Электроника - краткая теория
ЖКИ
- ЖКИ
- Screenshot_12.jpg (247.15 КБ) 138 просмотров
Помимо светодиодов для отображения информации, такой как скорость автомобиля, время и т. д., используются жидкокристаллические индикаторы или ЖКИ. Они изготовлены из специальных кристаллов, отражающие свойства которых изменяются при пропускании электрического тока. ЖКИ представляют собой пассивные устройства отображения информации. Это означает, что они не излучают света, а вместо этого используют окружающий свет. За счет использования окружающего света для отображения информации они потребляют очень мало энергии. Поэтому ЖКИ активно используются там, где требуется обеспечить малое потребление энергии и где важны небольшие габариты. Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой органические вещества, которые обладают как жидкой, так и кристаллической молекулярной структурой. В этой жидкости молекулы в виде стержней обычно составляют параллельный массив, поэтому свет может проходить через них и отражаться от серебристой подложки дисплея. Положение кристаллов можно изменить за счет электрического поля. Если на электроды ячеек подается соответствующий сигнал управления, поперек ячейки формируется электрическое поле, и молекулы жидких кристаллов разворачиваются вдоль силовых линий электрического поля. Падающий свет теперь поглощается в задней стороне индикатора. Снаружи виден черный символ на серо-серебристом фоне. Если выключить электрическое поле, молекулы разворачиваются обратно на угол 90 градусов, и снаружи снова виден серый фон. Обычно в ЖКИ имеется множество электродов, и избирательно подавая на электроды напряжение, можно получить огромное количество разнообразных изображений.
Термистор
- Термистор теория
- Screenshot_13.jpg (133.75 КБ) 137 просмотров
Вообще говоря, любой проводник в определенных пределах изменяет свое сопротивление под воздействием температуры. Величина изменений зависит от фактически используемого материала. Изменение сопротивления используется во многих датчиках и исполнительных устройствах в автомобиле. Существует два типа изменений. Сопротивление может увеличиваться с увеличением температуры; это называется положительным температурным коэффициентом и является естественным поведением для большинства материалов. Или сопротивление может уменьшаться с увеличением температуры; это называется отрицательным температурным коэффициентом. Такое свойство достигается за счет использования полупроводника, так называемого термистора. Разница этих двух характеристик приводит к разному использованию. Приборы с ПТК обычно используются для нагревательных устройств, а приборы с ОТК используются в качестве датчиков температуры. В случае ПТК ток уменьшается с увеличением температуры, а в случае ОТК — увеличивается.
Пьезоэффект
- Пьезоэффект теория
- Screenshot_14.jpg (171.03 КБ) 136 просмотров
Еще одним уникальным свойством является пьезоэффект. Существуют некоторые материалы, на поверхности которых создается напряжение при приложении механической силы. Это явление называют пьезоэффектом. Оно основано на разделении зарядов (несколько напоминает конденсатор, но под воздействием давления) при некотором изменении формы, вызванном внешней силой. Если приложена сила, на одной поверхности увеличивается отрицательный заряд, и одновременно на другой поверхности увеличивается положительный заряд: образуется разность потенциалов, и через подключенную к пьезоэлементу нагрузку начинает проходить электрический ток. Этот ток можно измерить и использовать для определения давления или вибрации. Типовым применением является датчик детонации, используемый для определения детонации двигателя. Кроме того, пьезоэффект работает и в обратном направлении, т. е. если подать на пьезоэлемент напряжение, его форма изменится. Например, высота увеличивается/уменьшается в зависимости от направления тока. Это явление используется, например, для управления форсунками в системах с общей топливо распределительной рампой.
Эффект Холла
- Эффект Холла теория
- Screenshot_15.jpg (157.94 КБ) 135 просмотров
Если подать напряжение на полупроводник, расположенный в магнитном поле, силовые линии которого расположены поперечно (под углом 90°) к приложенному напряжению, формируется новое напряжение. Это напряжение перпендикулярно магнитному полю и приложенному напряжению. Причина этого напряжения заключается в том, что магнитное поле отклоняет часть электронов, в результате чего образуется разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла, а явление называется эффектом Холла. Эффект Холла широко используется при разработке различных датчиков. На рисунке показано типовое применение в системе управления двигателем (распределитель зажигания). В данном случае датчик Холла используется для определения положения и частоты вращения коленчатого вала. Элемент Холла расположен напротив постоянного магнита. Между ним и полюсом магнита имеется воздушный зазор, в котором может вращаться ротор. Этот ротор механически связан с коленчатым валом. При вращении коленчатого вала ротор также вращается и проходит через зазор. Как видно на рисунке, на роторе имеются четыре шторки (экраны) и четыре зазора. Если перед элементом Холла расположен зазор, магнитное поле попадает в полупроводниковый элемент и образуется напряжение Холла. Но если перед элементом Холла расположена шторка, магнитное поле экранировано и напряжения Холла не образуется. По количеству изменений напряжения можно определить частоту вращения коленчатого вала. Так как ротор связан с коленчатым валом, положение коленчатого вала можно определить по моменту, когда шторка только начинает закрывать (или открывать) магнитное поле. Существует множество вариантов конструктивного исполнения датчиков Холла, но общий принцип сохраняется.
Электромагнитная совместимость
- Электромагнитная совместимость теория
- Screenshot_16.jpg (184.79 КБ) 135 просмотров
С увеличением количества электрических узлов в автомобиле, а также с увеличением количества электронных устройств, используемых в повседневной жизни (например, сотовых телефонов), также увеличивается количество излучаемых электромагнитных волн. Эти волны могут отрицательно влиять на электрооборудование автомобиля. Например, помехи от системы зажигания могут быть слышны в аудиосистеме. Но еще хуже то, что электромагнитное излучение высокой частоты может нарушить работоспособность блоков управления или систем, связанных с безопасностью, таких как ABS или ESP. Чтобы избежать этих проблем, необходимо принять соответствующие меры. Существуют разные способы: например, установка диода в цепь питания реле для подавления импульсного напряжения, установка конденсатора в цепь питания катушки зажигания, установка резистора в цепь питания узла, а также комбинация различных способов. Выбор способа зависит от источника помех, от типа наводок и от связи между потребителем и источником помех. В соответствии с законодательством производители электрического и электронного оборудования обязаны демонстрировать и обеспечивать соответствие производимого оборудования требованиям электромагнитной совместимости. Это сделано в следующих целях: не допустить излучения устройствами и приборами электромагнитных волн или помех, превышающих допустимый уровень, и не допустить нарушения работоспособности устройства за счет наружного электромагнитного излучения.
Смешанное напряжение и конденсатор
- Смешанное напряжение и конденсатор
- Screenshot_17.jpg (180.68 КБ) 133 просмотра
Помимо использования в таймерных схемах или в источниках питания конденсатор можно использовать как фильтр для подавления помех. В приведенном примере помеха (сигнал переменного тока) наложена на напряжение питания устройства, например аудио оборудования. Помеха отрицательно сказывается на аудиоустройстве, так как приводит к изменению звука громкоговорителей. Чтобы избежать этого, следует не допустить попадания помех в аудиосистему. В приведенном примере это осуществляется за счет конденсатора. Так как питание осуществляется постоянным током, сопротивление конденсатора для него после зарядки равно бесконечности. Но переменный ток проходит через конденсатор, так как при высокой частоте конденсатор не является сопротивлением для переменного тока. Так как переменный ток может проходить через конденсатор, он поступает на «массу» и таким образом исключается.
Различные типы помех
- Различные типы помех
- Screenshot_18.jpg (169.74 КБ) 132 просмотра
Существуют различные пути распространения помех. Первым является непосредственное соединение за счет кабелей и проводников (гальваническая связь). Вторым является так называемая емкостная связь, когда источник и приемник помех не имеют непосредственного соединения. Помеха передается за счет изменения соответствующих электрических полей. Третьим является индуктивная связь. В этом случае передача осуществляется за счет магнитного поля, наводящего помеху в цепи приемника. Как и в случае емкостной связи, непосредственная связь отсутствует. Еще одним способом является излучение. В этом случае электромагнитные волны распространяются по воздуху и принимаются каким-либо предметом, играющим роль антенны. Несмотря на то, что на рисунке в качестве примера приведена аудиосистема, то же самое справедливо для блоков управления и т. д.
Согласующий / нагрузочный резистор
- Согласующий / нагрузочный резистор
- Screenshot_19.jpg (198.86 КБ) 131 просмотр
Чтобы блок управления мог определить, замкнут выключатель или разомкнут, часто на выключатель подают напряжение. Простейшим способом является непосредственное соединение выключателя с ЭБУ. Но при такой компоновке схема будет очень чувствительна к помехам, что приведет к ошибкам на входе. Чтобы избежать этого, устанавливают нагрузочный резистор. Задача нагрузочного резистора состоит в обеспечении определен¬ного уровня напряжения и в предотвращении ситуации, когда помеха создает случайное напряжение на сигнальной линии блока управления, что может привести к ошибке входного сигнала. Один вывод нагрузочного резистора подключают к источнику напряжения, а второй вывод подключают к выключателю, идущему на «массу». Если выключатель разомкнут, на блок управления поступает напряжение 12 В, так как ток проходит в блок управления. Если выключатель замкнут, ток проходит через резистор непосредственно на «массу», поэтому напряжение на входе блока управления равно 0 В. Реже используют согласующий резистор, работающий по тому же принципу, но прямо противоположно нагрузочному резистору. Напряжение равно 0 В, если выключатель разомкнут, и поднимается до 12 В, если выключатель замкнут.
Принцип работы осциллографа
- Принцип работы осциллографа
- Screenshot_20.jpg (149.49 КБ) 131 просмотр
Так как точно измерить цифровые сигналы вольтметром невозможно, для измерения требуется другой прибор — осциллограф. Осциллограф представляет собой прибор, позволяющий наблюдать электрические сигналы на экране. Для этого электронный луч отклоняется в зависимости от измеряемого напряжения и от времени. Благодаря этому можно увидеть поведение сигнала или напряжения. Как уже было сказано, в ряде случаев мультиметр не дает точной информации, поэтому осциллограф крайне полезен для поиска неисправностей. На рисунках показаны некоторые примеры сигналов, измеренных осциллографом. Они все разные, поэтому следует уметь работать с функцией осциллографа приборов Hi-Scan Pro или GDS (более подробная информация приведена в разделе «Инструмент и оборудование») или с обычным осциллографом. При поиске неисправностей см. Руководство по ремонту, где приведены примеры соответствующих сигналов.