающихся на отрицательном посту батареи, окажет какое влияние на «потенциал электронов» для протекания?
- Назовите три вещи, которые будет содержать полный контур?
- Опишите, как ток будет зависеть от напряжения и/или сопротивления.
- Какое влияние окажет увеличение тока на магнитное поле вокруг проводника?
- Назовите три формы движения, используемые для индуцирования напряжения в проводнике.
- Что будет с током, если установить диод в прямом подмагничивании?
- Что происходит с сопротивлением переменного резистора типа NTC, если температура снижается?
- Какой тип мотора можно использовать, чтобы держать что-то еще?
- Что такое легирование полупроводников?
- Почему электроны не могут свободно перемещаться в изоляторе?