优质实用课件精选——汽车电工电子基础课件(完整版).ppt
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1、汽车电工电子基础,授课讲师:XXX,1、是一门汽车类专业的专业基础课, 2、是汽车维修技术中所应用的电工电子基础知识,3、是汽车电气系统维修所必备的基本知识。,1、课堂认真听讲,课后用少量时间复习。 2、注重理论与实践相结合,培养分析解决实际问题的能力。,学习本课程的意义:,学习本课程的原则:,1、直流电路 2、正弦交流电路 3、三相交流电路 4、电磁学的应用 5、发电机与电动机 6、安全用电 7、半导体二极管及晶体管的应用 8、集成运算放大器及数字电路基础,本书主要讲授内容:,单元一 直流电路,知识目标: 电路的组成及基本概念 电路模型 电位的计算 电路分析的常用方法,能力目标:能用万用表测
2、量直流电路中电流、电压、电阻 能解决直流电路中的联结问题,第一节 电路的组成及其基本概念,一 电路: 电流流经的闭合路径称为电路(由电工设备和导线联接组成),电路的组成 电源(将非电能转化成电能的装置) 中间环节(把电源与负载连接起来) 负载(将电能转化成非电能的设备),电路的分类 电力电路:传输、转换和分配电能 电信电路:传递、变换和处理信号,由干电池(电源)、小电珠(负载)和开关(中间环节)三部分组成的手电筒电路是电力电路,由话筒、放大器、扬声器组成的扩音器电路是电信电路,在电路理论中,信号源(或电源)提供的电压或电流称为激励,由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。,激励和响应,电
3、路分析就是在已知电路的结构和元件参数的条件下,分析电路的激励与响应之间的关系。,电路模型,将实际元件理想化,在一定条件下考虑电路元件的主要性质忽略其次要性质,使之尽可能用简单的数学式表达,这样经过简化的元件称为理想元件或元件模型。,理想的电路元件主要有:电阻元件、电容元件、电感元件及电压源和电流源等。,用理想电路元件代替实际电路元件而构成的电路称为电路模型。,电路理论不是研究实际电路的理论,而是研究由理想元件构成的电路模型的理论,常见元件的图形符号,图1-3 手电筒的电路模型,电流强度:单位时间内通过导体某一横截面的电荷量称 为电流强度,简称电流,电流的形成:带电粒子(电子、离子等)在外力作用
4、下有规则的定向运动就形成了电流。,二 电流,电流强度单位: A、mA、A,电流参考方向:可以任意假设,选定参考方向之后,电流才有正负之分;与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值,I=?,电流实际方向: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方向,电流的方向,如不特别说明,以后在电路中标注的电流方向均为参考方向。,在分析电路时,首先假定电流的参考方向,并据此分析计算,然后再从答案的正、负值来确定电流的实际方向,“实际方向”是物理中规定的,而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,直流电路与交流电路: 设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq, 则任
5、意瞬时通过该截面的电流为 i= dq/ dt 若i= dq/ dt为常数,则这种电流为恒定电流,简称直流在直流电路中上式可以写 : I=Q/t 若i= dq/ dt不是常数,大小与方向上都在发生变化,则这种电流为交流电路。,对电流要从大小、方向及单位三个方面来进行描述,缺一项则没有意义。,电压:电场力把单位正电荷由A点移到B点所作的功在数值上等于A、B两点的电压,是衡量电场力做功能力的物理量.,三 电压,uab=dw/dq,电压单位:V=10-3kV=103mV,直流电压:U= w/q,1V=,电压实际方向: 规定从高电位点指向低电位点为电压方向,即电压降的方向,电压参考方向:可以任意假设,与
6、实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值,电压的方向,电压是标量,但在分析电路时,和电流一样,也说他们具有方向。,关联方向:电压与电流的参考方向一致,则称电流与电压为关联参考方向。 非关联方向:若电流与电压的参考方向相反,则称电流与电压为非关联参考方向。,虽然电压的参考方向可以任意设定,但一般情况下总是选择关联参考方向。,如不特别说明,以后在电路中标注的电压方向均为参考方向。,电压标注的方式有以下三种:,极性符号表示,参考方向由正指向负。,双下标表示,参考方向由a指向b 。,箭头表示。,注意:,1.电压是针对电路中某两点之间来说的,描述电路中的某一点或多于两点的电压是没有任何意义的。,2.与
7、电流一样,对电压的描述也要求指出电压的大小、方向及单位,缺一不可。,练 习,1.在图中,Uab=-5V ,试问a,b两点哪点电位高?,解:Uab的参考方向为由a指向b,而Uab0,实际方向同参考方向相反,即电压实际方向为b指向a,故b点电位高于a点电位。,a,b,2.在下图中,U1=-6V,U2=4V,试问Uab等于多少伏?,解;在两元件之间设点c,如图所示。则 Uab=Uac+Ucb =U1-U2 =(-6-4)V=-10V,Uab是否表示a端电位高于b端电位。,电流值和电压值的测量,1.电流 在实际中,将电流表串接在电路中来测量某支路的电流,测量时要注意选择电流表的量程、极性(直流表),以
8、减小误差、保护仪表。由于电流表必须串接入电路中,往往显得不太方便,在测量电阻上的电流时,可以测其电压然后根据欧姆定律换算出流经电阻的电流。根据电流值选择线路导线时,要查阅电工手册,注意选择导线的线径,以防止线路因电流过大而烧坏。,2.电压 电路中两点间的电压可用电压表测量,测量时只需将表笔并接于被测电路的两点之间即可,注意选择电压表合适的量程和极性(直流电压表)。,注意:电压表和电流表的连接都要根据实际方向来进行,不能靠参考方向来进行。,四 电动势,电动势:是衡量电源力做功能力的物理量,在数值上等于电源力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功,电动势参考方向:可以任意假设,与
9、实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值,电动势实际方向:在电源内部由低电位指向高电位端,是电位升高的方向,直流电动势的表示方法:,五 电 位,电压是什么?,电压实际上是电路中两点之间的电位差,它只能说明一点的电位高,另一点的电位低,以及两点之间的电位差是多少,并不能说明电路中某一点的电位是多少。,电位定义: 电位就是电场力把单位正电荷从电路中某点移动到参考点所做的功,(通常设参考点电位为零,电位符号用V表示,单位与电压单位相同) 根据上述电压、电位的定义,可以证明:电路中任意两点之间的电压就等于这两点间的电位差,即: UAB=VA-VB,某点电位为正,说明该点电位比参考点高; 某点电位为负
10、,说明该点电位比参考点低。,(2)电位值是相对的,参考点选取的不同,电路中 各点的电位也将随之改变;,(3) 电路中两点间的电压值是固定的,不会因参考 点的不同而变, 即与零电位参考点的选取无关。,(1)参考点可以任意选择,一个电路只能同时选择一个参考点;,电路中的参考点:,借助电位的概念采用习惯画法可以简化电路图。,电路图习惯画法:对于有一端接地的电压源不再画出电压源符号,而只在电源的非接地端处标明电压的数值和极性,,例1:有一电路如1-6所示,问(1)零电位参考点在那里?画电路图表示出来。(2)当将电位器Rp的滑动触点向下滑动时,A,B两点的电位增高了还是降低了?,图1-6,解:(1)零电
11、位参考点在正负电位之间的C点,如图所示,(2)电流为I=(12+12)/(Rp+R1+R2),根据UDA=VD-VA,则A点的电位为VA=VD-UDA=12-IR1。根据UEB=VE-VB则B点的点位为 VB=VE-UEB=-12+IR3 当电位器 的滑动触点向下滑动时Rp增大电流I减小,则 VA增大,VB 减小。,解: 图中B点的电位VB=3V,可以理解为B点与零电位参考点O之间接有E2=3V的理想电压源,其“+”端接B点,“-”端接O点。同理Vc=-6V,可理解为C点与参考点O之间接有E1=6V理想电压源,“-”端接C点,“+”端接O点,而A点是悬空的。因此,上图可改画成下图的形式。,例2
12、:计算下图中所示电路中A点的电位,VB=3V, Vc=-6V。,I=(E1+E2)/(R1+R2)=(6+3)/(3+2)=1.8mA,3V,例3:求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解: 设 a为参考点, 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点,即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90
13、V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,b,a,练 习,1.如下图所示,试求图中A点和B点的电位。如将A,B两点直接连接或接一电阻,对电路工作有无影响?,解:对左边回路:VA=820/(12+8)V=8V,对右边回路:VB=416/(4+4)V=8V,可见A,B两点等电位。如将A,B两点直接联接或接一电阻,对电路工作无影响,2.如下图a所示,在开关S断开和闭合的两种情况下试求A点的电位。,解:将原电路改画成上图b所示电路。 S断开时 I=【(12+12)/(20+3.9+3)】mA=0.892mA A点电位 VA=-20I+12=
14、-5.84V,S闭合时 I=【12/(20+3.9)】mA=0.502mA VA=3.9I=1.96V,电位计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点,设其电位为零; (2) 将电路补充完整 (3) 标出各电流参考方向并计算; (4) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,六 功率,电功率:是电路元件在单位时间内吸收或释放的电能,或者说电能对时间的变化率,简称功率。,在直流电路中,功率用大写字母P表示 功率P=UI=I2R=U2/R,电压、电流取关联参考方向 1.若P0,表明该元件吸收功率,属于负载性质,电流从“+”端流入。 2.若P0,表明该元件产生功率,属于电源性质,电流从“+”端流
15、出。,电源和负载的判断方法:,电源和负载分别是吸收功率还是释放功率?,电路有空载、短路、有载工作三种状态,现在以图1所示的简单直流电路为例来分析电路的各种状态。,七 电路的三种状态 :空载、短路、有载,图1-,E为电源电动势,R0为电源内阻,RL为负载电阻,有载工作状态 当上图开关S闭合时,电路中有电流流过,电源输出电功率,负载取用电功率,这称为有载工作状态。,有载工作状态特点:,1.电路中电流I=E/(R0+RL),2.负载电阻两端的电压U=RLI=E-R0I,当电源内阻极小时,UE,由上式可见,电源端电压小于电动势,两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降R0I。电流愈大,则电源端电压下降
16、的愈多。,3.又因为UI=EI-R0I2则P=PE-P式中PE=EI,是电源产生的功率;P=R0I2,是电源内阻上损耗的功率;P=UI是电源输出的功率。,例:在下图中,U=220V,I=5A,内阻R01=R02=0.6。(1)试求电源的电动势和负载的反电动势;(2)试说明功率的平衡,解: (1)电源 U=E1-U1=E1-R01I E1=U+R01I=220V+0.65V=223 V 负载 U=E2+U2=E2+R02I E2=U-R02I=220V-0.65=217 V,(2)有(1)中两式可得,E1=E2+R01I+R02I,等号两边同乘I,则得E1I=E2I+R01I2+R02I2,E1
17、I=2235W=1115W是电源功率 E2I=2175W=1085W是负载取用功率 R01I2=15W电源内阻功率 R02I2=15W负载内阻功率,谁是电源? 谁是负载?,空载状态 当开关断开时,电路电流为零,这称为空载,也称为开路,电源端电压称为开路电压,等于电源的电动势,负载电压为零。,I=0 U1=E;U2=0 PE=P2=0,电路空载特征:,短路状态 当电路两端的导线由于某种事故而直接相连,这时电源输出电流不经过负载,只经过导线直接流回电源,这种状态称为短路状态,简称短路。,I=Isc=E/R0 U2=0 PE=I2scR0=E2/R0 P2=0,电路短路状态的特征:,为了保证电气设备
18、和器件能安全、可靠和经济地工作,制造厂规定了每种设备和器件在工作时所允许的最大电流、最高电压和最大功率,称为电气设备和器件的额定值,常用下标符号N表示,如IN,UN,PN。又称铭牌值。 满载:电气设备和器件应尽量的工作在额定状态,这中状态又称为满载。能保证电气设备工作可靠,而且具有足够的使用寿命。,轻载:电气设备低于额定值的工作状态称为轻载,得不到正常的工作情况,不能充分利用设备的工作能力。,过载:电气设备高于额定值的工作状称为过载,会导致过热,绝缘层破坏,长时间过载会缩短设备的使用寿命损坏电气设备。,1.电路及电路模型,2.电流,3.电压,4.电动势,5.电位,6.电功率,7.电路的三种工作
19、状态 8.电气设备的三种工作状态,第二节 电阻,电荷在电场力的作用下在导体中移动时遇到的阻力称为电阻,材料的电阻仅与自身因素有关,用公式表示:,上式中 是与材料有关的物理量,称为电阻率,其单位m,L为材料的长度,S为材料的横截面积。电阻的单位为:,电阻的符号如图1-所示,(a)图为线性电阻,(b)为非线性电阻。,在关联参考方向下,当=是常数时,该电阻称为线性电阻,其伏安特性曲线为通过原点的一条直线。,电阻元件的功率为:,电阻是耗能元件,即总是消耗能量的。,在国际单位制中电阻单位:欧姆(欧),线性电阻与非线性电阻,线性电阻:如果电阻值始终为一常数,其大小仅取决于材料的性质,而与加在其两端的电压和
20、与流过其电流无关,这种电阻称之为线性电阻。,非线性电阻:如果电阻不是一个常数,其大小不仅取决于材料的性质,而与其所处的外界因素有关,例如温度、光照等,这种电阻称之为非线性电阻,如光敏电阻,其电阻值与光照有关。,二、电阻器的分类与标记,电阻器是汽车电气电子设备中用得最多的基本元件之一。,1、电阻器的用途:,1、控制和调节电路中的电流和电压。 2、用作消耗电能的负载。,2、电阻器的分类:,按阻值分固定电阻器和可调电阻器(常称为电位器); 按材料分-碳膜电阻器、金属膜电阻器、线绕电阻等; 按功率分-1/16、1/8、1/4、1/2、1、2; 按精确度分-精确度为5%、10%、20%等普通电阻器, 精
21、确度为0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%的精密电阻器。,3、固定电阻器,电阻器型号: 命名方法根据国家规定,如表1-7所示。,电阻器型号标称实例:,电阻型号命名方法,电阻器阻值的标注方法有两种: 直标法、色标法。,(1)直标法,3W3 表示阻值为3.3W,允许误差5%; 5M1 表示阻值为5.1MW,允许误差10%; 1K8 表示阻值为1.8KW,允许误差20%,将电阻器的阻值和误差直接用数字和字母印在电阻上(无误差标示为允许误差20%)。也有采用习惯标记法的,如:,(2)色标法,色标法-用颜色表示元件的各种参数并且直接标志在产品上的一种标志方法。,表1-1 常用电阻器色码与数值的对应表
22、,银,10%,36000,5%,1.87k,1%怎么用色标法表示,10,电阻器额定功率的识别:,电阻器的额定功率指电阻器在直流或交流电路中,长期连续工作所允许消耗的最大功率。,有两种表示方法: 2以上的电阻器-直接用数字印在电阻体上; 2以下的电阻-以自身体积大小来表示功率。,在电路图上表示电阻器功率时,采用图1-12所示的符号。,2、可调电阻器,一般称为电位器。,从形状分-圆柱形、长方体等; 从结构上分-直滑式、旋转式、带开关式、带锁紧装置式、多联式、多圈式、微调式、无接触式等; 从材料上分-碳膜、合成膜、有机导电体、金属玻璃釉、合金电阻丝等;,欧姆定律,欧姆定律的内容:流过电阻上的电流与加
23、在电阻上的电压成正比,与该电阻的阻值成反比。,当电流、电压参考方向选择相同(关联)时见图1-(a)所示,用公式表示为:,当电流、电压参考方向选择相反时(非关联)见图1-(b)所示,用公式表示为:,(1-11),(1-10),一个式子中有两套正负号,参考方向不同加负号,电压和电流本身还有正值和负值之分。,例1.应用欧姆定律对下图中的电路列出式子,并求电阻R。,解:a). R=U/I=(6/2)=3,b). R=-U/I=-6/(-2)=3,c). R=-U/I=-(-6/2)=3,d). R=U/I=(-6/-2)=3,解: (a) Uab和I参考方向一致,故I=Uab/R=(-6/3103)=
24、-2mA I0,表明I的实际方向同参考方向相反。 (b) 设三个元件的联接点为d,则 Uab=Uad+Udb=5I1+5I2=52+5(-1)V=5V Ubc=Udb+Udc=-5I2-5I3=-5(-1)-5(-3)V=20V Uca=U=+Uda=5I3-5I1=5(-3)-52V=-25V,例2.计算I和U,电阻元件特性: 电阻元件是表示电路中消耗电能,反映电流热效应这一物理现象的理想电路元件。是从实际电阻器中抽象出来的如灯、电炉等用做消耗电能的负载 ,用字母R表示。,电阻这个名词即表示电路元件,又表示元件的参数,电阻作用:控制和调节电路中的电流和电压,对各种电热器件如电熨斗、电烙铁、电
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