车用电路的分析与应用――周氏

项目1直流电路的分析与应用一、教学目标终极教学目标：掌握一般直流电路的原理分析和实际应用促成教学目标：1、了解电路模型与实物图的关系2、掌握直流电路基本物理量的概念以及欧姆定律的应用3、掌握电阻的串并联特性4、理解基尔霍夫定律，掌握复杂电路的三种解题方法5、掌握三种实际应用电路的操作过程及原理分析二、工作任务对于三种实际应用电路，在进行原理分析的基础上进行实际的操作，以达到更深入的理解。模块1解放CA1091型汽车信号系电路的分析一、教学目标终极教学目标：理解解放CA1091型汽车信号系电路的工作原理，掌握该系统的操作过程促成教学目标：1、了解电路模型与实物图的区别，并能用常见的电路符号画出简单的电路模型2、理解电压、电流和电阻的概念，并掌握电压、电流的参考方向以及关联参考方向在部分电路欧姆定律中的应用3、明确电路三种状态的特点，在描述这三种状态过程中引出电动势的概念，同时在解释通路状态时介绍全电路欧姆定律4、掌握功率的概念5、通过操作该系统，观察现象，分析其工作原理二、工作任务熟练操作该汽车信号系统，分析其原理，并扩展其局部功能，如图1-1所示。三.实践知识:解放CA1091型汽车信号系电路模型1-蓄电池（12V）；2，7，12-熔断器；3-继电器；4-喇叭按钮；5，6-喇叭；8-倒车灯开关；9-倒车灯；10-倒车蜂鸣器；11-转向灯总开关13-转向灯切换开关；14，15-左转向信号灯；16-左转向指示灯；17，18-右转向信号灯；19-右转向指示灯2345789106121314、15、1617、18、1911系统中各部件的功能1、蓄电池：一种电源，能将化学能转化为电能，输出的是直流电；2、熔断器：又称保险丝，主要作用是保护电路，防止电流过大而损坏电路；3、按钮：是一种无自锁功能的开关部件，按下意味着电路接通，松手则电路重新断开；4、开关：打至闭合状态电路接通，打至断开状态则电路断开，不需用手按着；5、继电器：利用线圈得电与否来控制开关通断的一种元器件，优点是可以实现用弱电来控制强电；6、喇叭，蜂鸣器：将电能转换为声能的设备；7、灯泡：将电能转换为光能的设备。系统的工作过程启动汽车的电源后，1、按一下喇叭按钮，继电器线圈得电，其触点开关动作闭合，接通了喇叭电路，电流从蓄电池正极，流经熔断器、继电器触点开关、喇叭，回到蓄电池负极，于是喇叭响一下，长按则长响；2、倒车灯开关闭合，接通了倒车灯及倒车蜂鸣器，倒车灯发亮，同时倒车蜂鸣器发出声音信号；3、转向灯切换开关打到左档，将转向灯总开关闭合，左转向信号灯电路接通，电流从蓄电池正极，流经转向灯总开关、熔断器、转向灯切换开关、左转向信号灯和左转向指示灯，回到蓄电池负极，于是左转向信号灯和指示灯发亮。若转向灯切换开关打到右档，则右转向信号灯和指示灯同样发亮。电路—电流流经的闭合路径（由电工设备和元件组成)1.电路的组成—电源（信号源）、中间环节、负载。电源：将非电能转换成电能的装置（干电池、蓄电池、发电机或信号源）中间环结：把电源与负载连接起来的部分（连接导线、开关）负载：将电能转换成非电能的用电设备（电灯、电炉、电动机）四.理论知识:一、电路2.电路的作用(1)电能传输和转换发电机升压变压器降压变压器电灯电炉热能,水能,核能转电能传输分配电能电能转换为光能,热能和机械能(2)信号的传递和处理放大器话筒扬声器将语音转换为电信号(信号源)信号转换、放大、信号处理(中间环节)接受转换信号的设备(负载)3、电路模型电路模型——足以反映实际电路中电工设备和器件（实际部件）的电磁性能的理想电路元件或它们的组合。将每一种性质的电磁现象用一理想电路元件来表征，有如下几种基本的理想电路元件：电阻——反映消耗电能转换成其他形式能量的过程（如电阻器、灯泡、电炉）。电容——反映产生电场，储存电场能量的特征。电感——反映产生磁场，储存磁场能量的特征。电源元件——表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。RUs+S_图1-4照明电路模型二.电路的主要物理量1.电流:电荷的定向移动形成电流。1）电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写I表示直流电流小写i表示电流的一般符号dtdqi2）单位：kA、A、mA、μA。1kA=103A1mA=10-3A1μA=10-6A3）正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。参考方向实际方向(a)i0ab参考方向实际方向(b)i0abii如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。2.电压、电位和电动势1）电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。dqdWuabab2）电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。参考点电位为零。电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。baabuuu单位：kV、V、mV、μV。1kV=103V1mV=10-3V1μV=10-6V3）电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向例：当ua=3Vub=2V时u1=1V最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。u2=－1V+　　u1　　－ab－　　u2　　+ab4）对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。+　　u　　－(a)关联方向abi－　　u　　+(b)非关联方向abi5）电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。dqdWe电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。3、电功率1）定义：单位时间内电场力所做的功称为电功率。2）单位：W、kW、mW1kW=103W1mW=10-3W1μW=10-6W3）电功率与电压和电流的关系4）电路吸收或发出功率的判断u,i取关联参考方向：P＝uiP＞0吸收功率P＜0放出功率u,i取非关联参考方向：p＝-uiP＞0吸收功率P＜0放出功率需要指出的是：对一完整的电路，发出的功率＝吸收的功率，满足功率平衡。三、欧姆定律及线性电阻1、线性电阻元件：1）电路符号：2）单位：R称为电阻，单位：Ω(欧)；G称为电导，单位：S(西门子)3）欧姆定律：线性电阻元件在任何时刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律。IRURUIRUIIRU注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。欧姆定律适用于线性电阻，(R为常数），非线性电阻不适用。4）线性电阻元件的伏安特性：是通过原点的一条直线，见图1-11。图1-11线性电阻的伏安特性1、电源有载工作1）全欧姆定律I=E/(R0+R)U=IR=E–IR0此时电源端电压变化不大，则此电源带负载的能力强。当RR0时U≈E+_IRUabESR0ab四、电路的有载工作、短路和开路电源的外特性曲线2）表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。U=IR=E–IR0IU0EIR03）功率与功率平衡20IREIUIPPPE电源的发出功率=负载的取用功率+电源内阻上的消耗功率P----电源输出的功率PE----电源产生的功率∆P----电源内阻上消耗的功率IUE+_RabSR0开关S断开时，外电路的电阻无穷大,电流为零，电源的端电压U0等于电源电动势E。2、开路（断路或空载）电路特征：I=0U=0U0=EPE=EI=0I=0+_RUEabSU0R0P=UI=03、短路U=0I=00SREI20EIRPPP=0电路特征：+-E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0当R00时，Is∞（烧毁电源）。注意：电压源不允许短路！IS电路中的电位——该点与参考点（零电位点）之间的电压。参考点通常用“接地”符号表示，但该点没有和大地相连。注：①参考点选的不同，则各点的电位不同。②电流总是从高电位流向低电位。五、电路中电位的计算例1-1：计算图中A点的电位。解：-24V电源的正极在接地点上，12Ω和36Ω两电阻串联，流过电流为：I=24/（12+36）=0.5AA+12V24Ω36Ω12Ω-24VI方向向左再向下，故A点电位VA=-Ix12=-0.5x12=-6V例1-2：已知：E=2V,R=1Ω求：当Uab分别为3V和1V时，IR=?解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：EUURabREURUIabRREUUabREIRRURabUab(3)数值计算A1121V1A112-33VRabRabIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）五、拓展知识1.电容:电容元件是表征产生电场、储存电场能量的元件。在外电源作用下，电容器两极板上分别带上等量异号电荷（充电）。1）电感元件的电路符号2）单位：F(法)(Farad，法拉),常用μF，pF等表示3）线性电容元件的伏安关系若电容的端电压U和电流i取关联参考方向，则有：2.电感元件电感元件是表征产生磁场、储存磁场能量的元件。一般把金属导线绕在一骨架上来构成一实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通。1）电感元件的电路符号:2）单位L称为电感器的自感系数,L的单位：H(亨)(Henry，亨利)，常用μH，mH表示。3）线性电感元件的伏安关系若电感的端电压U和电流i取关联参考方向，根据电磁感应定律与楞次定律则有：3.电位器1)电位器又称滑动变阻器，即阻值可变的一种电阻器。2)电路符号为：4.电功1)电功W：指设备在t时间内所消耗的电能，即功率和时间的乘积：W=Pt=UIt2)热量Q：指阻性元件在t时间内所散发的热量Q=I²Rt两者在国际单位制中的单位都是焦耳(J).注意：只有在纯阻性电路中，由于电路满足欧姆定律，才有通用公式W=UIt=I²Rt=t。3)我们平时所说消耗1度电就是当一段电路功率为1kW时在1个小时内消耗的电能，即1kW·h。电功W：指设备在t时间内所消耗的电能，即功率和时间的乘积：