汽车电工电子讲义.docx

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第1章直流电源

1.1电路基本概念

学习目标：

了解电路的概念；掌握电路图的画法及常用的部分电工图形、文字符

号；掌握电路的基本物理量（电流、电压、电位、电动势、电阻）；

了解直流电路的三种工作状态。

教学重点：

掌握电路的基本物理量

教学难点：

电压、电位的计算

课时分配：

2学时

教学过程：

一、电路的组成及作用

电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总

体。

电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的，从日常生活中使用的用电设备到工、

农业生产中用到的各种生产机械的电器控制部分及计算机、各种测试仪表等，从广义说，

都是电路。

最简单的电路如图所示的手电筒电路。

1、组成：

电路主要由三部分组成。

（1）电源是供应电能的设备。

在发电厂内将化学能或机械能等非电能转换为电能，如电池、蓄电池、发电机等。

（2）负载是使用电能的设备，又称用电器。

作用是将电能转换成其它形式的能量，如电灯、电炉、扬声器、电动机等。

（3）中间环节用于连接电源和负载。

起传输和分配电能或对电信号进行传递和处理的作用，如变压器、输电线等。

2、电路模型和电路图

实际电路元件电磁性质较为复杂。

为便于对实际电路进行分析，需用能够代表其主要电磁特性的理想电路元件或它们的组合来表示。

理想电路元件就是指只反映某一个物理过程的电路元件,包括电阻、电感、电容、电源等。

用理想电路元件所组成的电路即为电路模型，手电筒电路的电路模型如图所示。

3、作用

（1）进行电能的传输和转换，如照明电路、动力电路等。

典型电路是电力系统。

（2）实现信息的传输和处理，如测量电路、扩音机电路、计算机电路等。

典型电路是扩音机。

二、电流

1、电流的形成：

电荷的定向移动形成电流。

2、电流的大小

电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。

恒定电流（DC）（“－”）

交变电流（AC）（“～”）

大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，也称为直流电流，用表示。

大小和方向随时间变化的电流称为交变电流，简称交流电流，用i表示。

电流的单位为A（安[培]），还有kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安）等。

3、电流的方向

（1）实际方向

习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实际方向。

（2）参考方向：

可以任意选取

在分析电路时，常常要知道电流的方向，但有时电路中电流的实际方向难于判断，此时常可任意选定某一方向作为电流的“参考方向（也称正方向）”。

所选的参考方向不一定与实际方向一致。

当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值；反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，则电流为负值，如图所示。

a）b）

4、电流的表示方法

（1）箭头：

（2）双下标：

5、电流的测量——用电流表（安培表）来测量。

测量时注意：

（1）交、直流电流用不同表测量。

（2）电流表应串联在电路中。

（3）直流电流表有正负端子，即：

“+”、“-”记号，接线时不能接错。

（4）选择正确的量程。

三、电压（电位差）

1、物理意义

在图中，极板a带正电，极板b带负电，a、b间存在电场。

正极板a上的正电荷在电场力的作用下从a经过负载移到负极板b，从而形成了电流。

这说明电场力做功产生了电流。

规定：

电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点之间的电压，用表示。

电压的单位为V（伏[特]），还有kV（千伏）、mV（毫伏）、μV（微伏）等。

2、实际方向：

由高电位指向低电位

结论：

对于电阻性负载来说，没有电流就没有电压，有电压就一定有电流。

电阻两端的电压常叫做电压降（压降）。

而对于电源来说，其端电压的实际方向是正极指向负极。

3、参考方向：

可以任意选取，同电流参考方向的选取

4、电压的表示方法

（1）箭头：

（2）正负号：

＋、－

（3）双下标：

5、电压的测量

用电压表（伏特表）来测量。

测量时注意：

（1）交、直流电压用不同表测量。

（2）电压表应并联在被测电路两端。

（3）直流电压表有正负端子，即：

“+”、“-”记号，接线时不能接错。

（4）选择正确的量程。

【例】电路如图所示，已知，，求：

解：

四、电动势

1、物理意义

为维持电路中的电流流通，则必须保持电路a、b两端间的电压恒定不变，这就需要电源力源源不断地把正电荷从负极板b移回正极板a上。

规定：

电源力克服电场力把单位正电荷从b点（负极）经电源内部移回到a点（正极）所做的功，叫电动势，用表示。

2、电动势的实际方向

电动势的实际方向规定：

在电源内部由负极指向正极，即电位升，其单位与电压单位相同，

也是伏特（V）。

结论：

对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。

电动势只存在于电源内部，方向由负极指向正极；而端电压只存在于电源外部，其方向由正极指向负极。

一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路或者电源的内阻忽略不计时，电源的端电压才与其电动势相等。

3、电动势（）和电压（）的区别：

*物理意义不同；

*实际方向不同；

*电动势只表示电源，而电压既可表电源，也可表负载。

4、直流电动势的两种图形符号

【例】电路如图所示，已知电源电动势，求出：

解：

，。

五、功率

把单位时间内电场力所做的功称为电功率。

用“P”表示。

定义式：

单位：

W、kW、mW

其中：

“W”为电功，指电流所做的功，简称“电功”（电能）。

电流做功的过程，实质上就是把电能转换为其他形式的能的过程。

表达式：

单位：

焦耳（J）或千瓦时（）

习题：

P35.1

1.2电阻元件和欧姆定律

教学目标：

了解欧姆定律，能分析电流、电压、电阻之间的关系；掌握电功、电

功率的计算方法。

教学重点：

掌握欧姆定律有关的计算题

教学难点：

欧姆定律计算

课时分配：

2学时

教学过程：

一、电阻与电阻率

1、电阻：

导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。

电阻元件是耗能元件，其单位为（欧姆）。

常用的电阻单位还有、。

2、电阻率：

导体的电阻是导体本身的一种性质。

它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积：

式中：

—制成电阻的材料的电阻率，国际单位制单位为；─绕制成电阻的导线长度，国际单位制单位为m；─绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制单位为；─电阻值，国际单位制单位为。

纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。

银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。

二、部分电路欧姆定律

1、部分电路：

只含有负载而不包含电源的一段电路。

2、内容：

流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻值成反比，称为部分电路欧姆定律。

3、表达式：

（、参考方向一致）

（、参考方向不一致）

a）、参考方向一致b）、参【例1】：

应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。

R

U

6V

+

2A

R

+

–

U

6V

I

（a）

（b）

I

–2A

–

解：

对图（a）有，，

对图（b）有，，

【例2】：

已知某100W的白炽灯在电压220V时正常发光，此时通过的电流是0.455A，试求该灯泡工作时的电阻。

解：

三、全电路欧姆定律

1、概念

（1）全电路：

含有电源的闭合电路。

（2）内电路：

电源内部的电路。

外电路：

电源外部的电路。

（3）内电阻：

电源内部的电阻，简称内阻。

用表示。

外电阻：

外电路的电阻。

用表示。

2、内容：

闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻，即内电阻和外负载电阻之和（）成反比。

3、表达式：

是内阻上的压降；既是外阻上的压降，又是电源两端的电压（路端电压或端电压）。

四、电阻的串联

多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。

两个或两个以上的电阻依次连接，组成一条无分支电路，这样的连接方式叫做电阻的串联。

1、串联电路的特点

（1）等效电阻：

*

*当时，（大）

（2）流经各电阻的电流相等。

（3）串联总电压等于各电阻上电压之和，即

；

（4）分压关系为：

当两只电阻R1、R2串联时，总电阻，则有分压公式

，

五、电阻的并联

把多个元件并列地连接起来，由同一电压供电，就组成了并联电路。

两个或两个以上的电阻接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联。

1、并联电路的特点

（1）等效电阻：

；

*

*当时，（小）

（2）各电阻电压相等。

（3）并联总电流等于各电阻上电流之和，即

；

（4）分流公式为：

，

【例1】：

图所示的并联电路中，求等效电阻、总电流、各负载电阻上的电压、各负载电阻中的电流。

解：

等效电阻

总电流

各负载上的电压

各负载上的电流

六、电阻的混联

既有串联又有并联的电路称为混联。

混联电路形式多种多样，但可以利用电阻串、并联关系进行逐步化简。

【例3】：

（选作）如图，已知，求等效电阻。

解：

等效电阻

习题：

如图，已知，求等效电阻。

解：

等效电阻

1.3电感元件和电容元件

教学目标：

电容、电感元件的构造、作用和特点；掌握电容电感的作用并会正确

选用。

教学重点：

电容的作用，主要参数（电容量、电量、电压、耐压）的计算，电容

的充放电过程

教学难点：

电容参数的计算，电容充放电过程的理解

课时分配：

2学时

教学过程：

一、电容

1、电容器：

用来储存和释放电荷及电场能量的“容器”。

其容量决定了它对电荷的存储能力。

2、电容器的组成：

两块彼此绝缘的导体就构成一个电容器，两个导体称为电容器的电极。

图a是平行板电容器结构图，两个平行的金属板构成电容器的极板，两个极板之间为电介质，电介质可为空气、纸、云母、塑料薄膜等材料。

图b是一只电容器的解剖图。

图a平行板电容器图b电解电容器结构

电容器分为有极性和无极性两种类型，无极性电容器在接入电路时不考虑其极性，有极性电容器在接入电路时正负极不得接反。

电解电容器是有极性电容器，使用时要注意。

3、电容的作用：

隔直流通交流的作用。

且电容器的电压不能突变。

在电力系统中，电容可以用来改善系统的功率因素，提高电能的利用率；在机械加工中，电容还可用于电火花加工。

4、电容的类型：

按电容器的容量是否可调分为：

固定电容器、可变电容器及微调电容器。

按电容器所用的介质可分为：

有机介质电容器、无极介质电容器、气体介质电容器、电解电容器。

5、几种常见电容的符号

6、电容器主要参数：

（1）电容量

当给电容器两端加上电压，如下图所示，则电容器的两个极板上就聚集起等量异号的电荷，两极板间就形成电场。

电容器带电

实验证明，当电容器的电介质、几何尺寸确定之后，电容器两极板上所加的电压越高，极板上聚集的电荷量越多，并且电荷量与电压成正比，其比值为一常数。

我们将这一常数称为电容器的电容量，亦简称电容，用大写英文字母C表示。

C=q/U式中C—电容器的电容量，单位为法拉（F）；q—极板上所带电量，单位为库伦（C）；U—极板间电压，单位为伏特（V）。

参考方向规定为从正极板指向负极板。

电容器和电容量都简称为电容，但其含义不同，前者是元件的名称，后者是元件的容量，从概念上要加以区别