汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ)第一章直流電路.ppt

1、汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)PPT,重慶安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院 幸益佳 2012年9月,開場白（兩課時）,一、教材分析 教材為楊艷芬主編，國防科技大學(xué)出版社出版的汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ)。 本教材屬專業(yè)基礎(chǔ)教材，內(nèi)容以列舉要點(diǎn)為主，簡單明了。 對于原來沒有學(xué)習(xí)類似知識的學(xué)生來講，用該教材自學(xué)會有困難，因此教學(xué)中很多內(nèi)容仍然需要詳細(xì)講解。 教材的內(nèi)容緊扣后續(xù)專業(yè)課汽車電子，故教材中涉及汽車電子的內(nèi)容是教學(xué)考核的重點(diǎn)，要特別提出來進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。 專業(yè)教學(xué)要突出技能，因此教材中安排的一些實(shí)訓(xùn)要盡量想辦法實(shí)施。 課后作業(yè)都要求學(xué)生完成。,二、學(xué)生分析 來自職高和普高的學(xué)生在班級中幾乎一半對一半。 教材中直流電路、電磁學(xué)

2、原理等章節(jié)的內(nèi)容對來自普高的學(xué)生來講沒有問題，但涉及電子技術(shù)的內(nèi)容，若按教材教學(xué)，學(xué)習(xí)難度較大。 對于來自職高的學(xué)生來說，雖然電子技術(shù)的內(nèi)容學(xué)過，并且當(dāng)時所用教材比現(xiàn)用教材的內(nèi)容要多一些，難度也要大一些，但就我對現(xiàn)在職高教學(xué)狀況的了解，因?yàn)閷W(xué)生對技術(shù)沒有實(shí)習(xí)過，知識的掌握是不牢固的，所以也有詳細(xì)講解的必要。,三、教學(xué)思路 1、按教材的邏輯組織教學(xué)，強(qiáng)調(diào)涉及汽車電子的內(nèi)容。 2、補(bǔ)充電路圖識圖方法的教學(xué)并進(jìn)行相應(yīng)訓(xùn)練。 3、輔導(dǎo)完成課后全部作業(yè)。 4、適當(dāng)安排一些實(shí)物教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)，適時進(jìn)行必要的技能訓(xùn)練。 5、教授一些學(xué)習(xí)方法（如用斐波納契數(shù)2、3、5、8幫助掌握知識要點(diǎn)等注：在講授文字

3、旁邊標(biāo)注的如【2】等數(shù)字即為符合斐波納契數(shù)的知識要點(diǎn)數(shù)），板書體現(xiàn)知識重組。,第1章 直流電路（18課時）,1.1概述 1.1.1電路及電路圖 1.電路的組成 電路一般由電源、用電器、導(dǎo)線和開關(guān)組成。 電路組成的最大特點(diǎn)是，回路！即，不管開關(guān)閉合還是斷開，只要是包含有所有電路組成部分，電路在結(jié)構(gòu)上就是一個閉合的環(huán)路。 從上述意義來看，接入電路的任何元器件都至少具備兩個連接端鈕。,2.電路圖 用元器件圖形符號表示實(shí)際電路中各元器件之間連接關(guān)系的圖形稱為電路原理圖。 電路原理圖既表達(dá)了電路中各元器件之間的連接關(guān)系，也通常會標(biāo)注元器件的參數(shù)和電路參數(shù)，因此能看懂這樣的電路圖就能明白電路的工作原理。,

4、從某種意義上講電路圖就是電工、電子技術(shù)的專業(yè)語言，這與語言、文字是語文課的專業(yè)語言，符號和表達(dá)式是數(shù)學(xué)課的專業(yè)語言一樣。因此可以這樣認(rèn)為：不識電路圖，就學(xué)不好電工、電子技術(shù)。 我們應(yīng)該把學(xué)習(xí)識讀電路圖作為專業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。,小貼士：怎樣學(xué)習(xí)識讀電路圖,看懂電路圖的基礎(chǔ)是理解、掌握電路的工作原理，記憶電路圖的技巧是關(guān)注每一只元器件端口的連接。除此之外，以下方法對熟練識圖電路圖很有幫助。 1、多看，混個眼熟。 2、多讀，混個嘴熟。實(shí)際上是思路熟。 3、多畫，混個手熟。不過畫圖很講方法。 4、多實(shí)際操作，包括經(jīng)常地模仿制作一些小電路，搞一些電路維修等，這是對電路元器件及電路本身的身體感覺。豐富的因感覺

5、而獲得的感性知識能幫助對電路圖的理解和記憶。,汽車應(yīng)用,汽車上的照明系統(tǒng)是典型的直流電路。 汽車上的電源有蓄電池和發(fā)電機(jī)兩種【2】蓄電池在汽車為運(yùn)行時向有關(guān)設(shè)備供電，發(fā)動機(jī)運(yùn)行后再取代蓄電池向有關(guān)設(shè)備供電并同時對蓄電池充電。 汽車的車架充作連線，稱為“搭鐵”。,1.1.2電路的三種狀態(tài)【3】 1.通路：電路一般的正常的工作狀態(tài)，也稱有載工作狀態(tài)。 2.斷路：又稱開路、空載狀態(tài)，就是電源與部分或者全部負(fù)載的連接斷開。 3.短路：又稱過載狀態(tài)，就是電源或者負(fù)載兩端被電阻接近于“零”的導(dǎo)體直接接通。,電路短路時由于電流無法流經(jīng)負(fù)載，負(fù)載不能正常工作，同時有的負(fù)載也可能會因此被損壞。 倘若電源兩端出現(xiàn)

6、短路，則極容易燒毀電源，甚至由此引起火災(zāi)。 防止因電路短路引起負(fù)載損壞或火災(zāi)事故的常用辦法就是：在電源與負(fù)載之間串接保險絲。,1.1.3汽車電路的特點(diǎn) 1.低壓直流供電：柴油機(jī)車輛大多采用24V電源供電，汽油機(jī)車輛大多采用12V電源供電。 2.單線制：即利用汽車發(fā)動機(jī)、底盤和車身等【3】金屬部件作為各種電器設(shè)備的公共連線，使得電氣設(shè)備到電源只需要另設(shè)一根導(dǎo)線。 3.負(fù)極搭鐵：采用負(fù)極搭鐵方式的優(yōu)點(diǎn)是汽車車架和車身均不易銹蝕，且汽車電器對無線電設(shè)備如汽車音響、通信系統(tǒng)等的干擾也較正極搭鐵方式小得多。 【2】,1.2電路的基本物理量 電路的基本物理量不多：電流、電壓（電位和電動勢）、電阻、電功（電

7、功率），不管是分析電路還是描述電路元件，只使用上述物理量就足夠了！ 這就是基本物理量的意義。 1.2.1電流 有兩層含義，一是指一種物理現(xiàn)象：自由電荷的定向移動。再就是描述電流大小的物理量即電流強(qiáng)度的簡稱。,1、電流強(qiáng)度大小的表達(dá)式和單位 一般表達(dá)式：i=dq/dt，直流情況下：I=Q/t 國際單位：基本單位安培，簡稱“安”（A），加字頭M、K（大寫）、m、 、n（小寫）分別稱為兆安、千安（基本單位的百萬倍、千倍）和毫安、微安、納安（基本單位的千分之一、百萬分之一、十億分之一），字頭間的進(jìn)位為千進(jìn)位。 2、電流的方向 實(shí)際（正）方向：正電荷定向移動的方向。 參考正方向：任意假定 ，用代數(shù)方法進(jìn)

8、行計算，以計算結(jié)果的正負(fù)符號確定電流的實(shí)際正方向。,1.2.2電壓、電位和電動勢 電壓是電流的原動力，電位是表示電壓的一種形式，而電動勢卻是衡量電源將其他形式能量轉(zhuǎn)換成電能能力大小的一個物理量。所以三者之間既有區(qū)別又有聯(lián)系。 1.電壓 1）電壓的定義及表達(dá)式 在電路中，如果設(shè)正電荷由a點(diǎn)移動到b點(diǎn)時電場力所做的功為dw,則a、b兩點(diǎn)間的電壓 一般表達(dá)式： uab=dw/dq，直流情況下：U=W/Q,國際單位：基本單位伏特，簡稱“伏”（V），加字頭M、K（大寫）、m、 、n（小寫）分別稱為兆伏、千伏（基本單位的百萬倍、千倍）和毫伏、微伏、納安（基本單位的千分之一、百萬分之一、十億分之一），字頭間

9、的進(jìn)位為千進(jìn)位。 2)電壓的方向 實(shí)際（正）方向：高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即電位降的方向。 參考正方向：任意假定 ，用代數(shù)方法進(jìn)行計算，以計算結(jié)果的正負(fù)符號確定電流的實(shí)際正方向。,3）關(guān)于關(guān)聯(lián)參考方向 在對電路進(jìn)行分析和計算時，電壓和電流參考方向的假定原則上是任意的。但是為了方便，元件上的電壓和電流常取一致的參考方向，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。,2.電位 電位是度量電勢能大小的物理量，在數(shù)值上等于電場力將單位正電荷從該點(diǎn)移動到參考點(diǎn)所做的功，即 一般表達(dá)式：u=dw/dq，直流情況下：V=W/Q 單位同電壓。 電壓與電位的關(guān)系為 ：uab=ua-ub。 電壓就是電位之差。電位的高低與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)，可

10、正可負(fù)，但是兩點(diǎn)之間電壓的大小與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。,3.電動勢 電源內(nèi)部非電場能量轉(zhuǎn)化成電場能量，非電場力做功。衡量這種非電場力做功能力的物理量就是電動勢。 在數(shù)值上電動勢的大小等于將單位正電荷從電源負(fù)極移動到電源正極所做的功，用Es表示。 電動勢的方向在電源內(nèi)部由低電位指向高電位，即由電源負(fù)極指向正極。單位也同電壓。,1.2.3電阻 1. 電阻的概念 自由電子在運(yùn)動的過程中會不斷地與金屬中的離子發(fā)生碰撞，從而阻礙了其定向移動，這種阻礙作用就稱為電阻，用符號R或r表示。單位為歐姆（）。加字頭M，K叫兆歐（M ）、千歐（K ），千進(jìn)位。 1k= 103，1M= 106 2.電阻定義及表達(dá)式 電阻

11、的定義為：當(dāng)導(dǎo)體兩端加1V電壓，通過的電流為1A時，導(dǎo)體的電阻就是1。 R=U/I 稱為定義式，也稱量度式。,上述定義式，如果表述成“導(dǎo)體的電阻與加在導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與流過其中的電流成反比”就大錯特錯了，這是只注意運(yùn)用語文工具，借助數(shù)學(xué)表達(dá)方式，但不注意概念的物理意義的結(jié)果。 電阻的決定式為： R= 用上述表達(dá)方式就是正確的，即：一段導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度成正比與導(dǎo)體的橫截面積成反比，系數(shù)是與材料相關(guān)的參數(shù)，稱為電阻率，說明電阻值的大小與做導(dǎo)體的材料有關(guān)。,1.2.4電功和電功率 1.電功 電流通過負(fù)載時對負(fù)載所做的功稱為電功，用符號W表示。在一段電路中，電流對負(fù)載所做的功與負(fù)載兩端的電

12、壓U（V）和通過負(fù)載的電流I（A）以及通電時間t（s）成正比，其表達(dá)式（也是定義式）為： W=UIt 電位，國際單位是焦耳（J），工程上常用電位為千瓦時（KWh），俗稱“度”。 1度=1KWH=3.610J,電功率 電流做功的效率，即單位時間電流所做的功，表達(dá)式為：P=W/t. 電功率的國際單位是瓦特，簡稱瓦（W），加字頭M、K、m等可有兆瓦、千瓦、毫瓦等，進(jìn)率為千進(jìn)位。,1.3電阻、電容和電感元件 電路元件又稱電路模型，是對實(shí)際電路元件的理想化，抽象化，一個電路元件符號僅代表一種電路特性。 1.3.1電阻元件 1.電阻元件的特性 僅代表元件消耗電能的特性。 字母符號為R，圖形符號 設(shè)元件兩端

13、的電壓與其中的電流的方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向則電阻元件的功率p=ui=u/R0，表明電阻總是消耗能量的。,研究電路元件的特性常用伏安關(guān)系和伏安曲線，電阻元件的伏安特性受歐姆定律約束，曲線如下圖,圖中曲線過原點(diǎn)表明元件為即時元件，即元件的激勵和響應(yīng)只與元件當(dāng)前的狀況有關(guān)，與元件的歷史狀況無關(guān)，或者說元件本身沒有記憶特性；曲線關(guān)于原點(diǎn)對稱，分布在一、三兩個象限說明元件沒有極性，使用時不用考慮接向；曲線為一條直線，表明元件的特性不受電壓、電流大小及變化的影響，稱為線性元件。【3】,2. 電阻器的作用 電阻器是用碳及鎳鎘合金等材料制成一種具有一定阻值的電路元件。在電路中單獨(dú)使用能起降壓和限流作用，與電容、電

14、感等電路元件配合和可以起到濾波、定時等更多的作用，是電子電路中使用最廣泛的電路元件。 3.常用電阻器 電阻器按阻值是否可變分為固定電阻和可變電阻兩大類，當(dāng)然按其他分類標(biāo)準(zhǔn)電阻可以有更多種類，如按制作材料分為碳膜電阻、金屬膜電阻、氧化膜電阻等等。,電路基礎(chǔ),1.3.2電容元件 僅代表儲存電場能量的電路特性。 實(shí)際電容器通常由兩塊金屬板中間充滿絕緣介質(zhì)構(gòu)成，電容器加上電壓后，兩塊極板上將出現(xiàn)等量一號電荷，并在兩極板間形成電場，存儲電荷。,字母符號為c，圖形符號 電容器極板上存儲的電量q與外加電壓u成正比，即，電容量c的定義式（量度式）為c=q/u 在國際單位制中，電容（電容量的簡稱）為法拉（F）。

15、當(dāng)將電容器充上1V的電壓時，極板上若存儲了1C的電量，則該電容器的電容量就是1F。工程上長采用微法（F）或皮法（pF），F(xiàn)、F、pF百萬進(jìn)位。即，,1F=106 F 1 F =106pF,當(dāng)電容器上的電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，電容器的伏安關(guān)系為 i=dq/dt=cdu/dt，是微分的關(guān)系。 該式表明，電容元件上通過的電流與元件兩端的電壓相對時間的變化率成正比。電壓變化越快，電流越大。當(dāng)電容元件兩端加恒定電壓時，因du/dt=0，則i=0，這時電容元件相當(dāng)于開路，故電容元件有隔直流的作用。 該特性常簡稱為電容器的“隔直通交”特性。,將上式兩邊乘以電壓u并取從0到u的定積分，可得到電容元件極板間

16、存儲的電場能量的公式，為：,1.3.3電感元件 僅代表儲存磁場能量的電路特性。 實(shí)際電感通常由線圈構(gòu)成，當(dāng)電感線圈通以電流時，將產(chǎn)生磁通，在其內(nèi)部和周圍磁場，存儲磁場能量。 字母符號為L，圖形符號, (t)N (t),電感上的磁通量與電流成正比，即，電感量l的定義式（量度式）為 L= /i 在國際單位制中，電感（電感量的簡稱）為亨利（H），當(dāng)線圈中的電流變化率為1A/s，產(chǎn)生1V的電壓時，則該感線圈的電感量（電感）就是1H。工程上長采用毫亨（ mH）或微亨（ H），H、mH、 H千進(jìn)位。即，,1H=103 mH 1 mH =103 H,當(dāng)電感上的電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，電感的伏安關(guān)系為 u

17、=-eL=d/dt=Ldi/dt，也是微分的關(guān)系。 該式表明，電感元件兩端的電壓與電流相對時間的變化率成正比，電流變化越快，電感元件產(chǎn)生的自感電動勢越大，與其平衡的電壓也越大。當(dāng)電感元件中流過穩(wěn)定的直流電流時，因di/dt=0，eL=0，故u=0，這時的電感元件相當(dāng)于短路。 該特性常簡稱為電感元件的“隔交通直”特性。,將上式兩邊乘以電壓i并取從0到i的定積分，可得到電感元件中存儲的磁場能量的公式，為：,從上述電容元件和電感元件的陳述中，不難發(fā)現(xiàn)，電容元件和電感元件的某些特性剛好成為“相對”的關(guān)系，其實(shí)這種情況在電路、磁路以及電路與磁路之間都存在，稱為“對偶關(guān)系”，學(xué)習(xí)中理解和掌握這些對偶關(guān)系，

18、可以幫助建立知識系統(tǒng)，減少記憶量。這也是一種學(xué)習(xí)的好方法。,電容元件與電感元件的比較：,電容 C,電感 L,變量,電流 i 磁鏈 ,關(guān)系式,電壓 u 電荷 q,(1)元件方程的形式是相似的；,(2)若把 u-i，q- ，C-L， i-u互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；,(3)C 和 L稱為對偶元件, 、q等稱為對偶元素。,結(jié)論,1.4歐姆定律 1.4.1部分電路歐姆定律 不含電源的一段電路稱為部分電路。 部分電路歐姆定律的表述為：流過電路的電流和加在這段電路兩端的電壓成正比，與這段電路的電阻成反比。 一般表達(dá)式：i=u/R，直流狀況下：I=U/R。 部分電路歐姆定律適用于線性電阻元

19、件，對于電解液導(dǎo)電也基本適用，但對氣體導(dǎo)電不適用。,1.4.2全電路歐姆定律 全電路是指含有電源的閉合回路。電源以外的電路稱為外電路，外電路的電阻R（或者RL）稱為外電阻；電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路，電源內(nèi)部的電阻r（或者R0）稱為內(nèi)電阻。,全電路歐姆定律：全電路中流過的電流，其大小與電源的電動勢成正比，而與電路的全部電阻成反比。 外電路總電阻上的電壓稱為外電壓，也稱為路端電壓。根據(jù)部分電路歐姆定律可知，U=IR=E-Ir。 對于給定的電源，E和r是不變的，由上式可知， 當(dāng)R，即負(fù)載開路時，I=0，U=E,利用這一特點(diǎn)可用電壓表測量電源的電動勢。,1.4.3焦耳定律 電流流過導(dǎo)體時會產(chǎn)生熱量。

20、焦耳定律：電流通過導(dǎo)體時，電流產(chǎn)生的熱量Q與電流I的平方、導(dǎo)體的電阻及通電時間t成正比。 電流的熱效應(yīng)既有有利的一面，也有不利的一面。 有利一面如：白熾燈、熔斷器、電熱器具等。 不利一面如：導(dǎo)線發(fā)熱。,1.5電阻串聯(lián)電路與電阻并聯(lián)電路 許多電路元件，不管性質(zhì)相同還是不同都可以組成串聯(lián)和并聯(lián)電路，但本書僅介紹電阻元件的串并聯(lián)。 1.5.1電阻串聯(lián)電路 1.串聯(lián)電阻的特點(diǎn)及相關(guān)公式 幾個電阻首尾相聯(lián)，中間沒有分支，這種聯(lián)接方式，叫做電阻的串聯(lián)。 串聯(lián)連接的最大特點(diǎn)就是“無分支”！,串聯(lián)電阻的特點(diǎn)如下【5】 1）由于電路無分支，故任一電阻中流過的電流相同。 2）等效電阻等于各電阻之和。 3）串聯(lián)電阻

21、分壓，但各電阻上的電壓之和等于總電壓。 4）因?yàn)楦鞔?lián)電阻流過同一電流，故電阻分壓與其阻值成正比。 5）因4）中道理，串聯(lián)電阻中的電功率分配也與電阻值成正比。,2.串聯(lián)電阻的應(yīng)用 1）用于降壓。如電壓表擴(kuò)大量程。 2）用電位器改變輸出電壓（分壓）。如音響中的音量控制。 3）用來控制輸出電流（限流） 注意：以上應(yīng)用僅限于小電流電路！,1.5.2電阻并聯(lián)電路 1.并聯(lián)電阻的特點(diǎn)及相關(guān)公式 將幾個電阻首與首相聯(lián)，尾與尾相聯(lián)，這種聯(lián)接方式叫做電阻的并聯(lián)。 一定理解“首與首”、“尾與尾”相連的含義，要直接，中間不要夾雜其他元件。并聯(lián)電阻是有分支的電路，“首”相連“尾”相連，是這種分支的特點(diǎn)。,并聯(lián)電阻有

22、如下特點(diǎn)【5】 1）由于所有電阻“首”在一起，“尾”在一起，因此承受的是同一電壓。 2）等效電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和。電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用字母G，因此從電導(dǎo)的角度，等效電導(dǎo)等于各電導(dǎo)之和。 G=G1+G2 3）各支路對總電流進(jìn)行分流。但各支路電流之和等于總電流。,4）因?yàn)楦髦冯娮璩惺芡浑妷海矢髦返碾娏髋c本支路的電阻成反比。但從電導(dǎo)的角度看各支路的電流則與本支路的電導(dǎo)成正比。 5）因4）中道理，并聯(lián)電阻中的電功率分配也與電導(dǎo)值成正比。 2.并聯(lián)電阻的應(yīng)用 1）用于分流，如電流表擴(kuò)大量程。 2）多電器使用，都是并聯(lián)的。并聯(lián)電路的的優(yōu)點(diǎn)各用電器能單獨(dú)工作，互不影響。,串聯(lián)和并聯(lián)是元件最

23、基本的連接，但是還是有不少人在判斷元件是串聯(lián)還是并聯(lián)的問題出錯，主要原因是沒有把元件串聯(lián)、并聯(lián)的本質(zhì)特點(diǎn)搞清楚。串聯(lián)的本質(zhì)特點(diǎn)是“無分支”，并聯(lián)的本質(zhì)特點(diǎn)是各元件都承受“同一電壓”。 串聯(lián)和并聯(lián)具有對偶關(guān)系 串聯(lián)并聯(lián)；串聯(lián)中電阻并聯(lián)中電導(dǎo)；串聯(lián)中電壓并聯(lián)中電流，如此這樣它們的公式便有統(tǒng)一的格式。大家可以自行列表比照。,1.6基爾霍夫定律 電路元件的串聯(lián)、并聯(lián)以及既有串聯(lián)又有并聯(lián)的混聯(lián)，不管參與連接的電路元件有多少，電路看起來有多么復(fù)雜，都稱為簡單電路。一句話，凡是能通過用串并聯(lián)方法等效的電路都是簡單電路。凡是不能通過用串并聯(lián)方法等效的電路，不管電路元件有多么少，電路看起來多么簡單，都是復(fù)雜電路。 歐姆定律是分析和計算電路的基本定律，但在復(fù)雜電路中的分析和計算中需要應(yīng)用基爾霍夫定律才能解決問題。,幾個基本概念 1.支路：由一個或一個以上的元件所組成的中間無任何分岔的電路稱為支路。 2.節(jié)點(diǎn)：三條及三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 3.回路：電路中任一閉合的路徑稱為回路。 4.網(wǎng)孔：如漁網(wǎng)一樣，在內(nèi)部不含任何支路的回路稱為網(wǎng)孔。,1.6.1基爾霍夫第一定律 基爾霍夫第一定律簡稱KCL，又稱節(jié)點(diǎn)電流定律。 基爾霍夫第一定律以節(jié)點(diǎn)為觀察點(diǎn)，以節(jié)點(diǎn)電流為研究對象，其內(nèi)容為：在任一時刻，流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即 I入=I出， 稱為節(jié)點(diǎn)電流方程。 如果規(guī)定流