課題一、電工電子

1、電工電子技術(shù)與技能溫風(fēng)燕 主編課題一 直流電阻電路的故障檢測任務(wù)一 學(xué)習(xí)直流電阻電路基礎(chǔ)知識(shí)一、電路的組成二、電路的狀態(tài)三、電路的基本物理量四、歐姆定律五、電阻串并聯(lián)及混聯(lián)電路與應(yīng)用一、電路的組成圖1-1手電筒電路圖1-1手電筒電路電路就是電流所流經(jīng)的路徑。常見的手電筒電路就是一個(gè)最簡單的電路，如圖1-1所示。組成電路的基本部件是：電源、負(fù)載、控制和保護(hù)裝置及連接導(dǎo)線等。一、電路的組成表1-1常用的電路元件及符號(hào)名稱符號(hào)名稱符號(hào)電阻電壓表電池接地?zé)襞萑蹟嗥鏖_關(guān)電容電流表電感表1-1是一些常用的電路元件及符號(hào)。通常將這些理想化的元件用理想導(dǎo)線(沒有電阻)適當(dāng)組合連接起來即可表示實(shí)際電路，即為電路

2、圖。一、電路的組成圖1-2手電筒電路圖圖1-2所示為手電筒的電路圖。其中E和R0的串聯(lián)組合反映實(shí)際電源(干電池)的情況，R反映燈泡的發(fā)熱(發(fā)光)情況。二、電路的狀態(tài)1.通路 通路也稱為閉合電路，此時(shí)電路中會(huì)產(chǎn)生電流，如圖1-6a所示。通路特征：電路中有電流，用電器工作。 2.斷路 斷路也稱為開路，此時(shí)電路某一處斷開，不再有電流，如圖1-6b所示。斷路特征：電路中無電流，用電器不工作。3.短路 不經(jīng)過用電器，直接用導(dǎo)線將電源正負(fù)極相連的電路叫短路,如圖1-6c所示。短路特征：短路電流很大，往往會(huì)損壞電氣設(shè)備或引起火災(zāi)。圖1-6電路的狀態(tài)三、電路的基本物理量1.電流2.電位和電壓3.電動(dòng)勢4.電能

3、和電功率5.電阻及電阻定律1.電流(1)“電流”的含義在閉合電路中，電荷在電源的作用下規(guī)則地定向移動(dòng)形成電流，其大小用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量來表示。大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流，也稱為直流。這時(shí)電流大小可表示為I=q / t式中，q是t時(shí)間間隔內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流的單位是安培，簡稱安，用大寫字母A表示。此外，對(duì)于較大的電流可以用千安(kA)作單位，較小的電流可以用毫安(mA)或微安(A)作單位，它們之間的關(guān)系是但是在實(shí)際問題中，電流的真實(shí)方向往往難以在電路圖中標(biāo)出。為了解決這樣的困難，引入?yún)⒖挤较蜻@一概念。參考方向又叫假定正方向，簡稱正方向。1.電流圖1-9電

4、流的真實(shí)方向(2)電流的真實(shí)方向和參考方向形成電流的電荷，可能是正電荷，也可能是負(fù)電荷，習(xí)慣上把正電荷運(yùn)動(dòng)的方向規(guī)定為電流的方向，如圖1-9所示。1.電流圖1-10電流的參考方向在圖1-10中，實(shí)線箭頭是選定的參考方向，虛線箭頭表示的是該段電路中電流的真實(shí)方向。其中圖1-10a表示電流真實(shí)方向與參考方向一致，電流I是正值；圖1-10b表示二者相反，電流I是負(fù)值。1.電流圖1-11電流正負(fù)值的討論在圖1-11a中選定的參考方向向右(用實(shí)線箭頭表示)，電流I+0.5A；在圖1-11b中選定的參考方向向左，電流I=0.5A。二者參考方向不同，數(shù)值符號(hào)相反，但是實(shí)際上是同一個(gè)電流。2.電位和電壓圖1-

5、12水往低處流水總是從高處流向低處，高處的水位高，低處的水位低，它們之間存在水位差而形成水流，如圖1-12所示。2.電位和電壓圖1-13電壓的參考方向電壓的參考方向根據(jù)習(xí)慣可以用三種方法表示，如圖1-13所示。用箭頭的指向來表示，它由假定的高電位端指向低電位端；用“+”、“”符號(hào)分別表示假定的高電位端和低電位端；用雙下標(biāo)字母表示，圖1-13可用AB表示其參考方向，第一個(gè)下標(biāo)A表示假定的高電位點(diǎn)，第二個(gè)下標(biāo)字母B表示假定的低電位點(diǎn)。3.電動(dòng)勢圖1-15水泵與水流要保持水持續(xù)流動(dòng)，需要不斷用水泵向水槽A中抽水，如圖1-15所示。同理，要使電流持續(xù)流動(dòng)，需靠電池不斷提供電能。3.電動(dòng)勢圖1-16電動(dòng)

6、勢及其參考方向電池(電源)具有使電流持續(xù)流動(dòng)的能力，這種能力用電源的電動(dòng)勢E表示，單位為伏(V)，方向從電源的負(fù)極“”指向電源的正極“+”。如圖1-16中，圖a所示是電動(dòng)勢的真實(shí)方向，E=+5；在圖b所示的參考方向下，E5；在圖c所示的參考方向下，E+5V。以后電路中標(biāo)出的均為物理量參考方向。若電動(dòng)勢已知極性，則參考方向的標(biāo)注應(yīng)盡可能和真實(shí)方向一致。圖1-17電動(dòng)勢與電壓對(duì)于圖1-17所示的電源，E和UAB的參考方向剛好相反。這是因?yàn)樗鼈兊奈锢硪饬x不同：電動(dòng)勢的參考方向表示電位升；電壓的參考方向表示電位降。但它們反映的是同一客觀事實(shí)。A點(diǎn)電位比B點(diǎn)電位高，所以EUAB。3.電動(dòng)勢4.電能和電功

7、率(1)電能在導(dǎo)體兩端加上電壓U，通過導(dǎo)體的電流為I，則電路所消耗的電能為 W=UIt(2)電功率電功率是用電設(shè)備單位時(shí)間所消耗的電能，用字母P表示，其表達(dá)式為5.電阻及電阻定律表1-2常用電工材料的電阻率()材料電阻率/m材料電阻率/m銀00159鋼013025銅00175康銅048鋁00283錳銅047鐵00978黃銅007鎢00578鎳鉻合金109對(duì)于一根均勻截面積的金屬導(dǎo)體來說，在保持溫度(如20)不變的條件下，它的電阻值與導(dǎo)體的長度成正比，與導(dǎo)體的截面積成反比，還與材料的導(dǎo)電能力有關(guān)，即式中，為導(dǎo)體材料的電阻率，單位為歐米(m)；l為導(dǎo)體的長度，單位為米(m)；S為導(dǎo)體的截面積，單位

8、為平方米(m2)。這就是導(dǎo)體的電阻定律。不同的金屬材料，有不同的電阻率。表1-2列出了常用電工材料的電阻率(20)。1.部分電路的歐姆定律圖1-18部分電路四、歐姆定律圖1-18所示為一個(gè)電阻構(gòu)成的部分電路。實(shí)驗(yàn)證明，流過電阻的電流I，與電阻兩端所加的電壓U成正比，與電阻的阻值R成反比，這就是部分電路的歐姆定律，即還可以改寫為或 2.全電路的歐姆定律圖1-19全電路四、歐姆定律全電路是指含有電源的閉合回路，如圖1-19a所示。圖中點(diǎn)畫線框?yàn)殡娫吹膬?nèi)部電路，叫內(nèi)電路。電源內(nèi)部的電阻叫內(nèi)電阻，用字母r表示。內(nèi)電阻也可以不單獨(dú)畫出，只在電源旁邊予以注明，如圖1-19b所示。電源外部的電路叫外電路。全

9、電路的歐姆定律內(nèi)容是：閉合電路的電流與電源電動(dòng)勢成正比，與整個(gè)電路的電阻(內(nèi)電阻和外電阻之和)成反比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為四、歐姆定律式中，R為負(fù)載電阻；r為電源的內(nèi)阻；E為電源的電動(dòng)勢。Ir是指電源內(nèi)阻上的電壓降；IR=U是指電源向外電路輸出的電壓，簡稱外電路電壓，也叫電源的端電壓，因此全電路的端電壓在一般情況下，電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻是不變的，因此電流的大小主要決定于負(fù)載R的大小。若負(fù)載增大，則電流將減??；反之，若負(fù)載電阻減小，則電流將增大。五、電阻串并聯(lián)及混聯(lián)電路與應(yīng)用1.電阻串聯(lián)電路及應(yīng)用.電阻并聯(lián)電路及應(yīng)用.電阻的混聯(lián)1.電阻串聯(lián)電路及應(yīng)用()電阻串聯(lián)電路如圖1-20所示，假定有n個(gè)電阻R1

10、、R2、R3、R4、Rn順序相接，其中沒有分岔，則稱為這n個(gè)電阻串聯(lián)。電路中流過每個(gè)電阻的電流都相等圖1-20串聯(lián)電路電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和，即電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和，即串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個(gè)分電阻。1.電阻串聯(lián)電路及應(yīng)用電阻串聯(lián)電路可以等效成一個(gè)電阻。圖1-21等效電路兩個(gè)電路相互等效，是指結(jié)構(gòu)、元件完全不同的兩個(gè)電路的端電壓、電流關(guān)系相同，如圖1-21所示。相互等效的兩部分電路可以相互代換，代換前的電路與代換后的電路與任意外電路相連時(shí)，外電路的電流、電壓、功率是相等的。圖1-22擴(kuò)大電壓表量程的原理電路(2)電阻串聯(lián)的應(yīng)用電壓表擴(kuò)大量程電阻串聯(lián)的應(yīng)用非常廣泛

11、。在實(shí)際工作中，常用幾個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成分壓器。在電工測量中，用串聯(lián)電阻來擴(kuò)大電壓表的量程，以測量較高的電壓，如圖1-22所示。1.電阻串聯(lián)電路及應(yīng)用.電阻并聯(lián)電路及應(yīng)用圖1-23并聯(lián)電路()電阻并聯(lián)電路如圖1-23所示，假定有n個(gè)電阻R1、R2、Rn并排連接，稱為n個(gè)電阻并聯(lián)。并聯(lián)電路特點(diǎn)是：各電阻兩端的電壓相等，即電路的總電流等于各并聯(lián)電阻電流之和，即并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)并聯(lián)電阻。.電阻并聯(lián)電路及應(yīng)用()電阻并聯(lián)的應(yīng)用電流表擴(kuò)大量程并聯(lián)電路的應(yīng)用也十分廣泛。額定電壓相同的電阻幾乎全部并聯(lián)，這樣任何一個(gè)負(fù)載不能正常工作時(shí)都不影響其他負(fù)載。在電工測量中，經(jīng)常在電流表兩端并聯(lián)分流電阻(又稱分

12、流器)，以擴(kuò)大電流表的量程，如圖1-24所示。圖1-24擴(kuò)大電流表量程的原理電路.電阻的混聯(lián)圖1-25混聯(lián)電路將所有電路依次放在A、B、C三點(diǎn)之間，可得如圖1-25b所示的等效電路在一個(gè)電路中，既有相互串聯(lián)的電阻，又有相互并聯(lián)的電阻，這樣的電路稱為混聯(lián)電路。計(jì)算和分析混聯(lián)電路，可以用找等電位點(diǎn)、畫等效電路、求等效電阻的方法。任務(wù)二 使用萬用表測量電路電壓、電流及電阻萬用表又稱萬能表或多用表，可用來測量直流電流、直流電壓和交流電流、交流電壓、電阻等，有的萬用表還可用來測量電容、電感以及二極管、晶體管的某些參數(shù)。常用萬用表的外形如圖1-29所示。萬用表分指針式萬用表和數(shù)字式萬用表，這里主要以應(yīng)用廣

13、泛的指針式萬用表為例進(jìn)行說明。一、指針式萬用表的結(jié)構(gòu)指針式萬用表主要由指示部分、測量電路、轉(zhuǎn)換裝置三部分組成。各部分的名稱如圖1-30所示。1.指示部分表1-5萬用表上常見符號(hào)及其含義常見符號(hào)含義MF47M儀表，F(xiàn)多用式，47型號(hào)25測量直流電壓、直流電流時(shí)精確度是標(biāo)度尺滿刻度偏轉(zhuǎn)的25%50測量交流電壓時(shí)精確度是標(biāo)度尺滿刻度偏轉(zhuǎn)的5%水平放置使用磁電系整流式儀表絕緣強(qiáng)度試壓6kVMC蘇01000121 1MC江蘇省儀表生產(chǎn)批準(zhǔn)文號(hào)俗稱表頭，用以指示被測電量的數(shù)值。萬用表上常見符號(hào)及其含義列于表1-5。2.測量電路 測量電路的作用是把被測的電量轉(zhuǎn)變成適合于表頭要求的微小直流電流。它通常包括分流

14、電路、分壓電路和整流電路。3.轉(zhuǎn)換裝置 萬用表被測物理量和量程的選擇是靠轉(zhuǎn)換裝置來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換裝置通常由量程轉(zhuǎn)換開關(guān)、接線柱、插孔等組成。MF47型萬用表的轉(zhuǎn)換裝置如圖1-31所示。圖1-31MF47型萬用表的轉(zhuǎn)換裝置二、指針式萬用表的使用1.操作步驟2.使用注意事項(xiàng)3.具體應(yīng)用1.操作步驟(1)熟悉所用萬用表萬用表的結(jié)構(gòu)形式多樣，面板上旋鈕、開關(guān)的布置也有差異。(2)機(jī)械調(diào)零萬用表應(yīng)水平放置，使用前檢查指針是否指在零位上。(3)接好表筆應(yīng)將紅表筆的插頭接到紅色接線柱上或標(biāo)有“+”號(hào)的插孔內(nèi)；黑表筆的插頭接到黑色接線柱上或標(biāo)有“”或“COM”的插孔內(nèi)。(4)選擇測量種類和量程使用時(shí)應(yīng)先選擇被測

15、量的種類，選擇適當(dāng)量程。1.操作步驟(5)正確讀數(shù)MF47型萬用表表頭上有6條標(biāo)度尺，分別代表了各自的測量項(xiàng)目。圖1-32所示即為MF47型萬用表標(biāo)度尺讀數(shù)舉例。圖1-32MF47型萬用表標(biāo)度尺讀數(shù)舉例圖1-33萬用表表筆的握法2.使用注意事項(xiàng)測量時(shí)，應(yīng)用右手握住兩支表筆，手指不要觸及表筆的金屬部分和被測元器件，如圖1-33a所示。圖1-33b所示的握筆方法是錯(cuò)誤的。3.具體應(yīng)用圖1-34直流電流的測量方法(1)直流電流的測量用萬用表測量直流電流時(shí)，首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到標(biāo)有“mA”符號(hào)的適當(dāng)量程上，將黑表筆接到電源的負(fù)端，紅表筆接到負(fù)載的一個(gè)端頭上，負(fù)載的另一端接到電源的正極。也就是表頭與負(fù)載串

16、聯(lián)，而且讓電流流入紅表筆、流出黑表筆。測量時(shí)要特別注意，由于萬用表的內(nèi)阻較小，切勿將兩支表筆直接觸及電源的兩極，否則，表頭將被燒壞。測量方法如圖1-34所示。3.具體應(yīng)用(2)交流電壓的測量測量前，先將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到標(biāo)有“”符號(hào)處，并將開關(guān)置于適當(dāng)量程擋(如圖1-35a所示)，然后將紅表筆插入萬用表上標(biāo)有“+”號(hào)的插孔內(nèi)，黑表筆插入標(biāo)有“”號(hào)的插孔內(nèi)。手握表筆的絕緣部位，先用黑表筆觸及一相帶電體，用紅表筆觸及另一相帶電體或中性錢。讀取電壓讀數(shù)后，使兩支表筆脫離帶電體。(3)直流電壓的測量測量方法與測量交流電壓基本相同。區(qū)別是直流電壓有正負(fù)之分，測量時(shí)黑表筆應(yīng)與電源的負(fù)極相觸，紅表筆應(yīng)與電源的正極相觸，二者不可顛倒，如圖1-35b所示。圖1-35交、直流電壓的測量方法3.具體應(yīng)用圖1-36電阻的測量方法(4)電阻的測量 測量前，將萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到標(biāo)有“”符號(hào)的適當(dāng)倍率位置上，然后將兩表筆短接，進(jìn)行歐姆調(diào)零，再將兩表筆分別觸及電阻的兩端(如圖1-36所示)，將測得的讀數(shù)