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1、汽车电工与电子技术教学课件下载-样章.ppt 第一章 直流电路与分析,1.1 电路与电路模型,1.4 基尔霍夫定律,1.5 电路的一般分析,1.3 电压源、电流源及其等效变换,1.2 电路的三种状态,本章要求: 1、理解电路模型、电流、电压及其参考方向的概念，理解电位及其参考点的概念，会计算电路中各点的电位。 2、了解实际电压源与电流源及其等效变换，理解等效概念。 3、理解电能及电功率概念、电路的三种状态和电器设备的额定值。 4、熟练掌握基尔霍夫定律。 5、能运用基尔霍夫定律、叠加定理进行直流线性电阻电路的一般分析与计算。,第一章 直流电路与分析,1.1 电路与电路模型,1.1.1 电路,电路
2、是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。,1、 电路的组成,负载: 吸收 电能的装置,电源: 提供 电能的装置,传输控制器件导线和开关,2)实现信号的传递与处理,2、 电路的作用,1） 实现电能的传输、分配与转换,2、 电路的作用,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,直流电源: 提供能源,负载,信号源: 提供信息,2、 电路的作用,信号处理： 放大、调谐、检波等,3、电路元件与电路模型,手电筒的电路模型,为了便于用数学方法分析电路, 一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电
3、路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,例：手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,手电筒的电路模型,电池是电源元件，其参数为电源电压US 和内阻Ro；,灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；,筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,汽车电路举例： 后窗除霜装置,1作用 在较冷的季节，车窗玻璃上会凝结上一层霜、雾、雪或冰，从而影响驾驶员的视线。为了避免水蒸气凝结，
4、设置了除霜（雾）装置，需要时可以对风窗玻璃加热。,2组成和原理 1蓄电池；2点火开关；3熔丝；4除霜器开关及指示灯；5-除霜器（电热丝）。,简化电路,后窗除霜电路,1蓄电池；2点火开关；3熔丝；4除霜器开关及指示灯；5-除霜器（电热丝）。,1.1.2 电压和电流及其参考方向,1. 电路基本物理量,1）电流,电流的实际方向为正电荷的运动方向。 ,带电粒子（电子、离子等）的定向运动, 称为电流。用符号i表示, 即,当电流的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。,电荷在电路中运动，必定受到力的作用，也就是电场力对电荷做了功，或者说带电粒子在电场中运
5、动必然要做功。电场力做功的能力用电压来度量，电压的方向规定为由高电位点指向低电位点，并定义为：单位正电荷在电场力作用下，由a点运动到b点电场力所做的功，称为电路中a点到b点间的电压，即,在直流时，上式可写成 ：,2）电压,1.1.2 电压和电流及其参考方向,1.1.2 电压和电流及其参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,3） 电路基本物理量的实际方向,(2) 参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1) 参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,4） 电路基本物理量的参考方向,注意： 在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；
6、 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,5) 实际方向与参考方向的关系,I = 0.28A,I = 0.28A,电源电压为US =3V,例: 电路如图所示。,电流I的参考方向与实际方向相同，I=0.28A, 反之亦然。,电压U的参考方向与实际方向相反, U= 2.8V;,即: U = U,电压U的参考方向与实际方向相同, U = 2.8V,2.8V, 2.8V,元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。,电流和电压的关联参考方向,6） 电位 在电路中任选一点, 叫做参考点, 则某点的电位就是由该点到参考点0的电压。 如果已知a、 b两点的电位各为Va, Vb,
7、则此两点间的电压,即两点间的电压等于这两点的电位的差,1.1.3 电功率和电能,传递转换电能的速率叫电功率, 简称功率,用p或P表示。,1、电功率,在直流情况下 功率的单位为瓦特, 简称瓦, 符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。,从t0到t时间内, 电路吸收（消耗）的电能为,2、电能,直流时， 有,电能的SI主单位是焦耳, 符号为J, 在实际生活中还采用千瓦小时（kWh）作为电能的单位,简称为1度电。,所有元件接受的功率的总和为零。这个结论叫做“电路的功率平衡”。,3、电源与负载的功率判别,U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。,U、
8、I 参考方向相同，P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。,1） 根据 U、I 的实际方向判别,2） 根据 U、I 的参考方向判别,电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， （发出功率）；,负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （吸收功率）。,例 示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P。 解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联, 故 P1=U1I=44=16W (接受16W) P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联, 故 P2=U2I=(-8)4=-
9、32W (接受32W) P3=U3I=64=24W (发出24W) 整个电路的功率P, 设接受功率为正, 发出功率为负, 故 P=16+32-24=24W,图 1.5 例1.1图,1.2.1电阻元件,描述消耗电能的性质,根据欧姆定律:,即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系,线性电阻,金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的 导电性能有关，表达式为：,电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。,1.2电路的三种状态,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1、 欧姆定律,
10、U、I 参考方向相同时,U、I 参考方向相反时,表达式中有两套正负号： (1) 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；,(2) U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同。,U = I R,U = IR,解: 对图(a)有, U = IR,例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,电流的参考方向 与实际方向相反,电压与电流参 考方向相反,2、 电阻的串、并联,1）电阻的串联,特点: 1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R =R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电
11、压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用： 降压、限流、调节电压等。,2）电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点: (1)各电阻联接在两个公共的结点之间；,(2)各电阻两端的电压相同；,应用： 分流、调节电流等。,1.2电路的三种状态,1、电源有载工作,负载端电压,U = IR,1） 电压电流关系,1.2.2 电路的三种状态,(1) 电流的大小由负载决定。,2、 在电源有内阻时，I U 。,或 U = US IR0,当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载
12、能力强。,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,例：一只220V, 60W的白炽灯, 接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其 额定值，要能够加以区别。,解: 通过电灯的电流为,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I IN ，P PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),在220V电压下工作时的电阻,一个月用电,W = Pt = 60W(3 3
13、0) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h,特征:,开关 断开,2、 开路,(1) 开路处的电流等于零； I = 0 (2) 开路处的电压 U 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,电源外部端子被短接,3、 电源短路,(1)短路处的电压等于零； U = 0 (2)短路处的电流 I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,短路、断路汽车电气设备线路常见故障,1开路 （断路）故障（右图） 2短路（短接）故障（下图） 3接触不良（接触电阻过大）故障,1.3 电压源与电流源及其等效变换,1.3.1 电压源,电压源模型,由上图电路可得: U = US IR0,若 R0 = 0,理
14、想电压源 : U US,U0=US,电压源的外特性,电压源是由电源电压 US和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R0 RL ，U US ， 可近似认为是理想电压源。,理想电压源,O,电压源,理想电压源（恒压源）,例1：,(2) 输出电压是一定值，恒等于电动势。 对直流电压，有 U US 。,(3) 恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = 0,设 US = 10 V，接上RL 后，恒压源对外输出电流。,当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A 当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A,电压恒定，电 流随负载变化,1.3.2 电流源,U0=I
15、SR0,电流源的外特性,理想电流源,O,IS,电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。,由上图电路可得:,若 R0 = ,理想电流源 : I IS,若 R0 RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。,电流源,理想电流源（恒流源),例1：,(2) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；,(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = ；,设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。,当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V 当 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V,外特性曲线,I,U,IS,O,电
16、流恒定，电压随负载变化。,1.3.3 电压源与电流源的等效变换,由图a： U = US IR0,由图b： U = ISR0 IR0,US, 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。, 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。, 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言， 对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。, 任何一个电源电压 US和某个电阻 R 串联的电路， 都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。,例1:,求下列各电路的等效电源,解:,例2:,试用电压源与电流源等效变换的方法 计算2电阻中的电流。,解:,由图(d)可得,支路电流法以每个支路的电流为求解的未知量,1. 4 基尔霍
