汽車(qìchē)電工電子基礎(chǔ)

張軍(zhānɡjūn)汽車(qìchē)工程學(xué)院第一頁，共78頁。目錄(mùlù)直流電路1正弦交流電路2三相交流電路3電磁學(xué)的應(yīng)用4第二頁，共78頁。發(fā)電機與電動機5安全用電6半導(dǎo)體二極管7晶體管的應(yīng)用8第三頁，共78頁。集成運算放大器及其應(yīng)用5數(shù)字電路基礎(chǔ)6第四頁，共78頁。

單元(dānyuán)一直流電路汽車(qìchē)工程學(xué)院第五頁，共78頁。知識目標(biāo)1.電路的組成及各個(gègè)部分的作用2.能夠應(yīng)用基爾霍夫定律進行復(fù)雜電路計算能力目標(biāo)1.能用萬用表測量電路中電阻、電壓及電流值2.解決直流電路中的連結(jié)問題第六頁，共78頁。電路及其組成1電壓源與電流源的等效變化2電路分析計算3電路的暫態(tài)分析4直流電路第七頁，共78頁。電路(diànlù)及其組成電路是電流(diànliú)的通路，它是為了實現(xiàn)某種功能，由各種電氣設(shè)備和器件，按一定方式互相連接的電流(diànliú)通路。導(dǎo)線(dǎoxiàn)電阻電源電路主要物理量電流電壓電位和電動勢第八頁，共78頁。弱電(ruòdiàn)電路第九頁，共78頁。CommunalVoice電流(diànliú)定義(dìngyì)所謂電流(diànliú)就是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量。i=dq/dtI=Q/t直流在國際單位制（SI)中，規(guī)定電流的單位是安培（A）。第十頁，共78頁。電流方向1.實際(shíjì)方向習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動的方向或者負(fù)電荷移動的反方向為電流的方向（實際(shíjì)方向）.如下圖所示的電流。

第十一頁，共78頁。2.參考方向電流參考方向是假定的電流流向。當(dāng)電流參考方向與實際方向一致時，電流為正值(zhènɡzhí)。當(dāng)電流參考方向與實際方向相反時，電流為負(fù)值。如下圖

第十二頁，共78頁。在電路中，如果(rúguǒ)設(shè)正電荷由A點移動到B點時電場力所做的功為dw，則A、B兩點間的電壓為UAB=dw/dq

U=W/Q

在國際單位制種，電壓的單位是伏特（V）。電壓(diànyā)定義(dìngyì)直流電路第十三頁，共78頁。方向(fāngxiàng)一致，U>0方向(fāngxiàng)不一致，U<0方向(fāngxiàng)電壓實際方向：習(xí)慣上規(guī)定從高電位點指向低電位點的方向為電壓方向（實際方向）電壓參考方向：電壓參考方向是假定電壓方向，在電路中可以任意選定。第十四頁，共78頁。電流和電壓常取一致的參考方向，稱為(chēnɡwéi)關(guān)聯(lián)參考方向。當(dāng)U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時，則電壓與電流的關(guān)系為U=RI，則電壓與電流的關(guān)系是U=-RI。關(guān)聯(lián)(guānlián)參考方向第十五頁，共78頁。100m30m>100mAOCBW1W2W3電位(diànwèi)定義電位(diànwèi)定義電場力把單位正電荷從電路中某點移動到參考點所做的功，用大寫字母V表示。參考點在電路中選定某一點A為電位參考點，就是(jiùshì)規(guī)定該點的電位為零第十六頁，共78頁。結(jié)論1）電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變2）電路中兩點間的電壓值是固定(gùdìng)的，不會因參考點的不同而變，即與零電位參考點的選取無關(guān)第十七頁，共78頁。定義在數(shù)值上，等于非靜電力將單位正電荷從電源的負(fù)極通過電源內(nèi)部移送(yísònɡ)到正極時所做的功電動勢用字母E來表示，單位也是伏特（V）方向在電源內(nèi)部(nèibù)由低電位指向高電位端電動勢第十八頁，共78頁。電源(diànyuán)中間環(huán)節(jié)負(fù)載(fùzài)第十九頁，共78頁。供應(yīng)(gōngyìng)電能的設(shè)備，它能將非電形式的能量，如機械能、化學(xué)能轉(zhuǎn)換電能。電源(diànyuán)第二十頁，共78頁。導(dǎo)線(dǎoxiàn)導(dǎo)線(dǎoxiàn)的面積導(dǎo)線標(biāo)稱截面是經(jīng)過(jīngguò)換算的線心截面積，而不是實際幾何面積。汽車常用的導(dǎo)線

1．低壓導(dǎo)線2．高壓導(dǎo)線在汽車點火線圈至火花塞之間的電路使用高壓點火線，簡稱高壓線。

第二十一頁，共78頁。第二十二頁，共78頁。標(biāo)稱截面積/mm2用途0.5尾燈、頂燈、指示燈、儀表燈、牌照燈、刮水器、時鐘、燃油表、水溫表、油壓表等電路0.8轉(zhuǎn)向燈、制動燈、停車燈、斷電器等電路1.0前照燈、電喇叭（3A以下）電路1.5前照燈、電喇叭（3A以上）電路1.5～4.0其它5A以上電路4～6柴油車電熱塞電路6～25電源電路16～95起動電路第二十三頁，共78頁。導(dǎo)線(dǎoxiàn)顏色第二十四頁，共78頁。負(fù)載(fùzài)電容(diànróng)電感(diànɡǎn)電阻負(fù)載負(fù)載第二十五頁，共78頁。電阻元件是反映(fǎnyìng)電流熱效應(yīng)這一物理現(xiàn)象的理想電路元件。用字母R表示。

u=Ri電阻(diànzǔ)定義(dìngyì)第二十六頁，共78頁。在關(guān)聯(lián)參考(cānkǎo)方向下，若R=u/i為常數(shù)，也稱其為線性電阻，其伏安特性曲線如下圖特性(tèxìng)曲線第二十七頁，共78頁。電阻(diànzǔ)型號命名方法按阻值分：固定電阻，可變電阻按材料分：碳膜電阻，金屬膜電阻，線繞電阻按功率分：1/16W,1/8W等額定功率的電阻按精確度分：等普通(pǔtōng)電阻，等精密電阻分類(fēnlèi)第二十八頁，共78頁。第二十九頁，共78頁。1）直標(biāo)法：電阻值直接用數(shù)字與字母印在電阻上舉例：3Ω3I表示3.3Ω2）色標(biāo)法：將不同(bùtónɡ)顏色的色環(huán)涂在電阻上來表示電阻的標(biāo)稱值及誤差。3）文字標(biāo)號法：例3MΩ3K表示3.3MΩ電阻值的標(biāo)識(biāozhì)第三十頁，共78頁。第三十一頁，共78頁。電容元件是反映存儲電荷產(chǎn)生電場，儲存電場能量這一物理現(xiàn)象的理想電路(diànlù)元件。實際的電容器通常由兩塊金屬板中間介質(zhì)構(gòu)成。電容器極板上儲存的電荷量q與外加電壓u成正比，即：

式中C-電容，是表征電容元件的參數(shù)，在國際單位制中電容單位是法拉(F).

電容(diànróng)第三十二頁，共78頁。在下中電容上的電壓與電流去關(guān)聯(lián)參考方向(fāngxiàng)時，有

電容元件儲存的電場能量為：

第三十三頁，共78頁。電容分類按電容值分：固定電容器，可調(diào)電容器按介質(zhì)分:紙介電容器，金屬化紙介電容器，有機薄膜介質(zhì)電容器，瓷介電容器，云母電容器，電解電容器。電容型號命名方法電容型號命名方法與電阻型號命名相似電容額定電壓電容額定直流工作電壓指在線路上能夠長期可靠地工作而不被擊穿時所能承受的最大直流電壓（又稱耐壓）。如果電容器用在交流電路里，則應(yīng)注意所加的交流電壓的最大值（峰值(fēnɡzhí)）不能超過額定直流工作電壓第三十四頁，共78頁。定義電感元件是反映電流周圍(zhōuwéi)存在磁場，儲存磁場能量這一物理現(xiàn)象的理想電路元件，其相當(dāng)于一個電阻為零的線圈。忽略導(dǎo)線電阻及線圈匝與匝之間的電容時，電感上的磁鏈與電流成正比，即：

式中：L—電感，是表征電感元件的特征參數(shù)。在國際單位制中，電感的單位為亨利（H）。電感(diànɡǎn)第三十五頁，共78頁。如下圖當(dāng)電壓、電流和電動勢的參考(cānkǎo)方向一致，則有：

第三十六頁，共78頁。電感元件中儲存的磁場能量為：

上式說明，電感元件在某時刻儲存的磁場能量，只與該時刻流過的電流的平方(píngfāng)成正比，與電壓無關(guān)。電感元件不消耗能量，是儲能元件。

第三十七頁，共78頁。電磁感應(yīng)(diàncí-gǎnyìng)右手定則用右手握線圈，手指沿著電流流動(liúdòng)的方向，大拇指便指向N極。第三十八頁，共78頁。電阻式溫度傳感器的一種(yīzhǒnɡ)，分正溫度系數(shù)熱敏電阻與負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩種。

熱敏電阻(rèmǐndiànzǔ)例：冷卻水溫度傳感器：其特性(tèxìng)曲線如下圖第三十九頁，共78頁。電壓源與電流(diànliú)源的等效變換電壓(diànyā)源一個直流穩(wěn)壓電源在一定的電流(diànliú)范圍內(nèi)，具有很小的內(nèi)阻。常將它視為一個理想的電壓源，即其輸出電壓不隨負(fù)載電流(diànliú)而變。定義USui0伏安特性曲線第四十頁，共78頁。1.端電壓始終(shǐzhōng)恒定，等于直流電壓。特點(tèdiǎn)2.輸出電流(diànliú)是任意的，即隨負(fù)載（外電路）的改變而改變。電路符號USus+_IR5V第四十一頁，共78頁。RLUSUO+_+_電路(diànlù)理想(lǐxiǎng)電壓源IRUS實際(shíjì)電壓源USui0U=US-IR0其實，理想電壓源也不存在。第四十二頁，共78頁。電流(diànliú)源定義(dìngyì)一個恒流源在實用中，在一定的電壓范圍內(nèi)，可視為一個理想(lǐxiǎng)的電流源，即其輸出電流不隨負(fù)載兩端的電壓（亦即負(fù)載的電阻值）而變。ISui0伏安特性曲線第四十三頁，共78頁。特點(tèdiǎn)1.輸出(shūchū)電流恒定不變2.端電壓是任意(rènyì)的,即隨負(fù)載不同而不同電路符號iSUIR1A第四十四頁，共78頁。I=

IS-IR0第1章R0IR0Isba-+UIOUIIS電路(diànlù)第四十五頁，共78頁。實際電流(diànliú)源產(chǎn)生由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線(guāngxiàn)照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。第四十六頁，共78頁。等效(děnɡxiào)變換電壓(diànyā)源電流(diànliú)源U=UsI·R0U=IR0·RIRO=

(IsI)·R=

Is·R

I·RRRR=R0第四十七頁，共78頁。說明(shuōmíng)1）電壓源模型與電流(diànliú)源模型互換前后電流(diànliú)的方向保持不變，即IS和Us方向一致。2）所謂“等效”是指“對外電路”等效（即對外電路的伏－安特性(tèxìng)一致），對于電源內(nèi)部并不一定等效。第四十八頁，共78頁。支路：電路中每一個含有電路元件的分支，同一支(yīzhī)路上流過的電流相同，即支路電流?；芈罚弘娐分腥我忾]合的路徑，回路有順時針和逆時針兩個方向，可以用箭頭表示回路的方向。節(jié)點：電路中三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。電路分析(fēnxī)與計算基爾霍夫定律分為電流(diànliú)定律和電壓定律，是分析電路的重要基礎(chǔ)。第四十九頁，共78頁?；鶢柣舴螂娏鞫桑↘irchhoff’sCurrentLaw,簡寫成KCL）描述了聯(lián)接在同一節(jié)點上的各支路(zhīlù)電流之間的約束關(guān)系，反映了電流的連續(xù)性，即：也就是說在任一瞬間，流入任一節(jié)點的電流之和必等于流出該節(jié)點的電流之和。

基爾霍夫電流(diànliú)定律（KCL）第五十頁，共78頁。對于(duìyú)節(jié)點a，應(yīng)用kcl有：I1+I2=I3I1+I2-I3=0ΣI=0I1I3I2因此，基爾霍夫電流定律(dìnglǜ)也可敘述為：在任一瞬時，電路中流入任一節(jié)點的所有電流的代數(shù)和等于零。流入節(jié)點時取正號，流出節(jié)點時取負(fù)號。流出時，電流符號則相反。第五十一頁，共78頁。

例1：

在圖中，I1=5A,I2=-2A，求I3I1I2I3解：根據(jù)圖示的電流參考方向(fāngxiàng)，應(yīng)用基爾霍夫電流定律有I1+I2=I3I3=I1+I2=5+（-2）=3A第五十二頁，共78頁?；鶢柣舴螂妷憾桑↘irchhoff’sVoltageLaw簡寫為KVL）描述了閉合回路中各支路電壓之間的關(guān)系(guānxì)?；鶢柣舴螂妷憾芍赋鲈谌我凰矔r，沿閉合回路繞行一周，在繞行方向上的電位升之和必等于電位降之和?；鶢柣舴螂妷?diànyā)定律（KVL）如圖所示，應(yīng)用(yìngyòng)kvl有：U1+U4=U2+U3U1-U2-U3+U4=0ΣU=0因此，KVL也可以描述為:在任一瞬時，沿任一閉合回路繞行一周，回路中各部分電壓的代數(shù)和恒等于零。若電位升取正號，則電位降就取負(fù)號第五十三頁，共78頁。例1：有一閉合回路(huílù)如圖所示，已知U1=15V，U2=-4V，U3=8V，試求電壓U4和UAC。第五十四頁，共78頁。解：沿ABCDA回路，根據(jù)各電壓的參考方向(fāngxiàng)，應(yīng)用基爾霍夫電壓定律得：沿ACBA回路，應(yīng)用基爾霍夫電壓(diànyā)定律可列出：第五十五頁，共78頁。例2:如圖所示有源支路(zhīlù)，已知E=12V，U=8V,R=5，求電流Ｉ。第五十六頁，共78頁。解：沿閉合回路順時針方向繞行一周，應(yīng)用(yìngyòng)基爾霍夫電壓定律，有：電流(diànliú)是負(fù)值，即其實際方向與圖示參考方向相反。第五十七頁，共78頁。分析計算方法：支路電流法，回路電流法，節(jié)點電位法，

支路電流法：以支路電流為未知量，應(yīng)用(yìngyòng)基爾霍夫兩個定律，列出所需方程，從而求出未知量。基爾霍夫定律在電路(diànlù)分析計算中的應(yīng)用第五十八頁，共78頁。下面以下圖來具體(jùtǐ)說明支路電流法其方法和步驟第五十九頁，共78頁。（1）由電路的支路(zhīlù)數(shù)m，確定待求的支路(zhīlù)電流數(shù)。該電路m=6，則支路(zhīlù)電流有i1、i2….i6六個。第六十頁，共78頁。（2）節(jié)點(jiédiǎn)數(shù)n=4，可列出n-1個獨立的節(jié)點(jiédiǎn)方程。對節(jié)點1，2，3列kcl有：第六十一頁，共78頁。（3）根據(jù)(gēnjù)KVL列出回路方程。選取m-(n-1)個獨立的回路，由KVL列出l個獨立的回路方程，對回路1，2，3第六十二頁，共78頁。（4）將六個獨立方程聯(lián)立求解，得各支路電流（5）根據(jù)(gēnjù)電路的要求，求出其他待求量，如支路或元件上的電壓、功率等。第六十三頁，共78頁。例3：用支路電流法求解(qiújiě)下圖所示電路中各支路電流及各電阻上吸收的功率。第六十四頁，共78頁。解:該電路(diànlù)有三條支路、兩個節(jié)點。故可列出一個獨立的節(jié)點方程兩個獨立的回路方程節(jié)點①–?1+?2+?3=0回路17?1+11?2=6–70=–64回路2-11i2+7i3=-6聯(lián)立求解，得到：?1=–6A?2=–2A?3=–4A第六十五頁，共78頁。2）求各電阻上吸收(xīshōu)的功率。電阻吸收(xīshōu)的功率電阻R1吸收(xīshōu)的功率電阻R2吸收(xīshōu)的功率電阻R3吸收(xīshōu)的功率第六十六頁，共78頁。電路(diànlù)暫態(tài)分析在自然界中，各種事物的運動過程通常都存在(cúnzài)穩(wěn)定狀態(tài)和過渡狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)：在一定條件下的穩(wěn)定(wěndìng)狀態(tài)，簡稱穩(wěn)態(tài)。過渡過程：

當(dāng)條件改變時，它將從一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種新的穩(wěn)態(tài)，這是需要一定時間的，這個轉(zhuǎn)變過程稱為過渡過程。

第六十七頁，共78頁。uC+–CiCU+–SR合S前:

合S后：

由零逐漸增加到UU穩(wěn)態(tài)ot暫態(tài)第六十八頁，共78頁。暫態(tài)過程的必要條件(bìyàotiáojiàn)：換路:電路狀態(tài)的改變(gǎibiàn)，電路接通、切斷、短路、電壓改變(gǎibiàn)或參數(shù)改變(gǎibiàn)(1)電路(diànlù)中含有儲能元件(內(nèi)因)(2)電路(diànlù)發(fā)生換路(外因)第六十九頁，共78頁。換路定則(dìnɡzé)換路定則(dìnɡzé)：在換路瞬間，電感(diànɡǎn)電流和電容電壓

不能躍變

設(shè)：t=0—表示換路瞬間(定為計時起點)

t=0-—表示換路前的終了瞬間

t=0+—表示換路后的初始瞬間（初始值）電感電路：電容電路：注：換路定則僅用于換路瞬間來確定暫態(tài)過程中

uC、iL初始值。

第七十頁，共78頁。求解(qiújiě)要點：1)先由t=0-的電路(diànlù)求出uC(0–)、iL(0–)；2)根據(jù)(gēnjù)換路定律求出uC(0+)、iL(0+)。第七十一頁，共78頁。疊加原理(yuánlǐ)在多個電源同時作用的線性電路中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個(gègè)電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。概念(gàiniàn):第七十二頁，共78頁。+BI2R1I1U1R2AU2