直流电路浅解幻灯片剖析

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1、直流电路基础知识浅解 项目一 直流电路基础知识 知识目标： 了解电流、电压、基本概念，掌握其单位及单位的换算； 了解电阻的概念和电阻与温度的关系； 掌握欧姆定律，熟练应用欧姆定律进行计算； 理解电能和电功率的概念，掌握焦耳定律，掌握电能、电 功率的计算。 技能目标： 会使用直流电压表、电流表 会用万用表测量直流电压、直流电流和电阻。 任务一 电路 1.1 电路的组成 电路是由电源、导线、开关和负载四大部分组成。下图是 直流电动机控制回路，通过开关（开或关），闭合状态下 才能正常工作 电能转化成其他形式的能（机械能，光能 ，热能） （1）电源 电源是电路的源泉/能量源，它为电路提供电 能。 （2

2、）导线 导线构成电路的通路。传递电作用。 （3）开关 开关是控制电路通、断的电器（设备）， （4）负载 负载是消耗电能的设备。如电灯、风扇、 1.2 电路的物理量 1.2.1 电流 1.电流的形成。电流就是电子在电场力作用下有 规则的定向运动。（可以理解为河道中的流水向 一定方向移动） 2.电流强度 单位时间内通过导体截面电荷量的多少称为电流 强度。它是表征电流大小的物理量。（可以理解 为流水速度的快慢 流速） 电流强度的单位为安培，简称安，符号为A。 图1-6电流的形成 （a）未通电状态（b）通电状态 设在t时间内，流过截面S的电荷量为Q，则电流强度 为 （瞬时） 如果电流的大小和方向都不随

3、时间的变化而变化，则称为 稳恒直流电，简称直流电。其数学表达式为 1.2.2 电压、电位、电动势 1电压（负载二端有电流的前提条件是二端存在电压） 下图是水的循环流动示意图。我们以水的循环流动来说明 电流在电路中的流动原理。 流和水流有着相似的规律，如图1-10所示，要想形成图中 电流，必须在白炽灯两端存在电位差（类似水槽的水位差 ）。 A、B极板之间的电位差称为A、B两点之间的电压UAB。 电压的正方向规定为：由高电位指向低电位，即从电源的 正极指向负极。电压的方向用“”、“-”号来表示。 电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。 图1-9水流方向图1-10电动势、电压说明图 1.2.3 电流、

4、电压的测量 1电流的测量 测量时将表的两个接线端串联在电路中（千万不可并联在 电路上），表的“”端为电流的流入端；表的“”端为电 流的流出端。根据表针所指示的刻度，读出电流的大小。 2电压的测量 测量时将表的两个接线端并联在被测电压的两端 ，测量时 表的“+”接线端接被测电压的正极，“-”接线端接被测电压 的负极。根据表针所指示的刻度，读出电压的大小。 1.3 电阻 1.3.1导体的电阻 1.导体电阻的概念 图1-14所示是电子在导体中流动示意图。图1-14a和图1- 14b是不同的两种导体材料，材料内的原子结构不同，导 体对电子流动呈现出的“阻力”不同；图1-14c是同一种导体 材料，由于材

5、料的截面积不同，导体对电子流动呈现出的 “阻力”不同。导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻，用 符号“R”来表示，其基本单位为欧姆（）。较大的单位有 k和M。（类似河道中的石头对水流流动有阻碍作用） 其换算关系为1M=1000k、1 k=1000 图1-14 电子在导体中流动示意图 a)导体中“障碍物”少b)导体中“障碍物”多 c）导体截面积不同电子所受阻力不同 2.导导体的电电阻率与温度系数 1）电阻定律 导导体电电阻的大小与导体的电阻率和导体长度成正比，与 导体的横截面S成反比，用公式表示为 电阻是耗能元件，它将电能不可逆地转换为热能。 电阻的标称阻值的标注方法 1.直标法 主要参数直接标注

6、在电阻器的外壳上。 表示电阻器的商标； RJ“R”代表电阻器，“J”表示电阻器由金属材 料制作而成； 1W表示电阻器的额定功率为1W； 5.1k表示电阻器的的电阻值为5.1k； 5%电阻值的允许偏差值为5%。 电阻的标称阻值的标注方法 2.数码法 用3或4位阿拉伯数字来标注电阻的阻值 472表示： 104表示：4501表示： 1123表示： 电阻的标称阻值的标注方法 3.色标法 用不同颜色的色环或色点表示电阻的阻 值和允许误差。 （重点） 使用最多的标注方法 电阻的标称阻值的标注方法 案例：色环电阻的识别 例：识别某四环电阻电阻： （棕绿红金） 解 ：第一位有效数字：3； 第二位有效数字：3；

7、 第三位10的5次方（即100000）； 第四位允许误差为5% 即阻值为：33100000=3.3106=3.3M 敏感电阻器实物 压敏电阻 光敏电阻 正温度热敏 电阻PTC 汽敏电阻 负温度热敏 电阻NTC 湿敏电阻 1.3.2 电阻的测量 测量电阻用欧姆表。图1-17是用指针式万用表的欧姆挡测 量电阻，测量前先将万用表的旋转开关旋到电阻挡，然后 将两表笔短路校零（两表笔短路的同时旋转表盘上的校零 可调电阻，使表针指到右边零刻度）。测量时两表笔搭在 被测电阻的两端，表针指示的刻度既是被测电阻的阻值。 如果被测电阻连接在电路中，测量时必须将电阻与电路断 开，更不允许电路带电测量。 图1-16

8、电阻元件的电路符号 图1-17电阻的测量 1.4 欧姆定律 电阻电路的欧姆定律可表述为： 流经电阻的电流与加在电阻两端 的电压成正比，与电阻的阻值成 反比，其表达式为 1.4.1电电阻电电路欧姆定律 一段只含有电阻、而不含有电源 的电路，称为电阻电路，如图 欧姆定律只适应于线性电阻电路，即当电压和电流变化时 ，电阻的阻值不变。图1-20a是线性电阻的伏安特性曲线 。某些电阻元件，如半导体二极管的正向电阻、白炽灯的 灯丝电阻，它们不遵循欧姆定律，伏安特性曲线是一条曲 线，这种电阻称为非线性电阻，它的阻值随工作电压的变 化而变化，如图1-20b所示。 a）线性电阻的伏安特性 b）非线性电阻的伏安特

9、性 图 1-20 电阻的伏安特性曲线 案例1 电烙铁发热量不足 2.电路参数发生了变化，使电路工作不正常 案例现象 某电气维修工使用的一把电烙铁发热量不足，不知是什么 原因。电烙铁的正常工作参数为：电压220V，电流90mA 。 图1-25 电烙铁 a) 电烙铁外形 b)等效电路 案例分析 电烙铁的发热体就是一个线绕电阻，如图1-25b所 示。发热量不足一是外加电压低于220V，二是电 烙铁的工作电流小于正常值。 用电压表测量220V电源电压，为正常值；用电阻 表（万用表的欧姆档）测量电烙铁的发热体电阻 ，阻值为3.1k。 根据欧姆公式，计算电烙铁的实际电流为 I=U/R=220/3.1k=7

10、1mA 由于71mA40W，白炽灯处于较强的过载状态，虽然发 光亮度增加，但白炽灯的寿命大大下降。 案例总结 一切电器，工作在额定状态是最佳状态，我们要尽量使电 气设备工作在额定状态。在购买电器设备时，要认真核实 设备的使用条件，一是要和电源相符；二是要和电器驱动 的设备相匹配。 W 任务二 直流电路分析 2.1 电阻的串并联 2.1.1 电阻的串联 将两个或两个以上的电阻首尾依次相接，这种连接方式 称为串联，如图2-2所示。 电阻串联电路的特点 （1）串联电路的总电阻等于各串联电阻之和 总电阻的 表达式为 图2-2 电阻的串联 （2）各电阻中通过的是同一电流 根据欧姆定律，串联电 路的电流为

11、 （3） 串联电路两端的总电压等于各电阻上的分电压之和 总电压的表达式为 （4）串联电路具有分压作用 串联电路各电阻上的电压 与电阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的电压也越大， 各电阻上分得的电压为 根据串联电路总电阻等于分电阻之和，有 R = RO + RX k RX = R - RO =100 k- 1k=99 k 在表头上串联一个99k的电阻，即可将表头改装 为一只10V量程的电压表。 （PACK基本原理） 案例3 利用电阻串联降压限流 案例叙述：图2-6是电阻串联电路，分析其工作原理。 案例分析：图2-6a是指示灯电路(指示灯可等效为一个电阻 )，为了限制指示灯中电流，根据串联分压原理

12、，通过串 联电阻分压，使加在指示灯上的电压U2为合适值，使指示 灯正常发光。图2-6b降压原理和图2-6a相同，发光二极管 也可以看作为一个电阻。该电路是电子设备上广泛使用的 一种指示电路。 图2-6c是电阻串联在高压电路中的一种应用。电路总电压 为310V，为了提高电路的工作可靠性，降低加在电阻上的 电压值，采用了4个相同阻值的电阻相串联，每个电阻上 分得的电压为310V/4=77.5V。 图2-6 电阻串联电路 a)电阻与指示灯串联采用在一条支路中多个 电阻串联来均分功率、均分电压，以此来提 高电路的工作可靠性、方便电路的安装，是 电工和电子电路经常采用的方法。 b)电阻与发光二极管串联

13、c)电阻在高压电 路中串联 2.1.2 电阻的并联和混联 将两个或两个以上的电阻首、尾分别接在一起，使电流有 多条通路，这种连接方式称为并联，如图2-7所示。 1电阻并联电路的特点 （1）各并联电阻两端的电压相等 ； （2）并联电路的总电流等于各电阻中电流之和，即 (2-5) （3）并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和 ，即 图2-7电阻的并联 （4）并联电路具有分流作用，并联电路中流过电阻的电 流与电阻的阻值成反比，阻值越小，流过的电流越大；阻 值越大，流过的电流越小。当有两个电阻并联时，其分流 公式为 ， （5）各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比 并 联电路中电阻的阻值越小

14、，消耗的功率越大；阻值越大， 消耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和，其数 学表达式为 P = P1 + P2 + P3 （4）并联电路具有分流作用，并联电路中流过电阻的电 流与电阻的阻值成反比，阻值越小，流过的电流越大；阻 值越大，流过的电流越小。当有两个电阻并联时，其分流 公式为 ， （5）各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比 并 联电路中电阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大， 消耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和，其数 学表达式为 P = P1 + P2 + P3 2. 电阻的混联 在一个电路中，既有电阻串联又有电阻并联，称为混联电 路。图2-9就是一个电阻混联电

15、路。在计算混联电路时， 将电路中串联或并联的电阻按串联或并联的计算方法一步 步进行化简，最后求出整个电路的等效电阻值。 图2-9 电阻的混联电路 【例2-1】混联电路如图2-10所示，已知，V，试求电路 的总电阻R和总电流I。 解： 图2-10 例2-1图 案例1 工作在电网上的负载都为并联 3活学活用 案例叙述：工作在电网上的各种负载都为并联工作，为什 么？ 案例分析：图2-11是电网中的一条火线和一条零线，火线 和零线之间的电压为220V。在火线和零线上并联着各种用 电负载。图2-12是计算机、扫描仪、打印机并联在一起的 情况。 图2-11 并联负载 根据并联电路各电阻上（各负载）所加电压

16、相同的特点， 在电力供电系统中，采用负载并联的运行方式。供电系统 为用电器提供一个相同的额定电压，各种负载都要按照这 个额定电压设计电路。例如我国民用市电的额定电压为 220V，各种用电器的额定电压也都是220V，只要买了按照 我国标准电压生产的电器，在我们国内都能用。我们可以 想象一下：如果我们国家的低压（指220V）标准有多种， 电器的电压标准也有多种，使用起来是何等的麻烦。 图2-12三个负载并联 案例2 电阻保护并联 案例叙述：在高压电网和高压电路中，为了防雷，装有避 雷器；在低压电路中，为了防止电路过压，安装压敏电阻 ，避雷器和压敏电阻是怎样对电路进行保护的？ a) b) c) d) 图2-15 电阻保护并联 案例分析：电网防雷保护原理是根据电阻和电网并联，电 网和电阻上加的是同一电压，当雷电超过了电网的工作电 压（避雷器的导通电压），避雷器导通，将雷电流通过避