汽车电工电子技术基础第一章--直流电路课件.ppt

汽车电工电子技术基础教学PPT重庆安全技术职业学院幸益佳2012年9月开场白（两课时）v一、教材分析v教材为杨艳芬主编，国防科技大学出版社出版的汽车电工电子技术基础。v本教材属专业基础教材，内容以列举要点为主，简单明了。v对于原来没有学习类似知识的学生来讲，用该教材自学会有困难，因此教学中很多内容仍然需要详细讲解。v教材的内容紧扣后续专业课汽车电子，故教材中涉及汽车电子的内容是教学考核的重点，要特别提出来进行强调。v专业教学要突出技能，因此教材中安排的一些实训要尽量想办法实施。v课后作业都要求学生完成。v二、学生分析v来自职高和普高的学生在班级中几乎一半对一半。v教材中直流电路、电磁学原理等章节的内容对来自普高的学生来讲没有问题，但涉及电子技术的内容，若按教材教学，学习难度较大。v对于来自职高的学生来说，虽然电子技术的内容学过，并且当时所用教材比现用教材的内容要多一些，难度也要大一些，但就我对现在职高教学状况的了解，因为学生对技术没有实习过，知识的掌握是不牢固的，所以也有详细讲解的必要。v三、教学思路v1、按教材的逻辑组织教学，强调涉及汽车电子的内容。v2、补充电路图识图方法的教学并进行相应训练。v3、辅导完成课后全部作业。v4、适当安排一些实物教学和实验、实习教学，适时进行必要的技能训练。v5、教授一些学习方法（如用斐波纳契数2、3、5、8帮助掌握知识要点等注：在讲授文字旁边标注的如【2】等数字即为符合斐波纳契数的知识要点数），板书体现知识重组。第1章 直流电路（18课时）v1.1概述v1.1.1电路及电路图v1.电路的组成v电路一般由电源、用电器、导线和开关组成。v电路组成的最大特点是，回路！即，不管开关闭合还是断开，只要是包含有所有电路组成部分，电路在结构上就是一个闭合的环路。v从上述意义来看，接入电路的任何元器件都至少具备两个连接端钮。v2.电路图v用元器件图形符号表示实际电路中各元器件之间连接关系的图形称为电路原理图。v电路原理图既表达了电路中各元器件之间的连接关系，也通常会标注元器件的参数和电路参数，因此能看懂这样的电路图就能明白电路的工作原理。v从某种意义上讲电路图就是电工、电子技术的专业语言，这与语言、文字是语文课的专业语言，符号和表达式是数学课的专业语言一样。因此可以这样认为：不识电路图，就学不好电工、电子技术。v我们应该把学习识读电路图作为专业学习的重点。小贴士：怎样学习识读电路图v看懂电路图的基础是理解、掌握电路的工作原理，记忆电路图的技巧是关注每一只元器件端口的连接。除此之外，以下方法对熟练识图电路图很有帮助。v1、多看，混个眼熟。v2、多读，混个嘴熟。实际上是思路熟。v3、多画，混个手熟。不过画图很讲方法。v4、多实际操作，包括经常地模仿制作一些小电路，搞一些电路维修等，这是对电路元器件及电路本身的身体感觉。丰富的因感觉而获得的感性知识能帮助对电路图的理解和记忆。汽车应用v汽车上的照明系统是典型的直流电路。v汽车上的电源有蓄电池和发电机两种【2】蓄电池在汽车为运行时向有关设备供电，发动机运行后再取代蓄电池向有关设备供电并同时对蓄电池充电。v汽车的车架充作连线，称为“搭铁”。v1.1.2电路的三种状态【3】v1.通路：电路一般的正常的工作状态，也称有载工作状态。v2.断路：又称开路、空载状态，就是电源与部分或者全部负载的连接断开。v3.短路：又称过载状态，就是电源或者负载两端被电阻接近于“零”的导体直接接通。v电路短路时由于电流无法流经负载，负载不能正常工作，同时有的负载也可能会因此被损坏。v倘若电源两端出现短路，则极容易烧毁电源，甚至由此引起火灾。v防止因电路短路引起负载损坏或火灾事故的常用办法就是：在电源与负载之间串接保险丝。v1.1.3汽车电路的特点v1.低压直流供电：柴油机车辆大多采用24V电源供电，汽油机车辆大多采用12V电源供电。v2.单线制：即利用汽车发动机、底盘和车身等【3】金属部件作为各种电器设备的公共连线，使得电气设备到电源只需要另设一根导线。v3.负极搭铁：采用负极搭铁方式的优点是汽车车架和车身均不易锈蚀，且汽车电器对无线电设备如汽车音响、通信系统等的干扰也较正极搭铁方式小得多。【2】v1.2电路的基本物理量v电路的基本物理量不多：电流、电压（电位和电动势）、电阻、电功（电功率），不管是分析电路还是描述电路元件，只使用上述物理量就足够了！这就是基本物理量的意义。v1.2.1电流v有两层含义，一是指一种物理现象：自由电荷的定向移动。再就是描述电流大小的物理量即电流强度的简称。v1、电流强度大小的表达式和单位v一般表达式：i=dq/dt，直流情况下：I=Q/tv国际单位：基本单位安培，简称“安”（A），加字头M、K（大写）、m、n（小写）分别称为兆安、千安（基本单位的百万倍、千倍）和毫安、微安、纳安（基本单位的千分之一、百万分之一、十亿分之一），字头间的进位为千进位。v2、电流的方向v实际（正）方向：正电荷定向移动的方向。v参考正方向：任意假定，用代数方法进行计算，以计算结果的正负符号确定电流的实际正方向。v1.2.2电压、电位和电动势v电压是电流的原动力，电位是表示电压的一种形式，而电动势却是衡量电源将其他形式能量转换成电能能力大小的一个物理量。所以三者之间既有区别又有联系。v1.电压v1）电压的定义及表达式v在电路中，如果设正电荷由a点移动到b点时电场力所做的功为dw,则a、b两点间的电压v一般表达式：uab=dw/dq，直流情况下：U=W/Qv国际单位：基本单位伏特，简称“伏”（V），加字头M、K（大写）、m、n（小写）分别称为兆伏、千伏（基本单位的百万倍、千倍）和毫伏、微伏、纳安（基本单位的千分之一、百万分之一、十亿分之一），字头间的进位为千进位。v2)电压的方向v实际（正）方向：高电位点指向低电位点，即电位降的方向。v参考正方向：任意假定，用代数方法进行计算，以计算结果的正负符号确定电流的实际正方向。v3）关于关联参考方向v在对电路进行分析和计算时，电压和电流参考方向的假定原则上是任意的。但是为了方便，元件上的电压和电流常取一致的参考方向，称为关联参考方向。v2.电位v电位是度量电势能大小的物理量，在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功，即v一般表达式：u=dw/dq，直流情况下：V=W/Qv单位同电压。v电压与电位的关系为：uab=ua-ub。v电压就是电位之差。电位的高低与参考点的选择有关，可正可负，但是两点之间电压的大小与参考点的选择无关。v3.电动势v电源内部非电场能量转化成电场能量，非电场力做功。衡量这种非电场力做功能力的物理量就是电动势。v在数值上电动势的大小等于将单位正电荷从电源负极移动到电源正极所做的功，用Es表示。v电动势的方向在电源内部由低电位指向高电位，即由电源负极指向正极。单位也同电压。v1.2.3电阻v1.电阻的概念v自由电子在运动的过程中会不断地与金属中的离子发生碰撞，从而阻碍了其定向移动，这种阻碍作用就称为电阻，用符号R或r表示。单位为欧姆（）。加字头M，K叫兆欧（M）、千欧（K），千进位。v1k=103，1M=106v2.电阻定义及表达式v电阻的定义为：当导体两端加1V电压，通过的电流为1A时，导体的电阻就是1。v R=U/Iv称为定义式，也称量度式。v上述定义式，如果表述成“导体的电阻与加在导体两端的电压成正比，与流过其中的电流成反比”就大错特错了，这是只注意运用语文工具，借助数学表达方式，但不注意概念的物理意义的结果。v电阻的决定式为：v R=v用上述表达方式就是正确的，即：一段导体的电阻与导体的长度成正比与导体的横截面积成反比，系数是与材料相关的参数，称为电阻率，说明电阻值的大小与做导体的材料有关。v1.2.4电功和电功率v1.电功v电流通过负载时对负载所做的功称为电功，用符号W表示。在一段电路中，电流对负载所做的功与负载两端的电压U（V）和通过负载的电流I（A）以及通电时间t（s）成正比，其表达式（也是定义式）为：vW=UItv电位，国际单位是焦耳（J），工程上常用电位为千瓦时（KWh），俗称“度”。v1度=1KWH=3.610Jv电功率v电流做功的效率，即单位时间电流所做的功，表达式为：P=W/t.v电功率的国际单位是瓦特，简称瓦（W），加字头M、K、m等可有兆瓦、千瓦、毫瓦等，进率为千进位。v1.3电阻、电容和电感元件v电路元件又称电路模型，是对实际电路元件的理想化，抽象化，一个电路元件符号仅代表一种电路特性。v1.3.1电阻元件v1.电阻元件的特性v仅代表元件消耗电能的特性。v字母符号为R，图形符号v设元件两端的电压与其中的电流的方向为关联参考方向则电阻元件的功率p=ui=u/R0，表明电阻总是消耗能量的。v研究电路元件的特性常用伏安关系和伏安曲线，电阻元件的伏安特性受欧姆定律约束，曲线如下图v图中曲线过原点表明元件为即时元件，即元件的激励和响应只与元件当前的状况有关，与元件的历史状况无关，或者说元件本身没有记忆特性；曲线关于原点对称，分布在一、三两个象限说明元件没有极性，使用时不用考虑接向；曲线为一条直线，表明元件的特性不受电压、电流大小及变化的影响，称为线性元件。【3】v2.电阻器的作用v电阻器是用碳及镍镉合金等材料制成一种具有一定阻值的电路元件。在电路中单独使用能起降压和限流作用，与电容、电感等电路元件配合和可以起到滤波、定时等更多的作用，是电子电路中使用最广泛的电路元件。v3.常用电阻器v电阻器按阻值是否可变分为固定电阻和可变电阻两大类，当然按其他分类标准电阻可以有更多种类，如按制作材料分为碳膜电阻、金属膜电阻、氧化膜电阻等等。电路基础v1.3.2电容元件v仅代表储存电场能量的电路特性。v实际电容器通常由两块金属板中间充满绝缘介质构成，电容器加上电压后，两块极板上将出现等量一号电荷，并在两极板间形成电场，存储电荷。_+qqUv字母符号为c，图形符号v电容器极板上存储的电量q与外加电压u成正比，即，电容量c的定义式（量度式）为c=q/uv在国际单位制中，电容（电容量的简称）为法拉（F）。当将电容器充上1V的电压时，极板上若存储了1C的电量，则该电容器的电容量就是1F。工程上长采用微法（F）或皮法（pF），F、F、pF百万进位。即，v Cui1F=106 F1 F=106pFv当电容器上的电压与电流取关联参考方向时，电容器的伏安关系为vi=dq/dt=cdu/dt，是微分的关系。v该式表明，电容元件上通过的电流与元件两端的电压相对时间的变化率成正比。电压变化越快，电流越大。当电容元件两端加恒定电压时，因du/dt=0，则i=0，这时电容元件相当于开路，故电容元件有隔直流的作用。v该特性常简称为电容器的“隔直通交”特性。v将上式两边乘以电压u并取从0到u的定积分，可得到电容元件极板间存储的电场能量的公式，为：v1.3.3电感元件v仅代表储存磁场能量的电路特性。v实际电感通常由线圈构成，当电感线圈通以电流时，将产生磁通，在其内部和周围磁场，存储磁场能量。v字母符号为L，图形符号i(t)+-u(t)(t)N (t)+-u(t)iLv电感上的磁通量与电流成正比，即，电感量l的定义式（量度式）为v L=/iv在国际单位制中，电感（电感量的简称）为亨利（H），当线圈中的电流变化率为1A/s，产生1V的电压时，则该感线圈的电感量（电感）就是1H。工程上长采用毫亨（mH）或微亨（H），H、mH、H千进位。即，1H=103 mH1 mH=103 Hv当电感上的电压与电流取关联参考方向时，电感的伏安关系为vu=-eL=d/dt=Ldi/dt，也是微分的关系。v该式表明，电感元件两端的电压与电流相对时间的变化率成正比，电流变化越快，电感元件产生的自感电动势越大，与其平衡的电压也越大。当电感元件中流过稳定的直流电流时，因di/dt=0，eL=0，故u=0，这时的电感元件相当于短路。v该特性常简称为电感元件的“隔交通直”特性。v将上式两边乘以电压i并取从0到i的定积分，可得到电感元件中存储的磁场能量的公式，为：v从上述电容元件和电感元件的陈述中，不难发现，电容元件和电感元件的某些特性刚好成为“相对”的关系，其实这种情况在电路、磁路以及电路与磁路之间都存在，称为“对偶关系”，学习中理解和掌握这些对偶关系，可以帮助建立知识系统，减少记忆量。这也是一种学习的好方法。电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q(1)元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2)若若把把 u-i，q-，C-L，i-u互互换换,可可由由电电容容元元件件的的方程得到电感元件的方程；方程得到电感元件的方程；(3)C 和和 L称为称为对偶元件对偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。结结论论v1.4欧姆定律v1.4.1部分电路欧姆定律v不含电源的一段电路称为部分电路。v部分电路欧姆定律的表述为：流过电路的电流和加在这段电路两端的电压成正比，与这段电路的电阻成反比。v一般表达式：i=u/R，直流状况下：I=U/R。v部分电路欧姆定律适用于线性电阻元件，对于电解液导电也基本适用，但对气体导电不适用。v1.4.2全电路欧姆定律v全电路是指含有电源的闭合回路。电源以外的电路称为外电路，外电路的电阻R（或者RL）称为外电阻；电源内部的电路称为内电路，电源内部的电阻r（或者R0）称为内电阻。v全电路欧姆定律：全电路中流过的电流，其大小与电源的电动势成正比，而与电路的全部电阻成反比。v外电路总电阻上的电压称为外电压，也称为路端电压。根据部分电路欧姆定律可知，U=IR=E-Ir。v对于给定的电源，E和r是不变的，由上式可知，v当R，即负载开路时，I=0，U=E,利用这一特点可用电压表测量电源的电动势。v1.4.3焦耳定律v电流流过导体时会产生热量。v焦耳定律：电流通过导体时，电流产生的热量Q与电流I的平方、导体的电阻及通电时间t成正比。v电流的热效应既有有利的一面，也有不利的一面。v有利一面如：白炽灯、熔断器、电热器具等。v不利一面如：导线发热。v1.5电阻串联电路与电阻并联电路v许多电路元件，不管性质相同还是不同都可以组成串联和并联电路，但本书仅介绍电阻元件的串并联。v1.5.1电阻串联电路v1.串联电阻的特点及相关公式v几个电阻首尾相联，中间没有分支，这种联接方式，叫做电阻的串联。v串联连接的最大特点就是“无分支”！v串联电阻的特点如下【5】v1）由于电路无分支，故任一电阻中流过的电流相同。v2）等效电阻等于各电阻之和。v3）串联电阻分压，但各电阻上的电压之和等于总电压。v4）因为各串联电阻流过同一电流，故电阻分压与其阻值成正比。v5）因4）中道理，串联电阻中的电功率分配也与电阻值成正比。v2.串联电阻的应用v1）用于降压。如电压表扩大量程。v2）用电位器改变输出电压（分压）。如音响中的音量控制。v3）用来控制输出电流（限流）v注意：以上应用仅限于小电流电路！注意：以上应用仅限于小电流电路！v1.5.2电阻并联电路v1.并联电阻的特点及相关公式v将几个电阻首与首相联，尾与尾相联，这种联接方式叫做电阻的并联。v一定理解“首与首”、“尾与尾”相连的含义，要直接，中间不要夹杂其他元件。并联电阻是有分支的电路，“首”相连“尾”相连，是这种分支的特点。v并联电阻有如下特点【5】v1）由于所有电阻“首”在一起，“尾”在一起，因此承受的是同一电压。v2）等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和。电阻的倒数称为电导，用字母G，因此从电导的角度，等效电导等于各电导之和。v G=G1+G2v3）各支路对总电流进行分流。但各支路电流之和等于总电流。v4）因为各支路电阻承受同一电压，故各支路的电流与本支路的电阻成反比。但从电导的角度看各支路的电流则与本支路的电导成正比。v5）因4）中道理，并联电阻中的电功率分配也与电导值成正比。v2.并联电阻的应用v1）用于分流，如电流表扩大量程。v2）多电器使用，都是并联的。并联电路的的优点各用电器能单独工作，互不影响。v串联和并联是元件最基本的连接，但是还是有不少人在判断元件是串联还是并联的问题出错，主要原因是没有把元件串联、并联的本质特点搞清楚。串联的本质特点是“无分支”，并联的本质特点是各元件都承受“同一电压”。v串联和并联具有对偶关系v串联并联；串联中电阻并联中电导；串联中电压并联中电流，如此这样它们的公式便有统一的格式。大家可以自行列表比照。v1.6基尔霍夫定律v电路元件的串联、并联以及既有串联又有并联的混联，不管参与连接的电路元件有多少，电路看起来有多么复杂，都称为简单电路。一句话，凡是能通过用串并联方法等效的电路都是简单电路。凡是不能通过用串并联方法等效的电路，不管电路元件有多么少，电路看起来多么简单，都是复杂电路。v欧姆定律是分析和计算电路的基本定律，但在复杂电路中的分析和计算中需要应用基尔霍夫定律才能解决问题。v几个基本概念v1.支路：由一个或一个以上的元件所组成的中间无任何分岔的电路称为支路。v2.节点：三条及三条以上支路的连接点称为节点。v3.回路：电路中任一闭合的路径称为回路。v4.网孔：如渔网一样，在内部不含任何支路的回路称为网孔。v1.6.1基尔霍夫第一定律v基尔霍夫第一定律简称KCL，又称节点电流定律。v基尔霍夫第一定律以节点为观察点，以节点电流为研究对象，其内容为：在任一时刻，流入该节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即vI入=I出，v称为节点电流方程。v如果规定流入节点的电流为正值，流出节点的电流为负值，或者相反，则上述方程也可以表述为vI=0v节点电流定律表达的意义是电流连续性原理的反映，就是说电流在节点上既不会堆积，也不会被抽空，进了多少一定会出去多少，没有进的一定没有出的。v节点电流定律也适用于广义节点，所谓广义节点，就是指任何一个封闭面或闭合回路。v若两个电路之间只有一根导线连接，则这根导线中的电流一定为零，这就是（工作）电路必须是回路的道理。v节点电流定律对每个节点都使用，但如果一个电路有n个节点，虽然可以得到n个节点电流方程，但其中只有n-1个方程是独立的。v1.6.2基尔霍夫第二定律v基尔霍夫第二定律简称KVL，又称回路电压定律。v基尔霍夫第二定律以回路为观察点，以回路电压为研究对象，其内容为：在任一回路，从任意点以顺时针或逆时针沿回路绕行一周，则所有支路或元件上的电压之代数和等于零，即vU=0，v称为回路电压方程。v如果把回路中的电动势E看做电位升，电压U看做电位降（可用正负号来区分）则上述方程也可以表述为沿任一回路电位的升一定等于电位的降，即有vE=Uv回路电压定律表达的意义是电位平衡的原理，也就是说回路中电动势使电位升多少，则电阻就会让电位降多少。因此如果回路中没有电动势，那么绕回路一周所有电压降的代数和一定为零。v回路电压定律也适用于广义回路，所谓广义回路，是指回路的部分回路，包括电路的断开部分，借此可以求得回路的开路电压。v任意电路只有按网孔列出的回路方程才是独立的。v1.6.3用基尔霍夫定律求解电路v基本的方法有三种，即支路电流法、回路电流法、节点电位法。v本书仅介绍支路电流法，这是用基尔霍夫定律解题最基本的方法。v支路电流法解题就是直接以支路电流为未知量，分别用基尔霍夫第一和第二定律列出所需方程。v有多少支路就有多少方程，但根据第一定律只能得到比节点数少一的独立节点方程，差缺方程都由回路电压方程解决。