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汽车电工电子汽车工程系张京凯一、汽车电路基础二、交流电基础知识及安全用电三、教法与学法四、教学过程五、板书设计六、数字电路七、汽车电子控制基础电在我们的日常生活中无处不在，与我们的生活息息相关。电子电路技术的发展给我们的生活带来了很大的变化，让我们的工作、家庭生活更加舒适健康。随着电子技术的迅猛发展，电子技术广泛应用在航空、航天、航海、汽车、工业生产、家用电器等各行各业，使各个领域的技术不断更新发展。特别是近些年，电子电路在汽车上得到了广泛地应用，使汽车的性能（经济性、排放性、安全性、舒适性、通过性等）得到很大的发展和提高，给发展智能化、网络化汽车及智能交通系统奠定了良好基础。项目一汽车电路基础知识目标：1．掌握电路的基本组成、电路的三种工作状态；2．理解电流、电压、电动势、电位、电工、电功率等基本概念；3．掌握电阻串联、并联及混联的连接方式，了解电阻与温度的关系；4．了解电容、电感的特性；5．掌握欧姆定律、基尔霍夫定律；6．了解汽车电路导线的特点。技能目标：1．能正确计算串联、并联及混联电路的电阻、电压和电流；2．能读识别汽车上常用的导线及电气设备；3．能动手操作验证基尔霍夫定律；4．能根据电路图联接汽车基本电路。任务一电路组成与基本概念一、电路的组成在日常生活或在生产实践中人们广泛地接触着各种各样的电路，手电筒就是一种非常简单的电路，在汽车上，起动系就是最常见也是最基本的电路。电路就是电流通过的路径。它是由一些电气设备和元器件按照一定方式连接而成的闭合回路。一般来说，电路由电源、负载、连接导线、控制和保护装置（开关）四部分组成，如图1-1所示。图1-1电路的组成1.电源（供能元件）为电路提供能量的设备和器件。它能把其他形式的能转换成电能。常见的电源有干电池、蓄电池、发电机等。汽车上的电源有两个，一个是发电机，另一个是蓄电池。发动机不启动时由蓄电池供电，发动机启动后轻负荷下由发电机供电，大负荷下由蓄电池和发电机联合供电。2.负载（耗能元件）使用（消耗）电能的设备和器件的总称。其作用是把电能转换成其他形式的能，如灯泡、电动机等用电器。汽车上的所有灯光，控制车窗升降、雨刮或中控锁的电机，喷油器，油泵，喇叭，所有的电控单元(ECU)等都是负载。3.连接导线将电源和负载按一定方式连接构成闭合回路，输送和分配电能。如各种铜线、铝线等。4.控制和保护装置用来控制电路的通断，保护电路的安全，使电路能够正常工作，如丌关、熔断器、继电器等。汽车上不同参数的保险丝、熔断器、灯光开关、雨刮开关、车窗开关、中控锁开关、点火开关、巡航开关、防盗继电器、启动继电器、油泵继电器、雨刮继电器等，这些都属于控制和保护装置。二、电路的作用实际电路种类繁多，但就其功能来说可概括为以下四个方面。1.进行能量的传输、分配与转换。典型的例子是电力系统中的输电电路，如图1-2所示。发电厂的发电机组将其他形式的能量（热能、水能、风能、原子能等）转换成电能，通过变压器、输电线等输送给用户，那里把电能转换成机械能（如负载是电动机）、光能（如负载是灯泡）、热能（如负载是电炉等），为人们生产、生活所利用。图1-2电力系统输电电路图2.实现信息的传递与处理。典型的例子有电话、收音机、电视机等，如图1-3所示。接收天线把载有语言、音乐、图像信息的电磁波接收后，通过电路把输入信号（又称激励）变换或处理为人们所需要的输出信号（又称响应），送到扬声器或显像管，再还原为语言、音乐或图像。图1-3信号处理电路3.实现电量的测量。如万用表（数字式、机械式）在测量电阻时，万用表和电阻即连接成完整的测量电路。4.存储电路。所有的存储芯片内部都是由电路构成的。实际电路多种多样，具体的功能也各不相同，但它们有其共性，正是在这种共性的基础上，形成电路理论这一学科。三、电路的状态电路的状态简单可分为三种：1.通路（闭路）：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。2.断路（开路）：电路中没有电流通过，又称为空载状态。3.短路（捷路）：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。四、电路图由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图，图1-4所示的手电筒电路图。图1-4手电筒电路图理想元件：电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件（模型）来代替，而对实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。在实际电路中使用着各种电气元器件（统称为电踣部件），如电阻器、电容器、电感器、灯泡、电池、晶体管、变压器等。实际的电路部件虽然种类繁多，但在电磁现象方而却有许多共同的地方。譬如电阻器、灯泡、电炉等，它们主要是消耗电能的，这样我们可用一个理想电阻来反映消耗电能的特征，即电阻特性。当电流通过它时，在它内部进行着把电能转换为其他形式能量的过程。理想电阻的模型符号如图1-5(a)所示。类似地，各种实际电容器主要是贮存电能的，用一个理想的二端电容来反映贮存电能的特征，即电容特性，理想电容的模型符号如图1-5(b)所示。用一个理想二端电感来反映贮存磁能的特征，即电感特性，其模型符号如图1-5(c)所示。图1-5理想电阻、电容、电感元件模型常用的理想元件名称和符号如表1-1所示。表1-1常用的理想元件及符号汽车电路图是将各电气部件的图形符号通过线条连接在一起的关系图。其主要用于表达各电气系统的工作原理及电气部件之间的连接关系，同时还可表示各种电气部件、线束等在车上的具体位置。汽车电气设备电路图可分为电路线路图、电路原理图、电器定位图3种类型，如图1-6所示。图1-6汽车电路图的分类电路原理图将各个电器、线路的布置等都简化成最简单、清晰的方式，因此应用最为广泛，电路原理图又分为整车电路原理图和局部电路原理图，如图1-7所示为北京现代伊兰特轿车的喇叭控制电路原理图。图1-7轿车的喇叭控制电路图五、电路中的基本物理量在电路分析中，我们常用到的物理量有电流、电压、电位和电功率等。在分析电路之前，作为常识，旨先要深刻理解这些基本物理量的概念、符号和单位等。（一）电流1．电流及电流强度电路中带电粒子在电源作用下作有规则的定向移动形成电流。电流既可以是负电荷，也可以是正电荷或者两者兼有的定向运动的结果。如金属导体中的带电粒子是自由电子，电解液中的带电粒子是正、负离子。因此习惯上规定以正电荷移动的方向作为电流的方向，自由电子、负离子移动的方向与电流的方向相反，如图1-8所示。图1-8自由电子移动的方向电流的强弱称为电流强度（简称电流），用符号I表示。电流强度用每秒钟通过导线某一截面的电荷量（电量）的多少来衡量。用符号Q表示通过导线某一截面的电量、t表示通过电量Q所用的时间，则QIt式中：电流I的单位是安培（简称安），用符号A表示。电量Q的单位是库仑，用符号C表示。时间t的单位是秒，用S表示。1安培（A）=1库仑(C)/1秒(S)即当每秒钟有1库仑的电量通过导线的某一截面，这时的电流就为1安培。电流很小时其单位常用毫安（mA）或微安(A)表示，电流很大时其单位常用千安（kA）表示，电流单位之间的换算关系是：1安培（A）=103毫安（mA）=106微安（A）=10-3千安（kA）2．电流的参考方向在进行电路分析计算时，当某段电路难以确定电流的实际方向时，可先假设一个电流的方向，称为电流的参考方向，并在相关电路中用箭头标出。如果计算结果电流的值为正值，则实际电流方向与参考电流方向一致；如果计算结果电流的值为负值，则实际电流方向与参考电流方向相反。如图1-9所示。图1-9电流的参考方向电流的大小和方向都不随时间改变的电流叫直流电（DC），用大写字母I表示。如果电流的大小和方向都随时间改变的电流叫交流电流（AC），用小写字母i表示。（二）电压、电位、电动势1．电压电压又称电位差，如图1-10所示，在电场中若电场力将点电荷Q从A点移到B点，所做的功为WAB，则功与电荷Q的比值就称为该两点之间的电压。数学表达式为UAB=WAB/Q。图1-10电场力与电压UAB表示a点和b点之间的电压，单位为伏特（简称伏），符号表示为V；WAB表示电场力将把正电荷从a点移动到b点所做的功，单位为焦耳，符号表示为J；Q表示电荷，单位为库仑，符号表示为C。电压很小时其单位常用毫伏（mV）或微伏(V)表示，电压很大时其单位常用千伏（kV）表示，电压单位之间的换算关系是：1伏特（V）=103毫伏（mV）=106微伏（V）=10-3千伏（kV）2．电位和电位差是指电路中某点与参考点之间的电压，符号用带下标的字母U表示，单位也是V（伏特）。通常把参考点的电位规定为零，又称零电位。一般选大地为参考点，即视大地为零电位。在电子仪器和设备中又常把金属外壳或电路的公共接点的电位规定为零。需要注意，参考点的选择是任意的。在电场中，当选择不同的参考点时，各点的电位是不同的，但任意两点之间的电压不会因参考点的不同而发生变化。由图1-11可以看出电位具有相对性，即电路中某点的电位值随参考点位置的改变而改变；而电位差具有绝对性，即任意两点之间的电位差值与电路中参考点的位置选取无关。此外电位有正负之分，当某点的电位大于参考点（零电位）电位时，称其为正电位，反之称其为负电位。图1-11电位与电位差3．电动势电源内部有一种能推动电荷移动的作用力叫电源力。电动势就是电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功。电动势用E表示，单位伏特（V）。baWEq式中：baW表示电源力将电荷从负极b移动到正极a所做的功，单位为焦耳，符号表示为J；q表示电荷，单位为库仑，符号表示为C。电动势的方向规定：在电源内部由负极指向正极。4．电动势和端电压端电压是指电路两个端的电压。对于一个电源，既有电动势，又有端电压。电动势存在于电源内部，而端电压则是电源加在外电路两端的电压。在电源中，电动势的方向与电压的方向是相反的。一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路时，电源的端电压才与电源的电动势相等。（三）电功与电功率1．电功电流经过负载时，负载将电能转换成其它形式的能量，称为电流作功，简称电功，用字母W表示。电流做的功等于负载两端的电压U、流过负载的电流I和通电时间t的乘积，即22UtWIUtIRtR式中W—电功，单位焦耳，符号表示J；U—加在负载上的电压，单位伏特，符号表示V；I—流过负载的电流，单位安培，符号表示A；t—时间，单位秒，符号表示s；电流做功的过程就是能量转换的过程。如有电流通过时，电灯会光，电动机会转动等。在实际应用中常以千瓦小时（KWh）也称度作为电功的单位。1度=1KWh=3.6×106J2．电功率电功率表示电流在单位时间内所做的功。用P表示。WPIUt式中P—电功率，单位瓦，符号表示W；W—电功，单位焦耳，符号表示J；t—时间，单位秒，符号表示s；电功率的单位还有千瓦（KW），1KW=1000W=103W在电路中，电源产生的电功率等于负载消耗的功率与电源内阻消耗的功率之和。即rEIUIUIWV例1-1：在220伏的电源上接上电炉，已知通过电炉的电流是4.5安，问1小时该电炉消耗的电能是多少？解：电炉的功率是：P=UI=220×4.5=990(W)1小时消耗的电能：W=Pt=990×10-3×1=0.99（KWh）=0.99度答：1小时该电炉消耗的电能是0.99度。例1-2：一个1、100的电阻，允许通过的最大电流是多少？能否接电压为6的电源上？解：允许通过的最大电流10.1100PIR允许施加的最大电压110010UPR答：允许通过的最大电流为0.1A。电阻允许施加的最大电压为10V大于所加电压6V，可以接在电压为6V的电源。任务二电阻、电容与电感一、电阻1．电阻定义金属导体中有大量自由电子，因