学习任务1 基本电路

学习任务1基本电路学习目标重点难点主要内容本章小结思考与练习学习目标了解电路的基本概念掌握电压、电流、电功率、电位等电路的基本物理量了解特殊电阻在汽车上的应用熟悉电阻元件的基本知识掌握欧姆定律、电阻串并联电路等效电阻的计算熟悉汽车上的电源掌握电压源模型和电流源模型的基本概念及其等效变换方法掌握基尔霍夫定律和叠加定理学习目标能对电路的基本物理量进行换算能进行串并联电路等效电阻的计算能对电流源模型和电压源模型进行等效变换能利用电路分析基本定律来求解电路中的未知量电压、电流、电功率、电位等电路的基本物理量之间的换算；电阻串并联电路等效电阻的计算；电压源模型和电流源模型之间的等效变换；电路分析基本定律。•项目1.1电路的基本概念•项目1.2电阻•项目1.3电源模型及其等效变换•项目1.4电路分析基本定律项目1.1电路的基本概念1.1.1电路1.1.3汽车电路概述本节点睛1.1.2电路的基本物理量电路是电流通路，电路中有很多基本物理量。汽车上有蓄电池和发电机两个电源，汽车上的负载很多，一般有各种照明灯、空调、音响、喇叭和汽车电控系统中使用的控制器、传感器和执行器等。1.1.1电路1.电路的概念将若干电气元件按照某种顺序用导线连接起来，组成具有一定功能的电流通路，就是电路。2.电路的组成一个完整的电路有电源、负载和中间环节三部分组成。电源为电路提供的电能，它将其他形式的能量转换为电能；汽车电路的中间环节包括过载保护器件、连接导线和控制器件等；负载消耗电能，将电能转化为其他能量形式的装置。3.电路的作用作用一：可以实现能量的传递和转换。作用二：实现信息的传递和处理4.电路图和电路模型电源开关负载图1.1实际电路EKRL+-R0图1.2电路图1.电流和电流强度电荷的定向移动形成电流。方向：与正电荷定向移动的方向一致大小：1.1.2电路的基本物理量tqI2.电压电荷定向移动的动力来源于电压，电压是描述电场力对电荷做功的物理量。若一个电荷量为q的电荷在电场力的作用下由A点移到B点，电场力对该电荷做的功为WAB，则AB两点间的电压为：qWUABABEuR图1.3电压的两种标注3.电流和电压的参考方向在对电路进行分析和计算的时候，通常不知道电路中某一支路的电流（或电压）的方向，所以先设出该支路的电流（或电压）的方向，这个假设的方向就是电流（或电压）的参考方向。当假设某一支路的电压和电流方向相同时，则该参考方向称为关联参考方向，反之为非关联参考方向。RI+-AB(a)RI+-AB(b)UU图1.4关联参考方向与非关联参考方向(a)关联参考方向(b)非关联参考方向4.电位在电路中，任选一个参考点O，电路中的另一点A到这个参考点O之间的电压就是A点的电位。两点之间的电位的差值就是这两点之间的电压，假设电路中的A、B两点的电位分别为VA、VB，则A、B两点间的电压为：BAABVVU5.电功和电功率电功的大小与通过电气设备的电流和加在电气设备两端的电压以及电流通过的时间成正比，即：电气设备在单位时间内消耗的电功称为电功率，简称功率，用P表示，即：千瓦时与焦耳之间的换算关系是：UItWUItWPJkWh6106.311.1.3汽车电路概述1.汽车电路的概念与组成汽车电路是指用导线将汽车上的电气设备相互连接为直流电路，构成的一个完整的供、用电系统。汽车电路包括电源电路、启动电路、点火电路、照明与灯光信号电路、仪表及显示系统电路、辅助装置电路和电子控制系统电路。2.汽车电路的特点（1）低压直流（2）单线制（3）负极搭铁（4）用电设备并联（5）汽车电路有颜色和编号的特征项目1.2电阻1.2.1电阻元件1.2.3电阻的串并联本节点睛1.2.2欧姆定律1.2.4特殊电阻在汽车上的应用在电路中，多个电阻串联、并联时，为方便计算可以用等效电阻进行计算；在汽车电路中应用有多种特殊电阻。1.2.1电阻元件1.电阻的概念物体对电流的阻碍作用，被称为该物体的电阻，用R来表示，其单位为欧姆（Ω）。电阻是导体本身的一种特性，电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。2.电阻的分类a)按照阻值特性分有固定电阻、可调电阻和特种电阻；b)按照制造材料分有碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻、无感电阻、薄膜电阻等；c)按安装方式来分有插件式电阻和贴片式电阻。3.电阻的标识（1）直标法：将电阻阻值和误差直接用数字和字母印在电阻上（无误差标识时，允许误差为±20%）。（2）色环表示法：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。1.2.2欧姆定律1.部分电路的欧姆定律同一电路中，导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻阻值R成反比，这就是欧姆定律。IU图1.8部分电路RUI2.全电路的欧姆定律在全电路中，通过电路的电流与电源电动势成正比，与电路总电阻（R+R0）成反比。这就是全电路的欧姆定律，可用公式表示为：0RREI1.2.3电阻的串并联1.电阻的串联图1.11UR1R2+-IUR+-I（a）电阻的串联（b）等效电阻21RRR分压公式：URRRIRU21111URRRIRU212222.电阻的并联图1.12（a）电阻的并联（b）等效电阻UR+-IUR1+-I1R2I2I21111RRR并联分流：IRRRRIRRUI212111IRRRRIRRUI2112221.2.4特殊电阻在汽车上的应用1.热敏电阻在工作温度范围内，按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系，热敏电阻可分为以下三种类型：（1）正温度系数（PTC）热敏电阻（2）负温度系数（NTC）热敏电阻（3）临界温度系数（CTR）热敏电阻2.压敏电阻压敏电阻是一种压电转换元件，是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片，电阻值随施加在材料上的压力而改变，其变形与压力成正比，利用电桥将硅膜片的变形转换成电信号。3.光敏电阻光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。项目1.3电源模型及其等效变换1.3.1电压源模型1.3.3两种电源模型的等效变换本节点睛1.3.2电流源模型1.3.4汽车上的电源一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。一种是用理想电压源与电阻的串联的电路模型来表示，称为电源的电压源模型；一种是用理想电流源与电阻并联的电路模型来表示，称为电源的电流源模型。1.3.1电压源模型任何一个电源，例如干电池、蓄电池、发电机等都含有电动势E和内阻R0。图1.13电压源电路UER0RLI+-+-0IREU图中，U是电源的端电压，RL是负载电阻，I是负载电流。可作出电压源的外特性曲线，如图1.14所示。当电压源开路时，I=0，U=U0=E；当短路时，U=0，I=Is=E/R0。内阻R0越小，则直线越平。图1.14电压源的外特性曲线0Is=E/R0电压源UU0=EI理想电压源在理想情况下，R0=0，电源的端电压恒等于电动势E，U=E，即为理想电压源。1.3.2电流源模型电源除了用电压源模型来表示外，还可以用另外一种电路模型来表示。IIIRERUs00IRUIs00IREU图1.15电流源电路UIsR0RLI+-U/R0式中，Is=E/R0为电源的短路电流；I为负载电流；U/R0是电源内部被R0分去的电流。图1.15是用电流来表示的电源的电路模型，此即电流源模型，简称电流源。可作出电流源的外特性曲线，如图1.16所示。当电流源开路时，I=0，U=U0=IsR0；当短路时，U=0，I=Is。图1.16电流源的外特性曲线电流源UU0=R0IsIIs理想电流源0在理想情况下，R0=∞（相当于并联支路R0断开）时，表明负载变化时，电流I恒等于电流Is，是一定值，这种电流源称为理想电流源。1.3.3两种电源模型的等效变换电压源模型的外特性和电流源的外特性是相同的，电阻RL上的电压和电流都相同。因此，电源的两种模型相互间是等效的，可以进行等效变换。IsR+-UUSR+-+-U图1.17电压源和电流源的等效变换一般不限于内阻R0，只要一个电压为US的理想电压源和某个电阻R串联的电路，都可以化为一个电流为IS的理想电流源和这个电阻并联的电路(图1.17)，两者是等效的，其中：RUISS进行等效变换时两种电路模型的电源极性必须保持一致，即电流源流出电流的一端与电压源的正极端相对应。1.3.4汽车上的电源汽车电路采用直流电源供电。其额定电压一般有12V，24V。汽车上有两个直流低压电源，一个是启动型蓄电池，另一个是发电机。项目1.4电路分析基本定律1.4.1基尔霍夫电流定律1.4.3叠加定理本节点睛1.4.2基尔霍夫电压定律除欧姆定律外，基尔霍夫也是分析计算电路的基本定律，基尔霍夫定律即适用于求解复杂电路，也适用于求解简单电路。基尔霍夫电流定律应用于结点，电压定律应用于回路。1.4.1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律指出，电路中任一结点，在任一瞬间流入结点的电流之和必定等于从该结点流出的电流之和。在图1.20所示的电路中，对结点a可以写出：321III0321III0I在任一瞬间，在任一结点上，各电流的代数和等于零。一般习惯以流入结点电流为正，流出结点电流为负。1.4.2基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律指出，从电路的任意一点出发，沿回路顺时钟方向或逆时钟方向绕行一周回到原点时，在绕行方向上，各部分电位降之和等于电位升之和。图1.22回路+-E1R1E2R2+-I1I2cabdU1U2+-+-U4U33241UUUU04321UUUU0U在任一瞬时，沿任一回路绕行一周（顺时钟方向或逆时钟方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。基尔霍夫电压定律还可表达为：沿任一回路绕行一周，回路中所有电动势的代数和等于电阻上的电压降的代数和。即：IRE当电动势方向与回路方向一致时，电动势取正号，反之，取负号。1.4.3叠加定理叠加定理是线性电路的一种重要的分析方法，它的内容是：由线性电阻和多个电源组成的线性电路中，任何一个支路的电流（或电压）等于各个电源单独作用时，在此支路中产生的电流（或电压）的代数和。在应用叠加定理是，应特别注意以下两点：1）在考虑某一电源单独作用时，要假设其它独立电源为零值。即电压源短接，即其电动势为零，电流源开路，即其电流为零，但是如果它们的内阻存在的话，仍应计算在内。2）叠加定理只能用于计算线性电路的电压和电流，而不能计算功率等与电压或电流之间不是线性关系的参数。电路电路的基本物理量汽车电路概述基本电路电阻电路分析基本定律电阻元件欧姆定律电阻的串并联特殊电阻在汽车上的应用电源模型及其等效变换电路的基本概念电压源模型电流源模型两种电源模型的等效变换汽车上的电源基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律叠加定理1.电源的功率有大于零的情况吗？若有，试分析应是什么情况。2.汽车电路的特点有哪些？3.有一只电铃，电阻为100Ω，工作电压为3V，现接在12V电源上，问必须串联一只多大的分压电阻？4.电阻的分类有哪些及如何标识？5.写出三个电阻R1，R2，R3并联后的等效电阻表达式。6.直流电源的开路电压为100V，短路电流为5A，试用电压源表示该电源。7.在汽车上有哪些特殊电阻？