汽车电工电子基础课件 课题一 直流电路基础知识

认识电路模块一电路常用物理量模块二模块三课题一

直流电路基础知识电阻和欧姆定律电容与电感模块四基尔霍夫定律及应用模块五模块一认识电路电路，顾名思义就是电流流通的路径。手电筒是一个最简单的直流电路。闭合开关，电流从电池的正极流出，经过导线、开关和灯泡流向负极，形成电流通路并使灯泡发光；断开开关，电流便被阻断，灯泡熄灭。汽车上的照明系统是直流电路的典型应用。一、电路的组成电源A导线B开关C负载D是指电路中将其他形式的能转化成电能的装置，常见的电源有干电池、锂电池、发电机等。是指在电源和负载之间用来把电能从电源输送到负载的金属线，工业上也指电线，一般由铜或铝制成，也有用银制成的。是指可以控制电路闭合或断开的电子元件。常见的开关有刀开关、按钮等。即用电器，它可以把电能转化成各种不同形式的能，例如，电扇将电能转化成动能。二、电路的状态通路又称为闭路，是指开关闭合后，有电流通过的电路，此时负载可以正常工作。开路又称为断路，是指开关断开后，无电流通过的电路，此时负载不工作。但是当开关闭合后，电路依然处于开路状态，则表明电路存在故障，需要检测维修。短路是指电流不经过负载，电源的正负极直接被导线相连，此时电路会产生非常大的电流，严重时会烧毁电源和设备。电路中没有特殊原因是不允许短路的，防止电路短路的保护装置是熔断器和空气断路器。三、汽车电路的特点1．低压直流供电2．单线制

汽车电气设备一般采用低压直流供电，结构越简化越能保证行驶过程中汽车的安全。低压供电来源于蓄电池或发电机，两者的电压保持一致。柴油车采用24V低压直流供电，由两节12V蓄电池串联后提供；汽油车采用12V低压直流供电，由一节蓄电池或两节蓄电池并联（要求较大电流的情况）后提供。

单线制是指利用汽车发动机的底盘、车身等金属机件作为各种电气设备的公用连线（又称搭铁或接地），从而只需要一根导线连接设备与电源。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发，流经电气设备后，再由公共连线流回电源负极而形成回路。

采用单线制不但可以节约成本，使电路简化，而且也便于安装、检修，同时使故障率大幅降低。三、汽车电路的特点3．负极搭铁4．用电设备并联

采用单线制时，电源的一端必须接到车架上，即搭铁，用符号“⊥”表示。按照电源搭铁的极性，可分为正极搭铁和负极搭铁，包括我国在内的绝大多数国家的汽车都采用负极搭铁。

采用负极搭铁的方式，可以使汽车车身和车架不易腐蚀，车载电器（如汽车音响、通信系统）对无线电的干扰也较正极搭铁方式小得多。

用电设备并联是指汽车上的各种用电设备都采用并联方式与电源连接，每个用电设备都由各自串联在其中支路中的专用开关控制，互不产生干扰。1．图形符号为方便起见，电路一般用电路图来表示。电路的各个组成部分由国家标准统一规定的图形符号来代替。常用的电路元器件名称及图形符号。课堂实践

识别并绘制简单元器件的电路图2．临摹电路图将图所示的电路图临摹白纸上，并交给实训老师检查。3．计算机软件绘图随着计算机软件技术的发展，除了手工绘图外，还出现了Protel，Visio，AutoCAD等计算机绘图软件，掌握这些软件的使用方法可以很方便地绘制各种电路图。模块二电路常用物理量一、电流、电压和电位在一般情况下，导体内的自由电子做无序不规则运动，如图（a）所示。但是当导体两端加上电压形成闭合电路时，这些自由电子便在电场力的作用下定向运动，形成电流，如图（b）所示。1.电流因此，规定单位时间内流过导线某一横截面的电荷量称为电流强度，简称电流，用字母I表示。用公式表示为

（1-1）对于很小的电流，我们通常还用到的单位为mA（毫安）和μA（微安）。人们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。但实际上自由电子移动的方向与规定相反。实际上在分析电路时，往往事先并不知道电流、电压的实际方向，这时可以任意假定一个方向为电流方向或电压方向，称之为参考方向。当计算出结果后，若数值为正值，则电流、电压的实际方向与参考方向相同；反之则相反。我们都知道瀑布，水从高处的悬崖落下，形成壮丽的景色。这是因为，高处与低处存在水位差，在重力作用下高处的水便向低处倾泻而下。2.电压同理，电与水类似。假设有两个带电体A与B，A带正电，B带负电，它们之间有电位差（电压）存在。当用导线连接两带电体时，就会有电流从带电体A流向带电体B，且电流做功（即电荷在电场中受到电场力的作用而做功）。电压就是衡量电场力做功能力大小的物理量。电压的大小等于电场力把单位正电荷从高电位点移向低电位点所做的功，公式为

（1-2）常用的电压单位还有：kV（千伏）、mV（毫伏）和μV（微伏）。箭头法，用带箭头的线段表示电压方向。极性法，用“+”表示高电位，“-”表示低电位。下标法，电压方向由电压符号U与双下标字母组成，图中所示电压方向由A点指向B点。电位就是电路中某一点相对于参考点的电压，用符号V表示，并需加注下标表示不同点的电位值，它的单位也为V（伏［特］）。如图所示，A点的电位为

，B点的电位为

，此时，根据电压和电位的关系，我们可以求出A，B两点间的电压为

。原则上参考点可以选择任意点，但习惯上一般选择大地作为参考点，此时参考点的电位为“0”，则电路中任意一点的电位等于该点与参考点之间的电压。3.电位电动势是衡量电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。在电路中，电动势常用E表示，单位是V（伏［特］）。在电源内部，电源力把正电荷从低电位端移到高电位端时要对电荷做功，这个做功的物理过程是产生电源电动势的本质，如图所示。所以，电源内部的电动势方向与外部电源两端电压方向是相反的，如图所示。二、电源和电动势为了使电路中的电流能够持续流动，电源内部就必须有一种力将正电荷从低电位端移到高电位端，这种力被称为电源力。电源力是由电源提供的，如电池中由化学能转化的电能及风力发电机中由风能转化的电能等。二、电源和电动势1．电功电能是由其他形式的能量转换而来的，而电能又可以转换成为其他形式的能。例如，当电灯有电流通过时便会发光，这就是将电能转换为光能和热能的过程；电流通过电动机后，电动机能带动电动车或风扇等机器运转、做功，这便是电能转换为机械能的过程；而蓄电池充电，则是电能转换为化学能的过程。通俗来讲，电流将电能转换成其他形式能量的过程所做的功，称为电功，用字母W表示，单位为J（焦［耳］）。计算公式为在生活中经常用到另一个表示电功的单位

（千瓦·时），俗称度，它和焦［耳］的换算关系为三、电功和电功率2．电功率单位时间内电流所做的功称为电功率。其中，单位时间为秒（s），所做的功就是指电功。电功率用大写英文字母P表示，它是描述电流做功快慢程度的物理量，用公式表示为即其他常用的电功率单位还有kW（千瓦）、mW（毫瓦）等，它们之间的换算关系为三、电功和电功率例1-3（1）房间内有一40W的节能灯，其工作一天（按8h计算）消耗多少度电？（2）1度电可供1000W的空调工作多长时间？三、电功和电功率解（1）根据电功计算公式，40W节能灯工作一天消耗的电能为（2）1度电等于

，其可供1000W的空调工作的时间为例1-4手机充电器的输出电压为5V，输出电流为1A，则手机充电器的输出功率是多少？解

根据功率计算公式，手机充电器的输出功率为三、电功和电功率模块三

电阻和欧姆定律1．电阻的概念当自由电子在金属导体里做定向有规则的移动时，会受到导体的阻碍作用，我们把导体对电流的阻碍作用称为电阻。金属导体的电阻大小可以用下面公式算出

可以看出，导体的电阻和自身尺寸、电阻率有关。同时我们也要知道，电阻率的大小还和温度有关系，在不同温度下，导体的电阻率也不同。通常，将温度增加，阻值增大的电阻称为正温度系数电阻；将温度增加，阻值却变小的电阻称为负温度系数电阻。在日常生产生活中经常会用到更大的电阻单位：

（千欧）、

（兆欧）。它们之间的换算关系为一、电阻由工厂专门制造的具有一定阻值的元件，被称为电阻器，简称电阻。电阻是电路中最常用到的元件，分为固定电阻器和可变电阻器两大类，日常生活中常接触到的电阻器如图所示。2.电阻器汽车上常见的电阻器为可变电阻器。可变电阻器根据接线和作用不同又分为变阻器和电位计两种。变阻器是一种两线式的可变电阻器，可以用来调节负载元件的电流大小，如图（a）所示，汽车仪表盘上的调光器便是变阻器的应用实例；电位计是一个三线式的可变电阻器，其作用为分压电路，如图（b）所示，它是现今汽车电脑所常用的输入传感器。除以上常见电阻器外，还有一些具有特殊功能的电阻器，称为特殊电阻器。特殊电阻器种类较多，如光敏电阻器、压敏电阻器、热敏电阻器等，如图所示。汽车上常用的特殊电阻器为热敏电阻器。3．识别电阻器

直标法是指用阿拉伯数字和单位符号在电阻器的外表面直接标出电阻值和允许偏差的方法。

文字符号法是指用阿拉伯数字和字母按照一定的规律排列来表示电阻器的电阻值的方法，其允许偏差也是用字母表示。如2K7K，表示其阻值为

，允许偏差为±10%。

色标法是指用不同颜色的色环来表示电阻器的电阻值和允许偏差的方法。色标法色环意义如表2-6所示。四环标注法：主要用于表示普通电阻的阻值，标注法如图所示。例如，某电阻器的色环颜色依次是黄、紫、橙、金，则此电阻器的电阻值为

，允许偏差为

五环标注法：主要用于表示精密电阻的阻值，标注法如图所示。例如，某电阻器的色环颜色依次是红、紫、黑、银、棕，则其标称阻值为

，允许误差为

1826年，德国物理学家欧姆通过大量的实验研究证明：通过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比，这就是后来以其名字命名的欧姆定律，用公式表示为二、欧姆定律导体电阻的大小不仅和导体的材料有关，还和导体的尺寸有关。实验证明，当温度一定时，金属导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比，还与材料的导电性能有关，这个实验规律叫做电阻定律。均匀导体的电阻可用公式表示为

4.电阻定律解：查表可知，铜的电阻率ρ=1.75×10-8Ω·m，由电阻定律可求得【例1-5】一根铜导线长2000m，横截面积为2mm2，导线的电阻是多少？二、欧姆定律不含电动势而只有电阻的部分电路中，电路中电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻R成反比。这个从实验中得到的结论叫做部分电路欧姆定律。

部分电路欧姆定律可以用公式表示为1.部分电路欧姆定律例1-6已知白炽灯两端电压为220V，其电阻为

。求：（1）通过白炽灯的电流；（2）白炽灯消耗的功率。解

（1）由欧姆定律得，通过白炽灯的电流为（2）根据功率计算公式可知，白炽灯消耗的功率为二、欧姆定律解：由部分电路欧姆定律可得【例1-7】某导体两端电压为3V，通过导体的电流为0.5A，导体的电阻为多少？当电压改变为6V时，电阻为多少？此时通过导体的电流又为多少？分析：电阻的大小与电压无关，仅仅意味着利用加在电阻两端的电压和通过电阻的电流可以量度电阻的大小，而绝不意味着电阻的大小是由电压和电流决定的。当电压改变为6V时，电阻不变，R=6Ω，此时电流为

2.全电路欧姆定律由电动势为E、内阻为r0的电源与外电路形成的闭合电路称为全电路，如图所示。图中，E和r0构成电源内电路，R为外电路的等效电阻。图全电路欧姆定律全电路欧姆定律的内容是：全电路中的电流与电源的电动势E成正比，与电路中的总电阻（外电路电阻R和内电路电阻r0）成反比，即【例1-8】已知电源电动势E=24V，内阻r0=4Ω，R=8Ω。求：电路中的电流、电源的端电压、负载上的电压和电源内阻上的电压。解：由全电路欧姆定律得电路中的电流为电源端的电压为：负载R上的电压为:电压内阻r0上的电压为:1．电阻串联电路在电路中，将两个或两个以上的电阻依次首尾相连，组成中间无分支的电路，这种电阻连接方式称为电阻的串联，这种电路称为串联电路，如图（a）所示。分析电路时，常用一个电阻来表示几个串联电阻的总电阻，这个电阻被称为等效电阻，图（b）为图（a）的等效电路。三、电阻的连接方式2．串联电路的特点①电路中的电流处处相等，即②电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即③电路的等效电阻（总电阻）等于各串联电阻之和，即④电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗功率的和；各个电阻消耗的功率与其阻值成正比，即2．串联电路的特点⑤电路中各电阻的电压与自身电阻值成正比，即如果两个电阻串联，则它们各自两端的电压分别为被称为串联电路的分压公式。

【例1-9】三个电阻R1、R2、R3组成串联电路，R1=2Ω，R2=3Ω，电阻R2两端电压U2=9V，总电压18V，求电路中的电流及电阻R3的阻值。解：根据欧姆定律，有因为串联电路中的电流处处相等，所以所以电阻R3上的电压为由此，电阻R1上的电压降根据欧姆定律可求得R3的阻值为在电路中，将两个或两个以上的电阻的一端连接在一起，另一端也连接在一起，这种电阻连接方式称为电阻的并联，这种电路称为并联电路，如图（a）所示，图（b）为图（a）的等效电路。2.电阻并联电路①电路中并联电阻两端的电压相同，即②电路两端的总电流等于各电阻两端的电流之和，即③电路的等效电阻（总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数和，即④电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗功率的和；各个电阻消耗的功率与其阻值成反比，即并联电路的特点⑤电路中各电阻电流与自身电阻值成反比，即如果两个电阻并联，则它们各自两端的电流分别为称为并联电路的分流公式。并联电路的特点【例1-10】两电阻的并联电路，已知R1=5Ω，流过R1的电流I1=0.2mA,R2=2Ω，求R2上的电流及电路的总电流，以及总功率和各电阻上的功率。解：根据欧姆定律和并联电路的特点，可得此电压既是电阻R1上的电压，又是电阻R2上的电压，也是两电阻等效电阻上的电压。由欧姆定律得R2上的电流为可见，电阻并联电路中有如下关系总电流等于各分电流之和，得：也可先求出总电阻，再用欧姆定律求出总电流。3.电阻混联电路（1）电阻混联电路的定义既有电阻串联又有电阻并联的电路称为电阻混联电路。混联电路在实际工作和生活中有着广泛的应用。电阻混联电路（2）逐步化简法逐步化简法是一种简单的方法，是将电阻混联电路中容易看清串、并联关系的部分首先进行等效，逐步进行，最终等效成一个电阻。【例1-11】如图所示，已知R1=R2=1Ω，R3=2Ω，R4=6Ω，R5=8Ω，求：（1）等效RAB；(2)若端电压U=18V，求R4上的电压和电流。解：（1）画等效电路图（b），电阻R3、R4串联，其等效电阻为画等效电路图，电阻R1、R2、R345串联，其等效电阻为（2）求总电流因为R34和R5相等，所以R4上的电流为1.5A。R4上的电压为画等效电路图（c），电阻R34和R5并联，且阻值相等，其等效电阻为（3）等电位分析法a.确定等电位点、标出相应的符号。b.画出串、并联关系清晰的等效电路图。c.求解。根据欧姆定律，电阻串联、并联的特点和电功率计算公式列出方程求解。【例1-12】如图所示，已知R=10Ω，电源电动势E=6V，内阻r=0.5Ω，试求电路中的总电流I。解：首先将图(a)所示的电路进行整理，理清电路中的电阻串、并联关系。由于短接线上没有电压降，A、C是等电位点，B、D是等电位点，因此UAB=UAD=UCB=UCD。画出等效电路，如图(b)所示。根据全电路欧姆定律，电路中的总电流为四只电阻并联的等效电阻为模块四

电容器与电感器一、电容器的基础知识电容器是一种储存电场能的元件，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体，都可以看成是一个电容器，这两个导体称为电容器的极板，极板之间的物质称为电介质，如图所示。电容器的基本作用是充电和放电。如果将电容器串联在直流电路中并合上开关，则电容器的两个极板将会分别聚集等量的异种电荷，如图（a）所示。其中，与电源正极相连的A极板带正电荷，与电源负极相连的B极板则带负电荷，此过程称为电容器的充电。现在我们将充电后的电容器用导线短接，则极板上的正、负电荷便会相互中和，电容器恢复到不带电的状态，如图（b）所示，此过程称为电容器的放电。电容器的种类很多，常见的电容器外形如图所示。1、电容的概念加在电容器极板两端的电压U越高，其极板上带的电荷量Q就越多，且电荷量与电压的比值为常数，我们把这个比值称为电容器的电容，用符号C表示，用公式表示为在实际使用中，电容器的电容一般很小，所以常用到的电容单位还有：μF（微法）、nF（纳法）和pF（皮法），它们的换算关系为电容器的图形符号如表所示。电容大小是电容器的固有特性，与外界环境无关。人们习惯上往往又称电容器为电容，所以当我们听到“电容”一词时，它既可以表示一个物理量，又可以表示一个电子元件。电容的符号2.电容器的主要参数允许偏差02标称容量01额定电压03是指在电容器外壳上标明的此电容器的电容值。是指电容器的实际电容量与标称容量在允许范围内的误差。常用的偏差值有±2%，±5%，±10%和±20%等。称为电容器的额定电压，又称耐压。它是指电容器在规定的温度内，可以连续加在电容器上而不损坏电容器的最大直流电压，常用的耐压有10V，16V，25V，50V，100V，160V，250V，400V，500V，1000V等。二、电感的基础知识电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。最简单的电感器如图所示，它是用导线绕制的线圈，称为电感线圈，根据线圈类型可分为空心线圈和铁芯线圈。电感器在电路中常与电容器构成选频回路，具有调谐选频的功能。电感器的种类繁多，常见的电感器外形如图所示。1、电感的概念将电感器中通入电流，每匝线圈产生的磁通称为自感磁通。线圈的结构不同，产生自感磁通的能力也就不同，为了衡量这种能力的大小，引入自感系数（简称电感）这一物理量，用大写字母L表示。自感系数的计算公式为实际应用当中，常用的电感单位还有：mH（毫亨）和

（微亨），它们与H（亨）的换算关系为1H=103mh=106µH=109nH电感器的图形符号如表所示。电感的符号

电感大小是电感器的固有特性，与外界环境无关。人们习惯上往往又称电感器为电感，所以当我们听到“电感”一词时，它既可以表示一个物理量，又可以表示一个电子元件。2.电感器的主要参数电感量LA允许偏差B额定电流C品质因数D是指电感线圈产生自感能力的物理量，它与线圈的匝数、截面面积和磁芯的材料有关。电感线圈表面所标的电感量为电感线圈电感量的标称值。指电感器的实际电感量和标称值之间的误差。对于滤波、振荡电感线圈，允许偏差为±0.5%；对于一般耦合、扼流线圈等电感器，允许偏差为