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1、电工电子技术与技能,温风燕 主编,课题一 直流电阻电路的故障检测 任务一 学习直流电阻电路基础知识 一、电路的组成 二、电路的状态 三、电路的基本物理量 四、欧姆定律 五、电阻串并联及混联电路与应用,一、电路的组成,图1-1 手电筒电路,图1-1手电筒电路电路就是电流所流经的路径。常见的手电筒电路就是一个最简单的电路，如图1-1所示。 组成电路的基本部件是：电源、负载、控制和保护装置及连接导线等。,一、电路的组成,表1-1 常用的电路元件及符号,表1-1是一些常用的电路元件及符号。通常将这些理想化的元件用理想导线(没有电阻)适当组合连接起来即可表示实际电路，即为电路图。,一、电路的组成,图1-
2、2 手电筒电路图,图1-2所示为手电筒的电路图。其中E和R0的串联组合反映实际电源(干电池)的情况，R反映灯泡的发热(发光)情况。,二、电路的状态,1.通路 通路也称为闭合电路，此时电路中会产生电流，如图1-6a所示。 通路特征：电路中有电流，用电器工作。 2.断路 断路也称为开路，此时电路某一处断开，不再有电流，如图1-6b所示。 断路特征：电路中无电流，用电器不工作。 3.短路 不经过用电器，直接用导线将电源正负极相连的电路叫短路,如图1-6c所示。 短路特征：短路电流很大，往往会损坏电气设备或引起火灾。,图1-6 电路的状态,三、电路的基本物理量,1.电流 2.电位和电压 3.电动势 4
3、.电能和电功率 5.电阻及电阻定律,1.电流,(1)“电流”的含义 在闭合电路中，电荷在电源的作用下规则地定向移动形成电流，其大小用单位时间内通过导体横截面的电荷量来表示。大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，也称为直流。这时电流大小可表示为 I=q / t 式中，q是t时间间隔内通过导体横截面的电荷量。电流的单位是安培，简称安，用大写字母A表示。此外，对于较大的电流可以用千安(kA)作单位，较小的电流可以用毫安(mA)或微安(A)作单位，它们之间的关系是 但是在实际问题中，电流的真实方向往往难以在电路图中标出。为了解决这样的困难，引入参考方向这一概念。参考方向又叫假定正方向，简称正方向
4、。,1.电流,图1-9 电流的真实方向,(2)电流的真实方向和参考方向 形成电流的电荷，可能是正电荷，也可能是负电荷，习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的方向，如图1-9所示。,1.电流,图1-10 电流的参考方向,在图1-10中，实线箭头是选定的参考方向，虚线箭头表示的是该段电路中电流的真实方向。其中图1-10a表示电流真实方向与参考方向一致，电流I是正值；图1-10b表示二者相反，电流I是负值。,1.电流,图1-11 电流正负值的讨论,在图1-11a中选定的参考方向向右(用实线箭头表示)，电流I+0.5A；在图1-11b中选定的参考方向向左，电流I=0.5A。二者参考方向不同，数值符号相反
5、，但是实际上是同一个电流。,2.电位和电压,图1-12 水往低处流,水总是从高处流向低处，高处的水位高，低处的水位低，它们之间存在水位差而形成水流，如图1-12所示。,2.电位和电压,图1-13 电压的参考方向,电压的参考方向根据习惯可以用三种方法表示，如图1-13所示。用箭头的指向来表示，它由假定的高电位端指向低电位端；用“+”、“”符号分别表示假定的高电位端和低电位端；用双下标字母表示，图1-13可用AB表示其参考方向，第一个下标A表示假定的高电位点，第二个下标字母B表示假定的低电位点。,3.电动势,图1-15 水泵与水流,要保持水持续流动，需要不断用水泵向水槽A中抽水，如图1-15所示。
6、同理，要使电流持续流动，需靠电池不断提供电能。,3.电动势,图1-16 电动势及其参考方向,电池(电源)具有使电流持续流动的能力，这种能力用电源的电动势E表示，单位为伏(V)，方向从电源的负极“”指向电源的正极“+”。 如图1-16中，图a所示是电动势的真实方向，E=+5；在图b所示的参考方向下，E5；在图c所示的参考方向下，E+5V。以后电路中标出的均为物理量参考方向。若电动势已知极性，则参考方向的标注应尽可能和真实方向一致。,图1-17 电动势与电压,对于图1-17所示的电源，E和UAB的参考方向刚好相反。这是因为它们的物理意义不同：电动势的参考方向表示电位升；电压的参考方向表示电位降。但
7、它们反映的是同一客观事实。A点电位比B点电位高，所以EUAB。,3.电动势,4.电能和电功率,(1)电能 在导体两端加上电压U，通过导体的电流为I，则电路所消耗的电能为 W=UIt (2)电功率 电功率是用电设备单位时间所消耗的电能，用字母P表示，其表达式为,5.电阻及电阻定律,表1-2 常用电工材料的电阻率(),对于一根均匀截面积的金属导体来说，在保持温度(如20)不变的条件下，它的电阻值与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比，还与材料的导电能力有关，即,式中，为导体材料的电阻率，单位为欧米(m)；l为导体的长度，单位为米(m)；S为导体的截面积，单位为平方米(m2)。这就是导体的电阻定律
8、。 不同的金属材料，有不同的电阻率。表1-2列出了常用电工材料的电阻率(20)。,1.部分电路的欧姆定律,图1-18 部分电路,四、欧姆定律,图1-18所示为一个电阻构成的部分电路。实验证明，流过电阻的电流I，与电阻两端所加的电压U成正比，与电阻的阻值R成反比，这就是部分电路的欧姆定律，即,还可以改写为 或,2.全电路的欧姆定律,图1-19 全电路,四、欧姆定律,全电路是指含有电源的闭合回路，如图1-19a所示。图中点画线框为电源的内部电路，叫内电路。电源内部的电阻叫内电阻，用字母r表示。内电阻也可以不单独画出，只在电源旁边予以注明，如图1-19b所示。电源外部的电路叫外电路。,全电路的欧姆定
9、律内容是：闭合电路的电流与电源电动势成正比，与整个电路的电阻(内电阻和外电阻之和)成反比。其数学表达式为,四、欧姆定律,式中，R为负载电阻；r为电源的内阻；E为电源的电动势。Ir是指电源内阻上的电压降；IR=U是指电源向外电路输出的电压，简称外电路电压，也叫电源的端电压，因此全电路的端电压,在一般情况下，电源的电动势和内电阻是不变的，因此电流的大小主要决定于负载R的大小。若负载增大，则电流将减小；反之，若负载电阻减小，则电流将增大。,五、电阻串并联及混联电路与应用,1.电阻串联电路及应用 .电阻并联电路及应用 .电阻的混联,1.电阻串联电路及应用,()电阻串联电路 如图1-20所示，假定有n个
10、电阻R1、R2、R3、R4、Rn顺序相接，其中没有分岔，则称为这n个电阻串联。 电路中流过每个电阻的电流都相等,图1-20 串联电路,电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即,电路的总电阻等于各串联电阻之和，即,串联电路的总电阻大于任何一个分电阻。,1.电阻串联电路及应用 电阻串联电路可以等效成一个电阻。,图1-21 等效电路,两个电路相互等效，是指结构、元件完全不同的两个电路的端电压、电流关系相同，如图1-21所示。相互等效的两部分电路可以相互代换，代换前的电路与代换后的电路与任意外电路相连时，外电路的电流、电压、功率是相等的。,图1-22 扩大电压表量程的原理电路,(2)电阻串联的应用
11、电压表扩大量程 电阻串联的应用非常广泛。在实际工作中，常用几个电阻串联构成分压器。在电工测量中，用串联电阻来扩大电压表的量程，以测量较高的电压，如图1-22所示。,1.电阻串联电路及应用,.电阻并联电路及应用,图1-23 并联电路,()电阻并联电路 如图1-23所示，假定有n个电阻R1、R2、Rn并排连接，称为n个电阻并联。,并联电路特点是：各电阻两端的电压相等，即,电路的总电流等于各并联电阻电流之和，即,并联电路的总电阻小于任何一个并联电阻。,.电阻并联电路及应用,()电阻并联的应用电流表扩大量程 并联电路的应用也十分广泛。额定电压相同的电阻几乎全部并联，这样任何一个负载不能正常工作时都不影
12、响其他负载。在电工测量中，经常在电流表两端并联分流电阻(又称分流器)，以扩大电流表的量程，如图1-24所示。,图1-24 扩大电流表量程的原理电路,.电阻的混联,图1-25 混联电路,将所有电路依次放在A、B、C三点之间，可得如图1-25b所示的等效电路,在一个电路中，既有相互串联的电阻，又有相互并联的电阻，这样的电路称为混联电路。 计算和分析混联电路，可以用找等电位点、画等效电路、求等效电阻的方法。,任务二 使用万用表测量电路电压、电流及电阻,万用表又称万能表或多用表，可用来测量直流电流、直流电压和交流电流、交流电压、电阻等，有的万用表还可用来测量电容、电感以及二极管、晶体管的某些参数。常用
13、万用表的外形如图1-29所示。万用表分指针式万用表和数字式万用表，这里主要以应用广泛的指针式万用表为例进行说明。,一、指针式万用表的结构,指针式万用表主要由指示部分、测量电路、转换装置三部分组成。各部分的名称如图1-30所示。,1.指示部分,表1-5 万用表上常见符号及其含义,俗称表头，用以指示被测电量的数值。 万用表上常见符号及其含义列于表1-5。,2.测量电路 测量电路的作用是把被测的电量转变成适合于表头要求的微小直流电流。它通常包括分流电路、分压电路和整流电路。 3.转换装置 万用表被测物理量和量程的选择是靠转换装置来实现的。转换装置通常由量程转换开关、接线柱、插孔等组成。MF47型万用
14、表的转换装置如图1-31所示。,图1-31 MF47型万用表的转换装置,二、指针式万用表的使用,1.操作步骤 2.使用注意事项 3.具体应用,1.操作步骤,(1)熟悉所用万用表 万用表的结构形式多样，面板上旋钮、开关的布置也有差异。 (2)机械调零 万用表应水平放置，使用前检查指针是否指在零位上。 (3)接好表笔 应将红表笔的插头接到红色接线柱上或标有“+”号的插孔内；黑表笔的插头接到黑色接线柱上或标有“”或“COM”的插孔内。 (4)选择测量种类和量程 使用时应先选择被测量的种类，选择适当量程。,1.操作步骤,(5)正确读数 MF47型万用表表头上有6条标度尺，分别代表了各自的测量项目。,图
15、1-32所示即为MF47型万用表标度尺读数举例。,图1-32 MF47型万用表标度尺读数举例,图1-33 万用表表笔的握法,2.使用注意事项,测量时，应用右手握住两支表笔，手指不要触及表笔的金属部分和被测元器件，如图1-33a所示。图1-33b所示的握笔方法是错误的。,3.具体应用,图1-34 直流电流的测量方法,(1)直流电流的测量 用万用表测量直流电流时，首先将转换开关旋到标有“mA”符号的适当量程上，将黑表笔接到电源的负端，红表笔接到负载的一个端头上，负载的另一端接到电源的正极。也就是表头与负载串联，而且让电流流入红表笔、流出黑表笔。测量时要特别注意，由于万用表的内 阻较小，切勿将两支
16、表笔直接触及电源的 两极，否则，表头将 被烧坏。测量方法如 图1-34所示。,3.具体应用,(2)交流电压的测量 测量前，先将转换开关旋到标有“”符号处，并将开关置于适当量程挡(如图1-35a所示)，然后将红表笔插入万用表上标有“+”号的插孔内，黑表笔插入标有“”号的插孔内。手握表笔的绝缘部位，先用黑表笔触及一相带电体，用红表笔触及另一相带电体或中性钱。读取电压读数后，使两支表笔脱离带电体。 (3)直流电压的测量 测量方法与测量交 流电压基本相同。区别是直流电压有正 负之分，测量时黑表笔应与电源的负极 相触，红表笔应与电源的正极相触，二 者不可颠倒，如图1-35b所示。,图1-35 交、直流电压的测量方法,3.具体应用,图1-36 电阻的测量方法,(4)电阻的测量 测量前，将万用表的转换开关旋到标有“”符号的适当倍率位置上，然后将两表笔短接，进行欧姆调零，再将两表笔分别触及电阻的两端(如图1-36所示)，将测得的读数乘以挡位倍率即为所测电阻值。,测量时，必须注意： 切勿带电测量，否则不仅测量结果不准确，
