235

Ток возбуждения нарастает, увеличивается напряжение генератора и растет ток обмотки реле. Этот ток проходит через выключатель ВЗ, терморезистор RТ и обмотку к массе. Когда магнитная сила обмотки превышает силу пружины, тогда контакты размыкаются и последовательно с обмоткой регулятора включаются дополнительный резистор RД и дроссель. Ток возбуждения, напряжение генератора тоже снижаются, и при достижении нижнего порога регулирования пружина снова замыкает контакты, и так далее.

Сопротивление дополнительного резистора RД выбрано малым по величине и оно в 10…15 раз меньше, чем у обычного регулятора. За счет этого контакты коммутируют меньший по величине ток (не весь ток, а только часть его) и выдерживают большой ток возбуждения генератора переменного тока. При достижении среднего числа оборотов контакты К1 размыкаются и более не замыкаются. На генератор подается ток возбуждения через дополнительный резистор и с ростом оборотов ротора этого тока достаточно для повышения напряжения генератора. Напряжение возрастает, в работу тогда вступает вторая ступень регулирования (рис. 5).

На второй ступени, при повышении напряжения больше регулируемого, нижние контакты К2 замыкаются. Обмотка возбуждения генератора тоже замыкается на массу. Ток возбуждения начинает быстро падать до нуля. Когда напряжение генератора снизится и станет меньше нижнего порога регулирования, тогда пружина разомкнет нижние контакты и на обмотку будет подаваться ток через дополнительный резистор и дроссель. Ток возбуждения и напряжение генератора начнут увеличиваться. Это будет продолжаться до повторного замыкания контактов, снижения тока и так далее.

Такой регулятор напряжения позволяет легко, изменяя натяжение пружины, устанавливать напряжение генератора, прост по конструкции и обеспечивает работу генератора переменного тока с большим током возбуждения. К недостаткам его относится увеличение напряжение в сети на 15% и более на второй ступени, сложность регулировки и наблюдаемое на практике заклинивание контактов при их загрязнении.

13

Настройка такого регулятора заключается в подборе величины воздушного зазора между якорем реле и сердечником обмотки (менее 2,5 мм), установке малого хода якоря при его переходе от верхнего положения к нижнему (менее 1 мм) и подборе натяжения пружины.

2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

На автомобилях в различных электрических агрегатах и приборах применяются полупроводниковые приборы. К ним относятся диоды, транзисторы, микросхемы и большие интегральные микросхемы. Современный инженер должен иметь представление об их работе и применении.

2.1.Диоды

Внастоящее время в приборах автомобильного электрооборудования применяются, в основном, кремниевые диоды. Они используются для выпрямления электрического тока, гашения электродвижущей силы самоиндукции в обмотках, активного запирания транзисторов и для выполнения других функций.

Диод представляет собой двухслойный полупроводник, содержащий p-n переход, обладающий односторонней проводимостью. В обозначении диода направление прохождения тока показано стрелкой.

Свойства диода наиболее полно оцениваются по вольт-амперной характеристике. Вольт-амперная характеристика диода представляет собой зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного напряжения.

Для снятия вольт-амперной характеристики диод подключают к источнику постоянного тока по схеме, показанной на рис. 6.

Вольт-амперная характеристика диода нелинейная. При приложении к диоду напряжения в прямом направлении UПР (к точке А – плюс, а к точке В – минус) он проводит ток IПР и по мере увеличения напряжения ток возрастает по закону степенной функции (рис. 7). Здесь нужно обратить внимание на то, что при приложении к диоду прямого напряжения малой

14

Следует отметить, что кроме обычных выпрямительных диодов промышленность выпускает диоды, излучающие свет (светодиоды), диоды воспринимающие свет (фотодиоды), генераторные диоды и др.

2.2.Стабилитроны

Впрямом направлении стабилитрон ведет себя как диод, а при подключении в обратном направлении он может длительное время находиться

впробитом состоянии без разрушения. При этом напряжение на стабилитроне остается практически постоянным.

Полупроводниковые стабилитроны используются в автомобильном электрооборудовании в качестве чувствительных элементов, реагирующих на величину напряжения, для защиты от перенапряжения и также получения стабилизированного (опорного) напряжения.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона и его обозначение показаны на рис. 8. Для снятия характеристики стабилитрон подключают аналогично диоду по схеме рис. 6.

При подключении стабилитрона в обратном направлении (это нормальный режим работы) до тех пор, пока приложенное напряжение мень-

ше напряжения стабилизации UСТ, стабилитрон заперт, его сопротивление велико и он ток не проводит. Когда напряжение достигает UСТ, стабилитрон открывается и напряжение на нём остаётся практически постоянным в диапазоне изменения обратного тока стабилизации от минимального IСmin до максимального IСmax.

16

Проиллюстрируем это на примере управления зажиганием лампочки

(рис. 10).

Рис. 10. Схемы подключения транзисторов: R – запирающий резистор в цепи базы; RБ – ограничительный резистор в цепи базы; IУПР – ток управления; IН – ток нагрузки; ВК– выключатель; Л – лампа

При разомкнутых выключателях ВК токи управления транзисторов близки к нулю и они заперты. При замкнутых выключателях ток управления начинает проходить от источника тока через переход Э–Б, ВК, RБ к минусу (р–n–p) или через RБ, ВК, переход Б–Э к минусу (n–p–n) и транзисторы открываются.

Сопротивление между переходами Э-К резко снижается и появляется ток нагрузки. Он проходит теперь через открытые переходы Э–К и лампочки загораются. В обеих схемах сопротивления RБ включены для ограничения величины тока управления, так как сопротивление переходов Э–Б в прямых направлениях невелики и при их подключении непосредственно к источникам питания транзисторы перегреваются и выходят из строя.

Запирающие сопротивления R выбраны большими по величине и они служат для подключения вывода базы к источнику при разомкнутых контактах ВК. Оставлять вывод базы длительное время никуда не подключенным недопустимо.

Более подробно рассмотреть работу транзистора можно на основе его характеристики управления. Эта характеристика представляет собой зависимость сопротивления RЭК перехода Э–К от тока управления IУПР.

Характеристика условно разбита на три зоны (рис. 11).

max RЭК

RАЗ

Рис. 11. Зависимость сопротивления RЭК перехода транзистора Э-К от тока управления IУПР: 1 – зона активного запирания; 2 – линейная зона; 3 – зона полного открывания или насыщения

В зоне 2 по мере увеличения тока управления транзистор открывается больше и зависимость RЭК от IУПР близка к линейной. Эта линейная зона используется для работы электронных усилительных устройств (магнитофоны, приёмники и т. п.), где нежелательны нелинейные искажения. В зоне 3 при увеличении тока IУПР транзистор полностью открывается и переходит в насыщенное состояние. Сопротивление перехода Э-К уменьшается до минимума RНАС и более не снижается с ростом тока управления. В зоне 1 сопротивление транзистора увеличивается до максимальной величины RАЗ. Причем, чтобы достичь максимума необходимо пропустить через транзистор обратный ток управления (против направления стрелки). Теперь транзисторы находятся в активно запертом состоянии.

В транзисторных регуляторах напряжения применяют активное запирание германиевых транзисторов диодом. При этом используют падение напряжения на диоде таким образом, чтобы потенциал на базе стал больше потенциала на эмиттере (рис. 12).

При таком подключении ток управления транзистора проходит от плюса источника через сопротивление R, переход Б–Э, RА к минусу, и становится обратным током.

19

Обратный ток весьма мал по величине, поэтому говорят, что транзистор запирается обратным потенциалом. Вместо запирающего диода можно установить резистор с низким сопротивлением, но при работе транзистора этот резистор будет сильно нагреваться и одновременно ограничивать рабочий ток транзистора.

Проверку работоспособности транзистора можно осуществить тестером, измеряющим величину сопротивления и оснащенным батарейкой. При этом транзистор представляют приближённо состоящим из двух последовательно соединённых диодов, что справедливо для запертого его состояния (рис. 13).

Один вывод тестера подключают к базе, а второй к эмиттеру и затем к коллектору. Исправный транзистор в одном положении провода на базе будет показывать малое сопротивление (20…50 Ом) при подключении другого провода тестера к выводам эмиттера и коллектора, а в другом положении (поменять местами выводы тестера), наоборот, большое

(100…200 кОм).

Одним из самых важных параметров транзистора является коэффициент усиления по току. Он представляет собой отношение величин тока нагрузки к току управления. Обычно он равен 30…60, для мощных транзисторов коэффициент снижается до 10. Промышленность также выпускает специальные “супер” транзисторы с коэффициентами усиления более 1000.

Рис. 13. Схемы замещения транзисторов при контроле работоспособности

Для транзисторов нормируют коэффициент усиления по току, рабочее напряжение, максимальный ток управления и нагрузки, частотные характеристики и др.

20