半导体二极管的核心是一个PN结,外加玻璃、金属或塑料封装而成。半导体二极管的特性是具有单向导电性。在很多装有交流发电机的汽车上,都用二极管来整流。
当二极管两端接上电源,当在PN结上加正向电压时,正向电压和自建电场的方向相反,削弱了自建电场,有利于空穴与电子的扩散。于是推动P型边的空穴连续向N型边移动;N型边的电子亦源源向P区移动,大电流不断流过PN结,因此电流就能通过二极管。
此时二极管PN结呈现很小的电阻,称为导通。当在PN结上加反向电压时,由于外加电压与自建电场方向相同,加强了自建电场,从而阻止空穴和电子的扩散,大电流不能通过PN结,只形成一微小的反向漏电流,PN结呈现很大的电阻,称为二极管截止。交流发电机与蓄电池连接的电路中,二极管利用其单向导电性将交流电变为直流电,当电流从交流发电机流出时,二极管导通,给蓄电池充电,而当交流发电机电流反向时,二极管截止,避免蓄电池放电。
晶体管又称半导体三极管,它有两个PN结。根据其组合方式可分为PNP型晶体管和NPN型晶体管。它有三个电极:发射极、基极和集电极。PNP型晶体管发射极发射的载流子是空穴,而NPN型晶体管发射的是电子。两者发射的载流子虽然不同,但其工作原理是一样的。
晶体管在电路中不仅可以起放大、开关等作用,而且具有小巧、价廉、方便、可靠等优点。除电子工业及各种科技应用之外,现代汽车的电系统,亦用它来作开关和放大、直流电压转换、振荡、保护元件等,制成晶体管调节器、晶体管点火、晶体管电钟等。晶体管是如何起放大和开关作用的,当开关闭合时,发射极与基极间的p-n结加上有正向电压,因此,基极电路中有电流通过。
如果在基极支路上串联一个可变电阻,则可把基极电流控制得极小,然而,基极的这股涓涓的电流,却起着从发射极通向集电极这个p-n-p晶体管电子阀门的作用。利用上述可变电阻控制基极电流的微小变化相当于控制基极电子阀门的开启程度。电流小闸门开启得小,电流大,阀门开启得大,电流为零,阀门相当于关闭。基极电流在一定范围内变化时,集电极电流随基极电流的微小变化而发生较大的变化,这种倍增关系我们把它称为晶体管的放大作用。
如果调节基极电流达到0.35A,这时,对于这个P-N-P三极管来说,相当于其阀门已全部打开,从发射极通过基极(阀门)到达集电极的电流是4.15A。换句话说,如果负载不变的话,集电极电流在这个电流极限值以上就不再随基极电流的变化而变化了。我们称这个状态为晶体管的“饱和导通”状态。
如果将基极电路断开,则基极电流为零,相当于阀门关闭,则从发射极到集电极无电流通过,相当于一个开关断开,我们称这个状态为晶体管的“截止”状态。我们就是利用晶体管的这种“导通”和“截止”来构成无触点的电子“开关”,来接通和断开发电机的励磁回路,从而将发电机输出电压限制在预定值内。
铅酸蓄电池,其用途是在发动机起动时向起动机供电,同时,当汽车发动机低速运转而发电机仍不能提供足够的电压时,点火线圈及其它电器均需由蓄电池来供电;当发电机负载过大,超过其供电能力时,蓄电池便与发电机同时供电。此外,当负载小而发电机发出的电能有过剩时,蓄电池也能将它贮蓄起来。
由此可见,蓄电池在汽车上的作用是很重要的。由于蓄电池的主要作用是当汽车起动时供给起动电动机强大的电流,故又称为起动型蓄电池。蓄电池并不“蓄电”,它是将化学能与电能相互转换的装置。当蓄电池供给电流时,其内部的化学作用将电荷向外推出,由蓄电池的一端经负载后再回到另一端。蓄电池在经过短时间的化学作用后,即会放电或减少电量。因此需给蓄电池通以与放电电流方向相反的电流,使蓄电池回复到原来的化学状态,这个过程称为充电。
蓄电池的构造铅酸蓄电池中的每个单格电池产生约2V的电压,因此一个12V的蓄电池有6个串联的单格电池。每个单格电池均由正极板组和负极板组组成。极板先由铅锑合金制成格子状,格子呈长方形,周围是较粗厚的框架,中间是横直金属丝组成的网格。网格中填入铅氧化物调成的糊状物质,经过充电(极化)处理,使糊状物质成为固体而多孔物质,能发生充电和放电作用,称为活性物质。
正极板上是棕褐色的过氧化铅,负极板上是灰色的海绵状铅。蓄电池的每个单电池都是由正极板和负极板交错排列而成。将正极各片,用极板连接条连成一体,成为正极板组;负极板各片连成一体成为负极板组。通常,负极板组比正极板组多一块极板,因此,在一个单电池内,相间排列的极板组两边都是负极板。
这是由于构成负极板的化学物质没有正极的化学物质活跃,通过额外增加负极板的面积,才能使两极板的化学活动性更趋于平衡。似这样的装配,每个单电池的极板个数是不相等的。极板越多或面积越大,电池的容量就愈大,可得到的电流也就愈大。对于12伏的客车用蓄电池,一般每个单电池有9、11或13块极板。整个蓄电池组共有54、66或78块极板。为了防止相邻的极板相互接触,其间放有一块隔板。
隔板是由多孔非导体材料制成的,如经化学处理后的木材、多孔橡胶、浸渍树脂纤维或玻璃纤维等。隔板一面是光滑的,另一面做成许多平行的凸条和沟槽,凸条面贴向正极板,这样使活性较大的正极板可容纳较多的酸,增加酸的循环,改善电池的性能;同时,正极板的活性物质比较容易脱落,可以从隔板的沟槽落入沉渣室,不致挤坏隔板。蓄电池隔板必须耐硫酸的腐蚀,同时机械强度要大,还必须足够疏松以便让电解液自由通过,而且必须防止极板活性物质膨胀后相互接触。
正极板组和负极板组以及隔板等元件放在蓄电池的隔墙之间的每个单元内。每个单元件的底边放在肋条或元件支座上,肋条之间的室称为沉渣室,从极板上溶解下来的物质可沉积在沉渣室中而不会引起极板之间短路。蓄电池外壳通常是由硬橡胶、沥青合成物或塑料整体模压成型的。此外壳也必须耐硫酸腐蚀、有一定的强度和较好的热稳定性。新型蓄电池外壳用透明的塑料制成,可以清楚地看到电解液的高度是否适当。
单格电池的连接方式有数种:最简单的是在蓄电池顶部用联条,将一单电池的正极和相邻电池的负极柱,用铅条串联。这种连接方式的缺点是耗铅多,电阻大而放电时温度高,且容易造成短路。另一种连接方式是在外壳内连接各电池,在相邻单格电池之间的壁上打圆孔供联条穿过,将两极板连在一起,从而使蓄电池内各单格电池接为一体。这种连接方式其盖子为整体型,用密封剂与壳体密封起来。盖子上设有加液孔,以便给单格电池注入电解液和定期补充因蒸发失去的水。
此外,加液孔还可以排气。有很多不同类型的加液孔盖,近来设计的加液孔盖可大大减少水分的蒸发,因而很少需要补充水。电解液蓄电池完全装好之后,加入电解液。铅酸蓄电池使用的电解液,是经过浓缩的硫酸水溶液,在80°F(约26.7℃)时,其比重为1..比重是温度在39.1F(约4℃)时,一定体积的液体重量与同体积水的重量之比。电解液的比重为1.,就是在同一温度,同样体积的电解液的重量是水的1.倍。溶液的比重用液体比重计来测量。
比重计象一个大的玻璃吸管,可用来抽取电解液样品,在玻璃管内有一个标有刻度的中空玻璃浮子。当吸入液体样品后,浮子将浮在一定的高度,然后在液面水平位置读取刻度上的数值即为溶液比重的测量值。在比重小的液体中,浮子下沉的深度比在比重大的液体中下沉的深度大。
浮子是用玻璃做的,它的刻度精确,能正确显示出液体的比重。其重量是由制造者精心选择好的,以保证读数间距适当。由于液体的比重受温度的影响,因此,在测量液体比重的同时,必须测量温度。质量好的液体比重计带有一个温度计,可以同时测量温度和作必要的修正。