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第一章直流电路学习目标1．了解什么是电位2．了解什么是电压3．掌握电位和电压的关系4．了解什么是电动势5．了解什么是电流6．掌握欧姆定律学习要求应知：电位、电压、电动势、电流的概念；欧姆定律的内容。电位与电压的关系；电压与电动势的关系。应会：用万用表测量电路中的电位、电压、电流；用欧姆定律和基尔霍夫定律分析电路中元件的电压、电流及电阻的关系。第一节基本概念一、什么是电位在汽车电路中，通常用汽车底盘、车架和发动机等金属作为公用线，也就是常说的“搭铁”，并视其为电路中的参考零点。如同观察珠峰高度时以水平面为参考零点，电路中其他各点所具有的电势能就是以该点为参考点的电位。电位没有方向性，是标量。单位是伏特(V)、毫伏(mV)。通常用字母V表示某点的电位，如：VA=4V。提示：汽车蓄电池每单格的电位是2V。进一步：电位是相对值，大小取决于参考点的选择。操作：用万用表电压挡实测汽车电瓶每格电位。二、什么是电压电压就是电路中两点问的电位差。通常规定电压的参考方向为高电位(“+”极性)端指向低电位(“-”极性)端，即电压的方向为电位降低的方向，在电路图中所标电压的方向一般都是参考方向，它们的真实值为正值，还是负值，视选定的参考方向而定，电压的单位为伏特(V)。通常用字母U来表示。提示：汽车电气系统的额定电压有12V和24V两种。进一步：电压是矢量(有大小也有方向的量)，它的大小取决于电路中两点的选择；电压是对外电路元件(除去电源)而言。操作：用万用表测量汽车驻车灯、尾灯电压。三、什么是电动势电动势也是电路中两点的电位差，不过电动势通常是对电源内部而言，是表示其他形式的能量转换成电能的能力。它的参考方向规定为电源内部低电位(“-”极性)端指向高电位(“+”极性)端，即电动势的方向为电位升高的方向，电动势的单位为伏特(V)、毫伏(mV)等，通常用字母E来表示。提示：汽车蓄电池的电动势通常为12V。进一步：电动势是矢量，表示电源本身的性质。操作：用万用表测新干电池和新蓄电池的电动势。四、什么是电流电流就是带电粒子在电路中的定向运动。通常规定正电荷运动的方向为电路中电流的实际方向，在实际电路中可选定参考方向，若实际方向与参考方向相同，电流为正值；若实际方向与参考方向相反，电流为负值。电流通常用字母，来表示。它的单位是安培(A)、毫安(mA)等。提示：汽油发动机起动电流为200～600A，有些柴油机起动电流l000A。进一步：电流是矢量，分析时不但要注意大小，而且要注意方向。操作：用万用表电流挡，测点火系统一次线圈电流。五、欧姆定律在纯电阻电路中，某些元件的端电压与流过该元件的电流的比是一个定值，即R=U/I，这就是欧姆定律。此比值就是该元件的电阻，通常用字母R来表示。它的单位是欧姆(Ω)、千欧(KΩ)等。提示：应用欧姆定律要注意电压、电流的参考方向，如果二者方向一致U=IR，如果二者参考方向不一致U=-IR。进一步：纯电阻直流电路中的任意元件都适用欧姆定律。操作：计算图1—1中的电阻值，并用万用表验证欧姆定律。注意断电后方可用万用表测电阻。六、基尔霍夫定律1．基尔霍夫电流定律电路中流过同一电流的每一电路分支叫支路；支路中流过的电流叫支路电流；电路中，三个或三个以上的支路相交的点称为节点。由于电流的连续性，在任一瞬时，流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和，即任一瞬时，一个节点上电流的代数和为零。这就是基尔霍夫电流定律。提示：基尔霍夫电流定律是对复杂电路多支路电流而言的，分析时注意节点的选取。进一步：电流是矢量，分析时不但要注意大小，而且要注意方向，一般规定流入节点电流为正值，流出节点电流为负值。例题：在图1-2中，I1=2A，I2=4A，I3=7A，计算I4。解：由基尔霍夫电流定律可列出I1+I3=I2+I4代入数值计算出I4=5A2．基尔霍夫电压定律电路中，回路是由一条或多条支路所组成的闭合电路。根据能量守恒定律，在任一瞬时，沿任一回路循环(顺时针或逆时针方向)，回路中各段电压的代数和为零，这就是基尔霍夫电压定律。提示：基尔霍夫电压定律是对复杂电路中单一回路电压而言，分析时注意回路的选取。同一回路中不同电路分支的电流可以不同。进一步：电压是矢量，分析时不但要注意大小，而且要注意方向，一般规定沿回路电压降为正值，沿回路电压升为负值。例题：有一闭合回路如图l-3所示，各支路的元件是任意的，但已知：UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V。试求：(1)UCD(2)UCA。解：(1)由基尔霍夫电压定律可列出UAB+UBC+UCD+UDA=O即5V+(-4V)+UCD+(-3V)=0得UCD=2V(2)ABCA不是闭合回路，也可应用基尔霍夫电压定律列出UAB+UBC+UCA=O即5V+（-4V）+UCA=0得UCA=-1V第二节电阻学习目标1．了解电阻的分类与标记2．了解电阻的串联3．了解电阻的并联4．电路中电位的计算5．掌握分压网络在汽车电路中的应用6．了解特殊电阻在汽车上的应用。考核标准：应知：串联电路中电压、电流及电阻的关系；关联电路中电压、电流及电阻的关系。应会：判别电路中电阻的连接方式；根据标记分辨电阻；用万用表检测电阻和电位；分析汽车电阻分压网络中的电位关系。一、电阻的分类与标记1．电阻的基本定义电阻是汽车电气、电子设备中用得最多的基本元件之一，主要用于控制和调节电路中的电流和电压，或用作消耗电能的负载。电阻的单位是欧姆(Ω)。操作规范：选用电阻不但要注意电阻阻值的大小，同时要考察它所能承受的电压，允许通过的电流，还要考察它的额定功率。2．电阻的分类方法电阻有不同的分类方法。按阻值分，电阻有固定电阻和可变电阻(可变电阻常称为电位器)之分；按材料分，有碳膜电阻、金属膜电阻和线绕电阻等不同类型；按功率分，有意1/16w、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等额定功率的电阻；按电阻值的精确度分，有精确度为±5％、±10％、±20％等的普通电阻，还有精确度为±0.1％、±0.2％、±O.5％、±1％和±2％的精密电阻。(1)固定电阻①电阻型号命名方法根据GB2471-8l，见表1-1。如图1-4所示，为电阻型号标称实例。②电阻值的标识按部颁标准规定，电阻值的标称值应为表1-2所列数字的10n倍，其中n为正整数、负整数或零。电阻的阻值和允许偏差的标注方法有直标法、色标法和文字符号法。(a)直标法将电阻的阻值和误差直接用数字和字母印在电阻上(无误差标示为允许误差±20％)。也有采用习惯标记法的，如：3Ω3I表示电阻值为3.3Ω，允许误差为±5％1K8Ⅲ表示电阻值为1.8KΩ，允许误差为±20％5M1Ⅱ表示电阻值为5.1MΩ，允许误差为±10％(b)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允许误差，各种颜色所对应的数值见表l-3。固定电阻色环标志读数识别规则如图l-5所示。(c)文字符号法例如：3M3K3M3表示3.3MΩ，K表示允许偏差为±10％。③电阻额定功率的识别电阻的额定功率指电阻在直流或交流电路中，长期连续工作所允许消耗的最大功率，有两种标志方法：2w以上的电阻，直接用数字印在电阻体上；2W以下的电阻，以自身体积大小来表示功率。在电路图上表示电阻功率时，采用如图l-6的符号。*④电阻偏差标志符号表电阻偏差标志符号如表1-4所示。(2)可变电阻可变电阻一般称为电位器，从形状上分有圆柱体、长方体等多种形状；从结构上分有直滑式、旋转式、带开关式、带紧锁装置式、多联式、多圈式、微调式和无接触式等多种形式；从材料上分有碳膜、合成膜、有机导电体、金属玻璃釉和合金电阻丝等多种电阻材料。碳膜电位器是较常用的一种。电位器在旋转时，其相应的阻值依旋转角度而变化。变化规律有三种不同形式，如图l-7所示。X型为直线型，其阻值按角度均匀变化。它适于作分压、调节电流等用，如在电视机中作场频调整。Z型为指数型，其阻值按旋转角度依指数关系变化(即阻值变化开始缓慢，以后变快)，它普遍使用在音量调节电路里。由于人耳对声音响度的听觉特性是接近于指数关系的，当音量从零开始逐渐变大的一段过程中，人耳听觉对音量变化最灵敏，当音量大到一定程度后，人耳听觉逐渐变迟钝。所以音量调整一般采用指数式电位器，使声音变化听起来显得平稳、舒适。D型为对数型，其阻值按旋转角度依对数关系变化(即阻值变化开始快，以后缓慢)，这种方式多用于仪器设备的特殊调节。在电视机中采用这种电位器调整黑白对比度，可使对比度更加适宜。二、电阻的串联在电路中有两个或更多个电阻一个一个地顺序相连，并且在这些电阻中流过同一电流，这种连接方法称为电阻的串联，如图1-8(a)所示。串联的几个电阻可用一个等效电阻[见图1—8(b)]来替代，等效电阻的阻值等于各个串联电阻之和，即R=R1+R2+……+RN由于这些串联电阻流过同一电流．所以每个电阻上的电压只取决于电阻本身的阻值(符合欧姆定律)。提示：串联电路中，流过每点的电流都是相同的；总电阻大于各段电阻：总电压大于各段电压。进一步：串联电阻具有分压作用，如需调节电路中的电流时，一般可在电路中串联一个变阻器来调节。改变电阻的大小，可得到不同的电压。操作规范：应用电阻时要注意不但考虑电阻的阻值，还要考虑电阻的耐压、耐流和功率。操作：用蓄电池和两只电阻连成如图l-8所示串联电路。用万用表电压挡分别测量该电路中各元件上的电压，你会发现总电压大于各段电压，各段电压的和等于总电压；用万用表的电流档测量该串联电路的电流，你会发现流过每个元件的电流都是相同的。三、电阻的并联电路中有两个或多个电阻连接在两个公共的节点之间，承受同一个端电压，这些电阻的连接关系称为并联，如图1-9(a)所示。两个并联电阻可用一个等效电阻来代替，如图l-9(b)所示。等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数和，即1/R=1/R1+1/R2+……+1/RN因为并联电阻承受同一端电压，所以流过某个电阻的电流与其电阻成反比，由此可知．并联电路中并联电阻愈多，总电阻愈小。提示：并联电路的总电阻小于最小的电阻；如果电阻值不同，流过每条支路的电流也就不同；每条支路的电流之和等于电路的总电流。进一步：电路中并联变阻器可以起到分流或调节电流的作用；汽车蓄电池并联时，是把正极与正极相连，负极与自极相连。不论并联的个数是多少，电压均保持不变，但容量增加，是各蓄电池容量之和。操作：用蓄电池和两只电阻连成如图1-9(a)所示并联电路。用万用表电压档分别测量该电路中各元件上的电压，你会发现每个元件的电压都是相同的。用万用表的电流挡测量该并联电路的各个电流，你会发现每条支路的电流之和等于电路的总电流。四、电阻分压网络在汽车电路中的应用在汽车传感器电路中，为了提高信号的检测灵敏度和准确度，经常使用电阻分压网络将敏感元件连接成电桥的形式。电桥的形式很多，汽车传感器电路中常用的是直流单臂电桥——惠斯通电桥。惠斯通电桥的电路原理图如图1-10所示。电桥共有四个桥臂，其中一个桥臂ac接敏感元件Rx，其余三个臂cb、bd、da分别接标准电阻R2、R3、R4。直流电源E接在电桥的一对对角点ab上，另一对对角点cd接检测电流的检流计。接通电源后调节电阻R2、R3、R4，使检流计的电流为零，则表明此时电桥的cd两点电位相等，称电桥处于平衡状态。如果敏感元件RX受外界信号影响电阻值改变，电桥平衡被打破，这时cd两点电位不相等，检流计中将有电流Ig流过。提示：惠斯通电桥电路经常应用在电阻类的汽1车传感器电路中。具体实例在后续压敏电阻传感器内容中讲解。五、特殊电阻在汽车上的应用1．热敏电阻热敏电阻是电阻式温度传感器的一种。一般把金属氧化物陶瓷半导体材料经成形、烧结等工艺制成的测温元件称为热敏电阻(有一部分热敏电阻由碳化硅材料制成)。在工作温度范围内，其电阻值随温度升高而增加的热敏电阻称为正温度系数(PTC)热敏电阻；其电阻值随温度升高而减少的热敏电阻称为负温度系数(NTC)热敏电阻。在临界温度时，其阻值发生跃变的称为临界温度热敏电阻(CTR)。热敏电阻是用半导体材料掺人适当的金属氧化物，根据所要求的形状，在1000℃以上的高温下烧结而成。按