汽车电工电子技术 课件 模块二 直流电路

汽车电工电子技术Contents模块一汽车电子电路基础模块二直流电路模块三交流电路模块四磁场与电磁感应Contents模块五二极管与三极管模块六电动机与发电机模块七脉冲数字电路模块八新能源汽车电力电子关键技术学习目标模块二直流电路

知识目标1.掌握直流电路基本组成、功能及电流和电压特性；2.区分直流电路通路、断路、短路三种工作状态及其对设备的影响；3.掌握电流、电压、电位、电动势、电能、电功率的定义及单位换算；4.掌握欧姆定律、基尔霍夫电流定律(KCL)与电压定律(KVL)的数学表达、核心思想及应用场景；5.掌握叠加定理的定义、适用条件及限制。技能目标1.能运用控制变量法设计实验验证欧姆定律定量关系，分析实验误差来源，并提出改进措施；2.能运用欧姆定律计算简单电路的电流、电压及电阻，应用基尔霍夫定律建立节点电流方程与回路电压方程；3.能通过仿真软件（Proteus等）验证叠加定理及电路定律的普适性，将多电源电路分解为单电源作用的子电路。素养目标1.培养安全操作意识与严谨务实的工作态度，重视短路风险防范，保证实验数据真实可靠；2.通过小组分工协作完成实验任务，借助沟通协调从实验现象归纳物理规律，提升综合职业素养。模块二直流电路单元1直流电路基础单元2直流电路基本物理量单元3欧姆定律的应用单元3基尔霍夫定律的应用单元5叠加定理学习导入单元1直流电路基础

“故障车灯背后的秘密”——深夜，汽修店驶来一辆轿车，左侧前照灯不亮，车主焦急地说：“刚换了灯泡，还是没反应！”经验丰富的张师傅笑了笑，递给学徒小林一个数字式万用表：“先别急着拆灯，测测熔断丝两端的电压，再查查搭铁点有没有氧化。”小林盯着万用表，心里嘀咕：“这‘电路医生’的工具到底怎么用？直流电和家里插座的电有什么区别？汽车电路为什么能靠一根线控制整个系统？”汽车电路就像人体的血管，电流是流动的“血液”，而电压是推动血液流动的“心脏”。今天，我们将化身“电路侦探”，把万用表当作“听诊器”，揭开直流电路的组成密码，破解汽车电源的电压之谜。一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础电源

电路的“心脏”，功能为提供持续电压差，驱动电流循环，为电路提供稳定的直流电压，常见的有干电池、蓄电池、直流电源适配器等。例如，手电筒中的干电池为灯泡提供直流电能。在汽车中，蓄电池（12V）为直流，起动瞬间释放300-600A电流，堪比小型电焊机！发电机（14V）也为直流，发动机皮带带动发电机转子旋转，输出直流电。常见的直流电源如图2-1所示。图2-1常见直流电源一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础负载

电路的“肌肉”，是消耗电能的元件，能量转化大师。如电阻、灯泡、电动机等。以灯泡为例，电流通过灯丝，将电能转化为光能和热能。在汽车中，车灯：电能→光能（卤素灯发热量高达200℃），电机：电能→机械能（雨刷电机扭矩可达5N·m）。常见的负载如图2-2所示。图2-2常见负载一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础导线

电路的“血管”，用于连接电路中的各个元件，形成电流通路，通常由铜或铝等导电性能良好的材料制成。汽车导线黑科技有：单线制-仅用一根导线供电，车身金属作为回路，如电流从蓄电池正极→大灯→车身→蓄电池负极；线束防护-波纹管+防火胶带。常见导线图如图2-3所示。图2-3导线一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础开关

电路的“神经中枢”，用于控制电路的通断，实现对负载工作状态的控制。常见开关图如图2-4所示。图2-4常见开关一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础

直流电路拟人化卡通解剖图（电源=心脏、负载=肌肉、导线=血管、开关=神经）如图2-5所示。图2-5直流电路拟人化卡通解剖图一、直流电路的“四大核心器官”单元1直流电路基础直流电路基本组成图如图2-6所示图2-6电路的基本组成

二、直流电路的两大特性单元1直流电路基础电流特性：在直流电路中，电流从电源的正极流出，经过负载等元件，再回到电源的负极，方向始终保持不变。其大小可以是恒定的，也可以根据电路元件的参数和电源电压的变化而有所不同，但在特定条件下，对于一个确定的直流电路，电流大小是相对稳定的。电压特性：直流电路中各点的电压也是相对稳定的。电源两端有固定的直流电压，负载两端的电压则根据其电阻大小和通过的电流按照欧姆定律来确定。在串联电路中，总电压等于各部分电路电压之和；在并联电路中，各支路两端的电压相等，且等于电源电压。三、直流电路的三种工作状态单元1直流电路基础通路：电路闭合，电流能在回路中正常流动，电源输出电能，负载正常工作，实现电能到其他形式能量的转换。断路：电路中有断开点，电流无法形成回路，电路中无电流通过，负载不工作，电源电能无法传输至负载。短路：电源两端或电路中电阻极小部分直接相连，电流不经过负载，电流极大，易损坏电源和导线，甚至引发危险。三、直流电路的三种工作状态单元1直流电路基础直流电路的三种工作状态如图2-7所示。图2-7直流电路的三种工作状态四、等效电阻单元1直流电路基础

图2-8串联电路等效电阻四、等效电阻单元1直流电路基础

四、等效电阻单元1直流电路基础图2-9并联电路等效电阻(二)并联电路等效电阻(1)几个电阻并联后的总电阻,比其中任何一个电阻都要小。(2)并联电路的等效电阻如图2-9所示。四、等效电阻单元1直流电路基础

模块二直流电路单元1直流电路基础单元2直流电路基本物理量单元3欧姆定律的应用单元3基尔霍夫定律的应用单元5叠加定理学习导入单元2直流电路基本物理量

生活中，我们每天都在与“电”打交道：手电筒的灯光、手机的充电、电动车的驱动等，这些场景背后都离不开直流电路的支撑。直流电路是电工电子技术的基础，而要分析和设计直流电路，首先需要掌握其核心——基本物理量。手电筒按下开关后，电流是如何流动的？手机充电器标注的“5V2A”代表什么含义？电池的电动势和端电压有什么区别？这些问题的答案都藏在电流、电压、电位、电动势、电阻等基本物理量中。本单元将带你从生活现象出发，系统学习这些物理量的定义、测量方法及其相互关系，为后续电路分析打下坚实基础。电流定义

电流是电荷的定向移动形成的物理量，用符号I表示。单位时间内通过导体横截面的电荷量即为电流大小，公式为：单元2直流电路基本物理量一、电流

电流定义

方向规定：习惯上以正电荷移动的方向为电流方向（如图2-10所示）。在金属导体中，实际移动的是带负电的自由电子，因此电子移动方向与电流方向相反。单元2直流电路基本物理量一、电流图2-10电流方向示意图电流方向为正电荷移动方向，与电子移动方向相反电流的分类在电工技术中，电流的分类是理解电路特性的基础。根据电流的方向和大小随时间的变化规律，电流主要分为直流电（DC）和交流电（AC）两大类。掌握这两类电流的特点，有助于我们更好地分析电路工作原理及选择合适的电源设备。单元2直流电路基本物理量一、电流电流的分类-直流电单元2直流电路基本物理量一、电流定义：电流的方向不随时间变化的电流称为直流电。若电流的大小也保持恒定，则称为恒定电流（如干电池供电的手电筒电路中的电流）。特点：1）方向恒定：电流始终从电源正极流向负极，不会反向（如图2-11a所示，波形为一条水平线）。2）大小稳定：理想情况下，恒定电流的大小不随时间变化；实际中可能因电源内阻或负载变化略有波动，但方向不变。3）低电压安全：常见直流电源（如干电池1.5V、锂电池3.7V、蓄电池12V）电压较低，多属于安全电压范围，广泛用于便携设备。应用场景：1）便携电子设备：手机、手电筒、遥控器等依赖干电池或锂电池提供直流电；2）工业控制：PLC（可编程逻辑控制器）、传感器等需要稳定直流电源保证信号精度；3）电动汽车：动力电池输出直流电，经逆变器转换为交流电驱动电机。电流的分类-交流电单元2直流电路基本物理量一、电流01电流分类-交流电定义：电流的大小和方向随时间作周期性变化的电流称为交流电。生活中最常见的是正弦交流电（如家庭用电）02交流电特点周期性变化：电流方向每经过一个周期（T）反向一次，我国电网频率为50Hz（周期0.02秒），即每秒方向变化100次（如图2-11b所示）高效传输：交流电可通过变压器方便地升压或降压，减少远距离输电的能量损耗高压危险：家庭交流电电压有效值为220V（最大值约311V），工业用电为380V，均属危险电压03交流电应用场景家庭与工业供电：空调、冰箱、电动机等大功率设备直接使用交流电电网传输：发电厂通过升压变压器将交流电升至高压（如500kV）远距离传输，再降压供用户使用电子设备供电：手机充电器、笔记本电源适配器需将交流电整流为直流电使用单元2直流电路基本物理量一、电流直流电与交流电的波形示意图如图2-11所示。图2-11直流电与交流电的波形示意图电压（电位差）

单元2直流电路基本物理量二、电压与电位

电位单元2直流电路基本物理量二、电压与电位图2-12电压与水压类比图

电动势

如图2-13所示，要让水循环流动，就必须依靠水泵的作用，把低处的水抽到高处。那么是不是也有类似的力让电荷从低电位到高电位呢？

同样的，电流持续流动也存在同样的道理。电路中的电源（如干电池）相当于使水循环流动的水泵，在移动电荷的过程中对电荷做了功。电源的这种作用叫电动势。单元2直流电路基本物理量三、电动势图2-13电动势示意图电动势定义：电动势是电源内部非静电力（如化学力、电磁力）将单位正电荷从负极移到正极所做的功，用符号E表示，单位为伏特（V）。举个例子：一节干电池标有“1.5V”，这里的1.5V就是它的电动势。它的本质是：电池内部通过化学反应（非静电力），每搬运1库仑的电荷（比如把负电荷从正极拉回负极，或正电荷从负极推到正极），能将1.5焦耳的化学能转化为电能。这种“非静电力做功”的能力，就是电动势。电压则是电路中两点间的“电势差”，反映的是静电力对电荷做功的能力。比如手电筒亮着时，灯泡两端的电压是1.5V，意味着静电力将1库仑电荷从灯泡一端“推”到另一端时，做了1.5焦耳的功（转化为光能和热能）。电动势与电压的区别，见表2-1。单元2直流电路基本物理量三、电动势电动势单元2直流电路基本物理量三、电动势电能是能量的一种形式，电能的获得是由各种形式的能量转化而来的，而这些能量的转化过程是由各种各样的发电厂和各种各样的电池完成的。电源是提供电能的装置，其实质都是把其他形式的能转化为电能。发电类型有：风力发电、水力发电把机械能转化为电能；火力发电是把化学能转化为电能；太阳能发电是把太阳能转化为电能；原子能发电是把原子能转化为电能。电池类型有：干电池、铅蓄电池、手机电池是把化学能转化为电能；硅光电池是把光能转化为电能；太阳能电池是把太阳能转化为电能。用电器在工作时把电能转化为其他形式的能。电灯把电能转化为内能、光能；电风扇、无轨电车、吸尘器、洗衣机等把电能转化为动能；电视机、计算机把电能主要转化为光能和声能；热水器、电饭锅把电能转化为内能等。单元2直流电路基本物理量四、电能电能电能

单元2直流电路基本物理量四、电能电能的国际制单位为焦耳，简称焦（J）；常用单位为千瓦时(kw•h)，也称为度。

电功率

电功率指每单位时间发电机所产生的电能，流经电路。它的国际单位为瓦特（W）。当电流通过一个电路时，它能够转换能量成机械能，或是发热。运用电功率的电器设备的种类有很多种，例如发热（电热器）、光（灯泡）、动能（电动机）、声音（扬声器）或化学变化（电镀）。电功率可以经由发电机产生，或经由化学反应产生（电池），或是由太阳能（太阳能电池），或是转化为化学能储存于蓄电池。

把单位时间内负载所消耗的电能称为电功率，用字母P表示，国际制单位为瓦特，简称瓦（W）；常用单位为千瓦（kW）。单元2直流电路基本物理量五、电功率【例2-1】

单元2直流电路基本物理量五、电功率模块二直流电路单元1直流电路基础单元2直流电路基本物理量单元3欧姆定律的应用单元3基尔霍夫定律的应用单元5叠加定理

想象你穿越到了一个奇妙的“电流王国”，电子就像王国里忙碌的小快递员，它们风风火火地穿梭在导线街道上。但有时候，它们会遇到各种神奇的“魔法门”——有的门宽敞平坦，电子能畅通无阻地跑过去；有的门却狭窄崎岖，电子只能慢吞吞地挪动。而在这个王国里，有一位神秘的“电学魔法师”欧姆，他发现了一个超厉害的秘密法则：只要掌握这个法则，我们就能像指挥千军万马一样，精准操控电流、电压和电阻之间的奇妙关系，让各种电器乖乖听话。今天，就让我们一起揭开欧姆定律的神秘面纱，成为这个“电流王国”的智慧掌控者吧。学习导入单元3欧姆定律的应用知识学习单元3汽车电路基础

欧姆定律是电路领域至关重要的基础定律，由物理学家乔治·西蒙·欧姆发现，它揭示了电压、电流与电阻三者之间的内在关联，主要分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律两种形式。单元3欧姆定律的应用

电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压成正比，与电阻成反比，称为部分电路欧姆定律。计算公式为一、部分电路欧姆定律

单元3欧姆定律的应用一、部分电路欧姆定律【例2-2】

图2-14电路图单元3欧姆定律的应用一、部分电路欧姆定律【例2-3】

图2-15电路图单元3欧姆定律的应用

二、全电路欧姆定律关键术语解释单元3欧姆定律的应用

最简单的全电路如图2-16所示。二、全电路欧姆定律关键术语解释图2-16全电路单元3欧姆定律的应用

在整个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电路中的内电阻和外电阻之和成反比。用公式表示为二、全电路欧姆定律全电路欧姆定律式中：I

——闭合电路中的电流，A；E

——电源的电动势，V；R——外电路的总电阻，Ω；r——电源的内电阻，Ω。

单元3欧姆定律的应用一、部分电路欧姆定律【例2-4】

单元3欧姆定律的应用一、部分电路欧姆定律

模块二直流电路单元1直流电路基础单元2直流电路基本物理量单元3欧姆定律的应用单元4基尔霍夫定律的应用单元5叠加定理

如果把电路世界比作一座繁华又复杂的超级城市，那么基尔霍夫定律就是这座城市里最厉害的“城市管理大师”。电流是城市中川流不息的人群，在纵横交错的街道（导线）上奔波。基尔霍夫电流定律就像路口的智能交警，它牢牢掌控着每个路口（节点）的人流量，确保进入路口的人数和离开的人数始终相等，绝不会出现人群凭空消失或突然暴增的混乱场面。而基尔霍夫电压定律则是城市的“能量监管员”，它监督着城市里每一个闭合街区（电路环路），保证街区里消耗的能量（元件电压降）和补充的能量（电源电压升）保持平衡，让城市的“能量系统”稳定运行。今天，我们就来结识这位神奇的“城市管理大师”，探索它是如何让复杂的电路城市井然有序运转的。学习导入单元4基尔霍夫定律的应用知识学习单元3汽车电路基础

基尔霍夫定律由德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫发现，堪称电路世界的“黄金法则”。它包含两大定律，如同一对默契十足的好搭档，能够联手求解各类复杂电路问题。单元4基尔霍夫定律的应用

基尔霍夫电流定律就像电路中各个节点（也就是电路的“路口”）的“交通警察”，它的核心规则是：在任何时刻，流入一个节点的电流总和，等于流出这个节点的电流总和。简单来说，就是电子“大军”在电路路口集合后，又整齐地分散开，不会突然消失或凭空出现。

用公式表示为：一、基尔霍夫电流定律（KCL）

图2-18基尔霍夫电流定律电路图单元4基尔霍夫定律的应用

基尔霍夫电压定律是电路环路中的“能量守恒守护者”。它规定：沿着电路中的任意一个闭合回路，所有元件两端的电压降之和等于电源电压升之和。也就是说，电子在电路里绕一圈，消耗的能量和获得的能量是相等的，能量不会无缘无故地增加或减少。用公式表示为：

用公式表示为：二、基尔霍夫电压定律（KVL）

图2-19基尔霍夫电压定律电路图单元4基尔霍夫定律的应用二、基尔霍夫电压定律（KVL）【例2-5】

图2-20电路图单元4基尔霍夫定律的应用二、基尔霍夫电压定律（KVL）【例2-5】

图2-21电路图模块二直流电路单元1直流电路基础单元2直流电路基本物理量单元3欧姆定律的应用单元4基尔霍夫定律的应用单元5叠加定理

想象一下，你面对一个由多个电源和复杂元件组成的直流电路，如何抽丝剥茧、化繁为简地分析电流与电压？此时，叠加定理就像一把精巧的