汽车电工电子技术基础第1章

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,汽车电工电子基础,张 军 主编,目录,直流电路,1,正弦交流电路,2,三相交流电路,3,电磁学的应用,4,发电机与电动机,5,安全用电,6,半导体二极管,7,晶体管的应用,8,集成运算放大器及其应用,9,数字电路基础,10,第,1,章 直流,电路,汽车工程学院,知识目标,1.,电路的组成及各个部分的作用,2.,能够应用基尔霍夫定律进行复杂电路计算,能力目标,1.,能用万用表测量电路中电阻、电压及电流值,2.,解决直流电路中的连结问题,电路及其组成,1,电压源与电流源的等效变化,2,电路分析计算,3,电路的暂态分析,4,直流电路,电路及其组成,电路是电流的通路，它是为了实现,某种功能,，由各种电气设备和器,件，按,一定方式,互相连接的电流通路。,导线,电阻,电源,电路主要物理量,电流,电压,电位和电动势,弱电电路,Communal,Voice,电流,定义,所谓电流就是单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。,i= d,q,/ d,t,I=Q/t,直流,在国际单位制（,SI),中，规定电流的单位是安培（,A,）。,电流方向,1.,实际方向,习惯上规定正电荷移动的方向或者负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）,.,如下图 所示的电流。,2.,参考方向,电流参考方向是假定的电流流向。,当电流参考方向与实际方向一致时，电流为正值。,当电流参考方向与实际方向相反时，电流为负值。,如下图,在电路中，如果设正电荷由,A,点移动到,B,点时电场力所做的功,为,dw,，则,A,、,B,两点间的电压为,U,AB,=dw/dq,U=W/Q,在国际单位制种，电压的单位是伏特（,V,）。,电压,定义,直流电路,方向一致，,U0,方向不一致，,U100m,A,O,C,B,W,1,W2,W,3,电位定义,电位定义,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，用大写字母,V,表示 。,参考点,在电路中选定某一点,A,为电位参考点，就是规定该点的电位为零,结论,1,）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,2,）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,定义,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,电动势用字母,E,来表示，单位也是伏特（,V,）,方向,在电源内部由低电位指向高电位端,电动势,电源,中间环节,负载,供应电能的设备，它能将非电形式的能量，如机械能、化学能转换电能。,电源,导线,导线的面积,导线标称截面是经过换算的线心截面积，而不是实际几何面积。,汽车常用的导线,1,低压导线,2,高压导线,在汽车点火线圈至火花塞之间的电路使用高压点火线，简称高压线。,标称截面积,/mm,2,用 途,0.5,尾灯、顶灯、指示灯、仪表灯、牌照灯、刮水器、时钟、燃油表、水温表、油压表等电路,0.8,转向灯、制动灯、停车灯、断电器等电路,1.0,前照灯、电喇叭（,3 A,以下）电路,1.5,前照灯、电喇叭（,3 A,以上）电路,1.5,4.0,其它,5 A,以上电路,4,6,柴油车电热塞电路,6,25,电源电路,16,95,起动电路,导线颜色,负载,电容,电感,电阻,负载,负载,电阻元件是反映电流热效应这一物理现象的理想电路元件。用字母,R,表示。,u=Ri,电阻,定义,在关联参考方向下，若,R=u/i,为常数，也称其为线性电阻，其伏,安特性曲线如下图,特性曲线,电阻型号命名方法,按阻值分：固定电阻，可变电阻,按材料分：碳膜电阻 ，金属膜电阻，线绕电阻,按功率分：,1/16W, 1/8W,等额定功率的电阻,按精确度分： 等普通电阻，,等精密电阻,分类,1,）直标法 ：电阻值直接用数字与字母印在电阻上,举例：,3 3 I,表示,3.3,2,）色标法 ：将不同颜色的色环涂在电阻上来表示电阻的标称值,及误差。,3,）文字标号法：例,3 M3 K,表示,3.3M,电阻值的标识,电容元件是反映存储电荷产生电场，储存电场能量这一物理现,象的理想电路元件。实际的电容器通常由两块金属板中间介质,构成。,电容器极板上储存的电荷量,q,与外加电压,u,成正比，即：,式中,C-,电容，是表征电容元件的参数，在国际单位制中电容单,位是法拉,(F) .,电容,在下 中,电容上的电压与电流去关联参考方向时，有,电容元件储存的电场能量为：,电容分类,按电容值分：固定电容器，可调电容器,按介质分,:,纸介电容器，金属化纸介电容器，有机薄膜介质电容器，瓷介电容器，云母电容器，电解电容器。,电容型号命名方法,电容型号命名方法与电阻型号命名相似,电容额定电压,电容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（又称耐压）。如果电容器用在交流电路里，则应注意所加的交流电压的最大值（峰值）不能超过额定直流工作电压,定义,电感元件是反映电流周围存在磁场，储存磁场能量这一物理现象的理想电路元件，其相当于一个电阻为零的线圈。,忽略导线电阻及线圈匝与匝之间的电容时，电感上的磁链与电流成正比，即：,式中：,L,电感，是表征电感元件的特征参数。在国际单位制,中，电感的单位为亨利（,H,）。,电感,如下图,当电压、电流和电动势的参考方向一致，则有：,电感元件中储存的磁场能量为：,上式说明，电感元件在某时刻储存的磁场能量，只与该时刻流过,的电流的平方成正比，与电压无关。电感元件不消耗能量，是储,能元件。,电磁感应,右手定则 用右手握线圈，手指沿着电流流动的方向，大拇指便指向,N,极。,电阻式温度传感器的一种，分正温度系数热敏电阻与负温度系数,热敏电阻两种。,热敏电阻,例：冷却水温度传感器 ：其特性曲线如下图,电压源与电流源的等效变换,电压源,一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。,定义,U,S,u,i,0,伏安特性曲线,1.,端电压始终恒定，等于直流电压 。,特点,2.,输出电流是任意的，即随负载（外电路） 的改变而改变。,电路符号,U,S,u,s,+,_,I,R,5,V,R,L,U,S,U,O,+,_,+,_,电路,理想电压源,I,R,U,S,实际电压源,U,S,u,i,0,U = U,S,-IR,0,其实,，,理想电压源也不存在。,电流源,定义,一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载两端的电压（亦即负载的电阻值）而变。,I,S,u,i,0,伏安特性曲线,特点,1.,输出电流恒定不变,2.,端电压是任意的,即随负载不同而不同,电路符号,i,S,U,I,R,1A,I,=,I,S,-,I,R,0,第,1,章,R,0,I,R,0,I,s,b,a,-,+,U,I,O,U,I,I,S,电路,实际电流源产生,由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,等效变换,电压源,电流源,U,=,U,s,I,R,0,U,=,I,R,0,R,I,RO,=,(,I,s,I,),R,=,I,s, R,I, R,R,R,R=R,0,说明,1,）电压源模型与电流源模型互换前后电流的方向保持不变，,即,I,S,和,U,s,方向一致。,2,）所谓“等效”是指“对外电路”等效（即对外电路的伏,安特性一致），对于电源内部并不一定等效。,支路：电路中每一个含有电路元件的分支，同一支路上流过的电,流相同，即支路电流。,回路：电路中任意闭合的路径，回路有顺时针和逆时针两个方,向，可以用箭头表示回路的方向。,节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。,电路分析与计算,基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律，是分析电路的重要基础。,基尔霍夫电流定律（,Kirchhoffs Current Law,简写成,KCL,）,描述了联接在同一节点上的各支路电流之间的约束关系，反,映了电流的连续性，即：,也就是说在任一瞬间，流入任一节点的电流之和必等于流,出该节点的电流之和。,基尔霍夫电流定律（,KCL,）,对于节点,a,，应用,kcl,有：,I,1,+I,2,=I,3,I,1,+I,2,-I,3,=0,I=0,I,1,I,3,I,2,因此，,基尔霍夫电流定律也可叙述为：在任一瞬时，电路中流入任一节点的所有电流的代数和等于零,。,流入节点,时,取正号，流出节,点,时,取负号。,流出时，电流符号则相反。,例,1,：,在图中，,I,1,=5A,I,2,=-2A,，求,I,3,I,1,I,2,I,3,解：根据图示的电流参考方向，应用基尔霍夫电流定律有,I,1,+I,2,=I,3,I,3,=I,1,+I,2,=5+,（,-2,）,=3A,基尔霍夫电压定律（,Kirchhoffs Voltage Law,简写为,KVL,）描,述了闭合回路中各支路电压之间的关系。基尔霍夫电压定律指出在,任一瞬时，沿闭合回路绕行一周，在绕行方向上的电位升之和必等,于电位降之和。,基尔霍夫电压定律（,KVL,）,如图所示，应用,kvl,有：,U,1,+U,4,=U,2,+U,3,U,1,-U,2,-U,3,+U,4,=0,U=0,因此，,KVL,也可以描述为,:,在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各部分电压的代数和恒等于零。若,电位升取正号,，则,电位降就,取,负号,例,1,：,有一闭合回路如图 所示，已知,U,1,=15V,，,U,2,=-4V,，,U,3,=8V,，,试求电压,U,4,和,U,AC,。,解：,沿,ABCDA,回路，根据各电压的参考方向，应用基尔霍夫电,压定律得：,沿,ACBA,回路，应用基尔霍夫电压定律可列出：,例,2:,如图所示有源支路，已知,E=12V,，,U=8V,R=5,，求电流。,解：,沿闭合回路顺时针方向绕行一周，应用基尔霍夫电压定律，有：,电流是负值，即其实际方向与图示参考方向相反。,分析计算方法：支路电流法，回路电流法，节点电位法，,支路电流法：以支路电流为未知量，应用基尔霍夫两个定律，列出所需方程，从而求出未知量。,基尔霍夫定律在电路分析计算中的应用,下面以下图来具体说明支路电流法其方法和步骤,（,1,）由电路的支路数,m,，确定待求的支路电流数。该电路,m=6,，则支路电流有,i,1,、,i,2,. i,6,六个。,（,2,）节点数,n=4,，可列出,n-1,个独立的节点方程。对节,点,1,，,2,，,3,列,kcl,有：,（,3,）,根据,KVL,列出回路方程。选取,m-(n-1),个独立的回路，由,KVL,列出,l,个独立的回路方程,，,对回路,1,，,2,，,3,（,4,）将六个独立方程联立求解，得各支路电流,（,5,）根据电路的要求，求出其他待求量，如支路或元件上的电压、功率等。,例,3,：,用支路电流法求解下图所示电路中各支路电流及各电阻上吸收的功率。,解,:,该电路有三条支路、两个节点。故可列出一个独立的节点方程两个独立的回路方程,节点, ,1,+ ,2,+ ,3,= 0,回路,1 7 ,1,+ 11 ,2,= 6 70 = 64,回路,2 -11i,2,+7i,3,= -6,联立求解，得到：,1,= 6 A,2,= 2 A,3,= 4 A,2,）求各电阻上吸收的功率。电阻吸收的功率,电阻,R1,吸收的功率,电阻,R2,吸收的功率,电阻,R3,吸收的功率,电路暂态分析,在自然界中，各种事物的运动过程通常都存在稳定状态和过渡状态。,稳态：,在一定条件下的稳定状态，简称稳态。,过渡过程：,当条件改变时，它将从一种稳态转变到另一种新的稳态，,这是需要一定时间的，这个转变过程称为过渡过程。,u,C,+,C,i,C,U,+,S,R,合,S,前,:,合,S,后：,由零逐渐增加到,U,U,稳态,o,t,暂态,暂态过程的必要条件：,换路,:,电路状态的改变，,电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变,(1),电路中含有储能元件,(,内因,),(2),电路发生换路,(,外因,),换路定则,换路定则：,在换路瞬间，电感电流,和电容电压,不能跃变,设：,t=,0,表示换路瞬间,(,定为计时起点,),t,=0,-,表示换路前的终了瞬间,t,=0,+,表示换路后的初始瞬间（初始值）,电感电路：,电容电路,：,注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中,u,C,、,i,L,初始值。,求解要点：,1),先由,t =0-,的电路求出,u,C,( 0 ),、,i,L,( 0 ),；,2),根据换路定律求出,u,C,( 0,+,),、,i,L,( 0,+,),。,叠加原理,在多个电源同时作用的,线性电路,中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,概念,:,+,B,I,2,R,1,I,1,U,1,R,2,A,U,2,I,3,R,3,+,_,+,_,原电路,I,2,R,1,I,1,R,2,A,B,U,2,I,3,R,3,+,_,U,2,单独作用,+,_,A,U,1,B,I,2,R,1,I,1,R,2,I,3,R,3,U,1,单独作用,叠加原理,“恒压源不起作用”或“令其等于,0”,，即是将此恒压源去掉，代之以导线连接。,B,I,2,R,1,I,1,U,1,R,2,A,U,2,I,3,R,3,+,_,+,_,I,2,2,6,A,B,7.2V,3,+,_,+,_,A,12V,B,I,2,2,6,3,已知：,U,1,=12V,，,U,2,=7.2V,，,R,1,=2,，,R,2,=6,，,R,3,=3,解：,I,2,=,I,2,=,I,2,= I,2, + I,2,=,根据叠加原理，,I,2,= I,2, + I,2,1A,1A,0A,+,-,10,I,4A,20V,10,10,用迭加原理求：,I,= ?,I,=,2A,I,= -,1A,I = I+ I=,1A,+,10,I,4,A,10,10,+,-,10,I ,20V,10,10,解：,“恒流源不起作用”或“令其等于,0”,，即是将此恒流源去掉，使电路开路。,1.,叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、,电流的变化而改变）。,叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。,暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令,U=0,；,暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令,I,s,=0,。,=,+,4.,迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来,求功率，即功率不能叠加。如：,5.,运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分,电路的电源个数可能不止一个。,设,：,则,：,I,3,R,3,=,+,Thank,You!,