汽车电工电子技术基础第1章

.,汽车电工电子基础,张军主编,.,目录,.,.,.,第1章直流电路,汽车工程学院,.,知识目标1.电路的组成及各个部分的作用2.能够应用基尔霍夫定律进行复杂电路计算能力目标1.能用万用表测量电路中电阻、电压及电流值2.解决直流电路中的连结问题,.,直流电路,.,电路及其组成,电路是电流的通路，它是为了实现某种功能，由各种电气设备和器件，按一定方式互相连接的电流通路。,导线,电阻,电源,电路主要物理量,电流,电压,电位和电动势,.,弱电电路,.,CommunalVoice,电流,定义,所谓电流就是单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。,i=dq/dt,I=Q/t,直流,在国际单位制（SI)中，规定电流的单位是安培（A）。,.,电流方向1.实际方向习惯上规定正电荷移动的方向或者负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）.如下图所示的电流。,.,2.参考方向电流参考方向是假定的电流流向。当电流参考方向与实际方向一致时，电流为正值。当电流参考方向与实际方向相反时，电流为负值。如下图,.,在电路中，如果设正电荷由A点移动到B点时电场力所做的功为dw，则A、B两点间的电压为UAB=dw/dqU=W/Q在国际单位制种，电压的单位是伏特（V）。,电压,定义,直流电路,.,方向一致，U0,方向不一致，U100m,A,O,C,B,W1,W2,W3,电位定义,电位定义电场力把单位正电荷从电路中某点移动到参考点所做的功，用大写字母V表示。,参考点在电路中选定某一点A为电位参考点，就是规定该点的电位为零,.,结论1）电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变2）电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关,.,定义在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功电动势用字母E来表示，单位也是伏特（V）,方向在电源内部由低电位指向高电位端,电动势,.,电源,中间环节,负载,.,供应电能的设备，它能将非电形式的能量，如机械能、化学能转换电能。,电源,.,导线,导线的面积,导线标称截面是经过换算的线心截面积，而不是实际几何面积。,汽车常用的导线,1低压导线,2高压导线,在汽车点火线圈至火花塞之间的电路使用高压点火线，简称高压线。,.,.,.,导线颜色,.,负载,电容,电感,电阻,负载,负载,.,电阻元件是反映电流热效应这一物理现象的理想电路元件。用字母R表示。,u=Ri,电阻,定义,.,在关联参考方向下，若R=u/i为常数，也称其为线性电阻，其伏安特性曲线如下图,特性曲线,.,电阻型号命名方法,按阻值分：固定电阻，可变电阻按材料分：碳膜电阻，金属膜电阻，线绕电阻按功率分：1/16W,1/8W等额定功率的电阻按精确度分：等普通电阻，等精密电阻,分类,.,.,1）直标法：电阻值直接用数字与字母印在电阻上举例：33I表示3.32）色标法：将不同颜色的色环涂在电阻上来表示电阻的标称值及误差。3）文字标号法：例3M3K表示3.3M,电阻值的标识,.,.,电容元件是反映存储电荷产生电场，储存电场能量这一物理现象的理想电路元件。实际的电容器通常由两块金属板中间介质构成。电容器极板上储存的电荷量q与外加电压u成正比，即：式中C-电容，是表征电容元件的参数，在国际单位制中电容单位是法拉(F).,电容,.,在下中电容上的电压与电流去关联参考方向时，有电容元件储存的电场能量为：,.,电容分类按电容值分：固定电容器，可调电容器按介质分:纸介电容器，金属化纸介电容器，有机薄膜介质电容器，瓷介电容器，云母电容器，电解电容器。电容型号命名方法电容型号命名方法与电阻型号命名相似电容额定电压电容额定直流工作电压指在线路上能够长期可靠地工作而不被击穿时所能承受的最大直流电压（又称耐压）。如果电容器用在交流电路里，则应注意所加的交流电压的最大值（峰值）不能超过额定直流工作电压,.,定义电感元件是反映电流周围存在磁场，储存磁场能量这一物理现象的理想电路元件，其相当于一个电阻为零的线圈。忽略导线电阻及线圈匝与匝之间的电容时，电感上的磁链与电流成正比，即：式中：L电感，是表征电感元件的特征参数。在国际单位制中，电感的单位为亨利（H）。,电感,.,如下图当电压、电流和电动势的参考方向一致，则有：,.,电感元件中储存的磁场能量为：上式说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，只与该时刻流过的电流的平方成正比，与电压无关。电感元件不消耗能量，是储能元件。,.,电磁感应,右手定则用右手握线圈，手指沿着电流流动的方向，大拇指便指向N极。,.,电阻式温度传感器的一种，分正温度系数热敏电阻与负温度系数热敏电阻两种。,热敏电阻,例：冷却水温度传感器：其特性曲线如下图,.,电压源与电流源的等效变换,电压源,一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。,定义,伏安特性曲线,.,1.端电压始终恒定，等于直流电压。,特点,2.输出电流是任意的，即随负载（外电路）的改变而改变。,电路符号,.,电路,理想电压源,实际电压源,U=US-IR0,其实，理想电压源也不存在。,.,电流源,定义,一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载两端的电压（亦即负载的电阻值）而变。,伏安特性曲线,.,特点,1.输出电流恒定不变,2.端电压是任意的,即随负载不同而不同,电路符号,.,第1章,b,a,-,+,U,I,电路,.,实际电流源产生,由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,.,等效变换,电压源,电流源,U=UsIR0,U=IR0R,IRO,=(IsI)R,=IsRIR,R,R,R=R0,.,说明,1）电压源模型与电流源模型互换前后电流的方向保持不变，即IS和Us方向一致。,2）所谓“等效”是指“对外电路”等效（即对外电路的伏安特性一致），对于电源内部并不一定等效。,.,支路：电路中每一个含有电路元件的分支，同一支路上流过的电流相同，即支路电流。回路：电路中任意闭合的路径，回路有顺时针和逆时针两个方向，可以用箭头表示回路的方向。节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。,电路分析与计算,基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律，是分析电路的重要基础。,.,基尔霍夫电流定律（KirchhoffsCurrentLaw,简写成KCL）描述了联接在同一节点上的各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，即：也就是说在任一瞬间，流入任一节点的电流之和必等于流出该节点的电流之和。,基尔霍夫电流定律（KCL）,.,对于节点a，应用kcl有：I1+I2=I3I1+I2-I3=0I=0,I1,I3,I2,因此，基尔霍夫电流定律也可叙述为：在任一瞬时，电路中流入任一节点的所有电流的代数和等于零。流入节点时取正号，流出节点时取负号。流出时，电流符号则相反。,.,例1：在图中，I1=5A,I2=-2A，求I3,I1,I2,I3,解：根据图示的电流参考方向，应用基尔霍夫电流定律有I1+I2=I3I3=I1+I2=5+（-2）=3A,.,基尔霍夫电压定律（KirchhoffsVoltageLaw简写为KVL）描述了闭合回路中各支路电压之间的关系。基尔霍夫电压定律指出在任一瞬时，沿闭合回路绕行一周，在绕行方向上的电位升之和必等于电位降之和。,基尔霍夫电压定律（KVL）,如图所示，应用kvl有：U1+U4=U2+U3U1-U2-U3+U4=0U=0,因此，KVL也可以描述为:在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各部分电压的代数和恒等于零。若电位升取正号，则电位降就取负号,.,例1：有一闭合回路如图所示，已知U1=15V，U2=-4V，U3=8V，试求电压U4和UAC。,.,解：沿ABCDA回路，根据各电压的参考方向，应用基尔霍夫电压定律得：,沿ACBA回路，应用基尔霍夫电压定律可列出：,.,例2:如图所示有源支路，已知E=12V，U=8V,R=5，求电流。,.,解：沿闭合回路顺时针方向绕行一周，应用基尔霍夫电压定律，有：,电流是负值，即其实际方向与图示参考方向相反。,.,分析计算方法：支路电流法，回路电流法，节点电位法，支路电流法：以支路电流为未知量，应用基尔霍夫两个定律，列出所需方程，从而求出未知量。,基尔霍夫定律在电路分析计算中的应用,.,下面以下图来具体说明支路电流法其方法和步骤,.,（1）由电路的支路数m，确定待求的支路电流数。该电路m=6，则支路电流有i1、i2.i6六个。,.,（2）节点数n=4，可列出n-1个独立的节点方程。对节点1，2，3列kcl有：,.,（3）根据KVL列出回路方程。选取m-(n-1)个独立的回路，由KVL列出l个独立的回路方程，对回路1，2，3,.,（4）将六个独立方程联立求解，得各支路电流（5）根据电路的要求，求出其他待求量，如支路或元件上的电压、功率等。,.,例3：用支路电流法求解下图所示电路中各支路电流及各电阻上吸收的功率。,.,解:该电路有三条支路、两个节点。故可列出一个独立的节点方程两个独立的回路方程节点1+2+3=0回路171+112=670=64回路2-11i2+7i3=-6联立求解，得到：1=6A2=2A3=4A,.,2）求各电阻上吸收的功率。电阻吸收的功率电阻R1吸收的功率电阻R2吸收的功率电阻R3吸收的功率,.,电路暂态分析,在自然界中，各种事物的运动过程通常都存在稳定状态和过渡状态。,稳态：,在一定条件下的稳定状态，简称稳态。,过渡过程：,当条件改变时，它将从一种稳态转变到另一种新的稳态，这是需要一定时间的，这个转变过程称为过渡过程。,.,合S前:,稳态,暂态,.,暂态过程的必要条件：,换路:电路状态的改变，电路接通、切断、短路、电压改变或参数改变,(1)电路中含有储能元件(内因)(2)电路发生换路(外因),.,换路定则,换路定则：,在换路瞬间，电感电流,和电容电压,不能跃变,设：t=0表示换路瞬间(定为计时起点)t=0-表示换路前的终了瞬间t=0+表示换路后的初始瞬间（初始值）,电感电路：,电容电路：,注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中uC、iL初始值。,.,求解要点：,1)先由t=0-的电路求出uC(0)、iL(0)；,2)根据换路定律求出uC(0+)、iL(0+)。,.,叠加原理,在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,概念:,.,+,叠加原理,“恒压源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒压源去掉，代之以导线连接。,.,B,已知：U1=