汽车电路基础 课件.ppt

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1、掌握电路的组成和电路模型的概念掌握汽车电路的组成和特点掌握电流、电压、电位、电动势的概念理解直流电路的三种工作状态掌握欧姆定律掌握电阻串、并联的计算方法掌握基尔霍夫定律了解用惠斯通电桥测量电阻的方法,本章学习目标,2.1 直流电路的组成,1掌握电路的基本组成。2了解电路的主要功能。3掌握汽车电路的组成和基本特点。4学会汽车照明灯电路的制作方法。,学习目的,2.1.1 电路的组成及作用,1电路及电路模型,电路电流通过的路径。,一个完整的电路,由电源、负载、中间环节(开关或导线）按一定方式组成。,负载,中间环节,电源,手电筒的电路原理图,电池：提供电能的器件，称为电源。,电珠：用电器件，称为负载。

2、,金属连片：相当于导线，和开关一起连接电源和负载，起传输和控制作用，称为中间环节。,(1)实现电能与其他形式能量的转换、传输和分配,交流电的传输与转换,电力电路（强电电路）,2电路的作用,用户,（2）实现信号传递与处理,信道,通信系统原理框图,发信源,收信者,信号电路（弱电电路）,（1）电源,2.1.2 汽车电路的组成和特点,1.汽车电路的基本组成,（2）负载,（3）导线,（5）控制装置,（4）保护装置,2.汽车电路的特点,（1）低压直流供电,（2）单线制,（3）负极搭铁,（4）用电设备并联,汽车照明灯电路的制作,1工作描述,汽车上有许多照明车灯，它们帮助了汽车的安全行驶。例如汽车前照灯电路能

3、够将蓄电池或发动机的电能传输给前照灯，将电能转换为光能。学习这些照明灯电路的制作方法对于掌握汽车电路的组成非常重要。,蓄电池或稳压电源 一台；汽车顶灯 一套；数字式万用表 一块；开关 一只；电工工具 一套；导线 若干。,3需用器材,2工作目标,（1）学会汽车照明灯电路的制作方法；（2）学会识别汽车电路的组成部分和各部分的作用；（3）熟悉基本仪器仪表的使用。（4）学会在操作中注意环境保护和人身安全。,（3）通电实验。,4工作过程,（1）正确选取电路的器材。,（2）电路的安装。,a)闭合电路灯亮 b)断开电路灯灭,5工作评价,2.2 直流电路的基本物理量,1掌握直流电路的基本物理量。2学会分析直流

4、电路的三种工作状态。3知道电气设备的额定值。4学会对直流电路中电压和电流进行测量。,学习目的,2.2.1 基本物理量,(1)定义,电流带电粒子的定向运动。,电流强度度量电流强弱的物理量。其数值=单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。,工程上简称电流,1电流,（2）公式,直流当dq/dt=常数时，称恒定电流。,单位时间,通过电荷量,即：,1）电流的实际方向：规定正电荷运动的方向为电流的方向。,千安(kA)、安培(A)、毫安(mA)、微安(A),（3）单位,（4）方向,1A=1C(库仑)/s(秒),1mA=10-3 A 1A=10-3mA1 mA=10-6kA,2）电流的参考方向：因为有些电路中很

5、难直接判定电流方向（如下图b中电阻R中的电流方向）；另外交流电路中，电流是随时间变化的。所以需引入参考方向。,?,电流的参考方向（也称正方向）是假设的方向，参考方向可以任意选定。,实际方向与参考方向一致，电流值为正值；实际方向与参考方向相反，电流值为负值。,在分析电路时：先假定参考方向据此进行计算再从结果的正负值确定实际方向。,今后，电路图上标的电流方向均为参考方向。,3）注意,参考方向,参考方向,(a)I0,(b)I0,（5）表示方法,箭 标,（1）定义：,电源,电压度量电场力做功的物理量。,导线,正电荷在电场力作用下的运动,极板,2电压,2.2.1 基本物理量,1）电压的方向（实际方向）：

6、习惯上规定从高电位点指向低电位点，即电压降的方向。,千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(V)。,（3）单位,（4）方向,A、B两点间电压单位正电荷在电场力的作用下，由A点经外电路到B点电场力所做的功。,UABW/Q,（2）公式,2）参考方向：,实际方向与参考方向一致，电压值为正值；实际方向与参考方向相反，电压值为负值。,电压参考方向是假设的方向，可以任意选定。为了方便，常和电流取一致的参考方向，称为关联参考方向。,参考方向,参考方向,(a)U0,(b)U 0,在参考方向选定后，电压值才有正负之分。,图（a）中，U与I参考方向一致，则URI。,图（b）中，U与I参考方向不一致，则U-R

7、I。,3）表示方法3种：双下标UAB；极性“”、“”；箭头。,3电位,2.2.1 基本物理量,(1)概念,电位实际上就是电路中某点至参考点之间的电压，通常设参考点的电位为零。,度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量。电位=电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功。,电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位之差。,Uab=VaVb,(2)电位的计算,1）计算步骤:任选电路中某一点为参考点（常选大地为参考点)，设其电位为零。标出各电流参考方向并计算。计算各点至参考点间的电压，即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,图a：选择O点作参考

8、点，则VO0，,UABVAVB2V,VA VA-VO=VAO1V,VB VB-VO=VBO-VOB=-1V,【练习】,图b：选择B点作参考点，则VB0，UABVAVB2V,图c：选择A点作参考点，则VA0,VB VB-VA=UBA-UAB=-2V,UABVAVB2V,由以上计算可以看出：参考点不同，各点的电位也不同，但任意两点间的电位差不变。所以，分析电路时，常用电位来讨论问题。,在电路中，往往不再把电源画出，改用电位标出。,4电动势,2.2.1 基本物理量,(1)定义,移动到B极的正电荷借助外力回到A极板,为维持导线中的电流，保持电源两极间一定的电压，需借助外力使移动到负极的正电荷经过另一路

9、径回到正极板，这种克服电场力作功的外力称为电源力。,电动势是电源力将单位正电荷从电源负极移到电源正极所做的功。,电动势的实际作用方向从低电位端指向高电位端，是电位升的方向。,电动势数值=单位正电荷增加的位能。,参考方向用箭头、双下标或极性“”、“”表示。,即：EBAVAVB,千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(V)。,（2）单位,（3）方向,（4）公式,5电功率,2.2.1 基本物理量,(1)定义,PA/tUI,1）在时间t内电荷受电场力作用从A点经负载移到B点，电场力所作功，即t时间内所消耗（或吸收）的电能。,2）单位时间内消耗的电能称电功率。,AUQUIt,电源产生的功率=负载、

10、导线及电源内阻消耗的功率。,3)能量守恒,PPE,UE,UI=EI IRo,P=PE P,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率,（2）单位：千瓦(kW)、瓦(W)、毫瓦(mW)。,电路基本物理量的实际方向,归纳,三种状态：,用U1表示电源的端电压UAB,用U2表示负载的端电压UCD,2.2.2 电路的三种工作状态,电路的一般工作状态。,特征：,（1）电路中的电流为,（2）电源的端电压为：U1ER0I,（3）电源的输出功率：,IE/(R0R),PE U1I(ER0I)I=EIR0I2,电源电动势E一定时，输出功率并不恒定。输出功率与电源有关，还决定于负载的大小。,当E、R0一定时，电流由负载

11、电阻R的大小决定。,1通路状态,电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)，而不是电阻增大。,（1）原因,开关断开或连接导线松脱。,（2）特征,1）电流I0,2）电源的端电压电源的电动势,3）电源的输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为0，电源对外不输出电流。,又称断路或空载状态。,U1E-R0I=E,空载电压或开路电压,P1U1I=0,P2U2I=0,2开路状态,（1）原因,当电源两端输出端钮A、B由于导线绝缘损坏、操作不慎等原因相接触时，电源被短路。,（2）特征,1）电源中的电流最大，外电路输出电流为0。,2）电源和负载的端电压均为0。,U1

12、ER0ISC=0,短路电流,3短路状态,3）电源的对外输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为0，电源电动势所发出的功率全部耗在内阻上。,电源温度迅速上升，可能焼毁电源和电气、造成机械上的损坏，是严重事故，必须力求避免。实际电路中必须有短路保护装置。,PE EISCE2/R0=ISCR0,1.表示方法,是考虑可靠性、经济性和使用寿命等制定的。,用带下标“N”表示。如UN、IN。,额定值电气设备和元器件在正常运行时规定的使用限额。,2.2.3 电气设备的额定值,2.三种运行状态,欠载状态（轻载）：使用值小于额定值时电气设备的工作状态（即I IN，P PN）。,过载状态（超载）：使用值大于额定值时电

13、气设备的工作状态（即I IN，P PN）。,额定状态：使用值等于额定值时电气设备的工作状态（即I=IN，P=PN）。此时经济合理安全可靠。,此时损坏设备。,此时不经济，也损坏设备。,直流电路中电压和电流的测量,1工作描述,在汽车电路中，各种汽车电子电器设备的安装位置、接线方法各不相同，但测量电路中基本物理量的方法基本相同，学会使用仪器仪表测量这些物理量，掌握其中的某些规律，将对汽车的故障诊断和检修提供很大的帮助。,2工作目标,（1）能够准确读取电阻参数；（2）掌握用直流电压表、直流电流表测量直流电路中的电压、电流的方法；（3）掌握用万用表测量电阻和电压、电流的方法；（4）熟悉直流稳压电源的使用

14、方法。,双路直流稳压电源 一台；直流电流表（mA）一块；直流电压表 一块；直流电路单元板 一块；指针式万用表 一块；带插头导线 若干。,3需用器材,4工作过程,（1）将直流稳压电源调在US1=10V，测量三条支路电流,4工作过程,（2）将直流稳压电源调在US1=10V，测量三条支路电压,4工作过程,（3）再调US1=20V，按照上述方法重新测量I1、I2和I3，U1、U2和U3，记录在表中。,5工作评价,2.3 欧姆定律,1掌握部分电路和全电路的欧姆定律的定义。2掌握欧姆定律的计算方法。3学会欧姆定律在汽车中的具体应用。,学习目的,2.3.1 部分电路的欧姆定律,部分电路图,也可以写为：,或,

15、（2-8）,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.3.2 全电路的欧姆定律,（2-9）,由上式可得：,【例2-4】如图所示电路中，已知电源的电动势E=24V，内阻r0=2，负载电阻R=10；求：（1）电路中的电流；（2）电源的端电压；（3）负载电阻R上的电压；（4）电源内阻上的电压降。,解：（1）,（2）,（3）,（4）,欧姆定律的应用,1工作描述,汽车电路中经常要进行一些简单的物理量的计算，比如汽车用电器电阻、电流和功率的估算，需要应用到一些基本的电路定律，其中欧姆定律的应用最为广泛。,2工作目标,（1）学会照明灯电阻、人体电阻的估算；（2）学会汽车用电器的电流和功率的估算；（3）

16、正确选取汽车用熔断器。,汽车前照灯50W，12V 一只；10A、20A、30A熔断器 各一个；万用表 一只；,3需用器材,4工作过程,（1）电阻值的估算。,（2）用电器正常工作时，流过电流的估算。,（3）根据电热效应原理，汽车上应用不同电流大小的熔断器。能够根据熔断器上标有允许流过的额定电流值，可正确选用。,5工作评价,2.4 串、并联电路,1掌握串联电路的特点和计算方法。2掌握并联电路的特点和计算方法。3学会对汽车各灯光电路的分析。,学习目的,特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R=R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。

17、,2)各电阻中通过同一电流；,应用：降压、限流、调节电压等。,讨论,2.4.1 串联电路,G为电导，单位：西门子。,特点:(1)各电阻的首、尾联分别相连；,(2)各电阻两端的电压相同；,或 G=G1+G2,2.4.2 并联电路,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,两电阻并联时的分流公式：,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,应用：分流、调节电流等。,并联电阻愈多，总电阻愈小,电路中上总电流和总功率愈大，但每个负载的电流和总功率不变。,【练习】有一混联电路，R110,R25,R32,R43,电源电压U125V，求：电流I、I1、I2。,解:(1)R3和R4可等效成一个电阻R34,R3

18、4 R3+R4（2+3）5,解:(2)R2和R34可等效成一个电阻RAB,R R1+RAB(10+2.5）12.5,(3)R1和RAB可等效成一个电阻R,解:(4)根据欧姆定律,(5)根据分流公式,汽车灯光电路的分析,1工作描述,汽车电路具有单线制，各电路负载相互并联以及电源也是相互并联使用。而汽车上安装的熔断装置则是串联在元器件或零部件的回路中。学习汽车灯光电路中串、并联电路的特点。,2工作目标,（1）分析汽车灯光电路中哪个部分是串联的？哪个部分是并联的？（2）学会分析电流通路的电流流动的方向。,3工作过程,（1）分析转向灯右转电流通路,（2）分析转向灯左转电流通路,（3）分析大灯电流通路,

19、（4）分析雾灯电流通路,（5）分析室内灯电流通路,（6）分析倒车灯电流通路,（7）制动灯电流通路,4工作评价,2.5 基尔霍夫定律,1掌握基尔霍夫电压定律及其计算。2掌握基尔霍夫电流定律及其计算。3学会用基尔霍夫定律验证电路。,学习目的,二、基尔霍夫定律本节重点讲解,在电路的分析计算中，有2个重要的基本定律,一、欧姆定律物理学中已学过,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.5.1 常用名词,凡具有两个端钮可与外部电路相连接的元件称为两端元件。,1两端元件,如图所示的电路中含有5个两端元件。,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.5.1 常用名词,2支路,电路中的一条分支，用

20、字母“b”表示（branch），在这条分支上流过的电流相同。,所示的电路中b=3,有源支路？,无源支路？,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.5.1 常用名词,3节点,在电路中三条或三条以上支路的会聚点称为节点，用字母“n”表示（node）。,所示的电路中n=2（即B点和E点）。,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.5.1 常用名词,4.回路,由一条或多条支路所组成的闭合电路称为回路，用字母“l”表示（loop）。,所示电路中 l=3（即ABED回路、BCFE回路和ACFD回路）。,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.5.1 常用名词,5网孔,内部无支路的回

21、路称为网孔，用字母“m”表示（mesh）。,所示的电路中 m=2（即ABED回路、BCFE回路）。,2.5.2 基尔霍夫电流定律（KCL）,1内容,任一瞬间，通过电路中任一结点的各支路电流的代数和恒等于零。,其中支路电流：一条支路流过一个电流。,2.数学表达式 即:Ii=0,流入结点A的电流为 I1+I3,流出电流为 I2+I4,则 I1+I2+I3+I4 0即 IK=0,R4,注意：基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流必须服从的约束关系，与各支路上是什么元件无关。,假设有1个闭合面S包围结点A，则通过A的电流必然穿过闭合面S，所以基尔霍夫电流定律可以由结点扩展到任一闭合

22、面。,3.推广,广义结点,解：不管两个电气系统内部如何复杂，若由两根导线连接，必然存在I1I2的关系，因为可将A系统视为一广义结点，所以有：,I1I20即I1I2,【例如】两个电气系统的连接，试决定两根导线中电流I1和I2的关系。,广义结点,解：假设一闭合面S，将三极管包围起来。,所以，无论工作在什么情况下，晶体三极管3个电极的电流之间的关系，总是：发射极电流=集电极电流基极电流。,【例】试决定晶体三极管基极电流Ib、发射极电流Ie和集电极电流Ic之间的关系。,广义结点,则有：IeIbIc0,或：IeIbIc,2.5.3 基尔霍夫电压定律(KVL),1内容,任一瞬间，作用于电路中任一回路各支路

23、电压的代数和恒等于零。,2.数学表达式,即 Ui=0,用于电路的某一回路时，必须首先假定各支路电压的参考方向并指定回路的循行方向（顺时针或逆时针），当支路电压与回路方向一致时取“”号，相反时取“”号。,举例考察某电路中的一个回路ABCA。,各支路电压的参考方向和回路循行方向如图。,则有：UAB+UBC+UCA=(VAVB)+(VBVC)+(VCVA)=0 即 UK=0,电压的参考方向,注意：基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各支路电压必须服从的约束关系，与各支路上是什么元件无关。,3.拓展,三电压方程相加整理后：,3条支路的电压方程：,R1I1R2I2R3I3US1US2,RKI

24、KUSK,UAB=-US1R1I1,UBC=US2-R2I2,UCA=R3I3,（K1，2，3，E3=0）,任一瞬间，电路中的任一回路各电压降的代数和恒等于这个回路内各电源电压的代数和。凡电源电压、电流与回路方向一致者取“”，相反取“”号。,结论：本定律可以由真实回路拓展到任一虚拟回路，而不论虚拟回路中的实际电路元件是否存在。这就是说，电路中任一虚拟回路各电压的代数和恒等于零。,基尔霍夫定律的验证,1工作目标,（1）通过实验验证基尔霍夫电流定律和电压定律，巩固所学理论知识；（2）学会使用直流电压表、直流电流表测量直流电路中电压、电流的方法，进一步理解电路中电压、电流参考方向和实际方向的关系。,

25、双路直流稳压电源 一台；直流电流表 一块；直流电压表 一块；直流电路单元板 一块；指针式万用表 一块；带插头导线 若干。,2需用器材,3工作过程,（1）验证基尔霍夫电流定律（KCL）,3工作过程,（1）验证基尔霍夫电流定律（KCL）,验证KCL数据记录表,4工作过程,（2）验证基尔霍夫电压定律（KVL）,4工作过程,（2）验证基尔霍夫电压定律（KVL）,验证KVL数据记录表,4工作评价,2.6 惠斯顿电桥,掌握惠斯顿电桥法测量电阻的原理。掌握判断电桥平衡的方法。学会分析惠斯顿电桥在汽车上的应用。,学习目的,利用电桥平衡原理构成的电测仪器，不仅可以测电阻，也可以测电容、电感，并可通过这些物理量的

26、测量来间接测量非电学量，例如温度、压力等，因此电桥电路在自动化仪表和自动控制中有着广泛的应用。,用惠斯顿电桥测量电阻的电路原理图如图所示。图中，R1、R2是已知标准电阻，Rs是可变标准电阻，Rx是被测电阻，B、D间接检流计。,惠斯顿电桥测电阻原理图,1.1.1 电阻元件,1.1.1 电阻元件,2.6 惠斯顿电桥,接通电路后，检流计一般不示零，说明B、D两点电位不相等，通过调节Rs，使检流计中无电流通过（Ig=0），此时电桥达到平衡。,电桥平衡的条件是B、D 两点电位相等，即,又,所以有,令M=R1/R2，称为“倍率”，用M表示，则式可写为,要使电桥平衡，一般固定比率M，调节Rs使电桥达到平衡。

27、,惠斯顿电桥型汽车电路的分析,1工作描述,惠斯顿电桥是一种最基本的典型的电桥电路。在许多汽车电子控制燃油系统中，就是应用了惠斯顿电桥的工作原理制成了热线式空气流量传感器，该传感器的主要功用是精确测量发动机内的空气质量。,2工作目标,（1）通过分析汽车中的具体实例，掌握惠斯顿电桥的原理；（2）了解热线式空气流量传感器测量电路的组成和工作原理。,3工作过程,（1）学习热线式空气流量传感器的结构组成。,图2-38 热线式空气流量传感器结构图1 防护网 2 取样管 3 铂金热线 4 温度补偿电阻5 空气流 6 控制线路板 7 电连接器,4工作过程,（2）学会分析热线式空气流量传感器的电路原理。,（3）自行查找相关的惠斯顿电桥应用的例子，并记载下来，与其他同学一起分析研究。,图2-39 热线式空气流量传感器的工作原理,4工作评价,谢谢观赏 THANKS!,本章结束,