第1章 直流電路.

1、ISBN 978-7-111-38450-2 機(jī)機(jī) 械械 工工 業(yè)業(yè) 出出 版版 社社CHINA MACHINE PRESS目目 錄錄前言第一章 直流電路第二章 電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用第三章 正弦交流電路第四章 電工測(cè)量及安全用電第五章 電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)第六章 半導(dǎo)體器件及應(yīng)用第七章 汽車常用電子電路第八章 數(shù)字電路基礎(chǔ)參考文獻(xiàn)第第1章直章直 流流 電電 路路1.1概述1.2電路的基本物理量1.3歐姆定律1.4串聯(lián)電路與并聯(lián)電路1.5電阻、電感和電容元件1.6基爾霍夫定律1.1 概述 1.1.11.1.1電路及電路圖電路及電路圖電路就是電流所通過的路徑，它是由電氣設(shè)備和元器件按一電路就是電流所通過的路

2、徑，它是由電氣設(shè)備和元器件按一定方式聯(lián)接起來的整體。定方式聯(lián)接起來的整體。負(fù)載負(fù)載: : 吸收吸收電能的裝置電能的裝置 傳輸控制器件：傳輸控制器件： 導(dǎo)線和開關(guān)導(dǎo)線和開關(guān)電源電源: : 提供提供電能的裝置電能的裝置電工電工電路電路倒車信號(hào)器件包括倒車燈和倒車信號(hào)器件包括倒車燈和倒車蜂鳴器。倒車蜂鳴器。倒車燈安裝在汽車后組合燈倒車燈安裝在汽車后組合燈內(nèi)，內(nèi)，倒車燈開關(guān)安裝在變速器蓋倒車燈開關(guān)安裝在變速器蓋上，上，倒車蜂鳴器則單獨(dú)安裝。倒車蜂鳴器則單獨(dú)安裝。圖1-2 倒車信號(hào)電路電子電子電路電路電源電源負(fù)負(fù)載載中間中間環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)信號(hào)源信號(hào)源負(fù)負(fù)載載處理處理電路電路1.兩個(gè)電源兩個(gè)電源蓄電池（輔助電源

3、）蓄電池（輔助電源）交流發(fā)電機(jī)（主電源）交流發(fā)電機(jī)（主電源）2.并聯(lián)單線并聯(lián)單線（1）汽車上的電源和所有的電氣設(shè)備均采用并聯(lián)）汽車上的電源和所有的電氣設(shè)備均采用并聯(lián) （2）電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接，而用汽車）電源到用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線連接，而用汽車底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬機(jī)體作為另一公用導(dǎo)線底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等金屬機(jī)體作為另一公用導(dǎo)線 3.網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制用電設(shè)備是否工作是由網(wǎng)絡(luò)控制用電設(shè)備是否工作是由網(wǎng)絡(luò)控制 1.1.21.1.2汽車電路的特點(diǎn)汽車電路的特點(diǎn)4.4.低壓直流低壓直流汽車電系電壓汽車電系電壓12V12V、24V 24V 汽車電系為直流系統(tǒng)汽車電系為直流系統(tǒng) 5.5.負(fù)極搭鐵負(fù)極搭鐵采

4、用單線制時(shí)，蓄電池的一個(gè)電極須接至車架上，俗采用單線制時(shí)，蓄電池的一個(gè)電極須接至車架上，俗稱稱“搭鐵搭鐵 蓄電池的負(fù)極接車架就稱之謂蓄電池的負(fù)極接車架就稱之謂“負(fù)極搭鐵負(fù)極搭鐵” ” 1.1.21.1.2汽車電路的特點(diǎn)汽車電路的特點(diǎn)1.1.3 電路的三種狀態(tài)開關(guān)閉合開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載RREI 0負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓 U = E IR0 特征特征:IR0R - -EU - -I 電流的大小由負(fù)載決定。電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時(shí)，在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U 。電源的外特性電源的外特性EUI0特征特征: 開關(guān)開關(guān) 斷開斷開I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開路電壓開路電

5、壓 )負(fù)載功率負(fù)載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零；開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓開路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開時(shí)的特征電路中某處斷開時(shí)的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR - -EU0 - - 方法：方法：將試燈一端（或電壓表負(fù)表筆）接在電源將試燈一端（或電壓表負(fù)表筆）接在電源負(fù)極，另一端依次觸及電路接線點(diǎn)負(fù)極，另一端依次觸及電路接線點(diǎn)a a、b b、c c、d d。如。如果燈亮說明此接線點(diǎn)至電源正極間無斷路，如果燈果燈亮說明此接線點(diǎn)至電源正極間無斷路，如果燈不亮說明此接線點(diǎn)與前一接線點(diǎn)間有斷路。不亮說明此

6、接線點(diǎn)與前一接線點(diǎn)間有斷路。用這種用這種辦法逐步縮小查找范圍，直至找到斷路點(diǎn)。辦法逐步縮小查找范圍，直至找到斷路點(diǎn)。 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01.1. 短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 02. 2. 短路處的電流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IR0R - -EU0 - -圖1-6 汽車起動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖 大?。捍笮。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 1.電流的定義及表達(dá)式電流的定義及表達(dá)式電流是電荷在電場(chǎng)力的作用下作定向

7、運(yùn)動(dòng)形成的電流是電荷在電場(chǎng)力的作用下作定向運(yùn)動(dòng)形成的,其其大小和方向都與電荷有關(guān)。大小和方向都與電荷有關(guān)。 tQI dtdqi 直流直流交流交流單位：?jiǎn)挝唬篈、KA、mA、A實(shí)際方向：實(shí)際方向：正正電荷的運(yùn)動(dòng)方向。電荷的運(yùn)動(dòng)方向。 參考方向的表示方法參考方向的表示方法 (a) I0 (b) I0 電流的方向電流的方向參考方向參考方向 在一段電路或電路元件上在一段電路或電路元件上任意假定的電流方向。任意假定的電流方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)2 2、電流的方向、電流的方向箭箭 標(biāo)標(biāo)abRIl 在某些直流電路中，若可直接判斷出電流的實(shí)際方在某些直流電路中，若可直接判斷出電流的實(shí)際方向，一般為方便起見，

8、選擇其參考方向與實(shí)際方向向，一般為方便起見，選擇其參考方向與實(shí)際方向一致。一致。l 電流參考方向可隨意選擇，而實(shí)際電流是客觀存在電流參考方向可隨意選擇，而實(shí)際電流是客觀存在。 I Iab=-=-I Iba。l 若不選擇參考方向，而談?wù)撾娏鞯恼?fù)是無意義的。若不選擇參考方向，而談?wù)撾娏鞯恼?fù)是無意義的。實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流值為，電流值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流值為，電流值為負(fù)值負(fù)值。大?。捍笮。弘娫吹碾妱?dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)Eba等于等于電源力將單位正電荷從負(fù)極電源力將單位正電荷從負(fù)極b b經(jīng)電源內(nèi)部移到正極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極a a所做

9、的所做的功。功。單位：?jiǎn)挝唬篤、KV、mV實(shí)際方向：實(shí)際方向：低電位低電位 高電位即電位升高電位即電位升高高的方向。的方向。 電荷運(yùn)動(dòng)回電荷運(yùn)動(dòng)回路路QWE ba電流電流的實(shí)際方向的實(shí)際方向可用可用箭頭、雙下標(biāo)箭頭、雙下標(biāo)；電壓、電動(dòng)勢(shì)電壓、電動(dòng)勢(shì)用用正負(fù)極性、箭頭、雙下標(biāo)正負(fù)極性、箭頭、雙下標(biāo)。 Iab參考方向的表示方法：參考方向的表示方法：參考方向：參考方向： 在分析、計(jì)算電路時(shí)，人為在分析、計(jì)算電路時(shí)，人為假定的方向。假定的方向。aRbIE+_ U+_電流：電流：電壓、電動(dòng)勢(shì)電壓、電動(dòng)勢(shì)：Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 標(biāo)標(biāo)abRIUab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)Eba正負(fù)極性正負(fù)極性+abUE+_ 實(shí)際

10、方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電量值為，電量值為正值正值； 實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電量值為，電量值為負(fù)值負(fù)值。若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；若若 I = 5A，則電流從則電流從 b 流向流向 a 。若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向則電壓的實(shí)際方向從從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向則電壓的實(shí)際方向從從 b 指向指向 a 。例：例：abRIabRU+若若 E = 5V，則電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方則電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向從向從 b指向指向 a ；若若 E= 5V，則電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方則電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向從向從 a指向指向 b 。+a

11、bE注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 、電壓、電壓 、電動(dòng)勢(shì)的值、電動(dòng)勢(shì)的值才有正負(fù)之分。才有正負(fù)之分。 在電路分析中，如果沒有特別指明，所標(biāo)的電量在電路分析中，如果沒有特別指明，所標(biāo)的電量方向均指參考方向。方向均指參考方向。 電位電位：電路通常選定某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，電路中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓就稱為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位通常規(guī)定為零，所以又叫零電位點(diǎn)。 零電位點(diǎn)一般選大地為參考點(diǎn)，即視大地的電位為零電位。在電子儀器和設(shè)備中又常把金屬外殼或電路的公共接點(diǎn)的電位作為零電位。 電阻電阻是反映導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的物理量。是反映導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的物理量。 說明：說

12、明： 不同的導(dǎo)體其電阻率不同，用途也不同。不同的導(dǎo)體其電阻率不同，用途也不同。 導(dǎo)體電阻還與溫度有關(guān)，通常用導(dǎo)體電阻還與溫度有關(guān)，通常用電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)表示。部分導(dǎo)體電阻率和溫度系數(shù)如表示。部分導(dǎo)體電阻率和溫度系數(shù)如下頁下頁表表所示。所示。SlR l導(dǎo)體長度（導(dǎo)體長度（m）；）；S導(dǎo)體截面積導(dǎo)體截面積(m2);導(dǎo)體電阻率（導(dǎo)體電阻率（m）單位：?jiǎn)挝唬?、K、M材料材料名稱名稱電阻率電阻率/m電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)/1/用途用途 銀銀銅銅鋁鋁0.016510-60.017510-60.028310-60.00380.00400.0042導(dǎo)線導(dǎo)線線圈線圈引線引線觸點(diǎn)觸點(diǎn) 錳銅錳銅康銅康銅鎳

13、鉻鎳鉻鐵鉻鋁鐵鉻鋁碳碳0.4210-60.40.51 10-61.110-61.410-610.010-6 0.0000050.0000050.000130.00005-0.0005 電阻器電阻器電熱絲電熱絲圖1-11 常見電阻器的外形及符號(hào)a）外形 b）符號(hào)1.2.4電能和電功率電流流過負(fù)載時(shí)對(duì)負(fù)載所做的功稱為電能，用電流流過負(fù)載時(shí)對(duì)負(fù)載所做的功稱為電能，用符號(hào)符號(hào)W表示表示 。1 1、電能、電能電能的單位電能的單位 焦（焦（J） 千瓦時(shí)（千瓦時(shí)（kWh），俗稱度），俗稱度W=UIt1度度1kWh3.6106 J1.2.4電能和電功率不同的用電器在相同時(shí)間內(nèi)的用電量是不同的，不同的用電器在相

14、同時(shí)間內(nèi)的用電量是不同的，即電流做功快慢是不一樣的。即電流做功快慢是不一樣的。電流做功快慢用電功率描述，其大小等于單位時(shí)電流做功快慢用電功率描述，其大小等于單位時(shí)間間t內(nèi)電流所做的功內(nèi)電流所做的功W 2 2、電功率、電功率UItWP電功率單位 瓦特（W）、千瓦（k W）、毫瓦（m W） 例1-1 汽車前照燈電功率為60W，額定電壓為12V。求額定電流I和每小時(shí)消耗的電能W。由式 可知WPt603600J2.16105J UIP AAUPI512601.3歐姆定律歐姆定律 v 部分電路：指不含電源的一段電路。v 歐姆定律：通過一段導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。這就

15、是部分電路歐姆定律，簡(jiǎn)稱歐姆定律。1.3.1 部分電路的歐姆定律 RUI U、I 參考方向參考方向相同相同時(shí)，時(shí)， U、I 參考方向參考方向相反相反時(shí)，時(shí)，RUI RUI- - 通常取通常取 U、I 參考方向相同，參考方向相同，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。稱為關(guān)聯(lián)參考方向。RU+IRU+Iv歐姆定律揭示了電路中電流、電壓和電阻三者之間的關(guān)系。只要知道I、U、R三個(gè)物理量中的兩個(gè)，就可以很方便地求出第三個(gè)量。vU=IR IUR RUI v例1-2 如果人體電阻的最小值為800，已知通過人體的電流達(dá)到50mA時(shí)，就會(huì)引起呼吸器官麻痹，不能自主擺脫電源。試求人體的安全工作電壓。v解 根據(jù)部分電路歐姆定律可得v

16、U=IR=5010-3800V=40V解：解：對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, I = U /R應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, I= U/R326 : IUR所以所以326: - - - - - IUR所以所以RU6V+2AR+U6V Ia)b)I2A1.3.2 全電路歐姆定律全電路歐姆定律 v全電路：指含有電源的閉合電路。圖中虛線框內(nèi)表示一個(gè)電源。電源也是有電阻的，這個(gè)電阻稱為內(nèi)電阻，用r表示，實(shí)際上，內(nèi)電阻在電源內(nèi)部，與電動(dòng)勢(shì)是分不開的，所以也可以不單獨(dú)畫出，而是在電源符號(hào)的旁邊注明內(nèi)電阻的數(shù)值。 v全電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)

17、成正比，跟內(nèi)、外電路中的電阻之和成反比。rREIE=IR+Ir=U+Ir或 U=E-Irv例1-3 如圖所示電路，已知電源電動(dòng)勢(shì)E=2.4V，內(nèi)電阻r=10，負(fù)載電阻R=20。試求電路中的電流I和路端電壓U。v解 根據(jù)全電路歐姆定律可得v路端電壓為 U=IR=0.0820V=1.6VAArREI08. 010204 . 2解：解：已知已知 E=3V，R0=0.4, , RL=9.6 , , 求電流求電流I、內(nèi)、內(nèi)阻壓降阻壓降IR0及電源端電壓及電源端電壓U。3 . 04 . 06 . 930LRREIV12. 04 . 03 . 00 IRVL88. 26 . 93 . 0 IRU3 . 04

18、 . 06 . 930L-RREIV12. 04 . 03 . 00- - - - IRVL88. 26 . 93 . 0 - - IRU RL - -R0EI U - - RL - -R0EI U - -1.1.4 4. .1 1 串聯(lián)電路串聯(lián)電路 由兩個(gè)或更多個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)地連接，組成一個(gè)無分支電路，各電阻通過同一電流，這樣的連接方式稱為電阻的串聯(lián)電路。1 1）等效電阻）等效電阻串聯(lián)電路等效電阻等于各分電阻之和，即：12nRRRR1.1.串聯(lián)電路的特點(diǎn)串聯(lián)電路的特點(diǎn)1.1.4 4. .1 1 串聯(lián)電路串聯(lián)電路 2 2）分壓關(guān)系）分壓關(guān)系串聯(lián)電路中的電阻有分壓作用，其計(jì)算公式為：1212n

19、nUUUUIRRRR21212nnPPPPIRRRR3 3）功率分配）功率分配串聯(lián)電路中各電阻的功率分配關(guān)系如下：1.1.串聯(lián)電路的應(yīng)用串聯(lián)電路的應(yīng)用1.1.4 4. .1 1 串聯(lián)電路串聯(lián)電路 用來控制負(fù)載電流用電位器改變輸出電壓用于降壓1.1.并聯(lián)電路定義及相關(guān)計(jì)算公式并聯(lián)電路定義及相關(guān)計(jì)算公式1.1.4 4. .2 2 并聯(lián)電路并聯(lián)電路 由兩個(gè)或多個(gè)電阻連接在兩個(gè)公共點(diǎn)之間，組成一個(gè)分支電路，各電阻兩端承受同一電壓，這樣的連接方式叫做電阻的并聯(lián)電路。并聯(lián)電路的特點(diǎn)：1 1）等效電阻）等效電阻 并聯(lián)電路的等效電阻（即總電阻）的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻 的倒數(shù)之和，即：12111RRR1.1.4

20、4. .2 2 并聯(lián)電路并聯(lián)電路 2 2）分流關(guān)系）分流關(guān)系 并聯(lián)電路的電阻有分流作用，各電阻的電壓相等，電流、電阻和電壓的關(guān)系式如下：1122nnI RI RI RIRU3 3）功率分配）功率分配 并聯(lián)電路中電阻的功率分配關(guān)系如下：21122nnPRP RP RPRU1.1.4 4. .2 2 并聯(lián)電路并聯(lián)電路 2.2.并聯(lián)電路的應(yīng)用并聯(lián)電路的應(yīng)用1212并聯(lián)電路的并聯(lián)電路的分流作用分流作用2112RIIRR1212RIIRR實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用 汽車上的用電器，如喇叭、照明燈、電動(dòng)機(jī)等都是并聯(lián)接在直流電源上。 1.1.5 5. .1 1 電阻元件電阻元件 1.1.電阻的有關(guān)概念電阻的有關(guān)概念電

21、阻元件簡(jiǎn)稱為電阻，是從實(shí)際電阻器中抽象出來的，如電燈、電爐、電機(jī)等，圖形符號(hào) 2電阻串并聯(lián)在汽車上的應(yīng)用惠斯登電橋 sxsxRRRRRRRR2121或v 圖1-23 熱線式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu) v 1傳感器密封蓋 2印制控制電路板 3卡環(huán) 4防護(hù)網(wǎng) 5溫度補(bǔ)償電阻絲（冷線） 6鉑金絲（熱線） 7取樣管 8CO調(diào)節(jié)螺釘 9防護(hù)塞 l0接線插座 v 圖1-24 熱線式空氣流量傳感器內(nèi)部電路v 1進(jìn)氣流 2放大器 3電源 4輸出信號(hào) R1、R3、R5電阻 R2白金熱線 R4溫度補(bǔ)償電阻絲（冷線） 1.5.2 電感元件電感元件 v電感器是指用導(dǎo)線繞制成的線圈，簡(jiǎn)稱為電感，用L表示，單位為亨利，簡(jiǎn)稱亨，

22、用 H 表示。 iLdtdiLeuL-電感元件兩端的電壓與電流相對(duì)時(shí)間的變化率成正比 v電感元件是一個(gè)儲(chǔ)能（磁場(chǎng)能量）元件。當(dāng)通過電感線圈中的電流增加時(shí)，電感線圈將電能轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存在線圈中；而當(dāng)電流減小時(shí)，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)變成電能送回到電路中。若忽略其電阻，則不消耗能量。v兩個(gè)電感元件串聯(lián)的等效電感為L=L1+L2；并聯(lián)時(shí)的等效電感為。 21111LLL1.5.3 電容元件電容元件 v1電容器的特性電容器的特性v電容器是一種儲(chǔ)存電荷與電能的容器，任何兩塊非常接近的金屬導(dǎo)體，中間隔以不導(dǎo)電的絕緣物質(zhì)（例如空氣、蠟紙、云母片、滌綸薄膜、陶瓷等），就形成一個(gè)電容器。組成電容器的導(dǎo)體稱為極板，隔離兩極板的

23、絕緣物質(zhì)稱為介質(zhì)。在電路圖中電容器用符號(hào)v 表示。 v當(dāng)把電容器與直流電源相接時(shí)，電容器的兩極板上就分別帶上了等量的異種電荷。反映電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量稱作電容量，符號(hào)為C。電容器的電容量C等于它的任一極板所帶電量Q與加在電容器兩端電壓U的比值，即： UQC v部分電容器的外形、名稱和符號(hào)va）固定電容器 b）可變和半可變電容器 2 電容器的串聯(lián)和并聯(lián) v （1）電容器的串聯(lián)v 當(dāng)幾個(gè)電容器串聯(lián)時(shí)，可用一個(gè)等效電容器來代替。串聯(lián)時(shí)，每個(gè)電容器上的電荷Q相等，每個(gè)電容器上的電壓之和等于總電壓，即：v Q =Q1=Q2v U=U1+U221CQCQCQ21111CCC幾個(gè)電容器串聯(lián)時(shí)，其等效電

24、容量C的倒數(shù)等于每個(gè)電容器電容量的倒數(shù)之和。電容串聯(lián)時(shí)其等效電容小于每個(gè)電容值，但電容串聯(lián)時(shí)其電壓與電容成反比，電容小的分得的電壓大。 （2）電容器的并聯(lián)）電容器的并聯(lián) 電容器并聯(lián)時(shí)，每個(gè)電容器兩端的電壓相同，每個(gè)電容器上的電荷相加等于并聯(lián)電路內(nèi)的總電荷，即：Q =Q1+Q2U=U1=U2相除可得：C=C1+C2可見，幾個(gè)電容器并聯(lián)時(shí)，其等效電容量C等于每個(gè)電容器的電容量之和。 3電容器的充電和放電v （1）電容器的充電v 把電容器與電阻R相串聯(lián)后，再經(jīng)開關(guān)S接到直流電源上（開關(guān)S置A端），使電容器被充電。v 在電路剛接通的瞬間，因電容器上無電荷，兩端的電壓為零，這時(shí)充電電流最大。隨著兩極板上電荷的不斷