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《汽车电器与电子技术》第四次作业

news 来源：原创 2025/5/10 13:53:01

第三次作业下次补上

电容式闪光器

结构特点：

核心元件：由铁芯、线圈、电容（电解电容或纸质电容）、电阻（附加电阻）、常闭触点（弹簧片控制）及外壳组成。
电路连接：线圈与触点串联，电容与电阻并联后并联在触点两端，形成 RC 充放电回路。
触点结构：常闭触点由弹簧片保持闭合，线圈通电时产生磁场控制触点开合。
附加电阻：用于限制触点断开时的电流，保护电路。

工作原理（分步说明）：

触点闭合阶段：

当转向灯开关接通（如左转向），电流路径：电源正极 → 线圈 → 常闭触点 → 转向灯及转向指示灯 → 电源负极。

线圈通电产生磁场，吸下触点臂，触点保持闭合，转向灯亮。

电容充电阶段：

触点闭合同时，电容通过线圈、附加电阻充电（电流：电源 → 线圈 → 附加电阻 → 电容 → 电源负极）。

充电初期，电容电压低，线圈电流大，磁场强，触点保持闭合。

随着电容充电，其电压升高，线圈电流减小，磁场减弱。

触点断开阶段：

当线圈电流减小到不足以维持磁场时，弹簧片使触点复位断开。

触点断开瞬间，转向灯电路切断，灯灭。

此时电容通过线圈放电（电流：电容正极 → 线圈 → 电容负极），维持线圈短暂磁场（延缓触点闭合）。

电容放电阶段：

电容放电完毕后，线圈电流消失，磁场消失，触点在弹簧片作用下重新闭合。

重复上述过程，形成 “触点闭合→充电→断开→放电” 的循环，使转向灯周期性闪烁（频率约 60~120 次 / 分钟）。

应用场景：

主要用于汽车转向灯系统，通过控制电流通断实现灯光闪烁，指示车辆转向或警示。现代车辆多采用电子闪光器（如集成电路式），但电容式闪光器因其结构简单、成本低，仍在部分低端车型或改装设备中使用。

% 清除工作区和命令窗口
clear all;
close all;
clc;
 
% 设置图片清晰度
set(gcf, 'Renderer', 'painters');
print(gcf, '-dpng', '-r300', 'capacitive_flasher_circuit.png');
 
% 定义绘图参数
x_min = 0;
x_max = 12;
y_min = 0;
y_max = 10;
 
% 创建图形窗口
figure('Position', [100, 100, 800, 600], 'Color', [0.9, 0.9, 0.9]);
 
% 绘制电源
powerSupply = rectangle('Position', [1, 8, 1.5, 1.5], 'Curvature', [0.2, 0.2],...
    'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2, 'FaceColor', [0.8, 0.8, 1]);
text(1.75, 8.75, 'V_{cc}', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 16, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.6]);
 
% 绘制触点
contact = rectangle('Position', [3, 7, 1, 1], 'Curvature', [0.1, 0.1],...
    'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2, 'FaceColor', [0.7, 0.7, 0.7]);
text(3.5, 7.5, '触点', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.2]);
 
% 绘制线圈
coil_x = [4.5, 4.5, 5.5, 5.5];
coil_y = [6, 7, 7, 6];
coil = patch(coil_x, coil_y, [0.8, 0.4, 0.4], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);
text(5, 6.5, '线圈', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.2]);
 
% 绘制电容
capacitor = rectangle('Position', [6, 6, 1, 1], 'Curvature', [0.1, 0.1],...
    'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2, 'FaceColor', [0.6, 0.8, 0.6]);
text(6.5, 6.5, '电容', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.2]);
 
% 绘制电阻
resistor = rectangle('Position', [7.5, 7, 1, 1], 'Curvature', [0.1, 0.1],...
    'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2, 'FaceColor', [0.9, 0.7, 0.5]);
text(8, 7.5, '电阻', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.2]);
 
% 绘制灯泡
lamp = rectangle('Position', [9, 2, 2, 2], 'Curvature', [1, 1], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);
text(10, 3, '灯泡', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 16, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.6, 0.2]);
 
% 绘制接地符号
line([10, 10], [0, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([9.5, 10.5], [0, 0], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([9.7, 10.3], [-0.2, -0.2], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
text(10, -0.5, 'GND', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle',...
    'FontSize', 16, 'FontWeight', 'bold', 'Color', [0.2, 0.2, 0.2]);
 
% 绘制连接线路
line([2.5, 3], [8.75, 7.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
line([4, 4.5], [7.5, 7], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
line([5.5, 6], [7, 6.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
line([7, 7.5], [6.5, 7.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
line([8.5, 9.5], [7.5, 3], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
line([10, 10], [3, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 3);
 
% 设置坐标轴范围和标签
axis([x_min, x_max, y_min, y_max]);
axis off;
title('电容式闪光器电路图', 'FontSize', 20, 'FontWeight', 'bold');

无触点电子闪光器

结构特点：

全电子控制：无机械触点，核心由集成电路（IC）、晶体管（三极管或 MOSFET）、电阻、电容、二极管等电子元件组成，实现全电子化开关控制。
集成化设计：采用专用闪光控制 IC（如 NE555 定时器、LM3909 等）或微控制器（MCU），内置振荡器、逻辑控制及驱动电路，简化外围结构。
无触点开关：通过晶体管的导通 / 截止替代机械触点，避免触点烧蚀、氧化问题，提高可靠性和寿命。
自适应负载：内置负载检测电路，可适应不同功率灯泡（如 LED 或卤素灯），自动调整闪光频率（需匹配负载范围）。
保护功能：常集成过压、短路保护，部分型号支持灯光故障报警（如某侧转向灯断路时频率加快）。

工作原理（以 IC 控制型为例）：

振荡信号产生：

IC 内部振荡器（如 555 定时器构成的多谐振荡器）基于 RC 充放电（外接电阻 R 和电容 C）产生固定频率的脉冲信号（频率约 60~120 次 / 分钟）。

例：555 定时器通过电容充放电形成方波，充电时间由 R1 和 C 决定，放电时间由 R2 和 C 决定，占空比可调。

晶体管开关控制：

脉冲信号驱动功率晶体管（NPN 或 MOSFET）：

高电平时，晶体管导通，电流路径：电源正极 → 晶体管 → 转向灯及指示灯 → 负极，灯亮。

低电平时，晶体管截止，电路断开，灯灭。

负载自适应机制：

负载电流检测：通过采样电阻或 IC 内部电流监测，识别负载变化（如灯泡损坏或更换 LED）。

频率调整：IC 根据负载电流自动调整 RC 充放电参数（或内部振荡器频率），保持稳定闪烁（如 LED 负载因低功耗导致原 RC 电路频率过快时，IC 内部补偿）。

故障诊断：

当某侧转向灯断路时，该支路电流为零，IC 检测到异常负载，触发频率加快（如双倍速）或点亮故障灯，提示维修。

应用场景：

主流汽车配置：广泛用于轿车、商用车的转向灯系统，尤其适配 LED 车灯（低功耗、快响应）。
特种车辆：如警车、救护车的警示灯系统，支持高频闪烁或自定义模式。

工业设备：工程机械、叉车的转向 / 警示灯光控制，适应恶劣环境（振动、粉尘）。

% 清除工作区和命令窗口
clear all;
close all;
clc;
 
% 设置图片清晰度
set(gcf, 'Renderer', 'painters');
print(gcf, '-dpng', '-r300', 'flasher_circuit.png');
 
% 定义绘图参数
x_min = 0;
x_max = 10;
y_min = 0;
y_max = 8;
 
% 创建图形窗口
figure('Position', [100, 100, 800, 600]);
 
% 绘制电源
% 电源用一个矩形表示
rectangle('Position', [1, 6, 1, 1], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);
text(1.5, 6.5, 'V_{cc}', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle', 'FontSize', 14);
 
% 绘制555定时器
% 用一个大矩形表示555定时器
rectangle('Position', [3, 2, 3, 4], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);
text(4.5, 4, '555 Timer', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle', 'FontSize', 14);
 
% 绘制晶体管
% 用一个三角形和直线表示NPN晶体管
x_trans = [6, 6.5, 7];
y_trans = [2, 1, 2];
patch(x_trans, y_trans, 'k');
line([6.5, 6.5], [1, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
text(6.5, 0.2, 'Q', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle', 'FontSize', 14);
 
% 绘制负载（灯泡）
% 用一个圆形表示灯泡
hLamp = rectangle('Position', [8, 1, 1, 1], 'Curvature', [1, 1], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);
text(8.5, 1.5, 'Lamp', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle', 'FontSize', 14);
 
% 绘制接地符号
line([8.5, 8.5], [0, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([8, 9], [0, 0], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([8.2, 8.8], [-0.2, -0.2], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
text(8.5, -0.5, 'GND', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle', 'FontSize', 14);
 
% 绘制连接线路
line([2, 3], [6.5, 4], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([4.5, 6.5], [2, 1], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([6.5, 8.5], [0.5, 1.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
 
% 设置坐标轴范围和标签
axis([x_min, x_max, y_min, y_max]);
axis off;
title('无触点电子闪光器电路原理图');
 
% 定义闪烁参数
flashPeriod = 1; % 闪烁周期（秒）
numFlashes = 10; % 闪烁次数
frameRate = 10; % 帧率（帧/秒）
dt = 1/frameRate; % 时间步长
 
% 实现闪烁效果
for i = 1:numFlashes
    % 点亮灯泡
    set(hLamp, 'FaceColor', 'yellow');
    drawnow;
    pause(flashPeriod/2);
    
    % 熄灭灯泡
    set(hLamp, 'FaceColor', 'none');
    drawnow;
    pause(flashPeriod/2);
end

双金属片式冷却液温度表

一种利用双金属片热膨胀特性测量温度的机械装置，主要用于汽车发动机冷却液温度的实时显示。

一、结构特点

核心元件：双金属片

由两种热膨胀系数不同的金属（如铜和铁镍合金）贴合而成，一端固定，另一端连接指针传动机构。

受热时因膨胀差异产生弯曲变形，变形量与温度成正比。

加热线圈（热敏感应部分）

缠绕在双金属片上的电阻丝，通过电流产生热量，间接传递温度变化（或直接接触冷却液感知温度）。

指针与刻度盘

双金属片自由端通过连杆或杠杆连接指针，温度变化时带动指针在刻度盘（0~130℃左右）上指示温度。

安装结构

表头安装在仪表盘，传感器（含双金属片和加热线圈）插入发动机冷却液通道，直接接触冷却液。辅助部件。包括固定支架、接线端子（连接电源和电路），部分设计含温度补偿装置（补偿环境温度影响）。

二、工作原理

热传导与变形

冷却液温度通过传感器传递至双金属片或加热线圈：

直接接触式

双金属片浸泡在冷却液中，温度变化直接导致弯曲。

间接加热式

加热线圈通电后发热，热量传递至双金属片（如早期汽车采用脉冲电流加热，电流大小随冷却液温度传感器电阻变化）。

电流 - 温度联动（以间接加热为例）

电路中串联冷却液温度传感器（热敏电阻），温度升高时传感器电阻降低，电流增大，加热线圈发热量增加。

双金属片因受热弯曲，带动指针向高温区偏转；温度降低时，电阻增大，电流减小，双金属片复位，指针回摆。

指针定位

双金属片的弯曲程度与温度成线性关系，通过机械传动机构将变形量转化为指针角度，对应刻度盘上的温度值。

自校准特性

无需外部校准，双金属片的物理特性（膨胀系数差）直接决定测量精度，结构简单可靠。

三、应用场景

常见于传统燃油汽车（如老款车型），作为冷却液温度的基础监测装置，与水温报警灯配合使用，提示驾驶员发动机工作温度是否正常。

% 清空工作区和命令窗口
clear;
clc;
 
% 设置图形大小和背景
figure('Position', [100, 100, 800, 600]);
set(gcf, 'Color', 'white');
 
% 绘制电池
rectangle('Position', [50, 50, 100, 50], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(100, 80, '电池', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);
 
% 绘制开关连接线
line([150, 200], [75, 75], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制开关
rectangle('Position', [200, 50, 50, 50], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(225, 80, '开关', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);
 
% 绘制温度传感器连接线
line([250, 300], [75, 75], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制温度传感器
viscircles([300, 75], 25, 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(300, 80, '温度传感器', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);
 
% 绘制到双金属片式温度表的连接线
line([325, 400], [75, 200], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制双金属片式温度表
rectangle('Position', [400, 150, 100, 100], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(450, 200, '双金属片式温度表', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);
 
% 绘制接地连接线
line([400, 400], [250, 300], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制接地符号
x = [380, 400, 420];
y = [300, 320, 300];
line(x, y, 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
 
% 隐藏坐标轴
axis off;

电磁式燃油表

一种利用电磁感应原理测量燃油箱液位的仪表，广泛应用于汽车、船舶等设备中。以下是其结构特点及工作原理：

一、结构特点

核心部件：

双线圈电磁机构

励磁线圈（主线圈）：

固定在表壳内，通电后产生磁场。

补偿线圈（副线圈）：

与励磁线圈垂直布置，用于补偿电压波动和环境温度影响。

永久磁铁：

提供固定磁场，与线圈磁场相互作用驱动指针。

指针与传动机构

指针固定在转轴上，转轴连接电枢（衔铁），电枢在双线圈磁场作用下偏转。

刻度盘标注燃油量（如 E-Empty 空，F-Full 满）。

燃油液位传感器

浮子组件：

浮子随燃油液位升降，通过杠杆连接可变电阻（滑动变阻器）。

可变电阻

滑片随浮子移动改变阻值，串联在燃油表电路中。

电路系统

表头与传感器串联，电源（蓄电池）提供电流，电流大小随传感器电阻变化。

部分设计含稳压器，稳定电压以提高精度。

安装方式

表头安装在仪表盘，传感器安装在燃油箱内（浮子浸入燃油），通过线束连接。

二、工作原理

1 液位 - 电阻转换（传感器端）

浮子随燃油液位升降，带动杠杆转动滑片，改变可变电阻阻值：

燃油满（F）：浮子上升，电阻最小，电流最大。

燃油空（E）：浮子下降，电阻最大，电流最小。

2 电磁感应与指针偏转（表头端）

电流通过励磁线圈和补偿线圈，产生两个垂直磁场：

1 励磁线圈磁场方向固定，补偿线圈磁场随电流变化。

2 永久磁铁的磁场与双线圈磁场相互作用，产生电磁力矩驱动电枢旋转：

电流越大（燃油越多），励磁线圈磁场越强，指针偏向 F 侧；

电流越小（燃油越少），补偿线圈相对作用增强，指针偏向 E 侧。

3 力矩平衡与指示

电枢偏转至两个线圈磁场力矩平衡的位置，指针稳定在对应刻度。

电阻 - 电流 - 磁场 - 偏转角度的线性关系，实现燃油量的比例显示。

4 电压补偿机制

补偿线圈与励磁线圈匝数、绕向设计，抵消电源电压波动影响（如蓄电池电压变化时，两线圈电流同比变化，力矩平衡关系不变）。

% 清空工作区和命令窗口
clear;
clc;

% 设置图形大小和背景
figure('Position', [100, 100, 800, 600]);
set(gcf, 'Color', 'white');

% 绘制电池
rectangle('Position', [50, 50, 100, 50], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(100, 80, '电池', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);

% 绘制开关连接线
line([150, 200], [75, 75], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制开关
rectangle('Position', [200, 50, 50, 50], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(225, 80, '开关', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);

% 绘制燃油传感器连接线
line([250, 300], [75, 75], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制燃油传感器
viscircles([300, 75], 25, 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(300, 80, '燃油传感器', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);

% 绘制到电磁式燃油表的连接线
line([325, 400], [75, 200], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制电磁式燃油表
rectangle('Position', [400, 150, 100, 100], 'EdgeColor', 'black', 'LineWidth', 2);
text(450, 200, '电磁式燃油表', 'HorizontalAlignment', 'center', 'FontSize', 14);

% 绘制接地连接线
line([400, 400], [250, 300], 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);
% 绘制接地符号
x = [380, 400, 420];
y = [300, 320, 300];
line(x, y, 'Color', 'black', 'LineWidth', 2);

% 隐藏坐标轴
axis off;