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1、1,第1章汽车照明电路设计,1.1 电路与电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 功率和电能 1.4 电压源和电流源 1.5 受控电源 1.6 常见电路负载元件 1.7 汽车照明电路设计,2,本章学习目的及要求,本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在学习中 给予足够的重视。 通过本章学习要求理解理想电路元件和电路模型的概念； 理解电压、电流及其参考方向的概念；深刻理解和掌握参 考方向在电路分析中的应用。 在实际应用中，利用电路元件的基本连接方法，进行电动车 照明电路的设计。,3,1.1 电路与电路模型,电力系统中:,负载：,1.1.1 电路,电路由实际元器件构成的电流的通路。,电路组成
2、,电源：,可将其他形式的能量转换成电能、向电路提供电能的装置。,可将电能转换成其他形式的能量、在电路中接收电能的设备。,中间环节：,电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件统称为中间环节，如导线、开关及各种继电器等。,电路的功能,电子技术中:,电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。,电路可对电能进行传输、分配和转换。,4,1.1.2 电路模型,在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研究，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，即用抽象的理想电路元件及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。,电源,负 载,负载,S,中间环节,手电筒的实体电路,手电筒
3、的电路模型,5,白炽灯的电路模型可表示为：,实际电路器件品种多，电磁特性多元而复杂，,如,直接画在电路图中困难而繁琐，且不易定量描述。,R,L,消耗电能的电特性可用电阻元件表征,产生磁场的电特性可用电感元件表征,由于白炽灯中耗能的因素远大于产生磁场的因素，因此L 可以忽略。,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可定量分析和计算。,白炽灯电路,6,理想电路元件分有有源和无源两大类,电阻元件 只具耗能的电特性,电容元件 只具有储存电能的电特性,理想电压源 输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定,理想电流源 输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定,无源二端元件,有源二端
4、元件,电感元件只具有储存磁能的电特性,7,电路模型研究问题的特点,1.主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，,其中电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算；,2.研究与实际电路相对应的电路模型，实质上就是,探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。,1.元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行,其次要因素可以忽略的理想电路元件；,2.任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等且元件端电压的值确定。,集总参数电路元件的特征,8,检验学习结果,电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？,何谓理想电路元件？其中“理想”二字在实际电路的含义？,集总参数元件有何特征？,9,电流(强度) 单位时间内通过导体横截
5、面的电荷。,电流的大小：,稳恒直流情况下：,1.2 电路的基本物理量,1.2.1 电流,电流的单位及换算：安培(A)=库仑(C)/秒(s),1A=103mA=106A=109nA,电流是一个有方向的物理量，仅指出大小是不够,的，规定以正电荷移动的方向为电流的真实方向。,10,(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；,(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。,(4) 参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向 下进行，实际方向由计算结果确定。,(3)电阻（或阻抗）一般选取
6、关联参考方向，独立源上一般选取非关联参考方向。,(5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时，切不可把它们混为一谈。,参考方向,11,1.2.2 电压,a,电位V是相对于参考点的电压。参考点的电位:Vb=0；a点电位： Va=E-IR0=IR,电压U是反映电场力作功本领的物理量，是产生电流的根本原因。电压的正方向规定由“高”电位指向“低”电位。,b,+ U ,12,电压的定义式为：,单位换算：,1V=10-3KV=103mV=106uv,电压和电流一样，也是一个有方向的物理量。,（1）实际正方向：规定为从高电位指向低电位。 （2）参考正方向：任意假
7、定的方向。 注意：必须指定电压参考方向，这样电压的正值或负值才有意义。,（1-4）,13,列写电路方程时，电压、电流的正、负是以电路图上预先假定的参考方向为依据的，若计算结果为正值，说明电压、电流的真实方向与参考方向相符，否则相反。,注意,14,定义：电位是一种由电路中的位置所确定的势能，具有明显的相对性其高低正负取决于电路参考点。,1.2.3 电位,理论上电路参考点的选取是任意的，但实际应用中经常以大地作为零电位点。,15,有些场合下，设备和仪器的底盘或机壳与接地装置相连时，也常选取与接地装置相连的机壳作为电路参考点；电子技术中为方便于问题的分析和研究，还常常把电子设备的公共连接点作为电路参
8、考点。,某点电位在数值上等于该点与参考点之间的电压。,当电路参考点改变时，该电位随参考点发生变化，但它与原来参考点之间的差值不会发生改变。,电位的定义式为：,16,电压和电位是衡量电场力作功本领的物理量；电路中两点间电压的大小只取决于两点间电位的差值，是绝对的量；电位是相对的量，其高低正负取决于参考点。,电压和电位的区别,17,电源和负载的区分,U、I非关 联方向时， 假定元件 是电源。,为了便于分析电路，应预先在电路图上标示出电压、电流的方向，电路图上的电压、电流方向称为参考方向，原则上可以任意假定。 元件究竟是电源还是负载，应由元件上电压、电流的实际方向决定：实际方向关联时，元件是负载；实
9、际方向非关联时，元件是电源。,U、I关联 方向时， 假定元件 是负载。,18,电路如图所示，分别以A、B 为参考点计算C 和D 点的电位及C 和 D两点之间的电压。,以A为参考点时,VC = 3 3 = 9 V,VD= 3 2= 6 V,UCD = VC VD = 15 V,以 B 为参考点时,VD = 5 V,VC = 10 V,UCD = VC VD= 15 V,练一练,19,1.2.3 功率和电能,单位时间内电流做的功称为电功率，用“P ”表示： 在直流电路中功率可表示为：P=UI,功率,20,当电压和电流为关联参考方向时，用公式p=ui或P=UI计算；当电压和电流为非关联参考方向时，用
10、公式p=ui或P=UI计算。 当计算的功率p0时，表明该时刻二端元件实际吸收（消耗）功率；当计算的功率p0时，表明该时刻二端元件实际发出（产生）功率。,21,电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。电流做功的同时伴随着能量的转换，因此电功的大小可以用能量来量度，即：W=UIt,式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】,若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KWh】。,电能,22,1度电的概念,1000W的电炉加热1小时；,100W的灯泡照明10小时；,40W的灯泡照明25小时。,日常生活中，家用电度表就是用来测量电功的装
11、置。只要用电器工作，电度表就会转动并且显示电流作功的多少，即电功的大小不仅与电压、电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。,23,【例1-1】如图1-8所示的电路，已知元件A的电压U=5V，电流I=2A；已知元件B的电压U=4V，电流I=2A，试求元件A、B的功率是多少，并说明是吸收还是发出功率。,图 1-8 例 1-1 图,24,解： 图1-8（a）中元件上的电压与电流为关联参考方向，在关联参考方向下显然是把元件假想为一个负载，因此元件吸收的功率为,元件吸收负功率，实际上发出功率，因此该元件实际上是一个电源。,25,图1-8（b）中元件上的电压与电流为非关联参考方向，在非关联参考方向下显然是
12、把元件假想为一个电源，因此元件发出的功率为,元件发出正功率，实际上吸收功率，因此图1-8（b）中元件实际上是一个负载。,26,p吸 = u i,p吸 0 ，说明元件实际发出功率10W。,例 U = 10V， I = - 1A,P吸= UI = 10 (-1) = -10W,练一练,1. u、i取关联参考方向,2. u、i取非关联参考方向,p吸 = u i,例 U = 10V， I = - 1A,P吸= UI = 10 (-1) = 10 W,p吸 0 ，说明元件实际吸收功率10W。,27,1.4 电压源和电流源,电源中能够独立向外提供电能的电源成为独立源（电压源和电流源）； 不能向外提供电源的
13、称为非独立源（受控源）,28,3.伏安特性：,平行于电流轴的一条直线。,端电压是一定值，即US恒定。I由电源和外电路共同决定。,2.基本特点：,电路符号,1.4.1 电压源,能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。,1.定义及符号：,29,开路,4.理想电压源的开路与短路：,短路,理想电压源 不允许短路！,5.理想电压源上的功率计算：,关联参考方向下,P发=UI P吸=UI,非关联参考方向下,P发=UI P吸= UI,30,1.4.2 电流源,2. 基本特点：,3.伏安特性：,1. 定义及图符号：,能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。,电源供出的电流恒定，电源两端的电压由它和外电路共同决定。,
14、平行于电压轴的一条直线。,31,开路,4.理想电流源的开路与短路：,短路,理想电流源 内阻无穷大,理想电流源 不允许开路！,光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。,32,5.理想电流源上的功率计算：,关联参考方向下,P发=ISU P吸=ISU,非关联参考方向下,P发=ISU P吸= ISU,33,理想电压源和理想电流源的串、并联,1.理想电压源的串联,US= USk,注意参考方向,US= US1 U S2,串联,34,2.理想电压源的并联,电压相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。,并联,35,3.理想电流源的串联与并联：,IS= ISk,注意参考方向,IS= IS1+ IS2 IS
15、3,电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。,串联,并联,36,【例1-2】图1-13所示电路，IS=1A，试分析电路中各元件的功率。,图1-13 例1-2图,【解】,流过电压源的电流由和它相连的电流源决定，IS=1A。电压源的电压和通过的电流为关联参考方向，其功率为,P=UI=101=10W，大于0，所以，电压源吸收的功率为10W。,37,P=UI=301=30W，小于0，电流源吸收的功率30W，即发出了30W的功率。,因此，整个电路中的总功率为零。,电流源的端电压与它相连的电压源决定，电流源的电压电流为非关联参考方向，其功率为,电阻的功率为 P=UI=
16、201=20W，大于0， 即电阻吸收了20W的功率。,38,1.5 受控电源,1. 定义,2. 电路图符号,受控源的电压或电流不像独立源是给定函数，而是受电路中某个支路的电压（或电流）的控制。,受控源和独立源的相同点：两者都是电源，可向负载提供电压或电流。,受控源和独立源的不同点：独立电源的电动势或电流是由非电能量提 供的，其大小、方向和电路中的电压、电流无关；受控源的电动势或 电流，受电路中某个电压或电流的控制，它不能独立存在，其大小、 方向由控制量决定。,39,受控源分类,40,含有受控源的电路分析要点一,可以用两种电源等效互换的方法，简化受控源电路。但 简化时注意不能把控制量化简掉。否则会留下一个没有控制 量的受控源电路，使电路无法求解。,含有受控源的电路分析要点二,如果一个二端网络内除了受控源外没有其他独立源， 则此二端网络的开路电压必为0。因为，只有独立源产生控 制作用后，受控源才能表现出电源性质。 求含有受控源电路的等效电阻时，须先将二端网络中 的所有独立源去除(恒压源短路处理、恒流源开
