汽车电工电子基础-项目一分析

汽车电工电子基础项目一认识直流电路学习要点1.理解电路的基本概念及基本物理量；2.掌握基本定律分析、计算电路的方法；3.理解检测基本的电路故障的方法。项目一认识直流电路根据电路的作用，电路可分为电工电路和电子电路。其中，电工电路用于实现电能的传输和转换，如电能从产生直至输送到用电设备的电路。如图1.1所示，它由电源、负载、中间环节组成。图1.1电能的产生与输送电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线中间环节：传递、分配和控制电能的作用电子电路用于进行电信号的传递和处理，如扩音机电路。如图1.2所示，它由信号源、中间环节和负载组成。话筒产生的电信号（电压或电流）经处理后传送给扬声器，由扬声器转化为声音。从而实现了电信号的产生、处理传输和变换功能。图1.2扩音机•综上所述，电路主要由电源、负载和传输环节等三部分组成，如图1.3所示手电筒电路即为一简单的电路组成；电源是提供电能或信号的设备，负载是消耗电能或输出信号的设备；电源与负载之间通过传输环节相连接，为了保证电路按不同的需要完成工作，在电路中还需加入适当的控制元件，如开关、主令控制器等。•图1.3手电筒电路•3.电路模型•通常，电路可用实际电路和电路模型表示。其中，实际电路是由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路，如图1.4(a)所示。而电路模型是反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合，图1.4(b)即为图1.4(a)的电路模型图。•图1.4(a)照明电路实物图(b)电路模型图•构成电路模型的理想电路元件是指只有一种电磁性质的假象元件。基本的理想元件有：电阻元件、电感元件、电容元件、电压源和。•理想元件的符号如图1.5所示。10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡LRsUSR图1.4(a)照明电路实物图(b)电路模型图图1.5基本理想元件理想元件用于表示实际元件。一般实际元件有一种不可忽略的性质时，只需用一个理想元件表示，当有多个不可忽略的性质时，需多个理想元件共同表示。比如，照明灯除了具有消耗电能的性质外，通过电流时还会产生磁场（电磁感应原理），具有感性，但是其电感较小，所以忽略不计，故画电路模型时照明灯通常只用一个电阻表示。再比如蓄电池，除了能将其他性质的能转换成电能的性质外，还有通过电流时发热，消耗电能的性质，也就是阻性，这种性质通常不能忽略，故电源需用理想电压源与电阻元件串联表示。如图1.4（a）所示照明电路，蓄电池由理想电压源和电阻串联表示，照明灯则用电阻表示。综上所述，电路模型相较于实际电路绘制简单，且计算容易，因此实际电路常用电路模型表示。且为了叙述方便，本书中的电路模型一律简称为电路。二、电路的基本物理量电路中的物理量主要包括电流、电压、电位、电阻、电动势以及功率。1.电流及其参考方向电流是电荷在电场力作用下作定向移动形成的。电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流分为恒定电流和交变电流两类。恒定电流是指大小和方向均不随时间变化的电流，简称直流，用I表示；交变电流是大小和方向均随时间变化的电流，简称交流，用i表示。在国际单位制（SI）中，电流的单位是安培（A），1A的电流代表在1s（秒）的时间内通过导体横截面积的电荷量为1C（库）。电流的实际方向习惯上是指正电荷移动的方向。电流的参考方向，就是在分析计算电路时，先任意选定某一方向，作为待求电流的方向，并根据此方向进行分析计算。a)b)图1.6电流参考方向与实际方向值得说明的是，在没有特殊说明的情况下，电路图上所标注的电流方向都是其参考方向。此外，电流的参考方向还可以用双下标表示。如电流表示的参考方向为从指向。RRababii参考方向参考方向2.电压及其参考方向在电路中，电场力把单位正电荷（q）从a点移到b点所做的功（W）就称为a、b两点间的电压。电压也有直流和交流之分。电压的单位为伏特（V）。1V的电压代表在电场力的作用下，1C的正电荷从一点移动到另一点所做的功为1J（焦）。电压的实际方向规定从高电位指向低电位，其方向可用箭头表示，也可用“+”“-”极性表示，如图1.7所示。和电流的参考方向一样，也需设定电压的参考方向。电压的参考方向也是任意选定的，当参考方向与实际方向相同时，电压值为正；反之，电压值则为负。图1.7电压参考方向的设定RRababuu3.电位电位是一个相对的概念，是指电路中某点到参考点的电压。电位在电路分析中常用来和其他点进行电位比较，如二极管阴极和阳极电位的比较，可用来判断其导通方向；晶体管基极、集电极、发射极电位的比较，可用于判定其工作状态。在计算某点电位时，首先选定参考点,参考点电位为0。电路中的参考点可任意选定。但通常，当电路中有接地点时，则以地为参考点。若没有接地点时，则选择较多导线的汇集点为参考点。在电子线路中，则以设备外壳为参考点。参考点在电路图上用符号“⊥”表示。电位用事符号表示，其单位和电压单位相同，是伏特（V）。4.电动势电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做的功，称为电源的电动势。电动势用E或e表示，电动势的单位也是伏特（V）。电动势与电压的实际方向不同，电动势的方向是从低电位指向高电位，即由“-”极指向“+”极，而电压的方向则从高电位指向低电位，即由“+”极指向“-”极。此外，电动势只存在于电源的内部。5.电阻电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。在一定的温度下，导体电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，而且还与导体的电阻率有关。电阻的标准单位是欧6.功率单位时间内电场力或电源力所做的功，称为功率，用P或p表示，功率的单位是瓦特（W）。任务二电路的基本定律的认识和验证一、欧姆定律1.部分电路欧姆定律不含电源的一段电路称为部分电路，如图1.11所示。实验证明，在一段电路中，通过电路的电流与这段电路两端的电压成正比，而与电阻成反比，这一关系称为部分电路的欧姆定律。a)b)图1.11部分电路欧姆定律2.全电路欧姆定律含有电源的闭合回路称为全电路，如图1.12所示。全电路欧姆定律的内容是：在一个全电路中，电流I的大小与电动势E成正比，与电路的总电阻成反比。在I与E参考方向一致时，如图1.11所示，图1.12全电路欧姆定律二、基尔霍夫定律2.基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电流定律简称KCL，其内容是：任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即根据KCL定律的内容，可对图1.12的节点B列出如下方程需要注意的是，定律中的“流入”和“流出”，均是以参考方向为依据的。若计算的结果为负值则表示参考电流方向与实际的电流方向相反。出入II321III基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，也可推广应用到包围几个节点的闭合面（也称广义节点）。如图1.14所示的电路中，可以把三角形ABC看作广义的节点，用KCL可列出可见，在任一时刻，流过任一闭合面电流的代数和恒等于零。0CBAIIIAIABCBICI图1.14KCL的推广3.基尔霍夫电压定律（KVL）基尔霍夫电压定律简称KVL，其内容是：对于电路中的任一回路，沿选定方向（顺时针或者逆时针）绕行一周，各段电压的代数和等于零，即基尔霍夫电压定律不仅应用于回路，也可推广应用于一段不闭合电路，如图1.16所示。电路中，A、B两端未闭合，若设A、B两点之间的电压为UAB，按逆时针绕行方向可得则上式表明，开口电路两端的电压等于该两端点之间各段电压降之和。0U图1.16KVL的推广02RSABUUUIRUUSAB22SUABRRUABUI三、电阻串并联的特点1.电阻的串联若干电阻依次相连，而且通过相同的电流，这样的连接法称为电阻的串联，如图1.18a）所示，b）为其等效电路。为简单起见，现以两个电阻的串联为例，总结电阻串联的特点。（1）各电阻中通过同一电流；（2）总电压等于分电压之和，即；（3）等效电阻等于各电阻之和,即；(4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比，即，。21UUU21RRRURRRU2111URRRU2122a)b)2.电阻的并联若干电阻并排接在两个公共点之间，使得每个电阻承受相同的电压，这种连接方法称为电阻的并联，如图1.19(1)各电阻两端的电压相同；(2)总电流等于各分电流之和，；(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和，；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比，，。a)b)图1.19电阻的并联及等效电阻21III21111RRRIRRRI2121IRRRI21123.电阻的混连实际应用中经常会遇到既有电阻串联又有电阻并联的电路，称为电阻的混联电路，如图1.21所示。求解电阻的混联电路时，首先应从电路结构，根据电阻串并联的特征，分清哪些电阻是串联的，哪些电阻是并联的，然后应用欧姆定律、分压和分流的关系求解。图1.21电阻混连四、电源的两种模型及其等效变换1.电压源在电路中，电压源用理想电压源和内阻串联表示，如图1.22a）所示。a）b)图1.22电压源模型及其外特性曲线a)b)图1.23理想电压源及其外特性曲线2.电流源实际电源除了用电压源表示以外，还可以用电流源表示。电流源的电路是由理想电流源和内阻并联组成的，如图1.24a)所示。(a)(b)图1.25理想电流源及其外特性曲线a)b)图1.24电流源及其电路外特性曲线3.电压源与电流源的等效变换同一个实际电源即可用电压源表示，又可用电流源表示，对于同一外电路，若两种电源的外特性相同，就说它们之间是等效的，可以相互替代，如图1.26所示。图1.26电压源电流源的等效变换在进行电源的等效变换时，应注意以下几点：(1)电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。(2)等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。(3)理想电压源与理想电流源之间无等效关系。两电源进行等效变换的条件是0RIES或0REIS00RR任务三汽车电路的分析与检测一、电路的三种状态1.开路状态：开路也称断路，是指电路中的某处被断开时的状态，电源和负载没有构成闭合回路，负载中无电流流过，如图1.31所示，开关S断开的状态即为断路。2.通路状态：通路状态也称有载状态，是指电流通过电源和负载形成回路的状态，如图1.31所示，开关S闭合的状态即为通路状态。3.短路状态短路是指电流未流经负载，而是在中途相搭接的地方通过行程回路，如图1.32所示。图1.31电路的开路与通路图1.32短路二、汽车电路的检测汽车电路发生故障一般有以下几种故障类型：线路断路、线路与电源短路、线路与搭铁短路、线路间短路、线路接触电阻增大、线路连接器插接松动、线路漏电等。1.断路检测（1）用测试灯进行断路检测用测试灯进行断路检测前，应先将电路的熔断丝或者其他控制模块拔掉。测试时，如图1.33所示，将测试灯的一端连接至电源的一侧，固定不动，另一端连至电源的另一侧，若测试灯亮，代表测试灯两端和电源构成的回路无断路现象，移动测试灯端子，若构成回路后测试灯一直发光，则说明线路良好；反之则代表有断路故障，且故障点位于当前测量点和上一步测量点之间。图1.33断路检测（2）用数字万用表进行断路检测用万用表进行断路检测，可选择万用表的电阻档，也可选择专门测量导线通断的档位。如果选择欧姆档，显示电阻值很小，则说明导线导通，反之存在断路点；如果选择导线通断档，若有蜂鸣声则说明导线导通，反之存在断路点。2.短路检测（1）检测线路与搭铁间短路故障①使用测试灯检测线路是否对搭铁短路②使用数字式万用表测试线路是否对搭铁短路（2）检测线路线间短路故障检测线路线间短路故障采用的工具是万用表。检测前先查阅线路系统示意图并确定开路的熔丝，然后断开熔断丝与各负载之间的第1个连接器或开关。将数字式万用表跨接在熔断丝端子之间（确信熔断丝上有电）。当数字式万用表显示电压时，表明与第一个连接器或开关连接的线束存在线问短路。如果数字式万用表未显示电压，则继续依次断开／连接（或关／闭）各连接器（或开关），直到数字式万用表显示电压，以找出存在短路故障的电路。