汽车电路基础知识 (2)

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1、本章主要介绍的内容有：本章主要介绍的内容有： 1 1 电路的基本概念电路的基本概念 1.11.1描述电路的基本物理量描述电路的基本物理量 1.21.2电流、电压的参考方向电流、电压的参考方向 1.31.3欧姆定律欧姆定律 1.41.4电路与电路模型电路与电路模型 1.51.5电路的工作状态电路的工作状态 1.61.6电路元件电路元件 1.71.7电源元件电源元件 绪论 汽车电路基础知识绪论 汽车电路基础知识 2 2 电路基本定律电路基本定律 2.12.1电路的常用术语电路的常用术语 2.22.2基尔霍夫定律基尔霍夫定律 为了能够更好地了解电压、电流、电阻以 及半导体、导体和绝缘体等电学参数，在

2、 此需要介绍一些原子物理学的基本原理。 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 所有物质都由大约100种不同的元素构成。这些元素中 最小的组成部分是原子。大约2500年前，德谟克利特（ 古希腊学者）就提出了世界是由不可分割的微粒构成的 假设。由此得到了原子这个名称：a-tomos（原子）=不 可分割。 现在我们知道，原子是可分割的，由中子、质子和电子 组成。 有多种关于原子结构的理论。尼尔斯玻尔理论是电工 学理论中最为直观的一个。上图所示的原子模型即玻尔 原子模型。它表示了电子、质子和中子之间的相互关系 。人们假设，原子由一个原子核和一个原子壳组成。 该结构与行星体系的结构相似：行星（原子壳

3、）围绕太 阳（原子核）旋转。 原子核位于原子的中心。它由质子和中子构成。中子是 不带电荷的质量粒子。质子是带正电荷的粒子。质子和 中子的质量几乎相等。 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 锂原子结构图 1 电子 2 中子 3 质子 原子核带正电荷，原子的全部质量几乎都在原子原子核 上。 电子是带负电荷的粒子。原子壳内电子的数量与原子核 内质子的数量相等。质子或中子的质量大约比电子质量 大2000倍。 原子向外呈电中性。原子核和原子壳带有相同数量的电 荷（质子和电子）。相反电荷之间的电引力使原子核和 原子壳结合在一起。 电子可借助外部能量（例如光、

4、热和化学过程）达到更 高的能量级以及由此返回初始状态，在这个过程中同时 吸收或释放出能量。 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 电子 电子在围绕原子核的几 个圆形或椭圆形轨道上 移动。根据具体物质（ 例如铜、铅、铝）最多 有七条这样的轨道，这 些轨道由内向外用数字 1至7或大写字母K至Q命 名。在每条轨道上始终 只有特定数量的电子在 移动。每条轨道上电子 数量最多为： 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 在原子最外侧轨道上的电子也称作价电子。它们负责使不同原子结合在一 起。 原子倾向于让尽可能多的电子位于其最外侧的轨道上。为了达到这种状态 ，原子与其它原子形成化合物。 电子多于质子

5、或质子多于电子时将原子称为离子。离子一词来源于希腊语 ，表示迁移。 只有几个价电子的原子很容易释放出电子。随后原子的质子便多于电子， 从而变成阳离子。 带有较多价电子的原子很容易吸收其它电子，以便补充其最外侧的电子壳 。随后原子的电子便多于质子，从而变成阴离子。 由此产生的阳离子和阴离子相互吸引，形成紧密连接的化合物。从而产生 一种新的物质。至少包括两个原子的新化合物称为分子。 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 电荷载体 电荷载体可以是电子（金属电荷载体）或 离子（液态和气态电荷载体）。 由于外侧电子（价电子）与原子核的距离 相对较远，因此这些电子与原子核的连接 较弱。原子吸收能量（例

6、如热、光和化学 过程）后，价电子从原子外侧壳体上脱离 。形成所谓的自由电子。 自由电子从一个原子移动到另一个原子时 称为电子流动或电流。 电子流动不仅包括一个单独的自由电子， 而是包括很多自由电子。 自由电子的这种移动是不定向的，即没有 任何优先移动方向。 原子，电子和电荷载体原子，电子和电荷载体 正电荷与负电荷分别位于不同两侧时便产生了 电压电源。 电压电源始终具有带有不同电荷的两极。一侧 是缺少电子的正极。另一侧是电子过剩的负极 。 在负极与正极之间有一种电子补偿趋势，即两 极连接起来时电子由负极流向正极。这种电子 补偿趋势称作电压。 什么是电压？什么是电压？ 下面以车辆蓄电池为例说明电压

7、原理 车辆蓄电池内的电化学过程使电荷分离： 电子聚集在一侧（负极）， 另一侧缺少电子（正极） 两极之间产生一个电势差，即电压。（当两点如蓄电池 两极之间存在电子数量差时就会产生电压。） 电压的高低取决于电子数量之差。 如果用一个带有规定电阻的导体将蓄电池两极连接起来 ，电子就会从负极移向正极。电流一直流动，直至两极 之间不存在电势差或电路断路。 什么是电压？什么是电压？ 什么是电压？什么是电压？ 可按以下方式描述电压： 电压是施加在自由电子上的压力或作用力。 电压是产生电流的原因。 两点或两极之间产生电荷差时就会形成电压（压力）。 公式符号 电压的公式符号是大写的U。 计量单位 电压U的计量单

8、位是1伏特（V）。 什么是电压？什么是电压？ 测量电压 用电压表测量电压 。测量电学参数（ 电压、电流、电阻 ）时通常使用一个 数字万用表。 电压表始终与用电 器、元件或电压电 源并联在一起。 什么是电压？什么是电压？ 为了不影响待测电路，电压表内阻应尽可能大。 在电压电源上测量时测量瞬时电压。用电压表 测量时要注意以下几点： 必须设置电压类型，即交流电压或直流电压 （AC/DC）。 开始时应选择较大的测量范围（量程）。 测量直流电压时注意极性。 测量后要将电压表调到最大的交流电压量程 。 什么是电压？什么是电压？ 电压类型 1 直流电压 电压值和极性保持不变的电压称为恒定（理想）直 流电压。

9、 电压值变化和极性保持不变的电压称为直流电压。 最常用的直流电压电源包括原电池（蓄电池）、相 应的发电机（部分接有整流器）、 光电池（太阳能系统）和开关模式电源。在技术领 域还通常组合使用变压器和整流器。 什么是电压？什么是电压？ 什么是电压？什么是电压？ 一些直流电压电源示例 1.车辆蓄电池 2.纽扣电池 3.1.5伏电池 4.移动电话的充电电池 5.太阳能电池 在此有几个电压值示例 ： 闪电：几百万伏特 车辆点火时：15 000 V 车辆供电：12 V 电池：1.5 V至9 V 电压类型 2 交流电压 数值大小和极性不断变 化的电压和电流称为交 流电压和交流电流。 交流电压的典型代表是 家

10、庭常用的“来自插座 的电流”。 什么是电压？什么是电压？ 上图显示了一个正弦交流电压（u）随时间（t）变 化的情况。交流电压的特点是其方向呈周期性变化 。 在欧洲，交流电压为230 V，频率为50 Hz。该频率 （通常也称为电源频率）表示 每秒钟电流朝相同方向流动的次数。 在此有几个电压值示例： 高压架空线：最高400 000 V 有轨电车：500 V 欧洲家用电器：230 V 电话：60 V 什么是电压？什么是电压？ 电流是 指电荷载 体（例如 物质或真 空中的自 由电子或 离子）的 定向移动 。 什么是电流？什么是电流？ 电压是产生电流的原因。 只有在闭合的电路内才有电流流动。 电路由电源

11、（例如电池）、用电器（例如一个白炽灯泡 ）和导线组成。通过开关可使电路闭合或断开。 每个电导体都带有自由电子。电路闭合时，所施加的电 压使导体和用电器的所有自由电子同时朝一个方向移动 。 每个时间单位内流动的电子（电荷载体）数量就是电流 强度，俗称电流。每秒钟内流经导体的电子越多，电流 强度就越大。电流强度用电流表测量。 什么是电流？什么是电流？ 1.开关 2.电流表 3.电阻 公式符号 电流强度的公式符号是大写的I。 计量单位 电流强度I的计量单位是1安培（A）。 今天，电流是输送和提供能量的最重要方式之一。因此今天的所有照 明装置、大部分家用电器以及所有电子装置和计算机技术都用电能 驱动。

12、 电流的流动可通过各种不同的效应来决定。在此主要是热效应和磁效 应。 什么是电流？什么是电流？ 电流类型 根据电子移动方向将电流分为直流电流和交流电流。 1.直流电流 最简单的情况是，电流流动不随时间而改变。这种电流 称为直流电流（DC）。 直流电流有两个电流方向： -技术电流方向：从正极流向负极 -物理电流方向：电子在闭合电路内从负极流向正极。 什么是电流？什么是电流？ 在导体内的准确过程尚不清楚时，人 们认定电压电源外部的电流方向为 从正极流向负极。这种电流方向称 为技术电流方向。虽然当时这种假 设已遭到驳斥，但出于实际原因仍 保留了原来（历史）的电流方向。 因此，即使在今天仍将电路内部的

13、 电流方向规定为从正极流向负极。 为了了解电流流动机制并找出物质 的特定电气特性，人们考虑了电荷 载体的实际移动情况在一个闭合电 路内，负极排斥自由电荷载体（电 子），正极吸引自由电荷载体（电 子）。因此产生一个从负极流向正 极的电子流。该电流方向为物理电 流方向，又称为电子流动方向。 什么是电流？什么是电流？ 技术电流方向 物理电流方向 电流类型 根据电子移动方向将电流分为直流电流和交流电流。 2.交流电流 除直流电流外还有交流电流（AC）。交流电流是指以周期方式改变 其极性（方向）和电流值（强度）的电流。该定义也适用于交流电 压。交流电流的特点是其电流方向呈周期性变化。电流变化频率（ 通常

14、也称为电源频率）表示每秒钟内电流朝相同方向流动的次数。 例如欧洲家用电流的频率为50 Hz。 通过发电站的发电机产生交流电压/交流电流。为此发电机内的转 子旋转360度。由此产生一个极性变化的电压，即正弦曲线形式的 电压。欧洲最重要的交流电压是230 V电源。其频率为50 Hz。这相 当于发电机内的转子每秒钟旋转50圈。 什么是电流？什么是电流？ 电流类型 根据电子移动方向将电流分为直流电流和交流 电流。 3.脉动电流 如果在一个电路中直流电源和交流电源可同时 起作用，就会产生脉动电流。因此，周期电流 是直流电流与交流电流叠加的结果。 什么是电流？什么是电流？ 测量电流 电流表始终与用电器串联

15、在一起。 为此必须断开电路导线，以将电流 表加入电路中。测量时电流必须流 经电流表。 电流表内阻应尽可能低，以免影响 电路。 用电流表测量时要注意以下几点： 注意电流类型，即电路中流过的是 交流电流还是直流电流（AC/DC）。 开始时应选择尽可能大的量程。 注意直流电流的极性。 测量后要将电流表调到最大交流电 压量程。 什么是电流？什么是电流？ 电流夹钳 另外一种测量电流的方 法是使用电流钳。如果 待测电流强度10 A，那 么用电流夹钳测量电流 的优势非常突出。另一 个优点是测量电流强度 时无需打开电路。 什么是电流？什么是电流？ 电流强度的一些示例： 闪电：100000 A 铝熔炼炉：大约15000 A 电焊：500 A 起动机：最高250 A 有轨电车：大约50 A 熨斗：2 A 彩色电视：最高1 A 白炽灯泡（100 W）：230 V时为0.45 A 便携式计算器：0.007 A 什么是电流？什么是电流？ 电流密度 电流密度表示一个导体内电子挤压在一起时的紧密程度。电子越多且越紧 密的聚集在一起，电子撞击原子的频率就越高、强度就越大。相撞时释放 出热能。导体的温度升高。该过程可能会持续进行，直至导体赤热或燃烧 。 导体温度升高不仅受电流强度I的影响，而且还受到导线