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学生手册标准
《汽车电工电子技术》
学生手册
专业名称：
汽车运用技术
专业代码：
520104
2010年6月
项目一汽车直流电路的检修
能力目标：
通过本次项目的完成，你应能够：
1、描述直流电路及电路中基本物理量的概念；
2、知道直流电路的三种工作状态及电压、电流、功率关系；
3、用电路的基本定律及基本分析方法求解直流电路；
4、用万用表测量汽车电路中的电压、电流和电阻；
5、能够检修汽车照明系统大灯电路。
项目描述：
汽车照明系统大灯电路的检修
第一部分项目分析
桑塔纳轿车照明电路如图1-1所示，请分析相关电气元件和电路的原理：
图1-1桑塔纳轿车照明电路
（1）汽车电路的组成和特点
（2）分析远光控制回路
（3）分析近光控制回路
（4）分析超车警示回路
第二部分相关内容
第一节电路的基础知识
电是一种能量，它的性质和水很相似，为了便于理解和学习，可以把它想像成一种在金属导体中流动的“液体”（图1-2）。
水压迫使水沿着一定的方向流动，使水管中形成了水流；类似地，电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流。
抽水机是提供水压的装置；类似地，电源是提供电压的装置。
水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似地，电流通过电灯时，消耗的电能转化为内能和光能。
图1-2电和水的性质相比较
一、电子
电的基本单位是电子，就像水的基本单位是水分子一样。
任何物体的最小构成单位都是原子，原子的外层是围绕原子核不断旋转的电子，但电子在没有接收外来能量之前只能在原子核附近一圈圈地往复旋转，而不会定向移动。
电子如果接收到外来的能量，就有一种力使电子有方向地运动，产生电流，就好像水的定向流动产生水流一样。
这个外来的能量可以是多种形式的：
动能、光能或化学能。
电子的流动需要电压，就像水的流动需要水压一样。
电子的移动产生电流。
电子可以通过的路径叫电路。
能够让电子通过的物体叫导体。
不能让电子通过的物体叫绝缘体。
导体和绝缘体中都有自由电子，但导体的两端加上电压时，电子可以摆脱原子核的引力而定向移动；而绝缘体中的电子被原子核“管束”得很紧，即使两端加上电压，电子也不能定向移动。
一切导体都有阻碍电子流动的性质，这种性质叫做电阻。
二、电压
电压可以理解为电子受到的压力，在电压的作用下，电子发生定向移动，有了电流，才产生了电。
电流产生的过程如同水流产生的过程一样（图1-3），在这个过程中，电压是电存在的第一必然条件，没有电压，也就无所谓电。
电压的单位是伏特，用字母“V”表示，这个单位是以科学家伏特的名字命名的。
图1-3电压是电存在的第一必然条件
能够稳定提供电能的装置叫电源。
生活中有很多种电源，这些电源提供的电压是不一样的。
举例如下：
·干电池的电压是1.5V；
·在汽车上，铅蓄电池的标准电压是12V；
·汽车电脑提供给传感器的电压是5V；
·车间里用的安全照明电压是36V；
·照明电的电压是220V；
·动力电的电压是380V；
·火花塞跳火时的击穿电压高达30000V……
电压可以在导体上传递。
如同水的压力可以在密闭容器中向各方向传递一样，电压在独立导体上的传递不受电阻的影响不管电路是否是通路，不管电路中是否有电流，导体中都可以传递电压。
下面个实验，以验证电阻对电压传递的影响：
【实验】左手接触汽车蓄电池的正极，测量右手的电压。
三、电阻
导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号“R”表示。
电阻的单位是欧姆，用字母“Ω”来表示，这是以科学家欧姆的名字来命名的。
所有的导体都有电阻，只是大小有差异。
举例如下：
·汽车暖风电机的电阻约为0.2Ω；
·汽车仪表灯泡的电阻约为15Ω；
·家里使用的1kW的电炉子电阻约为48.4Ω；
·一般在干燥环境中，人体电阻大约在2kΩ左右；皮肤出汗时，约为1KΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω左右。
导体导电性能的好坏以电导来衡量。
电导这个词对许多人来说是比较陌生的，而电阻这个词大家则比较熟悉，电导的倒数就是电阻，二者成反比。
所以，一种导体的电导越大，导电性能就越好。
一般来说，贵重金属的导电性能都比较好。
白金的导电性能最好，但价格昂贵，只在精密仪器或航天设备上能用到。
汽车上用的主要导电材料是铜，而铜的价格也不低。
所以，家用的照明线路大多是用铝做成的。
生活中有很多用电器是依靠电阻来工作的，如：
灯泡、电炉子、电烙铁等。
凡是通电后产生大量热量的用电器，都是纯电阻的设备。
对于一段固定的电路，影响电路电阻的大小有以下几个因素：
（1）电路导线的制造材料的导电性越好，电导越大，电路的电阻就越小。
（2）导线的长度：
电阻和长度成正比，导线越长，电阻越大。
（3）导线的直径：
电阻和导线的粗细成反比，导线越粗，直径越大，电阻越小。
（4）导线的温度：
电阻和导线的温度成正比，温度越高，电阻越大。
通常情况下，对于同一种材料制成的导线，影响电阻的因素主要是直径和长度
四、电流
水从高处流下形成水流，水位差是形成水流的原因；蓄电池的电位差是形成电流的原因。
电流的单位是安培，电荷的定向运动，称为电流。
用字母“A”来表示，这是以科学家安培的名字命名的。
一般用电设备的电流有多大?
举例如下：
·家里用的60W灯泡通电时，其中流过的电流是0.27A；
·汽车远光灯灯泡的功率一般是60W左右，通过的电流是5A；
·在汽车上，一个12W的灯泡发光时，其中流过的电流是1A；
·启动机运转时，其中的电流可高达100A……
对于纯电阻电路来说，电压、电阻和电流的关系是：
欧姆定律电压=电流×电阻
一个最简单的电路中具备电压、电阻和电流三个基本参数。
图1-4是一个简单的照明电路，蓄电池电压是12V，灯泡工作时的电阻是3Ω，则当开关闭合之后，电路的电流就可以用欧姆定律中的公式计算得出：
电流=电压／电阻即
代入，得：
I=12V／3Ω=4A
图1-4简单照明电路
五、功率
凡是利用电来工作的设备都叫用电器，凡是用电器都有一定的功率。
用电器工作时要消耗电能，单位时间内耗电量的大小就是功率。
功率的单位是瓦特，用字母“W”来表示，这是以科学家瓦特的名字命名的。
一般用电设备的功率有多大?
举例如下：
·汽车仪表指示灯的功率是1W；
·家用节能灯管的功率是15W；
·电烙铁的功率是30W；
·汽车前照灯灯泡的功率是60W；
·家用电热水器的功率是1000W；
·汽车启动机功率是1200W……
瓦特定律确立了功率、电压、电流的关系：
功率=电压×电流即P=U×I；对于纯电阻电路来说，因为电压=电流×电阻，所以纯电阻性用电器（注意：
这是有条件的）的功率可以用以下三个公式求得：
第二节电路及其基本物理量
第三节电流、电压的参考方向
第四节电路的三种状态
第五节串、并联电路
第六节基尔霍夫定律
第七节汽车电工电子维修常用仪器
第三部分项目实施
一、桑塔纳汽车大灯照明电路的工作原理
大灯分左右各一只（L1和L2），每只大灯灯泡均由双丝灯泡组成，其中一根为近光，另一根为远光。
大灯受灯光开关E1和位于转向盘左边的转向组合开关操纵的E4控制。
1．超车警示回路分析
当向上拨动组合开关柄接通E4b，蓄电池电源直接接通大灯灯丝（经过保险S9、S10），但当松开开关柄时，E4b在弹簧的作用下立即自切断电源。
此时，位于组合仪表内的远光指示K1与前照灯远光同时亮、灭。
2．近、远光控制回路分析
当灯光开关El处在3位时，蓄电池电源通过点火开关D第三掷、灯光开关E1第一掷引至远近光变换开关E4a，向上拨动一下组合开关柄分别可依次接通近光灯丝（同时经过保险S21、S22）或远光灯丝（同时经过保险S9、S10）。
在远光接通时，远光指标灯K1同时点亮。
二、桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断
照明电路故障多由熔断器和灯泡损坏引起。
当熔断器烧断时，应更换新的标准熔断器，若换上的新熔断器又立即烧断，应准确找出并排除搭铁点后，再换上新熔断器，察看灯丝有无烧断。
若灯的亮度不够，可用电压表测试灯系电路压降判明故障原因及部位。
上海桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断与排除方法见表1-2。
表1-2桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断与排除
序号
故障现象
故障原因
排除方法
1
接通灯光开关时，保险立即跳开，或熔断丝立即熔断
线路中有短路、搭铁处
找出搭铁处加以绝缘
2
灯泡经常烧坏
调节器（节压器）调整不当或失调使电压过高
重新调节
3
所有的灯均不亮
车灯开关前电源线路断路或搭铁
保险器断开或熔断丝熔断
灯开关双金属片触点接触不良、不闭合或损坏
自保险器起，逐点检查
4
前照灯灯光暗淡
电压过低（蓄电池电不足或发电机有故障）
配光镜或反射上积有灰尘
接头松动或锈蚀使电阻增大
蓄电池充电、检修发电机
拆开前照灯进行清洁
拧紧或清除锈蚀
5
变光时有一前照灯不亮
灯丝烧断
接线板到灯泡的导线断路
灯泡与灯座接触不良
更换灯泡
检查并接好
清除污垢，使接触良好
6
接通远光或近光时，右前照灯亮而左前照灯明显发暗
左前照灯铁铁不良
左前照灯配光镜或反射镜上积有灰尘
左前照灯灯泡玻璃表面发黑
使搭铁良好
拆开前照灯进行清洁
更换灯泡
第四部分项目拓展
惠斯通电桥电路
一、惠斯通电桥电路的工作原理
图1-40惠斯通电桥原理图
惠斯通电桥的原理如图1-40所示。
标准电阻R0、R1、R2和待测电阻RX连成四边形，每一条边称为电桥的一个臂。
在对角A和C之间接电源E，在对角B和D之间接检流计G。
因此电桥由4个臂、电源和检流计三部分组成。
当开关KE和KG接通后，各条支路中均有电流通过，检流计支路起了沟通ABC和ADC两条支路的作用，好像一座“桥”一样，故称为“电桥”。
适当调节R0、R1和R2的大小，可以使桥上没有电流通过，即通过检流计的电流IG=0，这时，B、D两点的电势相等。
电桥的这种状态称为平衡状态。
这时A、B之间的电势差等于A、D之间的电势差，B、C之间的电势差等于D、C之间的电势差。
设ABC支路和ADC支路中的电流分别为I1和I2，由欧姆定律得
I1RX=I2R1
I1R0=I2R2
两式相除，得
（1-42）
（1）式称为电桥的平衡条件。
由
（1）式得
（1-43）
即待测电阻RX等于R1/R2与R0的乘积。
通常将R1/R2称为比率臂，R0称为比较臂。
二、热线式空气流量传感器的工作原理
热线式空气流量传感器结构和工作原理如图1-41所示。
热线式空气流量传感器的基本构成是感知空气流量的白金热线，在进气管内有一小管，小管中架有一根极细的铂丝（直径约为0.07mm），铂丝被电流加热至120℃左右（故称为白金热线）。
在传感器内部电路中，热线是惠斯通桥形电路的一个臂RH，由于进气温度的变化也会使热线温度发生变化，影响进气量的测量精度，因此，在靠近热线的地方另外装有一根温度补偿电阻丝RK（也称冷线），其电阻随着进气温度的不同而发生变化，起到一个参照标准的作用，在工作中，放大器使热线温度始终高于冷线温度100℃。
根据进气温度进行修正功率放大器控制供给电桥4个臂的电流。
RB是高阻抗的电阻，使电桥保持平衡。
当空气通过传感器时，热丝变冷，RH变小，使电桥失去平衡，此时放大器会自动增加供给热线的电流，使热线恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。
放大器所增加的电流取决于热线被冷却的程度，也就是取决于流过传感器的空气流量。
由于电流的增加，精密电阻RA的电压降也增加，这就将电流的变化转换为电压的变化。
这一信号输入电控单元ECU，用来指示流过传感器的空气量。
图1-41热线式空气流量传感器结构和工作原理
1—防护网；2—取样管；3—白金热线；4—温度补偿电阻；5—控制电路板；6—电接头
第五部分项目小结
本项目主要是对汽车直流电路的学习。
在汽车直流电路中，以汽车照明系统大灯的检修为重点，分析了汽车照明系统大灯不亮的故障现象，学习了电路的基础知识、电路及其基本物理量、电流、电压的参考方向、电路的三种状态、串、并联电路、基尔霍夫定律及汽车照明系统大灯的检测与维修。
同时也学习了惠斯通电桥电路的基本原理和应用。
一、维修项目：
汽车照明系统大灯的检修
1、故障现象：
汽车照明系统前大灯不亮。
2、汽车电源系由蓄电池与交流发电机两大部分构成。
3、故障分析与诊断：
汽车大灯照明电路故障。
二、直流电路
1．电路的基本概念
（1）电路的组成及作用：
任何一个完整的电路都是电源、负载和中间环节这三个基本部分组成，并按其所要完成的功能按照一定的方式连接起来的。
它的作用是：
能量的传输和转换、信息的传递和处理。
在分析与计算电路时，用理想电路元件及其组合来近似替代实际电路元件，即用电路模型进行分析与计算。
实际电路模型化的意义在于简化电路分析与计算。
（2）电路的基本物理量：
电流的实际方向是指正电荷的运动方向，电压的实际方向是指电位降低的方向，电动势的方向是指电位升高的方向。
电流和电压的参考方向可任意选定，当参考方向与实际方向一致时，其值为正，反之为负。
在未选定参考方向的情况下，电流与电压的正、负无任何意义。
当电流与电压选定一致的参考方向时，称为关联参考方向，反之办非关联参考方向。
在分析电路时，常取参考点的电位为零，电路中其他各点的电位等于该点与参考点之间的电压。
当参考点不同时，各点的电位不同，而各点之间的电压不变。
空载即电源开路，电流为零，电源端电压等于理想电压源电压
，此时电路不消耗功率。
短路通常是一种故障状态，这时电源端电压为零，短路电流
，电路功率全部消耗在电源内阻上，可将电源烧毁，应采取保护措施。
负载状态是电路的正常工作状态，这时电源放出的功率为
2．电路基本元件电阻、电容、电感
组成电路的元件通常有电阻元件、电感元件、电容元件等。
电阻为耗能元件，电感和电容元件为储能元件，分别储存磁场能量和电场能量。
在汽车电子电路中应用到很多电阻、电容和电感元件。
也用到很多特殊的电阻作为传感器来向汽车ECU传递信息，这些特殊电阻的代表有：
热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等。
3．电路的基本定律及基本分析方法
（1）欧姆定律：
它适用于线性电阻电路，当电阻两端的电流与电压取关联参考方向时，有
；当电阻两端的电流与电压取非关联参考方向时，有
。
（2）基尔霍夫定律：
基尔霍夫定律是电路分析的基本定律，它具有普遍适用性。
它适用于任一瞬时、任何电路任何变化的电流和电压。
它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
①基尔霍夫电流定律应用于节点，也可推广应用于广义节点。
列方程时，若选流入节点的电流为正，则流出节点的电流为负。
②基尔霍夫电压定律应用于闭合回路，也可推广应用于广义回路。
列方程时，首先在元件上设定电流、电压的参考方向和选定闭合回路的绕行方向。
当元件上电压参考方向和回路绕稍方向相同时取正，相反取负。
③支路电流法：
支路电流法是分析和计算电路的基本方法，它是以电路的全部支路电流为待求变量，应用KCL和KVL列出电流和电压方程，联立方程组求解支路电流的方法。
三、汽车照明系统
1．汽车照明系统由电源、照明灯具、控制装置等组成。
2．前照灯电路主要由灯光开关、变光开关、前照灯继电器及前照灯组成。
四、汽车照明系统前大灯不亮的检测与检修
①灯光控制开关的检测：
首先找到灯光控制开关的搭铁线，然后分别打开尾灯和大灯档位，由尾灯和大灯继电器线圈送至的线路端子应与搭铁线端子相通；
②大灯变光开关的检测：
开关处于近光位置时，大灯近光线路应与开关搭铁端子相通；开光处于远光位置时，大灯远、近光线路均与开关搭铁端子相通。
③前照灯控制继电器的检查：
用万用表的低电阻档检测继电器线圈电阻应符合技术标准；将12V电源和搭铁加于线圈两端时，触点两端子应导通。
④相关线路的检测：
根据线路的控制原理，可以利用分段法进行检测。
习题
1、利用瓦特定律计算汽车前照灯灯泡（60W）的电流和家用白炽灯（60W）的电流，并思考：
它们的灯丝谁的较粗?
2、利用瓦特定律计算汽车启动电机（1200W）的电流和家用吸尘器电机（1200W）的电流，并思考：
它们使用的导线可以互换吗?
3、现有一个汽车前照灯，灯上标有50W，12V字样。
请估算一下这只灯的灯丝电阻为多少？
如在12V电压下工作，流过的电流是多大？
4、求下图所示ab间的等效电阻RAB。
5、电路如下图所示，已知R1=R2=R3=1，US1=2V，US2=4V，试用基尔霍夫定律求I1、I2、I3。
6、简述汽车直流电路的常见故障
7、简述惠斯通电桥电路的工作原理
8、汽车照明系统前大灯不亮的检测方法。
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