单元一 直流电路基本知识

6电路中电位的计算1直流电路基本知识2汽车电路组成和相关器件5基尔霍夫定律3汽车电路的电器元件4电阻的串并联知识目标：1．简单叙述电路组成及各部分的作用；2．正确描述汽车电路的特点；3.正确描述汽车电路中的控制和保护器件；4.正确描述基尔霍夫定律。能力目标1．会用万用表测量直流电路中的电阻、电压及电流值；2．会用串并联知识分析相关的汽车电路故障；3.会检查测试汽车电路的元器件。学习目标单元一直流电路基本知识及汽车电路特点1.1电路的组成电路是电流所经过的路径，一般由电源、用电器、导线和开关四部分组成。为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化今后分析的电路都是指电路模型，简称电路。用国家统一规定的电器元件或设备的符号来表示电路连接情况的图叫做电路图。1直流电路基本知识1.2电路中的物理量电流：电荷的定向运动称为电流。在金属导体中，电流是电子在外电场力作用下的定向运动而形成的。规定正电荷定向运动的方向为电路中电流的实际方向。用带箭头的虚线表示。电压：电压是衡量电场力做功本领大小的物理量。规定电压的方向为“＋”极性指向“－”极性。1直流电路基本知识a+UbR–1.3电路的工作状态电路的工作状态有三种：空载、负载和短路。通常一个实际电源可用一个电动势和电阻串联来表示。通常可用万用表的电压挡测量电源的端电压来判断电源路处于何种状态。1直流电路基本知识电路状态负载电阻电源电流电源端电压空载R→∞I=0U=E负载R=常数rREIU=E－Ir=IR＜E短路R→0rEISＵ＝０1.4负载的额定值负载是把电能转换为其它形式能量的装置。实际的负载可能是一个元件,也可能是一个网络。把用电设备长期安全工作时允许的最大电流、电压和电功率分别叫做该用电设备的额定电流（IN）、额定电压（UN）、额定功率（PN），统称为额定值。对于电阻性负载，其额定电流和额定电压的乘积就等于它的额定功率，即PN=INUN。我们把用电设备在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态，也叫满载；低于额定功率的工作状态叫做轻载；超过额定功率的工作状态叫做过载或超载。1直流电路基本知识2.1汽车电路的构成和特点汽车电路由汽车电源（蓄电池、汽车发电机）、汽车导线(线束)、控制和保护器件及各种用电设备（负载）四部分组成。汽车整车基础电路通常包含电源电路、起动电路、点火电路、照明与灯光信号装置电路、仪表信息系统电路、辅助装置电路和电子控制系统电路构成。汽车电路的特点：两个电源、低压直流、并联单线、负极搭铁。2汽车电路的组成和相关器件2.2汽车导线汽车导线分为高压线和低压线。。汽车线束是汽车电路的网络主体，连接汽车的电气电子部件并使之发挥功能。汽车导线的颜色绝缘表面为一种颜色的导线称为单色线，绝缘表面为两种颜色的导线称为双色线。在汽车电路图中，导线的颜色多用英文字母表示。汽车导线截面积要使负载元件按设计要求正常工作，用于主要电路的导线尺寸不仅要能承受必需的电流，而且还要能承受振动和热辐射。2汽车电路的组成和相关器件2.3汽车插接器插接器由插头和插座组成。插头和插座均与各个线束端相连，将插头插入相应的插座，即完成了线束之间的连接。插头的脚数与线束中导线条数相同，不同的线束应选不同的插头。插接器是汽车电路中线束的中继站，线束与线束（导线与导线）、线束（导线）与电器部件之间的连接一般都由连接器进行连接。为了防止插接器在汽车行驶中脱开，所有插接器均采用闭锁装置。需要拆开时，应先按下闭锁，使锁扣脱开，才能将其分开。导线和连接器之间的连接最好是焊接。2汽车电路的组成和相关器件2.4汽车熔断器及易熔线熔断器又称为保险丝，串联在电源与用电设备之间，按形状可分为丝状、管状和片状。熔断器检修时必须注意以下几点：（1）熔断器熔断后，必须查明原因，彻底排除故障。（2）更换熔断器时一定要与原规格相同，不可旁通或用更大容量的电路保护元件替换。（3）安装时要保证熔断器与熔断器支架接触良好。易熔线是一种截面积小于被保护电线截面积、可长时间通过额定电流的铜芯低压导线或合金线，用于保护总体线路或较重要电路。2汽车电路的组成和相关器件2.5电路断路器断路器是串联在电路中起过载保护作用的一种能重复使用的“保险丝”。电路断路器分三种类型：自动复位电路断路器、手动复位电路断路器和正温度系数（PTC）固态电路断路器。使用断路器的优点：（1）断路器一般不会损坏，使用寿命长久。（2）断路器可重复使用，减少换保险丝的麻烦。（3）安装断路器有利于行车安全。2汽车电路的组成和相关器件2.6汽车开关开关是控制电路接通和断开的关键。点火开关：LOCK锁死汽车。ACC给全车通电。ON除了起动机，其余的基础设备都是开着的。STARTSTART档发动机启动档位，启动后会自动回位ON挡。2汽车电路的组成和相关器件3.1电阻器电阻器又称为电阻，在电子产品和汽车电路中是一种必不可少的元件。它的种类繁多，形状各异，功率也不相同，在电路中使用电阻的目的是限压、限流或得到规定的电压等。电阻器的分类（1）按制作材料分：有碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻和半导体电阻；（2）按结构形式分：固定电阻和可变电阻；（3）按功率分：有1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等；（4）按用途分：有精密电阻、高频电阻、高压电阻、大功率电阻、熔断电阻、热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等。3汽车电路的电器元件知识链接：线性电阻，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。线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。3.1电阻器固定电阻阻值的标注方法（1）直接标注法：如R260Ω、452就是4500Ω；（2）色标法：对于碳膜和金属膜电阻分别用4环和5环色环标注阻值可变电阻阻值可以调整的电阻器，用于需要调节电路电流或需要改变电路阻值的场合。3汽车电路的电器元件3.2电容器电容器就是能够储存电荷的“容器”，是电子设备中大量使用的电子元件之一，充电和放电是电容器的基本功能。电容器的主要性能指标:电容器的容量、耐压值、耐温值。3汽车电路的电器元件3.2电感器电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，是用绝缘导线绕制的各种线圈。电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。知识链接最原始的电感器是1831年英国的法拉第发现电磁感应现象的铁芯线圈。1832年美国的亨利发表关于自感应现象的论文，所以人们把电感量的单位称为亨利，简称亨。19世纪中期，电感器在电报、电话等装置中得到实际应用。1887年德国的赫兹，1890年美国特斯拉在实验中所用的电感器都是非常著名的，分别称为赫兹线圈和特斯拉线圈。法拉第4.1电阻的串联将电路元件(如电阻、电容、电感,用电器等)逐个顺次首尾相连接组成的电路叫串联电路。串联电路的特点：（1）串联电路电流处处相等；（2）串联电路总电压等于各处电压之和；（3）串联电阻的等效电阻等于各电阻之和。4电阻的串并联4.2电阻的并联两个或两个以上的电路元件，其正极接在一个共同结点上，所有负极接在一个共同点上的连接方式叫并联。并联电路的特点：（1）组合中的元件具有相同的电压；（2）流入组合端点的电流等于流过几个元件的电流之和；（3）并联电阻的等效电阻计算。4电阻的串并联图1-19汽车后窗除霜电路图4.3电阻的混联由串联电路和并联电路组合成的电路称为混联电路。惠斯通电桥是一种典型的混联电路。惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。如图所示是一个通用的惠斯通电桥。电阻Rx，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。4电阻的串并联5.1相关概念简单电路：能够用串并联关系和欧姆定律求解的电路。复杂电路：用串并联关系和欧姆定律不能求解的电路。支路：一段包含电路元件（电源、电阻等）的不分支的电路。节点：三条或三条以上支路的交汇点。回路：任意的闭合路径。网孔：不可再分的回路，即最简单的回路。根据定义判断图所示的复杂电路中有几条支路，几个节点，几个网孔？5基尔霍夫定律5.1相关概念由支路的定义可知：图中有5条支路，分别为A→R1→E1→D，A→R3→D，A→R5→B，B→R4→C，B→R2→E2→C。由节点的定义可知：图中有3个节点，分别为A点，B点和C（或D）点。由于C点和D点之间没有电路元件，不属于一条支路，所以它们实际上是一个节点。由网孔的定义可知：图中有3个网孔，分别为A→R3→D→E1→R1→A，A→R5→B→R4→C→D→R3→A，B→R2→E2→C→R4→B。5基尔霍夫定律5.2基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律：在任一时刻，对电路中任意一个节点，流入该节点的电流之和必定等于流出该节点的电流之和。即∑I入＝∑I出基尔霍夫电压定律：在任一时刻，对任一回路，沿回路绕行方向上各段电压的代数和为零，即∑U=05基尔霍夫定律5.3支路电流法解复杂电路所谓支路电流法是先假设各支路的电流方向和回路绕行方向，再根据基尔霍夫定律列出方程式进行计算的方法。支路电流法解题步骤如下：(1)先标出各支路的电流方向和回路绕行方向。(2)用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程。(3)用基尔霍夫电压定律列出回路电压方程。(4)代入已知数，解联立方程组求出各支路的电流，并根椐其正负确定各支路电流的实际方向。若计算结果是正值时，说明实际方向与假设方向相同；若计算结果是负值时，实际方向与假设方向相反。5基尔霍夫定律5.3支路电流法解复杂电路如图所示电路。已知E1=18V，E2=9V，R1=R2=1Ω，R3=4Ω，求通过各支路的电流。解：（1）假设各支路电流方向和回路绕行方向，如图所示。（2）电路中只有两个节点，所以只能列出一个独立的节点电流方程式。对节点A有（3）电路中有三条支路，需列出三个方程式。现已有一个，另外两个方程由基尔霍夫电压定律列出。对于网孔1和网孔2分别列出：（4）代入已知数得：解联立方程组得：I1=6A方向与假设相同I2=-3A方向与假设相反I3=3A方向与假设相同5基尔霍夫定律6.1电位及参考点电路中某点的电位就是这一点与参考点之间的电压。电路中任意两点之间的电位差即为该两点间的电压。原则上，参考点可以任意选择，但为了统一起见，工程上常选大地为参考点。机壳需要接地的设备，就可以把机壳作为参考点，凡是与机壳直接相联接的各点电位均为零。参考点也称为“接地”，在电路图中用符号“⊥”表示。在汽车上常以车身为参考点，称为“搭铁”。6电路中电位的计算6.2电位的计算计算电路中某点电位的步骤可归纳为：（1）根据题意选择一个合适的点为零电位点；（2）确定电路中的电流方向和各元件两端电压的正负极；（3）从被求点出发通过一定的路径绕到零电位点，则该点的电位即等于此路经上全部电压降的代数和。图中，E＝24V，R1＝4Ω，R2＝8Ω。求分别以D、A为参考点时，各点的电位及UAB。6电路中电位的计算6.2电位的计算解：电路中的电流（1）以D点为参考点（图a）：VD＝0VVA＝UAD＝E＝24V或VA＝UAD＝IR1+IR2＝2×4+2×8＝24VVD＝UAD＝IR2＝2×8＝16VVC＝VD＝0VUAB＝VA－VB＝24－16＝8V（2）以A点为参考点（图b）：VA＝0VVB＝UBA＝－IR1＝－2×4＝－8V或VB＝UBA＝IR2－E＝2×8－24＝－8VVC＝UCA＝－E＝－24VVD＝VC＝－24VUAB＝VA－VB＝0－（－8）＝8V6电路中电位的计算电路中各点电位的高低是相对的，而两点间的电压值是固定的。在汽车电气和电子系统中，由许多元件、组件和系统共同起作用，只有在电路图中才能看出元件、组件和系统的共同作用关系，并分析它们的电气连接情况。【元件】如电阻、晶体管、电容器等；【组件】间隔刮水继电器、危险报警器等；【系统】点火系、照明系、起动系等。知识扩展汽车电路简单识读汽车鼓风机电路如图所示，风扇电机在LO位置M1位置不能正常工作，但在M2位置HI位置可以正常工作。试分析此电路中可能存在的故障点。实例分析