汽车电工电子基础课件(完整版)

汽车电工电子基础汽车电子技术教研室叶伟华1、是一门汽车类专业的专业基础课，2、是汽车维修技术中所应用的电工电子基础知识，3、是汽车电气系统维修所必备的基本知识。1、课堂认真听讲，课后用少量时间复习。2、注重理论与实践相结合，培养分析解决实际问题的能力。1、直流电路2、正弦交流电路3、三相交流电路4、电磁学的应用5、发电机与电动机6、安全用电7、半导体二极管及晶体管的应用8、集成运算放大器及数字电路基础单元一直流电路知识目标：电路的组成及基本概念电路模型电位的计算电路分析的常用方法能力目标：能用万用表测量直流电路中电流、电压、电阻能解决直流电路中的联结问题第一节电路的组成及其基本概念一电路:电流流经的闭合路径称为电路（由电工设备和导线联接组成）电路的组成—•电源（将非电能转化成电能的装置）•中间环节（把电源与负载连接起来）•负载（将电能转化成非电能的设备）电路的分类—•电力电路：传输、转换和分配电能•电信电路：传递、变换和处理信号由干电池（电源）、小电珠（负载）和开关（中间环节）三部分组成的手电筒电路是电力电路由话筒、放大器、扬声器组成的扩音器电路是电信电路在电路理论中，信号源（或电源）提供的电压或电流称为激励，由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。激励和响应电路分析就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，分析电路的激励与响应之间的关系。电路模型将实际元件理想化，在一定条件下考虑电路元件的主要性质忽略其次要性质，使之尽可能用简单的数学式表达，这样经过简化的元件称为理想元件或元件模型。理想的电路元件主要有：电阻元件、电容元件、电感元件及电压源和电流源等。用理想电路元件代替实际电路元件而构成的电路称为电路模型。电路理论不是研究实际电路的理论，而是研究由理想元件构成的电路模型的理论常见元件的图形符号开关干电池灯泡图1-3手电筒的电路模型SRL+E－R0+U－开关灯泡干电池电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量称为电流强度，简称电流电流的形成：带电粒子（电子、离子等）在外力作用下有规则的定向运动就形成了电流。二电流电流强度单位：A、mA、μA电流参考方向：可以任意假设，选定参考方向之后，电流才有正负之分；与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值I=？电流实际方向：习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向电流的方向如不特别说明，以后在电路中标注的电流方向均为参考方向。在分析电路时，首先假定电流的参考方向，并据此分析计算，然后再从答案的正、负值来确定电流的实际方向“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。直流电路与交流电路：设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq,则任意瞬时通过该截面的电流为i=dq/dt若i=dq/dt为常数，则这种电流为恒定电流，简称直流在直流电路中上式可以写:I=Q/t若i=dq/dt不是常数，大小与方向上都在发生变化，则这种电流为交流电路。对电流要从大小、方向及单位三个方面来进行描述，缺一项则没有意义。电压：电场力把单位正电荷由A点移到B点所作的功在数值上等于A、B两点的电压，是衡量电场力做功能力的物理量.三电压uab=dw/dq电压单位：V=10-3kV=103mV直流电压：U=w/q1V=1C1J电压实际方向：规定从高电位点指向低电位点为电压方向，即电压降的方向电压参考方向：可以任意假设，与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值电压的方向电压是标量，但在分析电路时，和电流一样，也说他们具有方向。关联方向：电压与电流的参考方向一致，则称电流与电压为关联参考方向。非关联方向：若电流与电压的参考方向相反，则称电流与电压为非关联参考方向。虽然电压的参考方向可以任意设定，但一般情况下总是选择关联参考方向。如不特别说明，以后在电路中标注的电压方向均为参考方向。电压标注的方式有以下三种：极性符号表示，参考方向由正指向负。双下标表示，参考方向由a指向b。箭头表示。注意：1.电压是针对电路中某两点之间来说的，描述电路中的某一点或多于两点的电压是没有任何意义的。2.与电流一样，对电压的描述也要求指出电压的大小、方向及单位，缺一不可。练习1.在图中，Uab=-5V，试问a,b两点哪点电位高？解：Uab的参考方向为由a指向b，而Uab0，实际方向同参考方向相反，即电压实际方向为b指向a，故b点电位高于a点电位。ab2.在下图中，U1=-6V，U2=4V，试问Uab等于多少伏？解；在两元件之间设点c,如图所示。则Uab=Uac+Ucb=U1-U2=（-6-4）V=-10VUab是否表示a端电位高于b端电位。电流值和电压值的测量1.电流在实际中，将电流表串接在电路中来测量某支路的电流，测量时要注意选择电流表的量程、极性（直流表），以减小误差、保护仪表。由于电流表必须串接入电路中，往往显得不太方便，在测量电阻上的电流时，可以测其电压然后根据欧姆定律换算出流经电阻的电流。根据电流值选择线路导线时，要查阅电工手册，注意选择导线的线径，以防止线路因电流过大而烧坏。2.电压电路中两点间的电压可用电压表测量，测量时只需将表笔并接于被测电路的两点之间即可，注意选择电压表合适的量程和极性（直流电压表）。注意:电压表和电流表的连接都要根据实际方向来进行，不能靠参考方向来进行。四电动势电动势：是衡量电源力做功能力的物理量，在数值上等于电源力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功电动势参考方向：可以任意假设，与实际方向一致时为正值与实际方向相反时为负值电动势实际方向：在电源内部由低电位指向高电位端，是电位升高的方向五电位电压是什么？电压实际上是电路中两点之间的电位差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，以及两点之间的电位差是多少，并不能说明电路中某一点的电位是多少。电位定义：电位就是电场力把单位正电荷从电路中某点移动到参考点所做的功，（通常设参考点电位为零，电位符号用V表示，单位与电压单位相同）根据上述电压、电位的定义，可以证明：电路中任意两点之间的电压就等于这两点间的电位差，即：UAB=VA-VB某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。(2)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(3)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。(1)参考点可以任意选择，一个电路只能同时选择一个参考点；电路中的参考点：参考点在电路图中一般标上“接地”符号。所谓“接地”并非真与大地相接。接地符号：接机器外壳符号：借助电位的概念采用习惯画法可以简化电路图。bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd电路图习惯画法：对于有一端接地的电压源不再画出电压源符号，而只在电源的非接地端处标明电压的数值和极性，例1：有一电路如1-6所示，问（1）零电位参考点在那里？画电路图表示出来。（2）当将电位器Rp的滑动触点向下滑动时，A,B两点的电位增高了还是降低了？图1-6解：（1）零电位参考点在正负电位之间的C点，如图所示（2）电流为I=（12+12）/（Rp+R1+R2），根据UDA=VD-VA，则A点的电位为VA=VD-UDA=12-IR1。根据UEB=VE-VB则B点的点位为VB=VE-UEB=-12+IR3当电位器的滑动触点向下滑动时Rp增大电流I减小，则VA增大，VB减小。DEDE解：图中B点的电位VB=3V，可以理解为B点与零电位参考点O之间接有E2=3V的理想电压源，其“+”端接B点，“-”端接O点。同理Vc=-6V,可理解为C点与参考点O之间接有E1=6V理想电压源，“-”端接C点，“+”端接O点，而A点是悬空的。因此，上图可改画成下图的形式。例2：计算下图中所示电路中A点的电位，VB=3V，Vc=-6V。I=(E1+E2)/(R1+R2)=(6+3)/(3+2)=1.8mA3V因此可求的A点的电位为VA=VB＋UAB=VB-R2I=-0.6V根据UAB=VＡ－ＶＢ例3：求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。c204A610AE290VE1140V56Ad解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90Vba练习1.如下图所示，试求图中A点和B点的电位。如将A，B两点直接连接或接一电阻，对电路工作有无影响？解：对左边回路：VA=8×[20/（12+8）]V=8V对右边回路：VB=4×[16/（4+4）]V=8V可见A,B两点等电位。如将A，B两点直接联接或接一电阻，对电路工作无影响2.如下图a所示，在开关S断开和闭合的两种情况下试求A点的电位。解：将原电路改画成上图b所示电路。S断开时I=【（12+12）/（20+3.9+3）】mA=0.892mAA点电位VA=-20I+12=-5.84VS闭合时I=【12/（20+3.9）】mA=0.502mAVA=3.9I=1.96V电位计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)将电路补充完整(3)标出各电流参考方向并计算；(4)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。六功率电功率：是电路元件在单位时间内吸收或释放的电能，或者说电能对时间的变化率，简称功率。在直流电路中，功率用大写字母P表示功率P=UI=I2R=U2/R电压、电流取关联参考方向1.若P0,表明该元件吸收功率，属于负载性质，电流从“+”端流入。2.若P0,表明该元件产生功率，属于电源性质，电流从“+”端流出。电源和负载的判断方法：电源和负载分别是吸收功率还是释放功率？电路有空载、短路、有载工作三种状态，现在以图1所示的简单直流电路为例来分析电路的各种状态。七电路的三种状态：空载、短路、有载图1-E为电源电动势，R0为电源内阻，RL为负载电阻有载工作状态当上图开关S闭合时，电路中有电流流过，电源输出电功率，负载取用电功率，这称为有载工作状态。有载工作状态特点：1.电路中电流I=E/(R0+RL)2.负载电阻两端的电压U=RLI=E-R0I，当电源内阻极小时，U≈E由上式可见，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降R0I。电流愈大，则电源端电压下降的愈多。3.又因为UI=EI-R0I2则P=PE-ΔP式中PE=EI，是电源产生的功率；ΔP=R0I2，是电源内阻上损耗的功率；P=UI是电源输出的功率。例：在下图中，U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6Ω。（1）试求电源的电动势和负载的反电动势；（2）试说明功率的平衡解：（1）电源U=E1-ΔU1=E1-R01IE1=U+R01I=220V+0.6×5V=223V负载U=E2+ΔU2=E2+R02IE2=U-R02I=220V-0.6×5=217V（2）有（1）中两式可得E1=E2+R01I+R02I等号两边同乘I，则得E1I=E2I+R01I2+R02I2E1I=223×5W=1115W是电源功率E2I=217×5W=1085W是负载取用功率R01I2=15W电源内阻功率R02I2=15W负载内阻功率谁是电源？谁是负载？空载状态当开关断开时，电路电流为零，这称为空载，也称为开路，电源端电压称为开路电压，等于电源的电动势，负载电压为零。I=0U1=E；U2=0PE=P2=0电路空载特征：短路状态当电路两端的导线由于某种事故而直接相连，这时电源输出电流不经过负载，只经过导线直接流回电源，这种状态称为短路状态，简称短路。I=Isc=E/R0U2=0PE=I2scR0=E2/R0P2=0电路短路状态的特征：为了保证电气设备和器件能安全、可靠和经济地工作，制