Hệ thống điện và điện tử ô tô (1)

hệ thống điện ô tô

1

Table of Contents

6

Chương 1: Thiết bị điện và một số linh kiện bán dẫn sử dụng phổ biến

10

trên ô tô

11

1.1 Các thiết bị điện và linh kiện điện tử thụ động

12

1.1.1 Công tắc máy

13

Công tắc là tên của một thiết bị (xét trong mạch điện), hoặc một linh kiện (xéttrong một thiết bị điện), sử dụng với mục đích để đóng/bật - ngắt/mở/tắt dòngđiện hoặc chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt trong tổ hợp mạch điện có sửdụng chung một công tắc Hay rõ hơn, trong mạng điện, một công tắc có thểcùng lúc chuyển trạng thái đóng-ngắt cho 1 hoặc nhiều mạch điện thànhphần Cầu dao, khóa điện, Rơ le, là những dạng công-tắc đặc biệt, đượcngười Việt đặt tên riêng để phân biệt do cách chế tạo, công năng sử dụng.

14

Hình 1.1 Một số loại công tắc

17

Cấu tạo: Một công tắc được cấu tạo từ 2 điểm của đường dây tải điện và cầunối giữa chúng (giúp 2 điểm "tiếp xúc" với nhau) Công tắc có thể là công tắcđơn (2 điểm, kết nối 1-1) hoặc đa điểm (kết nối 1-n hoặc n-1 hoặc n-n hoặc n-

m, trong đó n, m>1) [1]

18

Công tắc máy có hai loại là công tắc điện và công tắc từ.

19

1.1.2 Phương pháp đo kiểm thiết bị bằng ôm kế

20

1 Đảm bảo rằng tụ điện đã được xả hoàn toàn

21

2 Lấy đồng hồ đo AVO.

22

3 Chọn chế độ Ohm

23

4 Chạm que đo với các cực tụ điện.

24

5 Đọc giá trị và so sánh với các kết quả sau:

25

6 Tụ ngắn mạch: Sẽ hiển thị mức điện trở rất thấp

26

7 Tụ điện hở: Kim đồng hồ không dịch chuyển

27

8 Tụ điện tốt: Lúc đầu, nó hiển thị mức điện trở thấp, sau đó tăng dầnđến vô hạn

28

Hình 1.2 Thiết bị ôm kế kiểm tra tụ điện

31

1.1.3 Phương pháp đo tụ điện để đấu dây bằng Ampe kế điện đơn giản

33

1. Đảm bảo rằng tụ điện đã được xả hoàn toàn

34

2. Chỉnh đồng hồ trên phạm vi Ohm (Đặt thang đo 1000Ohm = 1k).

35

3. Chạm que đo với các cực tụ điện.

36

4. Đồng hồ số sẽ hiển thị một số con số trong một giây.

37

5. Ngay lập tức nó sẽ hiển thị OL Lặp lại bước 2 sẽ hiển thị kết quảtương tự như ở bước 4 và bước 5 Là tụ điện ở trạng thái tốt.

38

6. Nếu không có thay đổi thì tụ đã hỏng.

39

1.2 Các linh kiện điện tử

41

1.2.1 Điện trở

42

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tượng R.Điện trở suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện củavật liệu Điện trở kháng được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa haiđầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó.[2]

43

Hình 1.2 Một số điện trở thường gặp

46

Một số ký hiệu trên sơ đồ mạch:

47

*Cách đọc thông số của điện trở:

48

Mỗi điện trở có 1 giá trị nhất định, vòng màu in trên điện trở thể hiện giá trị của nó Thông thường, điện trở có 4 vòng màu 2 vòng màu đầu là 2 chữ số đầu của giá trị Vòng thứ 3 thể hiện số chữ số “0” đứng sau Vòng thứ tư thể hiện sai số.

49

Có tất cả 12 màu, mỗi màu có 1 giá trị khác nhau

50

Xem ảnh và ví dụ cho dễ hiểu

51

Hình 1.3

54

Hình 1.4

57

Ví dụ 1 : mình có 1 điện trở có 4 vòng màu : Đỏ Đỏ Nâu Ngân Nhũ

58

Màu Đỏ có giá trị là 2 Màu Nâu có giá trị là 1 Ngân Nhũ có sai số là 5%

59

==> Các số tương ứng với vòng màu là : 2 2 1 5%

60

1.2.2 Tụ phân cực và tụ không phân cực

61

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bới haibản cực đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điệnxoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.

62

Hình 1.5 Một số loại tụ

64

1.2.2.1 Tụ điện phân cực

65

Đối với tụ phân cực( có phân biệt âm dương) giá trị của tụ được ghi rõ ràng

và cực âm là cực có gạch màu trắng ( cực dương không kí hiệu) hoặc có thểxác định cực bằng chân tụ, chân dài hơn là dương, chân ngắn là âm ( chỉ ápdụng cho tụ vừa mới mua ).[3]

66

Hình 1.6 Mốt số tụ điện phân cực

69

1.2.2.2 Tụ điện không phân cực

70

Trái ngược với tụ điện phân cực, tụ điện không phân cực không quy định cựctính Bởi vì tính chất chung của tụ điện không phân cực là không xác định cựcdương hay cực âm nên ta có thể suy ra chúng thường là tụ giấy, tụ gốm, tụmica…

71

Ngoài ra có một vài trường hợp đặc biệt mặc dù là tụ hóa nhưng nó khôngphân cực âm và cực dương nên vẫn được xếp vào loại tụ điện không phâncực.

72

Hình 1.7 Tụ không phân cực

75

1.2.3 Diode

76

1.2.3.1 Diode nắn điện

77

- là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC

50Hz

78

- Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A.

79

Hình 1.8 Diode cầu 2A-600V KBP206

81

1.2.3.2 Diode tách sóng

82

- Là loại Diode nhỏ vỏ bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặttiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điện dung kýsinh.[4]

83

- Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóngtín hiệu

84

Hình 1.9 Diode tách sóng

86

1.2.3.3 Zener diode

87

- Loại Diode bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện ápđánh thủng.Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi

88

- Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì Diode Zener sẽ ghim mộtmức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên Diode, làm ổn áp cho mạchđiện.

89

Hình 1.10 Diode zener

92

Cấu tạo :

93

Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P

94

– N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực

95

ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân

96

cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị

97

ghi trên diode.

98

1.2.4 Led

99

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) làcác điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũnggiống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với mộtkhối bán dẫn loại n Diode là loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điệnchạy qua nó mà không theo chiều ngược lại Cách tạo ra ánh sáng của LED là

sự gặp nhau của các electron trong môi trường chất bán dẫn dựa trên nguyên

lý điện phát quang.[5]

100

Hình 1.11

103

Kí hiệu:

104

Cấu tạo cơ bản của đèn LED

106

Lăng kính: được sử dụng với vai trò phân bố ánh sáng theo hướng do vậy đènLED có thể thay đổi góc chiếu sáng bằng lăng kính Để phân bố ánh sáng tốtthì chất lượng bề mặt, hình dáng của lăng kính rất quan trọng để đảm bảo sựlan truyền của ánh sáng và hạn chế tổn thất trong sản lượng ánh sáng.

107

Chip LED: bộ phận quan trọng tạo ra ánh sáng cho đèn.

108

Lớp bề mặt: Thường dùng là kim loại PCB để gắn đèn LED với tác dụng tạo

sự chắc chắn để gắn chip LED và thực hiện vai trò tản nhiệt tiếp xúc với bềmặt tiếp xúc rộng hơn

109

Lớp tiếp xúc: thường là keo hoặc dầu mỡ, để tối đa tiếp xúc khi gắn lớp bềmặt vào bộ phận tản nhiệt, giúp tối đa hóa khả năng tản nhiệt của đèn.

110

Bộ tản nhiệt: thường có 2 loại là tản nhiệt chủ động và tản nhiệt bị động Tảnnhiệt chủ động thường là quạt dùng để lưu thông không khí Tản nhiệt bị động

sử dụng dây kim loại để làm tiêu tán nhiệt Tản nhiệt chủ động thường giảinhiệt tốt hơn, nhưng trong các ứng dụng tản nhiệt bị động là đủ để giúp cho

bộ đèn có nhiệt độ hoạt động tốt nhất.[6]

111

1.2.5 Photpho diode

112

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng

113

thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệthuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode.v

114

1.2.6 Điện trở quang

115

Là một trong những linh kiện được tạo ra bằng một chất đặc biệt có thể làmthay đổi điện trở khi ánh sáng chiếu vào.

116

- Hoạt động theo nguyên lý quang dẫn Quang trở được sử dụng nhiều trongcác mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, báo động ánh sáng,…

117

Hình 1.14 Cấu tạo của điện trở quang

120

Hình 1.15 Quang điện trở

123

1.2.7 Điện trở nhiệt

124

Điện trở nhiệt (tên tiếng Anh thermistor) là một loại linh kiện điện tử thụ động

mà điện trở của nó phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ Được ứng dụngrộng rãi trong khởi động giới hạn dòng điện, cảm biến nhiệt, bộ bảo vệ quádòng tự phục hồi,…

125

Khác với điện trở là một đại lượng vật lý, là một linh kiện điện tử.

126

Dù không phải là một đại lượng vật lý nhưng Thermistor vẫn có trở kháng –tức là khả năng cản trở dòng điện để cản trở dòng điện.

127

Điện trở nhiệt có 2 loại chính là PTC và NTC Được chia thành các giá trịkhác nhau để phù hợp việc biến đổi điện trở trên thiết bị : Loại 10k , 20k , 30k

và 100k

128

Hình 1.16 Kí hiệu điện trở nhiệt PTC và NTC

131

Hình 1.17 Điện trở nhiệt PTC MZ126A

134

Hình 1.18 Điện trở nhiệt NTC 100-7

137

1.3 Các linh kiện điện tử có điều khiển tích cực

138

1.3.1 Transistor BJT loại PNP

139

Hình 1.19 Transistor PNP A1015

142

Các Transistor PNP được cấu tạo từ vật liệu n-type đi kèm với hai vật liệu type, loại như vậy của transistor được gọi là transistor PNP Nó là một thiết bịđược kiểm soát hiện tại Một lượng nhỏ dòng cơ sở kiểm soát cả bộ phát vàdòng thu Transitor PNP có hai điốt tinh thể được kết nối trở lại Phía bên tráicủa diode được gọi là diode phát cơ sở và phía bên phải của diode được gọi làdiode collector-base.

p-143

Hình 1.20 Ký hiệu của Transistor PNP

146

Cấu trúc của bóng bán dẫn PNP được thể hiện trong hình dưới đây Ngã ba cơ

sở emitter được kết nối theo xu hướng thuận và ngã ba cơ sở collector đượckết nối theo xu hướng ngược Bộ phát được kết nối theo xu hướng thuận sẽthu hút các electron về phía pin và do đó tạo thành dòng điện chạy từ bộ phátsang bộ thu

147

Hình 1.21 Cấu tạo Transitor PNP

150

Cơ sở của bóng bán dẫn luôn được giữ tích cực đối với bộ thu để lỗ hổng từđường giao nhau của bộ thu không thể đi vào đế Và bộ phát cơ sở được giữ ởphía trước do đó các lỗ từ vùng phát ra đi vào căn cứ và sau đó vào khu vựcthu gom bằng cách đi qua vùng cạn kiệt.

151

1.3.2 Transistor BJT loại NPN

152

NPN là một trong hai loại Transitor Bipolar Junction (BJT) Transitor NPNbao gồm hai vật liệu bán dẫn loại n và chúng được phân tách bằng một lớpmỏng bán dẫn loại p Ở đây các hạt mang điện đa số là electron và lỗ trống làhạt mang điện thiểu số Dòng điện tử chuyển từ bộ phát sang bộ thu tạo thànhdòng chảy trong bóng bán dẫn qua cực cuối.

153

Hình 1.23 Transistor NPN C1815

156

Hình 1.24 Ký hiệu của Transistor NPN

159

Cấu tạo:Transistor NPN có hai điốt được kết nối trở lại Các diode ở phía bêntrái được gọi là một diode phát cơ sở và các điốt ở phía bên trái được gọi làdiode collector-base Những tên này được đưa ra theo tên của các thiết bị đầucuối.

160

Hình 1.25 Cấu tạo Transistor NPN

163

Transistor NPN có ba thiết bị đầu cuối, đó là bộ phát, bộ thu và cơ sở Phầngiữa của bóng bán dẫn NPN được pha tạp nhẹ, và nó là yếu tố quan trọng nhấttrong hoạt động của bóng bán dẫn Bộ phát được pha tạp vừa phải, và bộ thuđược pha tạp nặng.

164

1.2.3 FET

165

Transitor hiệu ứng trường (FET) là một thiết bị bán dẫn ba cực (cực máng,nguồn và cổng) trong đó dẫn truyền dòng chỉ bằng một loại sóng mang(electron trong trường hợp FET kênh N hoặc lỗ trong P- kênh FET) Nó cũngđôi khi được gọi là transistor đơn cực Không giống như transistor lưỡng cực,FET hầu như không yêu cầu dòng điện đầu vào (tín hiệu sai lệch) và có khảnăng chống đầu vào cực kỳ cao - lợi thế cực kỳ quan trọng so với BJT Cácthiết bị BJT hoặc FET có thể được sử dụng để hoạt động trong các mạchkhuếch đại hoặc các mạch điện tử tương tự.

166

Hình 1.26 Transistor hiệu ứng trường ( FET)

170

Cấu tạo:FET là thiết bị có 3 đầu cuối (three terminals) tướng ứng 3 chân:

171

Chân nguồn (S): các hạt mang điện truyền vào kênh Thông thường, dòng vàotại kênh S được đặt là IS.

172

Chân máng (D), thông qua đó các hạt mang điện rời khỏi kênh Dòng vàokênh D đƣợc gọi là ID Điện áp từ D tới S gọi là VDS.

173

Chân cổng (G), điều chỉnh độ dẫn kênh, nghĩa là cho phép các electron chảyqua hoặc chặn dòng của chúng bằng cách tạo ra hoặc loại bỏ một kênh giữanguồn và máng Khi cấp điện áp cho G, người ta có thể kiểm soát được dòngID.

174

Hầu hết các FET còn có một thiết bị đầu cuối thứ tƣ (fourth terminal) đƣợcgọi là thân (Body) hay nền, đế (Substrate / Base) Thiết bị đầu cuối thứ tƣ nàydùng để phân cực cho transistor hoạt động và nó rất quan trọng khi thiết lập

bố trí vật lý của mạch tích hợp

175

Hình 1.27 Các ký hiệu của FET

178

1.2.4 MOFET

179

MOFET là loại transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao do đóng ngắtthấp Khác với transistor BJT có cổng điều khiển bằng dòng điện, MOSFETđược điều khiển bằng điện áp.

180

MOSFET đòi hỏi công suất tiêu thụ ở mạch cổng kích thấp, tốc độ kích đóngnhanh và tổn hao do đóng ngắt thấp Tuy nhiên, MOSFET có điện trở khi dẫnđiện lớn Do đó, công suất tổn hao khi dẫn điện lớn làm nó không thể pháttriển thành linh kiện công suất lớn Được sử dụng nhiều trong các ứng dụngcông suất nhỏ (vài kW).

181

Hình 1.28 MOSFET

184

Cấu tạo:

185

Linh kiện MOSFET có thể có cấu trúc pnp và npn Hình bên dưới mô tả cấu trúc của MOSFET loại npn Giữa lớp kim loại mạch cổng và các mối n+ và p

có lớp điện môi silicon oxid SiO Điểm thuận lợi cơ bản của MOSFET là khả năng điều khiển kích đóng ngắt linh kiện bằng xung điện áp ở mạch cổng

186

Hình 1.29 Cấu tạo và ký hiệu MOFET

188

1.3 IC khuếch đại thuật toán ( OP-AMP)

189

Hình 1.30 IC khuếch đại thuật toán OP-AMP LM358 DIP8

192

Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng anh: operational amplifier), thường đượcgọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại “DC-coupled” (tín hiệu đầu vào baogồm cả tín hiệu BIAS) với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, vàthông thường có đầu ra đơn Trong những ứng dụng thông thường, đầu rađược điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợiđầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra.[7]

194

1.3.1 Ký hiệu

195

Hình 1.30 Ký hiệu

197

1.3.2 Cấu tạo

198

Hình 1.30

201

Hình 1.31

204

– Khối 1: Đây là tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier), nhiệm vụkhuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào v+ và v– Nó hội đủ các ưuđiểm của mạch khuếch đại vi sai như: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại được tínhiệu biến thiên chậm; tổng trở ngõ vào lớn …

206

– Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi saimắc nối tiếp nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn,nhằm tăng độ nhay cho Op-Amps Trong tẩng này còn có tầng dịch mức DC

để đặt mức phân cực DC ở ngõ ra

207

– Khối 3: Đây là tầng khuếch đại đệm, tần này nhằm tăng dòng cung cấp ratải, giảm tổng trở ngõ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tảikhác nhau.

208

Op-Amps thực tế vẫn có một số khác biệt so với Op-Amps lý tưởng Nhưng

để dễ dàng trong việc tính toán trên Amps người ta thường tính trên Amps lý tưởng, sau đó dùng các biện pháp bổ chính (bù) giúp Op-Amps thực

Op-tế tiệm cận với Op-Amps lý tưởng Do đó để thuận tiện cho việc trình bày nộidung trong chương này có thể hiểu Op-Amps nói chung là Op-Amps lý tưởngsau đó sẽ thực hiện việc bổ chính sau

209

Chương 2: Hệ thống chiếu sáng và đèn tín hiệu

211

2.1 Hệ thống chiếu sáng

212

2.1.1 Kết cấu đèn đầu phản xạ

213

Kết cấu đèn phản xạ: loại phổ biến của đèn đầu có gương phản xạ với 2 kiểuthay bóng và đèn liền khối

214

Hình 2.1

216

2.1.2 Cấu tạo bóng đèn sợi đốt kiểu Châu Âu,Mỹ

218

2.1.2.1 Kiểu Châu Âu

219

Hình 2.2

221

Dây tóc ánh sáng gần (đèn cốt) gồm có dạng thẳng được bố trí phía trước tiêu

cự, hơi cao hơn trục quang học và song song trục quang học, bên dưới cómiếng phản chiếu nhỏ ngăn không cho ccas chùm tia sáng phản chiếu làm lóamắt người đi xe ngược chiều Dây tóc ánh sáng gần có công suất nhỏ hơn dâytóc ánh sáng xa khoảng 30-40 Tấm phản chiếu nhỏ bị cắt phần bên trái mộtgóc 15, nên phía phái được chiếu sáng rộng và xa hơn phía trái

222

Hình dạng đền thuộc hệ Châu Âu thường có dạng tròn, hình chữ nhật hoặchình có bốn cạnh Các đèn này thườn có in số “ 2” trên kính Đặc trưng củađèn kiểu Châu Âu là có thể thay đổi được loại bóng đèn và thay đổi cả cácloại thấu kính khác nhau phù hợp với dường viền ngoài của xe.[8]

223