汽车电学基础

第一节基本概念电位电位即电势，是衡量电荷在电路中某点所具有能量的物理量。电位是相对的，电路中某点电位的大小，与参考点(即零电位点)的选择有关，这就和地球上某点的高度，与起点选择有关。电位是电能的强度因素，它的单位是伏特V(voltage)或mV。电位是相对值，大小取决于参考点的选择。生活中常以大地为0电位参考点电压电压就是两点中的电位差。通常规定电压的方向为高电位（“+”极）到低电位（“-”极）电压是矢量，即有大小和方向，大小指电路中两点之间所测电压汽车电源系统电压为12V和24V两种电压单位：伏特（V），通常用字母U表示电动势电动势（electromotiveforce(emf)）是一个表征电源特征的物理量。定义：电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电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。它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。常用符号E（有时也可用ε）表示，单位是伏（V）。电动势是矢量电流电流是带电粒子在电路中的定向运动。电流是矢量，通常以正极向负极的流动为正向，反之为负向。汽油发动机起动电流一般为200——600A，有些柴油机为1000A。☆计算家用照明灯的电流欧姆定律在纯电路中，某些元件的端电压与流过的电流的比是个定值，即R=U∕I此比值就是该元件的电阻，通常用R来表示，单位是欧姆（Ω），千欧（KΩ）。纯电阻直流电路中的任意元件都适用欧姆定律基尔霍夫定律1、基尔霍夫电流定律支路：电路中流过同意电流的每一电路分支支路电流：支路中流过的电流叫支路电流节点：电路中三个或三个以上的支路相交的点基尔霍夫定律：由于电流的连续性，在任一瞬时，流向某一节点的电流之和等于有该节点流出的电流之和，即任一瞬时，一个节点上的电流代数和为零。注意：节点电流的进与出，方向是相反的2.基尔霍夫电压定律电路中，回路是有一条或多条支路所组成的闭合电路。根据能量守恒定律，在任一瞬时，沿任一回路循环，回路中各段电压的代数和为零。1、电阻作用导电体对电流的阻碍作用称电阻，用符号R表示；通常在电子产品上所说的电阻是指电阻器一元件，其主要用于控制和调节电路中的电路和电压，或用作消耗电能的负载。电阻单位为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、KΩ、MΩ表示。第二节电阻2、电阻器的分类按材料分：1）、线绕电阻器：通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。2）、薄膜电阻器碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。3）、实心电阻器：无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器。4）、敏感电阻器：压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器。5）、水泥电阻器。按其阻值是否可变分：微调电阻、可调电阻、电位器3、常用电阻器外形和图形符号（1）分类外形图形符号用途碳膜电阻分压限流金属膜电阻贴片电阻水泥电阻线绕电阻排阻拉高电位3、常用电阻器外形和图形符号（2）分类外形图形符号用途变阻器分压电位器网络电阻吸收干扰热敏电阻光敏电阻4、主要特性参数1）、标称阻值：电阻器上面所标示的阻值。2）、允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻器的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：±0.5%-0.05、±1%-0.1(或00)、±2%-0.2(或0)、±5%-Ⅰ级、±10%-Ⅱ级、±20%-Ⅲ级3）、额定功率：在正常的大气压力90-106.6KPa及环境温度为－55℃～＋70℃的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。非线绕电阻器额定功率系列为（W）：1/20、1/8、1/4、1/2、1、2、5、10、25、50、100用同阻值的大功率电阻可替代小功率电阻；在确定电阻功率时，应根据计算得出的功率值再加上30%的功率余量。5、电阻器阻值标示方法1）、直标法：用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值，其允许误差直接用百分数表示，若电阻上未注偏差，则均为±20%。这种方法主要用于功率比较大的电阻。如电阻表面上印有RXYC-50-T-1k5-±10％，其含义是耐潮被釉线绕可调电阻器，额定功率为50W，阻值为1.5kW，允许误差为±10％。2）、数码标志法：在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。数码从左到右，第一、二位为有效值，第三位为指数，即零的个数，单位为欧。偏差通常采用文字符号表示；常用于贴片电阻。如100表示其阻值为10×100＝10W；223表示其阻值为22×103＝22kW；47表示4.7W对于十个基本标注单位以下的元件，第一位、第三位数字表示数值的有效数字，第二位用字母“R”表示小数点。如3R9表示其阻值为3.9W。一些精密贴片电阻也用四位数字表示法：如1005表示10M等3）、色标法：广泛用于小功率电阻器标识一般用背景区别电阻器的种类：如浅色（淡绿色、淡蓝色、浅棕色）表示碳膜电阻，用红色表示金属或金属氧化膜电阻，深绿色表示线绕电阻。•电阻种类识别:•电阻器的数值及精度识别:普通电阻器大多用四个色环表示其阻值和允许偏差。第一、二环表示有效数字，第三环表示倍率（乘数），与前三环距离较大的第四环表示精度。精度精度倍率倍率第三位数第二位数第二位数第一位数第一位数精密电阻器采用五个色环标志，第一、二、三环表示有效数字，第四环表示倍率，与前四环距离较大的第五环表示精度。•电阻器的数值及精度识别:普通电阻器大多用四个色环表示其阻值和允许偏差。第一、二环表示有效数字，第三环表示倍率（乘数），与前三环距离较大的第四环表示精度。电阻值读法:电阻值=第一位数码第二位数码第三位数码×10倍率数码±误差数码颜色有效数字倍率（乘数）允许偏差（%）黑0100棕1101±1红2102±2橙3103黄4104绿5105±0.5蓝6106±0.25紫7107±0.1灰8108白9109金10-1±5银10-2±10无色±20色码标注的定义例如:标有蓝、灰、橙、金四环标注的电阻，其阻值大小为：68×103＝68000W（68kW），允许偏差为±5％。标有棕、黑、绿、棕、棕五环标注的电阻，其阻值大小为：105×101＝1050W（1.05kW），允许偏差为±1％。6、电阻器的正确选用应根据设计电路时理论计算电阻值，在最靠近标称值系列中选用。普通电阻器（不包括精密电阻器）阻值标称系列值见表，实际电阻器的阻值是表中的数值乘以10n（n为整数）。电阻器阻值的选择允许偏差（％）阻值（W）±5％1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1±10％1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2±20％1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8根据理论计算电阻器在电路中消耗的功率，合理选择电阻器的额定功率。一般按额定功率是实际功率的1.5～3倍之间选定。普通电阻器额定功率标称系列值见表。电阻器类型额定功率（W）线绕电阻器0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、4、8、10、16、25、40、50、75、100、150、250、500非线绕电阻器0.05、0.125、0.25、0.5、1、2、5、10、25、50、100例：由发光二极管组成的电路如图所示。设流过发光二极管的正向电流IF＝15mA，发光二极管的正向压降约1.95V，试选定限流电阻R。1212VccRLEDIF电阻器功率的选择由于该电阻器不必要使用高精度，温度特性也不必特别考虑，故可选用一般碳膜电阻器即可。W670mA15V95.1V12FFCCIVVR)W(15.0680)1015(232FRIP解：计算电阻R理论值。根据表2-4，实际选择电阻值R=680W电阻器实际消耗的功率实际选用电阻器的额定功率为0.25W。例：由发光二极管组成的电路如图所示。设流过发光二极管的正向电流IF＝15mA，发光二极管的正向压降约1.95V，试选定限流电阻R。1212VccRLEDIF7、电阻的并联电路中有两个或多个电阻连接在两个公共的节点之间，承受同一个端电压，这些电阻的连接称为并联。并联电阻电阻和的计算：各电阻的电流：第三节电容一、电容的电气特性电容也是组成电子电路的基本元件，在电路中所占比例仅次于电阻电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如在电动马达中，我们用它来产生相移;在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电等等;而在电子电路中，电容器不同性质的用途尤多，这许多不同的用途，虽然也有截然不同之处，但因其作用均来自充电与放电一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。也是电容器的俗称。电容图例：插件电容贴片电容汽车分电器电容1、电容的基本性质利用电容器充电、放电和隔直流、通交流电特性，在电路中用于隔直流、耦合交流、旁路交流、滤波、定时和组成振荡电路。电容可以储存直流电能，与电容量成正比，与充电电压的平方成正比。电容的材料:小容量电容：陶瓷电容、云母电容、聚苯乙烯电容中容量电容：聚酯薄膜电容和油浸电容电解电容：有极性的电容提示：电容所承受的电压不能超过其额定电压。注：看书本13页2、电容器的表示方法课本第14页3、电容的单位电容器用“C”表示，电容单位法拉（F）毫发、微发、纳发、皮发4、电容的主要参数（1）电容器的标称容量和偏差。课本第15页（2）额定直流工作电压额定直流工作电压指在线路上能够长期可靠地工作而不被击穿时所能承受的最大直流电压。额定直流工作电压的大小与介质的种类和厚度有关。如果电容器用在交流电路中，则注意所加大交流电压的最大值（峰值）不能超过额定直流工作电压。二、电容器的主要种类和特点电容器也有固定电容和可调电容之分。1、纸介电容器用纸作为介质，其温度系数大、稳定性差、损耗大，有较大的固有电感，只适合要求不高的低频电路2、金属化纸介电容器结构和性能与纸介电容器相近，但体积和损耗较后者小3、有机薄膜电容器包括极性介质和非极性介质极性介质电容器耐热和耐压性能好，常用的极性介质电容器有涤纶和聚碳酸酯电容器。非极性介质电容器损耗小，绝缘电阻高，广泛用于高频电路和对容量要求精密、稳定的电路中，常用非极性电容器有聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等4、瓷介电容器其介质材料为电容器陶瓷。其中高频瓷介电容器损耗小、稳定性好，可在高温下使用。低频瓷介电容器损耗大、稳定性差，但容量易做得大。5、云母电容器以云母为介质的云母电容器具有很高的绝缘性能，即使在高频时使用亦只有很小的介质损耗。工作效率高，工作电压也高。6、电解电容器电解电容器的介质为很薄的氧化膜，故容量可做得很大。由于氧化膜有单向导电性，电解电容器一般有正、负极性，使用中要注意把正极接到电路中高电位的一端。电解电容器的损耗大，性能受温度影响较大，漏电随温度升高急剧增大。三、电容在汽车电路中的典型应用第四节电感线圈电感线圈的作用：电感器的主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。注意：交流电1.电感线圈阻流作用电感线圈线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化抗。电感线圈对交流电流有阻碍作用,阻碍作用的大小称感抗xl，单位是欧姆。它与电感量l和交流电频率f的关系为xl=2πfl,电感器主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。2.调谐与选频作用电感线圈与电容器并联可组成lc调谐电路。即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等，则回路的感抗与容抗也相等，于是电磁能量就在电感、电容来回振荡，这lc回路的谐振现象。谐振时电路的感抗与容抗等值又反向，回路总电流的感抗最小，电流量最大（指f=f0的交流信号），lc谐振电