任務(wù)1認(rèn)知汽車電路組成、特點(diǎn)與基本物理量

1、學(xué)習(xí)情境1 汽車直流電路【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解汽車電路的組成及特點(diǎn)；2.掌握汽車電路的基本物理量；3.掌握交流電中的電阻、電容、電感的特性；4.掌握電阻、電容、電感的標(biāo)識(shí)；5.理解并使用基爾霍夫定律進(jìn)行復(fù)雜的電路計(jì)算；6.能正確使用汽車專用萬(wàn)用電表和汽車專用示波器?！卷?xiàng)目描述】學(xué)習(xí)情境 1 講述了汽車電路的組成、特點(diǎn)和汽車電路的基本物理量以及電路分析方法，介紹了汽車專用萬(wàn)用表和汽車專用示波器，為后面分析各種電工電子電路奠定必要的基礎(chǔ)。眾所周知， 現(xiàn)代生活離不開(kāi)電，現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)汽車，在汽車中電的作用非常重要。電神奇而重要，因此，作為21 世紀(jì)的大學(xué)生，更有必要學(xué)習(xí)好電的相關(guān)概念和知識(shí)。任務(wù)

2、 1.1認(rèn)知汽車電路組成、特點(diǎn)及基本物理量1.1.1汽車電路的組成1. 電路電路是電流所流經(jīng)的路徑。電路或稱電子回路，是由電氣設(shè)備和元器件（用電器），按一定方式聯(lián)接起來(lái)。如由電源、電阻、電容、電感、二極管、晶體管、 IC （集成電路）和電鍵等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)或回路。電路規(guī)模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成電路，大到高低壓輸電網(wǎng)。根據(jù)所處理信號(hào)的不同，電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。2. 電路的組成1 ）一般電路一般電路由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和輔助設(shè)備四大部分組成。實(shí)際應(yīng)用的電路都比較復(fù)雜，因此， 為了便于分析電路的實(shí)質(zhì)，通常用符號(hào)表示組成電路實(shí)際原件及其連接線，即畫成所謂電路圖。 其中導(dǎo)線

3、和輔助設(shè)備合稱為中間環(huán)節(jié)。如圖 1-1 表示簡(jiǎn)單手電筒電路，它是由干電池（電源）、小燈泡（負(fù)載）、手電筒金屬殼（開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)體）（中間環(huán)節(jié)）所組成。（ a）手電筒電路示意圖（ b）手電筒電路模型圖 1-1 手電筒電路(1) 電源。電源是提供電能的設(shè)備。電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)變成電能。例如，電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能； 發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 由于非電能的種類很多， 轉(zhuǎn)變成電能的方式也很多， 所以，目前實(shí)用的電源類型也很多，最常用的電源是固態(tài)電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。 電源分為電壓源與電流源兩種， 只允許同等大小的電壓源并聯(lián)， 同樣也只允許同等大小的電流源串聯(lián)，電壓源不能短路，電流源不能斷路。

4、如圖 1-2 是電源的種類。（ a）理想電壓源的符號(hào)（b ）理想電流源的符號(hào)圖 1-2 電源的種類（ 2）負(fù)載。在電路中使用電能的各種設(shè)備統(tǒng)稱為負(fù)載。負(fù)載的功能是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥?。例如，電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能；電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，等等。通常使用的照明元件、家用電器、機(jī)床等都可稱為負(fù)載。（ 3）導(dǎo)線。連接導(dǎo)線用來(lái)把電源、負(fù)載和其他輔助設(shè)備連接成一個(gè)閉合回路，起著傳輸電能的作用。（ 4）輔助設(shè)備。輔助設(shè)備是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制、分配、保護(hù)及測(cè)量等作用的。輔助設(shè)備包括各種開(kāi)關(guān)、熔斷器、電流表、電壓表及測(cè)量?jī)x表等。2 ）汽車電路汽車電路有相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)組成，全車電路一般包括以下幾部分組成。（

5、 1）電源電路。由蓄電池、發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)器及工作狀況指示裝置（電流表、充電指示燈）等組成。（ 2）起動(dòng)電路。由起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)繼電器、起動(dòng)開(kāi)關(guān)及起動(dòng)保護(hù)裝置組成。（ 3）點(diǎn)火電路。由點(diǎn)火線圈、分電器、電子點(diǎn)火器、火花塞、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)等組成的電路。此外，有發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)行點(diǎn)火控制時(shí)，可以不使用分電器。（ 4）照明與信號(hào)電路。由前照燈、霧燈、示寬燈、轉(zhuǎn)向燈、制動(dòng)燈、倒車燈、電喇叭等及其控制繼電器和開(kāi)關(guān)組成的電路。（ 5）儀表與報(bào)警電路。由儀表、傳感器、各種報(bào)警指示燈及控制器組成的電路。（ 6）電子控制裝置電路。由電控燃油噴射系統(tǒng)EFI 、自動(dòng)變速器系統(tǒng)ECT、制動(dòng)防抱死系統(tǒng) ABS、恒速控制及懸架平衡控制

6、等組成的電路。（ 7 ）輔助裝置電路。由為提高車輛安全性、舒適性、 經(jīng)濟(jì)性等各種功能的電器裝置組成的電路。因車型不同而有所差異。一般包括風(fēng)窗刮水器/ 清洗裝置、風(fēng)窗除霜/ 防霧裝置、起動(dòng)預(yù)熱裝置、 音響裝置、 車窗電動(dòng)升降裝置、 電動(dòng)座椅調(diào)節(jié)裝置及中央電控門鎖裝置等裝置組成的電路。1.1.2汽車電路的特點(diǎn)（ 1 ）低壓。汽車電系的額定電壓有6V 、 12V 、24V 三種。如：桑塔納汽車采用12V電源。（ 2 ）直流?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是靠電力起動(dòng)機(jī)起動(dòng)的，起動(dòng)機(jī)由蓄電池供電，蓄電池充電又必須用直流電源，所以汽車電系為直流系統(tǒng)。（ 3 ）單線制。單線連接是汽車線路的特殊性，它是指汽車上所有電器設(shè)備

7、的正極均采用導(dǎo)線相互連接， 而所有的負(fù)極則直接或間接通過(guò)導(dǎo)線與車架或車身金屬部分連接， 即搭鐵。任何一個(gè)電路中的電流都是從電源的正極出發(fā)經(jīng)導(dǎo)線流入用電設(shè)備后， 再由電氣設(shè)備自身或負(fù)極導(dǎo)線搭鐵，通過(guò)車架或車身流回電源負(fù)極而形成回路。如圖 1-3 所示是燈光保護(hù)電路工作原理圖，該圖就是采用單線制。1- 熔斷絲； 2- 燈光繼電器； 3- 車燈總開(kāi)關(guān)； 4- 電源總開(kāi)關(guān)圖 1-3 燈光保護(hù)電路工作原理圖由于單線制導(dǎo)線用量少，線路清晰，接線方便，因此廣泛為現(xiàn)代汽車所采用。（ 4 ）并聯(lián)連接。各用電設(shè)備均采用并聯(lián)，汽車上的兩個(gè)電源（蓄電池和發(fā)電機(jī)）之間以及所有用電設(shè)備之間，都是正極接正極，負(fù)極接負(fù)極，并

8、聯(lián)連接。（ 5 ）負(fù)極搭鐵。 采用單限制時(shí)蓄電池的一個(gè)電極需接至車架或車身上， 俗稱“搭鐵” 。蓄電池的負(fù)極接車架或車身稱為負(fù)極搭鐵。 蓄電池的正極接車架或車身稱為正極搭鐵。 負(fù)極搭鐵對(duì)車架或車身金屬的化學(xué)腐蝕較輕， 對(duì)無(wú)線電干擾小。 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定汽車線路統(tǒng)一采用負(fù)極搭鐵。（ 6 ）設(shè)有保險(xiǎn)裝置。為了防止因短路或搭鐵而燒壞線束，電路中一般設(shè)有保護(hù)裝置，如熔斷器、易熔絲等。（ 7 ）汽車線路有顏色和編號(hào)特征。為了區(qū)別各線路的連接，汽車所有低壓導(dǎo)線必須選用不同顏色的單色線或雙色線，并在每根導(dǎo)線上編號(hào)。編號(hào)由生產(chǎn)廠家統(tǒng)一編定。（ 8 ）有相對(duì)獨(dú)立的分系統(tǒng)組成。汽車電路有相對(duì)獨(dú)立的分系統(tǒng)組成。1.1.

9、3汽車電路的基本物理量1. 電流及參考方向1）電流的大小與方向電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流，通常將正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流正方向。電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)衡量，其數(shù)值等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電荷量。根據(jù)定義有:dq（1-1 ）i =dt式中： i 電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流。電流單位為安培（A）。根據(jù)電流大小和方向隨時(shí)間的變化情況，我們把電流分為兩大類。一類電流的大小和方向都不隨時(shí)間而變化，即稱之為恒定電流，簡(jiǎn)稱直流， 常用字母DC或 dc 表示。如圖 1-4（ a）所示恒定電流波形。直流電流用大寫字母 I 表示。另一類是電流大小和方向都隨時(shí)間變化，稱為變動(dòng)電流， 變動(dòng)電流用小寫字母 i 表示，其

10、中一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零的變動(dòng)電流稱之為交變電流，簡(jiǎn)稱交流，常用字母 AC或 ac 表示。如圖 1-4 （ b）所示正弦交流電流波形。（a）恒定電流波形圖1-4（ b）正弦交流電流波形電流波形2）電流的參考方向電流的方向是客觀存在的，但在電路分析中，一些較為復(fù)雜的電路，有時(shí)電流的實(shí)際方向難以判斷， 有時(shí)電流的實(shí)際方向還在隨時(shí)間不斷改變，于是要在電路中標(biāo)出電流的實(shí)際方向較為困難。為了解決這一問(wèn)題，在電路分析時(shí)，常采用“參考方向”這一概念。在一段電路或電路元件上可以任意選定一個(gè)方向作為電流的流動(dòng)方向，這個(gè)方向就是電流的參考方向， 在電路圖中用箭頭表示。如圖 1-5 所示， 當(dāng)電流的參考方向與實(shí)

11、際方向一致時(shí)，電流為正值（I 0）；當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電流為負(fù)值（I 0）。（a） I 0（ b） I 0圖 1-5電流的參考方向除了用箭頭來(lái)表示電流的參考方向外，還可用雙下標(biāo)表示，如I ab 表示電流參考方向從a 指向 b。在選定的電流參考方向下，根據(jù)電流的正負(fù)，就可以確定電流的實(shí)際方向。在分析電路時(shí)，先假定電流的參考方向，并以此去分析計(jì)算，最后根據(jù)數(shù)值的正負(fù)值來(lái)確定電流的實(shí)際方向。綜上所述， 電流參考方向是電路分析計(jì)算過(guò)程中很重要的概念，在學(xué)習(xí)中需要注意以下幾點(diǎn)。（ 1）電流參考方向可隨意選擇，而實(shí)際電流是客觀存在。當(dāng)同一個(gè)電流，若選擇的參考方向相反，則其電流的數(shù)值大小相等

12、而符號(hào)相反。例如I ab=- I ba 。（ 2）電流是個(gè)代數(shù)量，電流的表達(dá)式中反映了大小與方向。例如當(dāng)I=-2A ，表明電流大小為 2A，其實(shí)際方向與參考方向相反。因此在分析電路電流時(shí)，應(yīng)先選擇好電流的參考方向。若不選擇參考方向，而談?wù)撾娏鞯恼?fù)是無(wú)意義的。（ 3）在電路圖上標(biāo)注的是電流參考方向而不是實(shí)際方向。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(jiàn)，選擇其參考方向與實(shí)際方向一致。2. 電壓與電位1）電壓與電位的概念如圖 1-6 所示，在導(dǎo)體內(nèi)電荷定向運(yùn)動(dòng)是由于電場(chǎng)力的作用形成的。那么，電路中b 兩點(diǎn)間電壓的大小就等于電場(chǎng)力將單位正電荷由a 點(diǎn)移動(dòng)到b 點(diǎn)所作的功，用符

13、號(hào)示。在直流電路中電壓用大寫字母U 表示。電壓的單位為伏特（V）。a、uab 表圖 1-6電壓與電動(dòng)勢(shì)dwab（1-2）u =abdq為了更方便地分析電壓這個(gè)物理量，我們引入了電位的概念。在電路中任選參考點(diǎn)O，則電路中某點(diǎn) a 到參考點(diǎn) O的電壓就稱為a 點(diǎn)的電位。換而言之，即電位實(shí)際上就是相對(duì)于參考點(diǎn)的電壓。Va=Uao（1-3 ）電位用 V 表示。電路參考點(diǎn)本身的電位VO=0V，參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。在電路中任選參考點(diǎn)O，則 a 、 b 兩點(diǎn)的電位分別為 V =U 、V =U 。按照做功的定義，aaobbo電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到 b 點(diǎn)所做的功，等于把單位正電荷從a 點(diǎn)移到0 點(diǎn)，再

14、移到 b 點(diǎn)所做的功的和，即U=U+U=U-U=V-Vabaoobaoboab或 U=V-V（1-4 ）abab式（ 1-4 ）表明，電路中 a 、 b 兩點(diǎn)間的電壓等于a 、 b 兩點(diǎn)的電位差，因而電壓也稱為電位差。2）電壓的方向兩點(diǎn)之間電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)。所以電壓也常稱為電壓降。 為分析電路方便，與電流一樣，引入電壓的參考方向。如圖1-7 所示，對(duì)元件或電路兩端，可以任意選定一個(gè)方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较颍?dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向一致時(shí)，電壓值為正，即 0，反之，當(dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向相反時(shí)，電壓值為負(fù)，即 0。UU（a） U 0（ b） U 0圖 1-7 電壓

15、的參考方向?qū)﹄妷簠⒖挤较虻臉?biāo)注除了用箭頭外，還可用雙下標(biāo)和正( 十 ) 、負(fù) (-) 極性表示。例如Uab 表明電壓參考方向從a 指向 b。若用正負(fù)極性表示，電壓參考方向從正極指向負(fù)極。電路中電流與電壓的參考方向選擇是獨(dú)立的， 對(duì)一個(gè)電路， 若元件電流與電壓選擇的參考方向相同，如圖 1-8 所示，則稱這個(gè)參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向，否則為非關(guān)聯(lián)方向。圖 1-8電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向3）運(yùn)用電位概念時(shí)的注意事項(xiàng)（ 1）選擇不同的參考點(diǎn)，同一點(diǎn)的電位數(shù)值不同。例如圖1-9位參考點(diǎn)， 即 VO=0V，VA=10V，VB=6V；若選擇 B 點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，即電路，若選擇 O點(diǎn)為電VB=0V，VA=4V，

16、 V O=-6V 。圖 1-9 電壓與單位分析（ 2）兩點(diǎn)間的電壓大小與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)，即電位的高低是相對(duì)的，而電壓值是絕對(duì)的。如圖 1-9 電路中，不論參考點(diǎn)選擇為 O點(diǎn)或是 B 點(diǎn)，都不會(huì)改變 UAB的大小。（ 3）與電流、電壓一樣，電位也可為正值或負(fù)值，某點(diǎn)的電位高于參考點(diǎn)，則為正，反之則為負(fù)。（ 4）在汽車電路中，蓄電池負(fù)極直接或間接地通過(guò)導(dǎo)線聯(lián)接在車身金屬或車架上，即俗稱“搭鐵”。通常汽車中的搭鐵點(diǎn)就是電路的參考點(diǎn)，電路中任一點(diǎn)的電位就是相對(duì)于搭鐵的電壓。 電力系統(tǒng)中， 通常以大地作為參考點(diǎn)； 電子電路中，一般選擇電子設(shè)備的金屬機(jī)殼或某公共點(diǎn)作為參考點(diǎn)。參考點(diǎn)的電位為零，用符號(hào)“”

17、表示。3. 電動(dòng)勢(shì)1）電動(dòng)勢(shì)大小與方向在圖 1-6 所示的電路中， 正電荷在電場(chǎng)力作用下不斷從a 極板通過(guò)聯(lián)接導(dǎo)線流向b 極板，如果沒(méi)有一種外力作用，運(yùn)動(dòng)到b 極板的正電荷將逐漸增多使電位逐漸升高，a 極板正電荷的減少而使電位逐漸降低，則a 、b 兩點(diǎn)之間的電位差就會(huì)減小，最后為零。于是，聯(lián)接導(dǎo)線中的電流也將減小，最后為零。由于電場(chǎng)力的作用，電極上的正電荷不能逆電場(chǎng)而上，為了維持導(dǎo)線中的電流，就必須使 a 、b 兩極板間保持一定的電壓，這必然要借助于外力使運(yùn)動(dòng)到 b 極板的正電荷經(jīng)過(guò)另一路徑再流向a 極板，在這種過(guò)程中外力要克服電場(chǎng)力做功。這種外力是非電場(chǎng)力，稱為電源力。衡量電源力對(duì)電荷做功能

18、力的物理量稱為電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源力將單位正電荷由低電位（b 點(diǎn)）移到高電位（a 點(diǎn)）所做的功。電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由負(fù)極板指向正極板，即從低電位點(diǎn)指向高電位點(diǎn)。電動(dòng)勢(shì)用E 表示，單位為伏特（V）。2）電動(dòng)勢(shì)與電壓的比較電動(dòng)勢(shì)與電壓是不同的兩個(gè)概念，它們既有區(qū)別又有聯(lián)系。（ 1）電動(dòng)勢(shì)是指在電源內(nèi)部，電源力將單位正電荷由低電位移到高電位所做的功；而電壓指在電源之外，電場(chǎng)力將單位正電荷由高電位移到低電位所做的功。（ 2）電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向從低電位點(diǎn)指向高電位點(diǎn)，即電位升；而電壓的實(shí)際方向從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電位降。（ 3）一個(gè)元件的電動(dòng)勢(shì)和電壓是大小相等，實(shí)際方向相反的一對(duì)

19、物理量，對(duì)外部電路而言， 二者沒(méi)有區(qū)別。 因此在今后的敘述中， 電源常常用電壓來(lái)等效表示電動(dòng)勢(shì)對(duì)外電路的作用。不同的電源具有不同的電壓，例如一般汽車蓄電池的電壓通常為12V，干電池的電壓為1.5V 。4. 電能和電功率在圖 1-8 所示的直流電路中， a、b 兩點(diǎn)的電壓為 U，電路中的電流為 I ，電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向，由電壓定義可知，在 t 時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力所做的功，即元件消耗（或吸收）的電能為W=UQ=UIt（1-5 ）式中： W電功或電能（J）U 元件兩端電壓（ V）I 流過(guò)元件的電流（ A）T 做功的時(shí)間（ s）單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率（簡(jiǎn)稱功率），直流電路中用字母P 表示，即P=

20、 W=UI（1-6 ）t若電壓、電流非關(guān)聯(lián)方向下，則P=-UI（ 1-7 ）在國(guó)際單位制中，電能的單位是焦耳（J）；功率的單位是瓦特（W）。我國(guó)法定計(jì)量單位中有時(shí)電能的單位用千瓦時(shí)（kWh）表示， 1kWh就是指 1 千瓦功率的設(shè)備，使用1 小時(shí)所消耗的電能。 1kWh俗稱一度電。如40W的燈泡，工作25 h ，其消耗的電能就是1 kWh。需要指出的是，電功率是代數(shù)量，可以為正值或負(fù)值。（ 1）在電壓電流關(guān)聯(lián)參考方向下， P=UI, 當(dāng) P>0 表示元件消耗電能； 當(dāng) P<0 表示元件釋放電能。（ 2）在電壓電流非關(guān)聯(lián)參考方向下，P=-UI, 同樣當(dāng) P>0 表示元件消耗電能；當(dāng)P<0 表示元件釋放電能。因此在分析元件的功率時(shí)，首先看