汽车电工电子基础课件(完整版)

汽车电工电子基础,汽车电子技术教研室叶伟华,1、是一门汽车类专业的专业基础课，2、是汽车维修技术中所应用的电工电子基础知识，3、是汽车电气系统维修所必备的基本知识。,1、课堂认真听讲，课后用少量时间复习。2、注重理论与实践相结合，培养分析解决实际问题的能力。,学习本课程的意义：,学习本课程的原则：,1、直流电路2、正弦交流电路3、三相交流电路4、电磁学的应用5、发电机与电动机6、安全用电7、半导体二极管及晶体管的应用8、集成运算放大器及数字电路基础,本书主要讲授内容：,单元一直流电路,知识目标：电路的组成及基本概念电路模型电位的计算电路分析的常用方法,能力目标：能用万用表测量直流电路中电流、电压、电阻能解决直流电路中的联结问题,第一节电路的组成及其基本概念,一电路:电流流经的闭合路径称为电路（由电工设备和导线联接组成）,电路的组成电源（将非电能转化成电能的装置）中间环节（把电源与负载连接起来）负载（将电能转化成非电能的设备）,电路的分类电力电路：传输、转换和分配电能电信电路：传递、变换和处理信号,由干电池（电源）、小电珠（负载）和开关（中间环节）三部分组成的手电筒电路是电力电路,由话筒、放大器、扬声器组成的扩音器电路是电信电路,在电路理论中，信号源（或电源）提供的电压或电流称为激励，由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。,激励和响应,电路分析就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，分析电路的激励与响应之间的关系。,电路模型,将实际元件理想化，在一定条件下考虑电路元件的主要性质忽略其次要性质，使之尽可能用简单的数学式表达，这样经过简化的元件称为理想元件或元件模型。,理想的电路元件主要有：电阻元件、电容元件、电感元件及电压源和电流源等。,用理想电路元件代替实际电路元件而构成的电路称为电路模型。,电路理论不是研究实际电路的理论，而是研究由理想元件构成的电路模型的理论,常见元件的图形符号,图1-3手电筒的电路模型,电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量称为电流强度，简称电流,电流的形成：带电粒子（电子、离子等）在外力作用下有规则的定向运动就形成了电流。,二电流,电流强度单位：A、mA、A,电流参考方向：可以任意假设，选定参考方向之后，电流才有正负之分；与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值,I=？,电流实际方向：习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向,电流的方向,如不特别说明，以后在电路中标注的电流方向均为参考方向。,在分析电路时，首先假定电流的参考方向，并据此分析计算，然后再从答案的正、负值来确定电流的实际方向,“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,直流电路与交流电路：设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq,则任意瞬时通过该截面的电流为i=dq/dt若i=dq/dt为常数，则这种电流为恒定电流，简称直流在直流电路中上式可以写:I=Q/t若i=dq/dt不是常数，大小与方向上都在发生变化，则这种电流为交流电路。,对电流要从大小、方向及单位三个方面来进行描述，缺一项则没有意义。,电压：电场力把单位正电荷由A点移到B点所作的功在数值上等于A、B两点的电压，是衡量电场力做功能力的物理量.,三电压,uab=dw/dq,电压单位：V=10-3kV=103mV,直流电压：U=w/q,1V=,电压实际方向：规定从高电位点指向低电位点为电压方向，即电压降的方向,电压参考方向：可以任意假设，与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值,电压的方向,电压是标量，但在分析电路时，和电流一样，也说他们具有方向。,关联方向：电压与电流的参考方向一致，则称电流与电压为关联参考方向。非关联方向：若电流与电压的参考方向相反，则称电流与电压为非关联参考方向。,虽然电压的参考方向可以任意设定，但一般情况下总是选择关联参考方向。,如不特别说明，以后在电路中标注的电压方向均为参考方向。,电压标注的方式有以下三种：,极性符号表示，参考方向由正指向负。,双下标表示，参考方向由a指向b。,箭头表示。,注意：,1.电压是针对电路中某两点之间来说的，描述电路中的某一点或多于两点的电压是没有任何意义的。,2.与电流一样，对电压的描述也要求指出电压的大小、方向及单位，缺一不可。,练习,1.在图中，Uab=-5V，试问a,b两点哪点电位高？,解：Uab的参考方向为由a指向b，而Uab0,表明该元件吸收功率，属于负载性质，电流从“+”端流入。2.若PR0时，电压源的内部损耗可以不计，此时认为其内阻R0为零，当R00。从U=Us-IR0中可知，此时电压源的端电压U将不随负载电流的变化而变化，其值为恒定值，这种电压源称为理想电压源。伏安特性曲线如上图示。,理想电压源,几个电压源可以将它们串联起来使用，等效为一个新的电压源，其电压值为几个电压源开路时的端电压之代数和，内阻为几个电压源内阻的串联等效电阻。,通常稳压电源和新干电池可近似地认为是理想电压源。,电池电源,理想电压源,实际电压源,电压源符号,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。,电流源,电路符号,和电压源一样，电流源在向负载提供电能的同时，自身也存在能量的损耗，其中R为电流源的等效内阻，IS为电流源短路时对外提供的电流。,R,理想电流源,在实际电路中，有时负载电阻很小，当满足RRS时，电流源的内部分流损耗可以不计，也就是当电流源的内阻RS时，由式（1-22）可知，此时IS为恒定值，这种电流源称为理想电流源。其伏安特性如图1-24中的实线。,与电压源类似，几个电流源也可以将它们并联起来用一个电流源来等效，其电流值为几个电流源的代数和，内阻为几个电流源内阻的并联值。,理想电流源,实际电流源,0,R0,理想电压源与理想电流源区别,理想电压源,向外电路提供一个恒定电压值,电路中的电流I完全由外电路来决定，电流I的大小取决于负载RL,理想电流源,产生并输出恒定的电流值,负载两端电压U由外电路决定，电压U的大小取决于负载电阻RL,恒压源与恒流源特性比较,US,+,_,a,b,I,Uab,Uab=US（常数）,Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab无影响。,I,a,b,Uab,Is,I=Is（常数）,I的大小、方向均为恒定，外电路负载对I无影响。,输出电流I可变-I的大小、方向均由外电路决定,端电压Uab可变-Uab的大小、方向均由外电路决定,R,电压源与电流源等效变换,电压源,电流源,U=UsIR0,U=I0R0,I0,=(IsI)R0,=IsR0IR0,R,R,R0,电源的等效变换注意以下几点,1）电源之间的“等效”，是针对外电路来说的，在它们的内部并不等效。2）理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换。3）凡是与电压源相串联的电阻均可视为电压源内阻来进行等效变换，凡是与电流源相并联的电阻均可视为电流源内阻来进行等效变换。4)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。有了电源之间的等效变换，我们便可将几个电源同时作用的复杂电路化简为一个电源作用的简单电路来进行分析。,+,-,I,R0,RL,E,例：有一直流发电机，E=230V，R0=1，当负载电阻RL时，用电源的两种电路模型分别求电压U和电流I，并计算电源内部的损耗功率和内阻压降，看是否相等？,计算电压U和电流IIE（RLR）AURLIV,I,IS,R0,RL,计算电压U和电流IIISR（RLR）AURLIV,计算内阻压降和电源内部损耗的功率,RIvIW（UR）R.W,例:,求下列各电路的等效电源,解:,【例2】图1-25中，已知US=12V，IS=1A，R1=6，R2=3，R3=4，求流过R3上的电流。,解：将R1视为12V电压源的内阻，再将电压源化为等效的电流源，然后根据电流源合并的原则，将两个电流源合并成一个电流源。,.,运用分流公式求出R3上的电流：,其中：,例3:,试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。,解:,由图(d)可得,例4：,解：统一电源形式,试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1电阻中的电流。,例：求I、I1、US；并判断20V的理想电压源和5A的理想电流是电源还是负载？,例：计算电流I3,例：计算电压U5,例：计算图中2电阻中的电流I,1.7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着两种状态：稳定状态和过渡状态。稳态：在一定条件下的稳定状态叫做稳态。过渡状态：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。实例1：电动机从接通电源开始启动，其转速逐渐增加，需要经过一段时间才能达到正常稳定运行状态，而拉断电源后，也要有一个减速的过程，才能从正常稳定运行状态逐步停下来。,实例2：电路的暂态与稳态,当开关断开时，稳态：，；,当开关闭合时，电路中的电容器被充电。观察到的现象：灯泡H：开始最亮-变暗-熄灭电流表：开始最大(/)-逐渐减小-为零电压表：开始为零-逐渐增大(=),电容器两极板带上带上等量而异号电荷的过渡过程后又达到一种稳态。,当开关打到2位置时，电容器放电。观察到的现象：灯泡H：开始最亮-变暗-熄灭电流表：开始最大（/）-逐渐减小-为零（）电压表：开始为逐渐下降为零电容器经过两极板所带正负电荷中和的过渡过程后达到另一种稳态。,电路为什么会存在暂态过程呢？具有储能元件、的电路存在暂态过程，是因为电感和电容中所储存的能量不能跃变。因为=，能量的跃变意味着其功率为无穷大，这实际上是不可能的。电感的储能为电容的储能为因为能量不能跃变，故电感电流和电容电压只能逐渐变化，不能跃变。,1、换路定则,换路：电路的暂态过程是由于电路状态的改变如电路的接通或断开、电源的变化、电路参数的变化等原因而产生的，我们常把这种电路状态的变化叫做换路。换路定则：在换路瞬间，电感电流和电容电压不能跃变，称为换路定则。如果设=0时换路-表示换路前的终了一瞬间-表示换路后的初始一瞬间，则换路定则可表示为,意义：即从到瞬间，电感元件中的电流和电容元件中的电压不能跃变。利用换路定则，可以确定换路后的初始瞬间时，电路中储能元件的电压、电流值，即暂态过程的初始值。,2、分析一阶电路暂态过程的三要素法,什么叫做一阶电路？只包含一个储能元件，或者用串、并联方法化简后只包含一个储能元件的电路称为一阶电路，其暂态过程可用一阶线性微分方程来描述。,可以证明，对于直流电源作用下的任何一阶电路中的电流和电压，均可用三要素法来进行分析，写成一般形式为,暂态过程的三要素：-表示暂态过程中电路的电压或电流；-表示该电压或电流的稳态值；-表示换路后一瞬间该电压或电流的初始值。,-初始值可用电路的基本定律及换路定律求得；-的计算方法是在换路后的电路中，将电容开路，电感短路，再按电阻电路的分析方法求解。,时间常数-,小结：1、稳态2、暂态（过渡