第1章 直流电路

汽车电工电子技术基础,刘春晖刘宝君主编张斌副主编,高职高专基于能力本位“十二五”规划教材（汽车检测与维修专业）,ISBN978-7-111-38450-2,机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS,目录,前言第一章直流电路第二章电磁现象及其应用第三章正弦交流电路第四章电工测量及安全用电第五章电动机与发电机第六章半导体器件及应用第七章汽车常用电子电路第八章数字电路基础参考文献,第1章直流电路,1.1概述1.2电路的基本物理量1.3欧姆定律1.4串联电路与并联电路1.5电阻、电感和电容元件1.6基尔霍夫定律,1.1概述,1.1.1电路及电路图,电路就是电流所通过的路径，它是由电气设备和元器件按一定方式联接起来的整体。,1.电路的组成（1）电能的产生、传输控制和转换,负载:吸收电能的装置,传输控制器件：导线和开关,电源:提供电能的装置,电工电路,倒车信号器件包括倒车灯和倒车蜂鸣器。倒车灯安装在汽车后组合灯内，倒车灯开关安装在变速器盖上，倒车蜂鸣器则单独安装。,图1-2倒车信号电路,（2）电信号的产生、传输处理和变换,电子电路,电源,负载,中间环节,信号源,负载,处理电路,2.电路图,1.两个电源蓄电池（辅助电源）交流发电机（主电源）2.并联单线（1）汽车上的电源和所有的电气设备均采用并联（2）电源到用电设备只用一根导线连接，而用汽车底盘、发动机等金属机体作为另一公用导线3.网络控制用电设备是否工作是由网络控制,1.1.2汽车电路的特点,4.低压直流汽车电系电压12V、24V汽车电系为直流系统5.负极搭铁采用单线制时，蓄电池的一个电极须接至车架上，俗称“搭铁蓄电池的负极接车架就称之谓“负极搭铁”,1.1.2汽车电路的特点,1.1.3电路的三种状态,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压U=EIR0,特征:,1.有载工作（通路）,电流的大小由负载决定。,在电源有内阻时，IU。,当R00(b)I0电流的方向,(1)参考方向,在一段电路或电路元件上任意假定的电流方向。,2、电流的方向,在某些直流电路中，若可直接判断出电流的实际方向，一般为方便起见，选择其参考方向与实际方向一致。,（3）几个注意点：,电流参考方向可随意选择，而实际电流是客观存在。Iab=-Iba。,若不选择参考方向，而谈论电流的正负是无意义的。实际方向与参考方向一致，电流值为正值；实际方向与参考方向相反，电流值为负值。,1.2.2电压、电位和电动势,大小：电源的电动势Eba等于电源力将单位正电荷从负极b经电源内部移到正极a所做的功。,单位：V、KV、mV,实际方向：低电位高电位即电位升高的方向。,电荷运动回路,电流的实际方向可用箭头、双下标；电压、电动势用正负极性、箭头、双下标。,Iab,1.电压和电动势,（1）电流、电压、电动势的参考方向,参考方向的表示方法：,参考方向：在分析、计算电路时，人为假定的方向。,电流：,电压、电动势：,（2）实际方向与参考方向的关系,实际方向与参考方向一致，电量值为正值；实际方向与参考方向相反，电量值为负值。,若I=5A，则电流从a流向b；,若I=5A，则电流从b流向a。,若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；,若U=5V，则电压的实际方向从b指向a。,例：,（2）实际方向与参考方向的关系,若E=5V，则电动势的实际方向从b指向a；,若E=5V，则电动势的实际方向从a指向b。,注意：在参考方向选定后，电流、电压、电动势的值才有正负之分。在电路分析中，如果没有特别指明，所标的电量方向均指参考方向。,2、电路中的几个基本物理量电位：电路通常选定某一点作为参考点，电路中某点与参考点之间的电压就称为该点的电位。参考点的电位通常规定为零，所以又叫零电位点。,零电位点一般选大地为参考点，即视大地的电位为零电位。在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共接点的电位作为零电位。,1.2.3电阻,电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。,电阻定律,说明：不同的导体其电阻率不同，用途也不同。导体电阻还与温度有关，通常用电阻温度系数表示。部分导体电阻率和温度系数如下页表所示。,l导体长度（m）；S导体截面积(m2);导体电阻率（m）,单位：、K、M,部分导体的电阻率和电阻温度系数,图1-11常见电阻器的外形及符号a）外形b）符号,1.2.4电能和电功率,电流流过负载时对负载所做的功称为电能，用符号W表示。,1、电能,电能的单位焦（J）千瓦时（kWh），俗称度,W=UIt,1度1kWh3.6106J,1.2.4电能和电功率,不同的用电器在相同时间内的用电量是不同的，即电流做功快慢是不一样的。电流做功快慢用电功率描述，其大小等于单位时间t内电流所做的功W,2、电功率,电功率单位瓦特（W）、千瓦（kW）、毫瓦（mW）,例1-1汽车前照灯电功率为60W，额定电压为12V。求额定电流I和每小时消耗的电能W。由式可知WPt603600J2.16105J,1.3欧姆定律,部分电路：指不含电源的一段电路。欧姆定律：通过一段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。这就是部分电路欧姆定律，简称欧姆定律。,1.3.1部分电路的欧姆定律,U、I参考方向相同时，,U、I参考方向相反时，,通常取U、I参考方向相同，称为关联参考方向。,欧姆定律揭示了电路中电流、电压和电阻三者之间的关系。只要知道I、U、R三个物理量中的两个，就可以很方便地求出第三个量。U=IR,例1-2如果人体电阻的最小值为800，已知通过人体的电流达到50mA时，就会引起呼吸器官麻痹，不能自主摆脱电源。试求人体的安全工作电压。解根据部分电路欧姆定律可得U=IR=5010-3800V=40V,解：对图(a)有,I=U/R,例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有,I=U/R,1.3.2全电路欧姆定律,全电路：指含有电源的闭合电路。图中虚线框内表示一个电源。电源也是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用r表示，实际上，内电阻在电源内部，与电动势是分不开的，所以也可以不单独画出，而是在电源符号的旁边注明内电阻的数值。,全电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比。,E=IR+Ir=U+Ir或U=E-Ir,例1-3如图所示电路，已知电源电动势E=2.4V，内电阻r=10，负载电阻R=20。试求电路中的电流I和路端电压U。解根据全电路欧姆定律可得路端电压为U=IR=0.0820V=1.6V,解：,例：已知E=3V，R0=0.4,RL=9.6,求电流I、内阻压降IR0及电源端电压U。,1.4串联电路与并联电路,1.4.1串联电路,由两个或更多个电阻一个接一个地连接，组成一个无分支电路，各电阻通过同一电流，这样的连接方式称为电阻的串联电路。,1.串联电路的特点,1.4串联电路与并联电路,1.4.1串联电路,1.串联电路的应用,1.4串联电路与并联电路,1.4.1串联电路,1.并联电路定义及相关计算公式,1.4串联电路与并联电路,1.4.2并联电路,由两个或多个电阻连接在两个公共点之间，组成一个分支电路，各电阻两端承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联电路。,并联电路的特点：,1.4串联电路与并联电路,1.4.2并联电路,1.4串联电路与并联电路,1.4.2并联电路,2.并联电路的应用,1.5电阻、电感和电容元件,1.5.1电阻元件,1.电阻的有关概念,电阻元件简称为电阻，是从实际电阻器中抽象出来的，如电灯、电炉、电机等，图形符号,2电阻串并联在汽车上的应用惠斯登电桥,图1-23热线式空气流量传感器的结构1传感器密封盖2印制控制电路板3卡环4防护网5温度补偿电阻丝（冷线）6铂金丝（热线）7取样管8CO调节螺钉9防护塞l0接线插座,图1-24热线式空气流量传感器内部电路1进气流2放大器3电源4输出信号R1、R3、R5电阻R2白金热线R4温度补偿电阻丝（冷线）,1.5.2电感元件,电感器是指用导线绕制成的线圈，简称为电感，用L表示，单位为亨利，简称亨，用H表示。,电感元件两端的电压与电流相对时间的变化率成正比,电感元件是一个储能（磁场能量）元件。当通过电感线圈中的电流增加时，电感线圈将电能转变成磁场能储存在线圈中；而当电流减小时，磁场能转变成电能送回到电路中。若忽略其电阻，则不消耗能量。两个电感元件串联的等效电感为L=L1+L2；并联时的等效电感为。,1.5.3电容元件,1电容器的特性电容器是一种储存电荷与电能的容器，任何两块非常接近的金属导体，中间隔以不导电的绝缘物质（例如空气、蜡纸、云母片、涤纶薄膜、陶瓷等），就形成一个电容器。组成电容器的导体称为极板，隔离两极板的绝缘物质称为介质。在电路图中电容器用符号表示。,当把电容器与直流电源相接时，电容器的两极板上就分别带上了等量的异种电荷。反映电容器储存电荷能力的物理量称作电容量，符号为C。电容器的电容量C等于它的任一极板所带电量Q与加在电容器两端电压U的比值，即：,部分电容器的外形、名称和符号a）固定电容器b）可变和半可变电容器,2电容器的串联和并联,（1）电容器的串联当几个电容器串联时，可用一个等效电容器来代替。串联时，每个电容器上的电荷Q相等，每个电容器上的电压之和等于总电压，即：Q=Q1=Q2U=U1+U2,几个电容器串联时，其等效电容量C的倒数等于每个电容器电容量的倒数之和。电容串联时其等效电容小于每个电容值，但电容串联时其电压与电容成反比，电容小的分得的电压大。,（2）电容器的并联,电容器并联时，每个电容器两端的电压相同，每个电容器上的电荷相加等于并联电路内的总电荷，即：Q=Q1+Q2U=U1=U2相除可得：C=C1+C2可见，几个电容器并联时，其等效电容量C等于每个电容器的电容量之和。,3电容器的充电和放电,（1）电容器的充电把电容器与电阻R相串联后，再经开关S接到直流电源上（开关S置A端），使电容器被充电。在电路刚接通的瞬间，因电容器上无电荷，两端的电压为零，这时充电电流最大。随着两极板上电荷的不断积累，电容器两端的电压逐渐增大，因此，充电电流不断减小。当电容器端电压与电源电压相等时，充电电流减至零，充电结束。此时电容器极板上的电荷达到稳定值Q，电容器相当于开路。这种情况说明电容器具有隔直流的作用。,3电容器的充电和放电,2）电容器的放电在电容器充电完毕后，把开关S从A端迅速移至B端，电容器开始放电。在开始放电的瞬间，放电电流最大。随着电容器两极板上电荷的不断减少，其两端的电位差就逐渐降低，放电电流也逐渐减小。最后，电容器两端电压为零，放电结束。当电容器接通交流电源时，由于交流电的大小和方向不断交替变化，致使电容器反复进行充、放电，这样，电路中就会出现连续不断的交流电流，这说明对交流来讲，电容器始终是导通的。,电容器充放电结论,综合以上分析得出结论：（l）电容器的充、放电需要具备一定条件。（2）电路的状态改变时电容器的电压、电流不能突变，只能渐进变化。（3）充放电过程实际上就是电能的储存和释放过程，电容器本身并不消耗电能，因此电容器是一个储能元件。（4）电容器具有隔直通交的作用。（5）电容器充放电的快慢与其电容量C和电阻R的大小有关。,4电容器在汽车上的应用,图1-32分电器上的电容器的结构示意1绝缘蜡纸2铝箔3外壳4引线,汽车电气系统中