Cơ bản về điện, điện tử trên ô tô

Kiến thức điện Bố cục chương Chương giải thích kiến thức điện à Mô tả à Khái niệm à Mắc song song & Mắc nối tiếp à Mạch điện à Chức tụ điện à Đồng hồ đo điện Toyota à Các hư hỏng mạch à Nguyên lý phát điện -1- Mô tả Mạch điện Các thiết bị điện sử dụng nhiều khu vực ô tô có chức khác Khi điện qua điện trở, tác dụng với điện trở tạo số chức Các thiết bị điện sử dụng chức theo mục đích cách biến đổi điện thành công Các chức điện Chức phát nhiệt Nhiệt tạo điện qua điện trở, châm thuốc lá, cầu chì Chức phát sáng ánh sáng phát điện qua điện trở, bóng đèn sáng Chức từ tính Một lực từ trường tạo điện qua dây dẫn cuộn dây, cuộn dây đánh lửa, máy phát điện, vòi phun (1/2) -2- Mọi chất có nguyên tử, nguyên tử gồm có hạt nhân điện tử Một nguyên tử kim loại có điện tử tự Các điện tử tự điện tử chuyển động tự từ nguyên tử Việc truyền nguyên tử tự nguyên tử kim loại tạo điện Do điện chạy qua mạch điện điện tử chuyển động dây dẫn Khi đặt điện áp vào đầu (dây dẫn) kim loại, điện tử chạy từ cực âm đến cực dương Chiều chuyển động dòng điện tử ngược chiều với chiều dòng ®iƯn Ba u tè cđa ®iƯn §iƯn bao gåm ba yếu tố bản: Dòng điện Đây dòng chảy qua mạch điện Đơn vị : A (Ampe) Điện áp Đây lực điện động làm dòng điện chạy qua mạch điện Điện áp cao lượng dòng điện lớn chảy qua mạch điện Đơn vị : V (Vôn) Điện trở Đây phần đối lập với dòng điện Đơn vị : (ôm) (2/2) -3- Khái niệm Điện áp, dòng điện điện trở Mối quan hệ điện áp, dòng điện điện trở thay dòng nước minh họa Điện áp dòng điện Thiết bị hình minh họa cho thÊy tèc ®é cđa gng n­íc thay ®ỉi nh­ cách thay đổi khối lượng nước bể chứa bên trái Điều có nghĩa tốc ®é cđa n­íc ch¶y ®Õn gng n­íc thay ®ỉi theo thay đổi áp suất nước bể chứa Khi tượng nước thay điện, khối lượng nước (áp suất nước) điện áp dòng nước dòng điện Dòng điện ®iƯn trë Lùc cđa dßng n­íc thay ®ỉi theo chiỊu cao cửa van đặt bể chứa guồng nước Vì thế, tốc độ guồng nước thay đổi Cửa van tương đương với điện trở mạch điện -4- Dòng điện, điện áp điện trở Khi tăng khối lượng nước bể chứa làm tăng tốc độ guồng nước Mặt khác, hạ thấp cửa van đối diện với dòng nước làm giảm tốc độ guồng nước Như ®iỊu khiĨn gng n­íc ë mét tèc ®é mong mn cách điều chỉnh áp suất nước chiều cao cửa van Tương tự vậy, mạch điện, lượng công cần thiết cấp cho thiết bị khác cách thay đổi giá trị điện trở điện áp (1/1) Định luật Ohm Mối quan hệ sau tồn dòng điện, điện áp điện trở: à Khi tăng điện áp làm tăng dòng điện à Khi giảm điện trở làm tăng dòng điện Mối quan hệ tóm tắt sau: Dòng điện tăng lên theo tỷ lệ thuận với điện áp, giảm theo tỷ lệ nghịch với điện trở Mối quan hệ điện áp, dòng điện điện trở xác định theo định luật Ohm, trình bày công thức sau đây: E=RxI à E: Điện áp (V) à R: Điện trở () à I: Dòng điện (A) Gợi ý: Bằng cách thể định luật Ohm hình sơ đồ, bạn nhớ mối quan hệ Trong sơ đồ, mối quan hệ theo chiều đứng thể phép chia mối quan hệ theo chiều ngang thể phép nhân Để có E, “R x I” §Ĩ cã R, “E / I” Để có I, E / R -5- Công suất điện Công suất điện thể lượng công thiết bị điện thực giây Công đo watt (W), 1W lượng công nhận điện áp V đặt vào điện trở phụ tải 1E1, dòng điện A chạy giây Công suất tính theo công thức sau: P=IxV à P: Công suất, đơn vị : W à I: Dòng điện, đơn vị : A à V: Điện áp, đơn vị : V Ví dụ: Nếu đặt 5A dòng điện thời gian giây, điện áp 12V, thiết bị điện thực công 60W (5 x 12 = 60) (1/1) Dòng điện chiều dòng điện xoay chiều Một dòng điện có chiều không thay đổi với biên độ không thay đổi gọi dòng điện chiều Mặt khác, dòng điện thay đổi chiều có biên độ thay đổi gọi dòng điện xoay chiều Dòng điện chiều (DC) Đây loại dòng điện chạy theo chiều không thay đổi, từ cực dương đến cực âm, ắc quy pin khô ô tô Dòng điện xoay chiều (AC) Đây loại dòng điện đổi chiều theo chu kỳ đặn Điện ổ cắm nhà nguồn điện pha công nghiệp sử dụng nhà máy số ví dụ (1/1) -6- Mắc song song mắc nối tiếp Mô tả Có thể chia mạch điện thành mạch mắc song song mắc nối tiếp, tùy theo cách đấu thiết bị điện Mắc nối tiếp Với phương pháp này, nhiều thiết bị điện mắc nối tiếp với dây điện đơn Hình vẽ trình bày cách mắc nối tiếp dạng dòng nước Nét đặc biệt dòng nước chỗ khối lượng nước chảy qua thác nước, Khối lượng khối lượng nước chảy từ ngn n­íc (Io = I1 = I2 = I3) H¬n nữa, tổng chiều cao thác nước riêng lẻ chiều cao thác nước (Vo = V1 + V2 + V3) M¾c song song Với phương pháp này, nhiều thiết bị điện mắc vào dây điện đơn Hình vẽ trình bày cách mắc song song dạng dòng nước Tất thác nước có độ cao (Vo = V1 + V2 + V3) Hơn nữa, tổng lượng nước chảy qua thác nước tổng lượng n­íc nµy (Io = I1 = I2 = I3) (1/1) §iƯn trë §iƯn trë cđa m¹ch nèi tiÕp Tỉng điện trở mạch tổng điện trở mạch R0= R1 + R2 + R3 -7- Điện trở mạch song song Tổng điện trở mạch tính theo công thức sau: R0 = / (1 / R1 + / R2 + / R3) R0 nhá h¬n mét ®iƯn trë nhá nhÊt cđa R1, R2, R3 (1/1) Dßng điện Cường độ dòng điện mạch nối tiếp Cường độ dòng điện chạy qua thiết bị điện mạch thiết bị điện khác toàn mạch I0 = I1 = I2 =I3 Cường độ dòng điện mạch song song Tổng cường độ dòng điện chạy qua thiết bị điện mạch cường độ nguồn điện I0 = I1+ I2 + I3 (1/1) Điện áp Điện áp mạch điện nối tiếp Tổng độ sụt điện áp xảy với thiết bị điện mạch điện áp nguồn điện V0 = V1 + V2 + V3 -8- Tham khảo Độ sụt điện áp Trong dòng điện chạy qua mạch điện, điện áp giảm qua điện trở Mức giảm gọi độ sụt điện áp Trong mạch điện nối tiếp thể bên trái, nguồn điện có 12V Điện áp bị sụt dòng điện qua điện trở, tính theo công thức sau: à Độ sụt điện áp dòng điện chạy qua điện trở : 12 V x / ( + + ) = 2V à Độ sụt điện áp dòng điện chạy qua điện trở 12 V x / ( + + ) = 4V · Độ sụt điện áp dòng điện chạy qua điện trë : 12 V x / ( + + ) = 6V §iƯn trë mạch song song Độ sụt điện áp xảy thiết bị điện mạch điện giống thiết bị điện khác, điện áp toàn mạch V0 = V1 = V2 = V3 -9- Mạch điện Rơle cầu chì Nếu mạch điện thiết bị đòi hỏi cường độ dòng điện cao gồm có nguồn điện, công tắc bóng đèn mắc nối tiếp, công tắc dây điện phải có công suất cao để chịu cường độ dòng điện cao Tuy nhiên qua việc sử dụng dòng điện cường độ thấp, công tắc bật mở (ON) ngắt (OFF) rơle, đến lượt rơle đặt cường độ cao chạy qua để bật mở (ON) ngắt (OFF) bóng đèn Sơ đồ bên trái mô tả chế làm việc rơle Khi đóng công tắc, dòng điện chạy điểm 2, từ hóa cuộn dây Lực từ cuộn dây hút tiếp điểm di động điểm Do đó, điểm đóng lại để dòng điện chạy vào bóng đèn Vì qua việc sử dụng rơle, công tắc dây dẫn đến công tắc có công suất thấp (1/3) Cầu chì Một dải kim loại mỏng bị cháy dòng điện lớn chạy qua nó, cách ngắt dòng điện bảo vệ mạch điện khỏi bị hư hỏng Cầu chì dòng cao Một dây có chiều dầy lớn đặt mạch điện cường độ dòng điện cao cháy tải, cách bảo vệ mạch điện Các mạch điện sơ đồ mạch thể bên phải hình minh họa (2/3) -10- Chức chỉnh lưu (1) Điện áp chỉnh lưu nửa chu kỳ Điện áp từ máy phát AC đặt vào điốt Vì điện áp thể (a) (b) đặt vào điốt theo chiều thuận, dòng điện chạy qua điốt Tuy nhiên điện áp thể (b) (c) đặt vào điốt theo chiều ngược, nên dòng điện không phép qua điốt Vì có nửa dòng điện máy phát sinh phép qua điốt (2) Chỉnh l­u hai nưa chu kú Khi cùc A cđa m¸y phát dương, cực B âm, dòng điện chạy thể sơ đồ hình minh họa (2) Khi phân cực đầu ngược lại, dòng điện chạy thể sơ đồ hình minh họa (2) Điều có nghĩa dòng điện luôn chạy chiều qua điện trở R (2/3) Đầu vào Cho dòng điện chạy qua Chặn không cho dòng chạy qua Đầu Ví dụ ứng dụng Các điốt nắn dòng thường sử dụng chỉnh lưu cho máy phát điện xoay chiều (3/3) -6- Điốt Zener Mô tả Trong điốt Zener cho phép dòng điện chạy theo chiều thuận, chiều với điốt thường, cho phép dòng điện chạy theo chiều ngược lại số trường hợp Các đặc điểm Dòng điện chạy theo chiều thuận tõ phÝa p sang phÝa n qua mét ®ièt Zener chiều với điốt thường Một dòng điện chạy theo chiều ngược lại vượt điện áp xác định trước chạy qua điốt Zener Điều gọi điện áp Zener, giữ nguyên không thay ®ỉi thùc tÕ, bÊt kĨ c­êng ®é cđa dßng ®iƯn nh­ thÕ nµo Mét ®ièt Zener cã thĨ Ên định với điện áp Zener khác tuỳ theo áp dụng mục đích (1/2) Ví dụ ứng dụng Các điốt Zener sử dụng cho mục đích khác nhau, mục đích quan trọng mục đích ®iỊu chØnh ®iƯn ¸p cho mét m¸y ph¸t ®iƯn xoay chiều Điện áp điều chỉnh thường xuyên, cách gắn điốt Zener vào mạch điện (2/2) Dòng điện thuận chiều Dòng điện ngược chiều (Điện áp ắc quy < điện áp Zener) Dòng điện ngược chiều (Điện áp ắc quy > điện áp Zener) Ký hiệu điốt Zener -7- LED (Điốt phát sáng) Mô tả LED điốt liên kết p-n giống điốt thường Nó phát sáng dòng ®iƯn ®i qua nã theo mét chiỊu thn, c¸c LED phát sáng với màu khác màu đỏ, vàng xanh lục Các đặc điểm Các LED có đặc điểm sau: à Phát nhiệt có tuổi thọ dài bóng điện thường à Phát ánh sáng chói với mức tiêu thụ điện thấp à Phản ứng với điện áp thấp (tốc độ phản ứng nhanh) (1/2) Ví dụ ứng dụng Các LED sử dụng loại đèn phanh lắp cao đèn báo, v.v (2/2) Ký hiƯu cđa LED -8- §ièt quang Mô tả Điốt quang điốt liên kết p-n gồm có chất bán dẫn thấu kính Nếu đặt điện áp ngược chiều vào điốt quang chiếu ánh sáng, dòng điện ngược chiều chạy qua Cường độ dòng điện thay đổi theo tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng rơi điốt quang Nói khác đi, điốt quang xác định ánh sáng cách phát cường độ dòng điện ngược đặt điện áp ngược (1/2) Ví dụ ứng dụng Các điốt quang sử dụng cảm biến ánh sáng mặt trời cho máy điều hòa không khí, v.v (2/2) -9- Các tranzito Các tranzito thường Mô t¶ Mét tranzito chøa ba líp gåm cã mét chÊt bán dẫn loại p kẹp hai bán dẫn loại n, bán dẫn loại n kẹp hai bán dẫn loại p Một điện cực gắn vào lớp nền: B (cực gốc), E (cực phát) C (cực góp) Các tranzito thường chia làm hai loại, npn pnp, tuỳ theo cách bố trí chất bán dẫn Một tranzito thực chức sau đây: à Khuyếch đại à Chuyển mạch Hoạt động Trong tranzito npn dòng điện IB chạy từ B tới E, dòng điện Ic chạy từ C đến E Trong tranzito pnp dòng điện IB chạy từ E (cực phát) đến B (cực gốc), dòng điện Ic chạy từ E đến C Dòng điện IB gọi dòng cực gốc, dòng điện Ic gọi dòng cực góp Do dòng điện Ic không chạy trừ dòng điện IB chạy (1/4) Các đặc tính Trong tranzito thường dòng điện cực góp (Ic) dòng điện cực gốc (IB) có mối quan hệ thể sơ đồ Các tranzito thường có hai chức theo công dụng bản: Như thể đồ bên trái, phần "A" sử dụng khuyếch đại tín hiệu phần "B" sử dụng công tắc Khuyếch đại tín hiệu Trong phạm vi "A" đồ thị này, dòng cực góp lớn gấp 10 đến 1000 lần dòng cực gốc Do đó, tín hiệu mà tín hiệu vào khuyếch đại tín hiệu từ đầu tín hiệu điện "B" (cực gốc) tranzito đặt vào tín hiệu vào (2/4) -10- Chức chuyển mạch Trong tranzito, dòng cực góp (Ic) chạy, dòng điện cực gốc (IB) chạy Do dòng điện cực gốc bật mở ON ngắt OFF cách bật mở ngắt dòng điện cực gốc (IB) Đặc điểm tranzito sử dụng công tắc ngắt (3/4) Ví dụ ứng dụng Các tranzito sử dụng nhiều mạch Không có khác chức tranzito npn pnp (4/4) -11- Tranzito quang Các đặc điểm Khi tranzito quang nhận ánh sáng điện (+) đưa vào cực góp dòng tiếp đất vào cực phát nó, dòng điện chạy qua mạch Cường độ dòng chạy qua mạch điện thay đổi theo lượng ánh sáng chiếu tranzito quang Do đó, ánh sáng chiếu tranzito có chức dòng điện cùc gèc cđa mét tranzito th­êng (1/2) VÝ dơ ứng dụng Trong ô tô, tranzito quang sử dụng cảm biến giảm tốc, v.v (2/2) -12- Nhiệt điện trở Mô tả Nhiệt điện trở loại bán dẫn có điện trở thay đổi theo biến đổi nhiệt độ Nói khác đi, nhiệt điện trở xác định nhiệt độ cách dò điện trở Trong loại nhiệt điện trë phỉ biÕn nhÊt, mét nhiƯt ®iƯn trë cã hƯ số nhiệt độ âm, điện trở giảm nhiệt độ tăng Cũng có loại nhiệt điện trở dương, điện trở tăng lên nhiệt độ tăng (1/2) VÝ dơ vỊ øng dơng Trong c¸c xe ô tô, nhiệt điện trở sử dụng cảm biến nhiệt độ nước cảm biến nhiệt độ không khí nạp, v.v (2/2) -13- Các phần tử khác Các phần tử khác Phần tử áp điện Điện trở phần tử áp điện thay đổi chịu áp suất lực căng Cũng vậy, có số phần tử áp điện sản điện áp Phần tử từ trở Điện trở phần tử từ trở thay đổi từ trường đặt vào Gợi ý: Vì thay đổi điện trở phần tử nhỏ, IC (các mạch tích hợp) khuyếch đại Sau điện trở biến đổi thành xung tín hiệu tương tự để sử dụng chúng tín hiệu cảm biến (1/1) IC (Mạch tích hợp) Mô tả Một IC tổ hợp vài đến vài nghìn mạch điện chứa tranzito, điốt, tụ điện, điện trở, v.v chúng gắn vào gắn lên vài mm2 chíp silic, đặt khối nhựa gốm Một IC đơn có số khả chức đặc biệt, kể khả so sánh logic tín hiệu trị số, khả khuyếch đại điện áp đầu vào Các IC có số ưu mạch không tích hợp: à Vì nhiều yếu tố gắn vào gắn lên chíp silic đơn, đầu nối tiếp xúc giảm đáng kể, dẫn đến giảm hư hỏng à Chúng nhỏ nhẹ nhiều à Chi phí sản xuất thấp nhiều Tham khảo: Một IC chứa nhiều phần tử, nghĩa từ 1000 đến 100.000, gọi LSI (Tích hợp quy mô lớn) Một IC chứa 100.000 phần tử gọi VLSI (Tích hợp quy mô lớn) (1/1) -14- Các tín hiệu tương tự số hoá Các tín hiệu điện chia thành loại: tương tự số Tín hiệu tương tự Các tín hiệu tương tự thay đổi liên tục thông suốt theo thời gian Vì vậy, đặc điểm chung tín hiệu tương tự chỗ đầu thay đổi theo tỷ lệ với đầu vào (1/2) Tín hiệu số Các tín hiệu số thay đổi (Mở ON Tắt OFF) lúc theo thời gian Đặc tính chung mạch số chỗ đầu thay đổi đột ngột đầu vào tăng lên tới mức Chẳng hạn như, đầu vào tăng từ 0V đến 5V, đầu 0V đầu vào đạt tới 5V Tuy nhiên đầu đột ngột nhảy lên 5V đầu vào đạt tới 5V Mở Ngắt tín hiệu chuyển hay không Bình thường, Mở thể Ngắt Khi điện áp sử dụng tín hiệu đầu vào cần phải lấy điện áp làm chuẩn Sau đó, điện áp điện áp chuẩn tín hiệu 1, điện áp chuẩn tín hiệu Chẳng hạn như, đạt điện áp chuẩn 5V, máy tính xác định tín hiệu 9V, 7V 6V 1, tín hiệu thể tín hiệu đầu vào Mặt khác tín hiệu 2V 0V coi "0" tín hiệu đầu vào coi tồn (2/2) -15- Các mạch logic Mô tả Các IC số chứa vài phần tử khác Các mạch IC số gọi mạch logic mạch số lập thành tổ hợp loại khác gọi cổng, cổng NOT, OR, NOR, AND NAND Vì cổng có khả đặc biệt để xử lý logic hai nhiều tín hiệu, chúng gọi cổng logic Một mối quan hệ logic thiết lập đầu vào đầu tín hiệu số Một bảng thực trình bày mối quan hệ đầu vào đầu tín hiệu số dạng bảng biểu Trong bảng chân lý, thể có mặt điện áp, 0, vắng mặt (1/7) Cỉng NOT Mét cỉng NOT trun mét tÝn hiệu ngược với tín hiệu đầu vào Khi điện áp đặt lên cực vào A, điện áp truyền cực Y Chuyển chức vào mạch điện có chức cổng NOT Khi công tắc A đóng lại (ON), mở (OFF) điểm tiếp xúc rơle, làm cho đèn tắt (2/7) -16- Cổng OR Trong cỉng OR, tÝn hiƯu sÏ lµ mét tíi chõng mực mà tín hiệu vào Khi đặt điện áp vào hai đầu vào A B, có điện áp đầu Y Chuyển chức vào mạch điện có chức cổng OR Khi hai công tắc A B đóng lại (ON), đèn sáng lên (3/7) Cổng NOR Một cổng NOR tổ hợp cổng OR cổng NOT Tín hiệu đầu Y hai đầu vào A B Tín hiệu đầu Y hai đầu vào A B số (4/7) -17- Cổng AND Trong cổng AND, đầu lµ mäi tÝn hiƯu vµo lµ SÏ có điện áp đầu Y điện áp đặt vào hai đầu vào A B Chuyển chức vào mạch điện có chức cửa AND Đèn không sáng lên trừ hai công tắc A B đóng lại (ON) (5/7) Cổng NAND Cổng NAND tổ hợp cổng AND cổng NOT Tín hiệu đầu Y hai đầu vào A B Tín hiệu đầu Y hai đầu vào A B (6/7) -18- Bé so Mét bé so sÏ đối chiếu điện áp đầu vào dương (+) với đầu vào âm (-) Nếu điện áp đầu vào dương a cao điện áp đầu vào âm b, đầu Y Nếu điện áp đầu vào dương A thấp điện áp đầu vào âm B, đầu Y (7/7) -19- Máy vi tính Mô tả cấu tạo Mô tả Máy vi tính nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào, xử lý tín hiệu điều khiển thiết bị đầu xe Toyota, máy vi tính gọi ECU (bộ điều khiển điện tử) Trong hệ thống chung xe, phận đầu vào cảm biến, phận đầu chấp hành Cấu tạo Một máy vi tÝnh gåm cã mét bé CPU (bé xö lý trung tâm), nhớ khác nhau, giao diện I/O (đầu vào/đầu ra) à Bộ nhớ Bộ nhớ gồm có mạch điện để lưu giữ chương trình điều hành liệu trao đổi Có hai loại nhớ: ROM (bộ nhớ đọc), RAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) Bộ nhớ ROM thay đổi xóa Vì vậy, liệu lưu giữ không dù nguồn điện bị ngắt Vì nhớ ROM sử dụng để lưu giữ chương trình không cần phải thay đổi xóa Bộ nhớ RAM loại nhớ, liệu thay đổi xóa Bất liệu đà lưu giữ nguồn điện bị cắt Vì nhớ RAM sử dụng để lưu giữ liệu thay đổi xóa thông qua c¸c phÐp tÝnh bé CPU thùc hiƯn · CPU Bộ CPU trung tâm chức máy tính, gồm có cấu điều khiển phận tính toán Nó thực lệnh chương trình lệnh theo tín hiệu từ cấu đầu vào, điều khiển thiết bị đầu à Giao diện I/O Một giao diện I/O biến đổi liệu từ thiết bị đầu vào thành tín hiệu CPU nhớ nhận dạng Ngoài ra, biến đổi liệu CPU xử lý thành tín hiệu thiết bị đầu nhận dạng Vì liệu truyền tốc độ thiết bị I/O, CPU, phận nhớ khác nhau, chức giao diện I/O dùng để ®iỊu chØnh c¸c tèc ®é ®ã (1/1) -20- ... phát điện, vòi phun (1/2) -2- Mọi chất có nguyên tử, nguyên tử gồm có hạt nhân điện tử Một nguyên tử kim loại có điện tử tự Các điện tử tự điện tử chuyển động tự từ nguyên tử Việc truyền nguyên tử. .. Công suất điện Công suất điện thể lượng công thiết bị điện thực giây Công đo watt (W), 1W lượng công nhận điện áp V đặt vào điện trở phụ tải 1E1, dòng điện A chạy giây Công suất tính theo công... dòng điện Ba yếu tố điện Điện bao gồm ba yếu tố bản: Dòng điện Đây dòng chảy qua mạch điện Đơn vị : A (Ampe) Điện áp Đây lực điện động làm dòng điện chạy qua mạch điện Điện áp cao lượng dòng điện