第2章-汽車電工電子技術ppt課件

汽車電工電子技術,高等職業(yè)教育“十二五”規(guī)劃教材,賈寶會張文主編,掌握電路的組成和電路模型的概念掌握汽車電路的組成和特點掌握電流、電壓、電位、電動勢的概念理解直流電路的三種工作狀態(tài)掌握歐姆定律掌握電阻串、并聯(lián)的計算方法掌握基爾霍夫定律了解用惠斯通電橋測量電阻的方法,本章學習目標,2.1直流電路的組成,1掌握電路的基本組成。2了解電路的主要功能。3掌握汽車電路的組成和基本特點。4學會汽車照明燈電路的制作方法。,學習目的,2.1.1電路的組成及作用,1電路及電路模型,電路電流通過的路徑。,一個完整的電路,由電源、負載、中間環(huán)節(jié)(開關或導線）按一定方式組成。,負載,中間環(huán)節(jié),電源,手電筒的電路原理圖,電池：提供電能的器件，稱為電源。,電珠：用電器件，稱為負載。,金屬連片：相當于導線，和開關一起連接電源和負載，起傳輸和控制作用，稱為中間環(huán)節(jié)。,(1)實現(xiàn)電能與其他形式能量的轉換、傳輸和分配,交流電的傳輸與轉換,電力電路（強電電路）,2電路的作用,用戶,（2）實現(xiàn)信號傳遞與處理,信道,通信系統(tǒng)原理框圖,發(fā)信源,收信者,信號電路（弱電電路）,（1）電源,2.1.2汽車電路的組成和特點,1.汽車電路的基本組成,（2）負載,（3）導線,（5）控制裝置,（4）保護裝置,2.汽車電路的特點,（1）低壓直流供電,（2）單線制,（3）負極搭鐵,（4）用電設備并聯(lián),汽車照明燈電路的制作,1工作描述,汽車上有許多照明車燈，它們幫助了汽車的安全行駛。例如汽車前照燈電路能夠將蓄電池或發(fā)動機的電能傳輸給前照燈，將電能轉換為光能。學習這些照明燈電路的制作方法對于掌握汽車電路的組成非常重要。,蓄電池或穩(wěn)壓電源一臺；汽車頂燈一套；數(shù)字式萬用表一塊；開關一只；電工工具一套；導線若干。,3需用器材,2工作目標,（1）學會汽車照明燈電路的制作方法；（2）學會識別汽車電路的組成部分和各部分的作用；（3）熟悉基本儀器儀表的使用。（4）學會在操作中注意環(huán)境保護和人身安全。,（3）通電實驗。,4工作過程,（1）正確選取電路的器材。,（2）電路的安裝。,a)閉合電路燈亮b)斷開電路燈滅,5工作評價,2.2直流電路的基本物理量,1掌握直流電路的基本物理量。2學會分析直流電路的三種工作狀態(tài)。3知道電氣設備的額定值。4學會對直流電路中電壓和電流進行測量。,學習目的,2.2.1基本物理量,(1)定義,電流帶電粒子的定向運動。,電流強度度量電流強弱的物理量。其數(shù)值=單位時間內(nèi)通過導體某一橫截面的電荷量。,工程上簡稱電流,1電流,（2）公式,直流當dq/dt=常數(shù)時，稱恒定電流。,單位時間,通過電荷量,即：,1）電流的實際方向：規(guī)定正電荷運動的方向為電流的方向。,千安(kA)、安培(A)、毫安(mA)、微安(A),（3）單位,（4）方向,1A=1C(庫侖)/s(秒),1mA=10-3A1A=10-3mA1mA=10-6kA,2）電流的參考方向：因為有些電路中很難直接判定電流方向（如下圖b中電阻R中的電流方向）；另外交流電路中，電流是隨時間變化的。所以需引入?yún)⒖挤较颉??,電流的參考方向（也稱正方向）是假設的方向，參考方向可以任意選定。,實際方向與參考方向一致，電流值為正值；實際方向與參考方向相反，電流值為負值。,在分析電路時：先假定參考方向據(jù)此進行計算再從結果的正負值確定實際方向。,今后，電路圖上標的電流方向均為參考方向。,3）注意,參考方向,參考方向,(a)I0,(b)I0,（5）表示方法,箭標,（1）定義：,電源,電壓度量電場力做功的物理量。,導線,正電荷在電場力作用下的運動,極板,2電壓,2.2.1基本物理量,1）電壓的方向（實際方向）：習慣上規(guī)定從高電位點指向低電位點，即電壓降的方向。,千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(V)。,（3）單位,（4）方向,A、B兩點間電壓單位正電荷在電場力的作用下，由A點經(jīng)外電路到B點電場力所做的功。,UABW/Q,（2）公式,2）參考方向：,實際方向與參考方向一致，電壓值為正值；實際方向與參考方向相反，電壓值為負值。,電壓參考方向是假設的方向，可以任意選定。為了方便，常和電流取一致的參考方向，稱為關聯(lián)參考方向。,參考方向,參考方向,(a)U0,(b)U0,在參考方向選定后，電壓值才有正負之分。,圖（a）中，U與I參考方向一致，則URI。,圖（b）中，U與I參考方向不一致，則U-RI。,3）表示方法3種：雙下標UAB；極性“”、“”；箭頭。,3電位,2.2.1基本物理量,(1)概念,電位實際上就是電路中某點至參考點之間的電壓，通常設參考點的電位為零。,度量電路中各點所具有的電位能大小的物理量。電位=電場力將單位正電荷從該點移到參考點所做的功。,電路中任意兩點之間的電壓等于這兩點之間的電位之差。,Uab=VaVb,(2)電位的計算,1）計算步驟:任選電路中某一點為參考點（常選大地為參考點)，設其電位為零。標出各電流參考方向并計算。計算各點至參考點間的電壓，即為各點的電位。,某點電位為正，說明該點電位比參考點高。某點電位為負，說明該點電位比參考點低。,圖a：選擇O點作參考點，則VO0，,UABVAVB2V,VAVA-VO=VAO1V,VBVB-VO=VBO-VOB=-1V,【練習】,圖b：選擇B點作參考點，則VB0，UABVAVB2V,圖c：選擇A點作參考點，則VA0,VBVB-VA=UBA-UAB=-2V,UABVAVB2V,由以上計算可以看出：參考點不同，各點的電位也不同，但任意兩點間的電位差不變。所以，分析電路時，常用電位來討論問題。,在電路中，往往不再把電源畫出，改用電位標出。,4電動勢,2.2.1基本物理量,(1)定義,移動到B極的正電荷借助外力回到A極板,為維持導線中的電流，保持電源兩極間一定的電壓，需借助外力使移動到負極的正電荷經(jīng)過另一路徑回到正極板，這種克服電場力作功的外力稱為電源力。,電動勢是電源力將單位正電荷從電源負極移到電源正極所做的功。,電動勢的實際作用方向從低電位端指向高電位端，是電位升的方向。,電動勢數(shù)值=單位正電荷增加的位能。,參考方向用箭頭、雙下標或極性“”、“”表示。,即：EBAVAVB,千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(V)。,（2）單位,（3）方向,（4）公式,5電功率,2.2.1基本物理量,(1)定義,PA/tUI,1）在時間t內(nèi)電荷受電場力作用從A點經(jīng)負載移到B點，電場力所作功，即t時間內(nèi)所消耗（或吸收）的電能。,2）單位時間內(nèi)消耗的電能稱電功率。,AUQUIt,電源產(chǎn)生的功率=負載、導線及電源內(nèi)阻消耗的功率。,3)能量守恒,PPE,UE,UI=EIIRo,P=PEP,負載取用功率,電源產(chǎn)生功率,內(nèi)阻消耗功率,（2）單位：千瓦(kW)、瓦(W)、毫瓦(mW)。,電路基本物理量的實際方向,歸納,三種狀態(tài)：,用U1表示電源的端電壓UAB,用U2表示負載的端電壓UCD,2.2.2電路的三種工作狀態(tài),電路的一般工作狀態(tài)。,特征：,（1）電路中的電流為,（2）電源的端電壓為：U1ER0I,（3）電源的輸出功率：,IE/(R0R),PEU1I(ER0I)I=EIR0I2,電源電動勢E一定時，輸出功率并不恒定。輸出功率與電源有關，還決定于負載的大小。,當E、R0一定時，電流由負載電阻R的大小決定。,1通路狀態(tài),電源輸出的功率由負載決定。,負載大小的概念:負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)，而不是電阻增大。,（1）原因,開關斷開或連接導線松脫。,（2）特征,1）電流I0,2）電源的端電壓電源的電動勢,3）電源的輸出功率P1和負載所吸收的功率P2均為0，電源對外不輸出電流。,又稱斷路或空載狀態(tài)。,U1E-R0I=E,空載電壓或開路電壓,P1U1I=0,P2U2I=0,2開路狀態(tài),（1）原因,當電源兩端輸出端鈕A、B由于導線絕緣損壞、操作不慎等原因相接觸時，電源被短路。,（2）特征,1）電源中的電流最大，外電路輸出電流為0。,2）電源和負載的端電壓均為0。,U1ER0ISC=0,短路電流,3短路狀態(tài),3）電源的對外輸出功率P1和負載所吸收的功率P2均為0，電源電動勢所發(fā)出的功率全部耗在內(nèi)阻上。,電源溫度迅速上升，可能焼毀電源和電氣、造成機械上的損壞，是嚴重事故，必須力求避免。實際電路中必須有短路保護裝置。,PEEISCE2/R0=ISCR0,1.表示方法,是考慮可靠性、經(jīng)濟性和使用壽命等制定的。,用帶下標“N”表示。如UN、IN。,額定值電氣設備和元器件在正常運行時規(guī)定的使用限額。,2.2.3電氣設備的額定值,2.三種運行狀態(tài),欠載狀態(tài)（輕載）：使用值小于額定值時電氣設備的工作狀態(tài)（即IPN）。,額定狀態(tài)：使用值等于額定值時電氣設備的工作狀態(tài)（即I=IN，P=PN）。此時經(jīng)濟合理安全可靠。,此時損壞設備。,此時不經(jīng)濟，也損壞設備。,直流電路中電壓和電流的測量,1工作描述,在汽車電路中，各種汽車電子電器設備的安裝位置、接線方法各不相同，但測量電路中基本物理量的方法基本相同，學會使用儀器儀表測量這些物理量，掌握其中的某些規(guī)律，將對汽車的故障診斷和檢修提供很大的幫助。,2工作目標,（1）能夠準確讀取電阻參數(shù)；（2）掌握用直流電壓表、直流電流表測量直流電路中的電壓、電流的方法；（3）掌握用萬用表測量電阻和電壓、電流的方法；（4）熟悉直流穩(wěn)壓電源的使用方法。,雙路直流穩(wěn)壓電源一臺；直流電流表（mA）一塊；直流電壓表一塊；直流電路單元板一塊；指針式萬用表一塊；帶插頭導線若干。,3需用器材,4工作過程,（1）將直流穩(wěn)壓電源調在US1=10V，測量三條支路電流,4工作過程,（2）將直流穩(wěn)壓電源調在US1=10V，測量三條支路電壓,4工作過程,（3）再調US1=20V，按照上述方法重新測量I1、I2和I3，U1、U2和U3，記錄在表中。,5工作評價,2.3歐姆定律,1掌握部分電路和全電路的歐姆定律的定義。2掌握歐姆定律的計算方法。3學會歐姆定律在汽車中的具體應用。,學習目的,2.3.1部分電路的歐姆定律,部分電路圖,也可以寫為：,或,（2-8）,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.3.2全電路的歐姆定律,（2-9）,由上式可得：,【例2-4】如圖所示電路中，已知電源的電動勢E=24V，內(nèi)阻r0=2，負載電阻R=10；求：（1）電路中的電流；（2）電源的端電壓；（3）負載電阻R上的電壓；（4）電源內(nèi)阻上的電壓降。,解：（1）,（2）,（3）,（4）,歐姆定律的應用,1工作描述,汽車電路中經(jīng)常要進行一些簡單的物理量的計算，比如汽車用電器電阻、電流和功率的估算，需要應用到一些基本的電路定律，其中歐姆定律的應用最為廣泛。,2工作目標,（1）學會照明燈電阻、人體電阻的估算；（2）學會汽車用電器的電流和功率的估算；（3）正確選取汽車用熔斷器。,汽車前照燈50W，12V一只；10A、20A、30A熔斷器各一個；萬用表一只；,3需用器材,4工作過程,（1）電阻值的估算。,（2）用電器正常工作時，流過電流的估算。,（3）根據(jù)電熱效應原理，汽車上應用不同電流大小的熔斷器。能夠根據(jù)熔斷器上標有允許流過的額定電流值，可正確選用。,5工作評價,2.4串、并聯(lián)電路,1掌握串聯(lián)電路的特點和計算方法。2掌握并聯(lián)電路的特點和計算方法。3學會對汽車各燈光電路的分析。,學習目的,特點:1)各電阻一個接一個地順序相聯(lián)；,兩電阻串聯(lián)時的分壓公式：,R=R1+R2,3)等效電阻等于各電阻之和；,4)串聯(lián)電阻上電壓的分配與電阻成正比。,2)各電阻中通過同一電流；,應用：降壓、限流、調節(jié)電壓等。,討論,2.4.1串聯(lián)電路,G為電導，單位：西門子。,特點:(1)各電阻的首、尾聯(lián)分別相連；,(2)各電阻兩端的電壓相同；,或G=G1+G2,2.4.2并聯(lián)電路,(3)等效電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和；,兩電阻并聯(lián)時的分流公式：,(4)并聯(lián)電阻上電流的分配與電阻成反比。,應用：分流、調節(jié)電流等。,并聯(lián)電阻愈多，總電阻愈小,電路中上總電流和總功率愈大，但每個負載的電流和總功率不變。,【練習】有一混聯(lián)電路，R110,R25,R32,R43,電源電壓U125V，求：電流I、I1、I2。,解:(1)R3和R4可等效成一個電阻R34,R34R3+R4（2+3）5,解:(2)R2和R34可等效成一個電阻RAB,RR1+RAB(10+2.5）12.5,(3)R1和RAB可等效成一個電阻R,解:(4)根據(jù)歐姆定律,(5)根據(jù)分流公式,汽車燈光電路的分析,1工作描述,汽車電路具有單線制，各電路負載相互并聯(lián)以及電源也是相互并聯(lián)使用。而汽車上安裝的熔斷裝置則是串聯(lián)在元器件或零部件的回路中。學習汽車燈光電路中串、并聯(lián)電路的特點。,2工作目標,（1）分析汽車燈光電路中哪個部分是串聯(lián)的？哪個部分是并聯(lián)的？（2）學會分析電流通路的電流流動的方向。,3工作過程,（1）分析轉向燈右轉電流通路,（2）分析轉向燈左轉電流通路,（3）分析大燈電流通路,（4）分析霧燈電流通路,（5）分析室內(nèi)燈電流通路,（6）分析倒車燈電流通路,（7）制動燈電流通路,4工作評價,2.5基爾霍夫定律,1掌握基爾霍夫電壓定律及其計算。2掌握基爾霍夫電流定律及其計算。3學會用基爾霍夫定律驗證電路。,學習目的,二、基爾霍夫定律本節(jié)重點講解,在電路的分析計算中，有2個重要的基本定律,一、歐姆定律物理學中已學過,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.5.1常用名詞,凡具有兩個端鈕可與外部電路相連接的元件稱為兩端元件。,1兩端元件,如圖所示的電路中含有5個兩端元件。,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.5.1常用名詞,2支路,電路中的一條分支，用字母“b”表示（branch），在這條分支上流過的電流相同。,所示的電路中b=3,有源支路？,無源支路？,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.5.1常用名詞,3節(jié)點,在電路中三條或三條以上支路的會聚點稱為節(jié)點，用字母“n”表示（node）。,所示的電路中n=2（即B點和E點）。,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.5.1常用名詞,4.回路,由一條或多條支路所組成的閉合電路稱為回路，用字母“l(fā)”表示（loop）。,所示電路中l(wèi)=3（即ABED回路、BCFE回路和ACFD回路）。,1.1.1電阻元件,1.1.1電阻元件,2.5.1常用名詞,5網(wǎng)孔,內(nèi)部無支路的回路稱為網(wǎng)孔，用字母“m”表示（mesh）。,所示的電路中m=2（即ABED回路、BCFE回路）。,2.5.2基爾霍夫電流定律（KCL）,1內(nèi)容,任一瞬間，通過電路中任一結點的各支路電流的代數(shù)和恒等于零。,其中支路電流：一條支路流過一個電流。,2.數(shù)學表達式即:Ii=0,流入結點A的電流為I1+I3,流出電流為I2+I4,則I1+I2+I3+I40即IK=0,R4,注意：基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結點處各支路電流必須服從的約束關系，與各支路上是什么元件無關。,假設有1個閉合面S包圍結點A，則通過A的電流必然穿過閉合面S，所以基爾霍夫電流定律可以由結點擴展到任一閉合面。,3.推廣,廣義結點,解：不管兩個電氣系統(tǒng)內(nèi)部如何復雜，若由兩根導線連接，必然存在I1I2的關系，因為可將A系統(tǒng)視為一廣義結點，所以有：,I1I20即I1I2,【例如】兩個電氣系統(tǒng)的連接，試決定兩根導線中電流I1和I2的關系。,廣義結點,解：假設一閉合面S，將三極管包圍起來。,所以，無論工作在什么情況下，晶體三極管3個電極的電流之間的關系，總是：發(fā)射極電流=集電極電流基極電流。,【例】試決定晶體三極管基極電流Ib、發(fā)射極電流Ie和集電極電流Ic之間的關系。,廣義結點,則有：IeIbIc0,或：IeIbIc,2.5.3基爾霍夫電壓定律(KVL),1內(nèi)容,任一瞬間，作用于電路中任一回路各支路電壓的代數(shù)和恒等于零。,2.數(shù)學表達式,即Ui=0,用于電路的某一回路時，必須首先假定各支路電壓的參考方向并指定回路的循行方向（順時針或逆時針），當支路電壓與回路方向一致時取“”號，相反時取“”號。,舉例考察某電路中的一個回路ABCA。,各支路電壓的參考方向和回路循行方向如圖。,則有：UAB+UBC+UCA=(VAVB)+(VBVC)+(VCVA)=0即UK=0,電壓的參考方向,注意：基爾霍夫電壓定律（KVL）反映了電路中任一回路中各支路電壓必須服從的約束關系，與各支路上是什么元件無關。,3.拓展,三電壓方程相加整理后：,3條支路的電壓方程：,R1I1R2I2R3I3US1US2,RKIKUSK,UAB=-US1R1I1,UBC=US2-R2I2,UCA=R3I3,（K1，2，3，E3=0）,任一瞬間，電路中的任一回路各電壓降的代數(shù)和恒等于這個回路內(nèi)各電源電壓的代數(shù)和。凡電源電壓、電流與回路方向一致者取“”，相反取“”號。,結論：本定律可以由真實回路拓展到任一虛擬回路，而不論虛擬回路中的實際電路元件是否存在。這就是說，電路中任一虛擬回路各電壓的代數(shù)和恒等于零。,基爾霍夫定律的驗證,1工作目標,（1）通過實驗驗證基爾霍夫電流定律和電壓定律，鞏固所學理論知識；（2）學會使用直流電壓表、直流電流表測量直流電路中電壓、電流的方法，進一步理解電路中電壓、電流參考方向和實際方向的關系。,雙路直流穩(wěn)壓電源一臺；直流電流表一塊；直流電壓表一塊；直流電路單元板一塊；指針式萬用表一塊；帶插頭導線若干。,2需用器材,3工作過程,（1）驗證基爾霍夫電流定律（KCL）,3工作過程,（1）驗證基爾霍夫電流定律（KCL）,驗證KCL數(shù)據(jù)記錄表,4工作過程,（2）驗證基爾霍夫電壓定律（KVL）,4工作過程,（2）驗證基爾霍夫電壓定律（KVL）,驗證KVL數(shù)據(jù)記錄表,4工作評價,2.6惠斯頓電