浅谈汽车电路分析的教学方法

黄海波

【摘 要】汽车电路的教学，一直都是汽车电气设备教学中的难点，电流在电路中的以光速流动、元件的导通、截止（断开）等，老师难以描述、学生更是难以想象，特别是在讲解相对复杂的电路时，更是很难把电路原理讲清楚，课堂中讲解电气电路特别是电子电路时，教与学都有相当的难度。采用逆推法讲解晶体管点火电路，并用特定助记符来描述电路的工作过程，教师便于教学、学生便于学习和理解、记忆，可以收到事半功倍的教学效果。

【关键词】汽车电路；电路分析；教学方法

电路的教学，从来都是教师教学、学生学习的难点。其难处就在于电路工作过程抽象教师难以描述，电路中的电流不可见学生难以想象，能量转换及传递过程难以可视化，致使学习电路比学习机械类知识的难度大，老师不容易教，学生也不容易学，造成学习效果差。汽车电器是汽车的重要组成部分，且汽车电子化程度越来越高，学会电路分析就显得越来越重要。图1和图2所示的电路是汽车电子电路中的典型电路，教学生学会分析电路的方法，对今后类似电路的教学起事半功倍的作用。

图1是汽车点火电路。汽油发动机是点燃式发动机，必须依靠点火系统来点燃发动机中的可燃混合气，它是汽油发动机能否正常的重要保证。点火系统的作用是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的做功顺序与点火时间的要求适时、准确地配送给各缸的火花塞，在火花塞间隙处产生点火花，点燃气缸内的可燃混合气。图2是汽车发电机的电压调节器电路，发电机的电压会随发动机的转速变化而变化，通过调节发电机励磁电流的大小，可以调节磁场的强度，从而调节发电机的输出电压，把发电机的电压控制在某一数值上。两个电路的原理虽然简单，但由于学生对电路、特别是电子元件组成的电路的恐惧，不知从何看起、从哪学起，造成学习困难，成为教学的难点。汽车电路中，有很多利用三极管的开关特性做成的电路，讲通了这样电路，其它类似的电路也就容易讲解、容易学习了。怎么才能突破难点，让教与学变得容易呢？本人在教学中采取合适的方法，让此类电路不再为难学生，让教与学变得容易。

1 采用仿真实验，演示三极管的开关特性

用仿真实验演示三极管的开关特性。在图3所示的电路中，三极管的c、e电极间接正向电压，即c接正极e接负极（如图2所示），b不接正向电压，三极管不导通，灯不亮，相当于开关打开；当c、e间接正向电压，b接正电压（高电位），三极管c、e间的电路才会导通，此时流进b极的电流比较小，流过b、e间的电流比较大（小电流控制大电流），三极管导通，相当于开关闭合，灯亮。然而就是这样简单的特性，学生很难想像和理解。三极管具有这样的电路特性，是由三极管内部结构决定的，对于中职学生来讲，不容易跟他们讲透彻，但可以用实验的方法让他们明白三极管的原理。

实验方法有两种，一是用实体的元件来演示给学生看，这样的实验虽然具有较强的说服力，但不利于学生今后自主学习，因为用实体元件来验证电路原理，需要很多的实验器材来配合，不能方便地实现。方法二是用仿真实验来证明给学生看，仿真软件EWB可以很方便地实现这样的实验。在仿真平台上构建图3所示的电路，分别把Eb的电压设置为0V（或-3V）和3V，运行软件可以发现，当Eb为0V（或-3V）时，Ic为0，ce间没电流；当Eb为3V（高电位）时，ce间有电流通过，这样由Ib来控制ce的通断，三极管相当于一个开关。晶体管点火电路，正是利用三极管的开关特性来实现的。

用仿真软件来验证电路工作，方便且效果明显，任何一台安装了仿真软件的电脑，都可以实现电路的构建与研究，上课时用仿真软件做实验，也是在教会学生一种研究方法，让学生在遇到相似的问题时，要以方便地找到解决问题的办法。

2 逆向分析电路，找出符合电路工作的条件

学生最常说的一句话，就是电路难学难懂，老师上课的任务，不是让学生看懂书上的电路就好了，而是要让学生学会看电路的方法，以利于学生在工作中遇到问题能自己解决。看懂电路有很多方法，其中之一是采用逆推法，即从结果往前推，找出电路导通、得电、运行所需要具备的条件，最后再顺着读电路，就能完整地读懂整个电路图。这种方法逻辑简单，方便实用，易学易懂，加以训练可以解决很多电路问题。

以图1为例，发动机工作时，由火花塞产生火花，点燃气缸中的可燃混合气。火花塞要能产生火花，点火线圈二次侧绕组N2要能产生高压电；N2要产生高压电，点火线圈一次侧绕组N1要先通电后断电；N1要能通电后断电，三极管VT5要先导通后截止；VT5的通断由电路中E点电位决定，E点电位高VT5导通、低电位VT5截止。再往前推，VT4的通断由D点电位控制，D点电位由VT3控制，VT3通断由C点电位控制，C点电位由VT2控制，VT2通断由B点电位控制，B点电位由A点电位控制，而A点的电位由信号发生器中感应线圈产生的信号控制。上课中，老师与学生推理、分析电路到这里，就可以按顺序来讲解电路原理了。

3 使用简单符号，讲解电路原理

学生看不懂电路，还跟课本和教师的描述有关，书上对电路原理的分析经常是一大段文字，学生自己看书时，一会儿就看晕了头，再也看不下去了；老师讲课时也是一段接一段，不利于学生理解、记忆，也是造成学生看不懂电路的原因之一，不利于今后学生应用知识解决问题。有没有什么简单有较的方法来描述电路原理，让学生易学易懂呢？答案是肯定的，可以采用简单的符号法来简化文字描述，教师容易教，学生也容易学。我的做法是，用上标的“+”表示电路元件“得电、高电位、有信号、运行、动作、开关闭合”，上标的“-”表示电路元件“失电、低电位、无信号、停止、复位、开关断开”，用“→”表示前因后果的关系。做这样的规定后，就可以很简单地描述图1、图2这两个电路的工作原理了：

3.1 晶体管点火电路原理分析

3.1.1 点火开关S闭合，发动机不转动，信号转子无信号输出

由于发动机不转动，信号发生器中的信号转子也不转动，感应线圈不产生感应电信号。由于VT1的基极接B点，得到高电位而导通，在稳压管VD1、VD2作用下，确保B点的初始电位为一固定值（高电位）。电路分析如下：

S+→B+、C+→VT2+→C-→VT3-→D+→VT4+→E+→VT5+→N1+→电能转变为磁场能储存在N1中。

3.1.2 点火开关S闭合，发动机转动，信号转子输出高电位

发动机转动时，信号转子也随之转动，由于转子上齿轮与线圈不断靠近与离开，使线圈中的磁通发生变化，在线圈中产生交变的感应电动势，促使A点的电位发生高低变化。当感应电动势使A点电位升高时：

A+→B+、C+→VT2+→C-→VT3-→D+→VT4+→E+→VT5+→N1+→N1保持通电

3.1.3 点火开关S闭合，发动机转动，信号转子输出低电位

当感应电动势使A点电位降低时：

A-→B-、C-→VT2-→C+→VT3+→D-→VT4-→E-→VT5-→N1-→N2+→火花塞+

此时磁场能转变为电能，从线圈N2释放，产生高压电，并送到需要点火的火花塞，产生电火花，点燃气缸中的可燃混合气。

3.2 发电机电压调节器原理分析

3.2.1 发电机转速低

发动机转速低时，励磁电流要大，磁场要强，才能产生足够高的电压，即：

转速-→发电机电压-→a点电位-→VS-→b1电位-→VT1-→b2+→VT2+→励磁线圈+→发电机电压升高

3.2.2 发电机转速高

发动机转速高时，励磁电流要小，磁场要弱，才能把发电机的电压降低，即：

转速+→发电机电压+→a点电位+→VS+→b1电位+→VT1+→b2-→VT2-→励磁线圈-→发电机电压降低

这样，通过不断调节发电机励磁电流的大小，把发电机的电压控制在某一数值上。

采用这种方式教学，可以把长长的文字描述，压缩成简单的符号表述，就可以把电路的工作过程描述得清清楚楚，大大简化了描述的过程，使文字简练，易教易学。这样的描述方式，也适用于各种电路的讲解，可以把长句压缩为短句，把文字描述变为具有助记形式的符号表述，大大方便教师的教学，也方便学生的学习，使电路的教与学变得简单，使教学效果大大提高。

[责任编辑：王楠]