第1章直流電路實用汽車電工電子技術(shù)一起加油，勇往直前！知識目標(biāo)技能目標(biāo)1.理解電路的電位、電壓、電動勢等幾個基本物理量。2.掌握電路的歐姆定律及電阻元件的電壓、電流關(guān)系。3.掌握電源的斷路、短路、有載三種狀態(tài)及電源的外特性。4.掌握電阻負載串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)電路的特點和計算方法。5.理解基爾霍夫定律,掌握電路中某點電位的意義及計算。6.掌握電橋的平衡條件。7.了解電容器充放電過程的特點。理解電容C的含義。1.掌握常用電工儀表的基本知識和使用方法。2.掌握常用電工工具的使用和導(dǎo)線連接方法。3.掌握直流電路的檢修方法。一起加油，勇往直前！1.1電路的基本結(jié)構(gòu)電路的基本組成電流流經(jīng)的路徑稱為電路。電路一般是由電源、負載(用電器)、導(dǎo)線和控制裝置四部分組成。一起加油，勇往直前！1.1電路的基本結(jié)構(gòu)電路圖電路圖有實物接線圖和電路原理圖之分，如右圖所示。電路原理圖是把電路中的實物,用國家統(tǒng)一頒布的簡單圖形符號表示和繪制出來的電路連接圖。在汽車電器電路維修中經(jīng)常使用的是電路原理圖。一起加油，勇往直前！1.1電路的基本結(jié)構(gòu)汽車電路的單線制

電源和用電設(shè)備之間是用兩根導(dǎo)線構(gòu)成回路的，這種連接方式稱為雙線制。在汽車上，為了節(jié)省導(dǎo)線和便于安裝、維修，電源和用電設(shè)備之間通常只用一根導(dǎo)線連接，另一根導(dǎo)線則由發(fā)動機、車架等金屬機體代替而構(gòu)成回路。這種連接方式稱為單線制。一起加油，勇往直前！1.2電路的基本物理量1.2.1電流電流的定義電流是電荷的定向移動形成的。在金屬導(dǎo)體中,電流實質(zhì)上是帶負電荷的自由電子在電源電場力的作用下運動所形成的。電流方向正電荷移動的方向為電流的方向。因此帶負電荷的自由電子和負離子移動的方向與電流的方向相反。一起加油，勇往直前！1.2電流的基本物理量電流的計算電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。表示為

I=

Q／t一起加油，勇往直前！1.2電路的基本物理量1.2.2電位和電壓電位電路中某點的電位在數(shù)值上等于電場力將單位正電荷從該點移動到參考點（零電位點）所做的功。電路中某點電位為

VA=W／Q一起加油，勇往直前！1.2電路的基本物理量電壓

電路中某兩點間的電壓就是該兩點間的電位差。它實際上是電場力將單位正電荷從某點移動到另一點所做的功。電路中某兩點間的電壓大小與參考點的選擇無關(guān)。電壓用字母U表示。例如A、B兩點間的電壓為UAB=VA-VB一起加油，勇往直前！1.2電路的基本物理量1.2.3電動勢

電動勢定義：電動勢就是在電源內(nèi)部，電源力克服電場力的阻力，將單位正電荷從電源的負極經(jīng)電源內(nèi)部移動到電源的正極所做的功，常用E表示。電動勢計算：

E=

WE/Q

一起加油，勇往直前！1.2電路的基本物理量1.2.4電功和電功率電功：電場力移動的電荷所做的功。電功率：電場力在單位時間內(nèi)所做的功,叫做電功率。用字母P表示：

W=UABQ=UIt

P=UI

一起加油，勇往直前！1.3歐姆定律1.3.1部分電路歐姆定律

不含電源的一段電路稱為部分電路，如圖所示。實驗證明，在部分電路中，流過電阻的電流與電阻兩端所加的電壓成正比，與電阻成反比。這個結(jié)論叫做歐姆定律。即

I=U/R

或U=IR一起加油，勇往直前！1.3歐姆定律1.3.2全電路歐姆定律

含有電源的閉合電路稱為全電路。如圖所示，全電路是由電源內(nèi)部電路(簡稱內(nèi)電路)和外電路兩部分組成的。

I=E/(R+R0)一起加油，勇往直前！1.4導(dǎo)體電阻及電阻元件1.4.1導(dǎo)體電阻

導(dǎo)體能夠?qū)щ?但同時對電流又有阻礙作用。這種阻力是自由電子在定向移動時與導(dǎo)體的原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的。通過實驗可知,在一定的溫度下，導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的材料長度和截面積有關(guān),用公式表示為

R──導(dǎo)體的電阻，Ω；

L──導(dǎo)體的長度，m；

S──導(dǎo)體的截面積，mm2；

ρ──導(dǎo)體的電阻率，Ω·mm2/mR=ρL/S

一起加油，勇往直前！1.4導(dǎo)體電阻及電阻元件1.4.2電阻元件

利用不同導(dǎo)體具有不同的電阻率的特性,制成用來限制或調(diào)節(jié)電路電流的元件，稱為電阻器(簡稱電阻)。常用的電阻器一般可以分為固定電阻器和可變電阻器兩大類，外形及電路符號如圖所示。固定電阻器可變電阻器一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態(tài)1.5.1開路

電路處于開路狀態(tài),可分為控制性開路和故障性開路兩種。控制性開路是根據(jù)需要人為地將開關(guān)斷開,使電路切斷；而故障性開路是意想不到發(fā)生的斷路。根據(jù)全電路歐姆定律,電路處于開路時的特征：

I=0U=E

UL=0由于電路斷路,電流為零,電源不輸出電能。當(dāng)然，負載也不消耗電能,即電路不發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。

一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態(tài)1.5.2短路當(dāng)電源兩端被電阻接近于零的導(dǎo)體接通時,這種情況叫做電源被短路。如圖所示。產(chǎn)生短路的原因往往是由于導(dǎo)線絕緣損壞引起的。錯誤的接線或誤操作也常導(dǎo)致電源短路。圖中折線是指明短路點的符號熔斷器一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態(tài)1.5.2短路當(dāng)電源兩端被短路時,若忽略導(dǎo)線的電阻，全電路中只存在電源的內(nèi)阻R0，由于內(nèi)阻R0很小，所以短路時電流IS很大,如果不及時切斷電路，很大的短路電流將燒毀電源導(dǎo)線以及回路中接有的電流表、開關(guān)等,甚至引起火災(zāi)。所以,電源短路是一種嚴重事故,應(yīng)嚴加防止。

短路時電路特征IS=E/R0

U=0一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態(tài)1.5.3有載右圖所示電路中,把開關(guān)S閉合,使電源與負載接通,電路中就有電流流過,電源就向負載輸出電功率。這就是電路的有載工作狀態(tài)。一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態(tài)1.5.3有載有載狀態(tài)公式:由全電路歐姆定律來表示：

I=E/(R0+R)E=IR0+IR

一起加油，勇往直前！1.6簡單電路1.6.1電阻的串聯(lián)電路把兩個或兩個以上電阻依次連成無分支的電路叫做電阻的串聯(lián)。電阻串聯(lián)電路特點：流經(jīng)各電阻的電流I均相同。串聯(lián)電路的總電阻(等效電阻)等于各個串聯(lián)電阻之和。

R=R1+R2串聯(lián)電路總電壓等于各個串聯(lián)電阻上的電壓之和。

U=U1+U2

一起加油，勇往直前！1.6簡單電路串聯(lián)電路中的電壓分配

因R1/(R1+R2)和R2/(R1+R2)均小于1,故U1

、U2均小于端電壓U

。串聯(lián)電路中,阻值較大的電阻分得電壓高,阻值較小的電阻分得的電壓低。串聯(lián)電路等效電阻的電功率等于各個串聯(lián)電阻電功率之和。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路串聯(lián)電路的應(yīng)用用于降壓。當(dāng)某一用電器的額定電壓低于電源電壓時,可在電路上串聯(lián)一個適當(dāng)電阻(降壓電阻)。根據(jù)串聯(lián)的電壓分配規(guī)律,使分得的電壓為額定工作電壓。這里要注意與負載相串聯(lián)的電阻,實際電功率不應(yīng)超過它的額定功率。用來控制負載。電流負載的工作狀況與電流大小有直接關(guān)系。如直流電動機的轉(zhuǎn)速與電流大小有關(guān)。捷達、桑塔納轎車空調(diào)中的鼓風(fēng)機電路就串聯(lián)三個電阻。通過鼓風(fēng)機開關(guān)可以改變串接電阻的個數(shù),達到改變鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。用電位器改變輸出電壓?，F(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)不少傳感器是利用電位器原理制成的,電位器是應(yīng)用分壓原理進行工作的。

一起加油，勇往直前！1.6簡單電路1.6.2電阻的并聯(lián)電路把兩個或兩個以上的電阻的兩端,連接在電路的相同的兩點間,使每個電阻處于同一電壓作用下,這種連接稱為電阻的并聯(lián)電路。如圖所示。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路電阻并聯(lián)電路的特點各并聯(lián)支路兩端的電壓相等。電路內(nèi)的總電流等于各支路電流之和,即

I=I1+I2

并聯(lián)等效電阻。用一個電阻代替相互并聯(lián)的各電阻,在電路端電壓作用下電路的總電流保持不變,這個電阻就叫做并聯(lián)電阻的等效電阻。如圖所示。并聯(lián)電阻的等效電阻值的倒數(shù),等于各個并聯(lián)電阻值的倒數(shù)之和。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路并聯(lián)電路中的電流分配

在兩個電阻并聯(lián)時,某一支路中的電流等于總電流乘以一個分數(shù)。這個分數(shù)就是這個支路的分流比例系數(shù)。系數(shù)的分母是兩并聯(lián)電阻之和,分子是另外一條并聯(lián)支路的電阻。

I1=IR1/(R1+R2)

I2=IR2/(R1+R2)一起加油，勇往直前！1.6簡單電路并聯(lián)電路的應(yīng)用并聯(lián)電路在實際生產(chǎn)、生活中應(yīng)用十分廣泛。如日常生活中的照明、各種家用電器都是并聯(lián)接在220V的交流電源上。汽車上的用電器,如喇叭、照明燈、電動機等也都是并聯(lián)接在同一直流電源上。并聯(lián)電路的優(yōu)點就在于各用電器能單獨控制,獨立工作,互相不影響。所以,幾個額定電壓相同的負載,只要電源能滿足全部負載的電流,就可以把它們并聯(lián)接在同一電壓的電源上。除此之外,如某一電阻值偏大,可通過并聯(lián)電阻的方法,使總電阻減小,以滿足電路需要。電流表可以用并聯(lián)電阻分流的辦法來擴大量程。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路1.6.3電阻的混聯(lián)電路

既有電阻的串聯(lián),又有電阻的并聯(lián),這樣的電路叫做混聯(lián)電路。對于混聯(lián)電路的計算,可以先應(yīng)用串、并聯(lián)等效電阻加以簡化,最后應(yīng)用歐姆定律求解。對于較復(fù)雜的混聯(lián)電路,一時不易判別出電阻的串、并聯(lián)關(guān)系可通過節(jié)點命名法,對原電路進行簡化、整理,畫出能較為方便地判別出串、并聯(lián)關(guān)系的電路圖，然后再進行計算。

一起加油，勇往直前！1.7基爾霍夫定律1.7.1基爾霍夫電流定律(KCL)

因為電流具有連續(xù)性,在電路的任一節(jié)點上均不可能發(fā)生電荷堆積現(xiàn)象，所以流入某節(jié)點的電流I入之和必等于從該節(jié)點流出的電流I出之和,即∑I入=∑I出

這一關(guān)系稱為基爾霍夫電流定律,通常又稱為基爾霍夫第一定律。一起加油，勇往直前！1.7基爾霍夫定律1.7.2基爾霍夫電壓定律(KVL)基爾霍夫電壓定律通常又稱為回路電壓定律。此定律是用來確定回路中各部分電壓之間關(guān)系的。對于電路中任一回路,沿任一指定方向(順時針或逆時針)繞行一周,回路中的各電位升之和必定等于各電位降之和,即∑U升

=∑U降。

∑E=∑IR

此式是基爾霍夫電壓定律的另一表示形式,即在電路中,沿任一閉合路徑電動勢的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和。電動勢的方向與回路繞行方向一致時,電動勢取正號,反之取負號。

一起加油，勇往直前！1.8電路中電位的計算要計算電路中某點的電位,簡單地說：就是從該點出發(fā),沿著任意選擇的一條路徑“走”到零電位點,所經(jīng)過的電位降(即電壓)的代數(shù)和。具體方法和步驟：

若電路沒有已知的接地點(零電位點),則可任意選取一點作為接地點,標(biāo)上符號“⊥”。由已知電源電動勢和各電阻的阻值計算出電流的大小和方向。標(biāo)出電動勢和負載電壓的極性。電動勢E的方向是從負極指向正極,即電位升高的方向,電源正極標(biāo)“+”,負極標(biāo)“–”。對于負載電壓,電流流入端標(biāo)“+”,流出端標(biāo)“–”，即沿著電流的方向電位是降低的。求A點電位時,選定一條從A點到零電位點的路徑(盡可能選最簡單的路徑)。從A點出發(fā)沿此路徑“走”到零電位點,所經(jīng)過的無論是電源還是負載,只要從正到負,則電位降為正值。反之,從負到正則電位降為負值(實際為電位升)。然后將全部電位降相加(取代數(shù)和)就得到A點的電位。即

VA=∑U一起加油，勇往直前！1.9電橋電路1.9.1電橋電路的兩種狀態(tài)電橋有兩種工作狀態(tài)：平衡狀態(tài)與不平衡狀態(tài)。當(dāng)電橋接通電源后,如果橋路兩端沒有電壓輸出,當(dāng)然也沒有電流通過,這時就稱電橋處于平衡狀態(tài)(也叫平衡電橋)。反之,稱電橋處于不平衡狀態(tài)(也叫不平衡電橋)。電橋電路一起加油，勇往直前！1.9電橋電路電橋的平衡及平衡條件

R1R3=R2R4

此式就是電橋平衡時應(yīng)具備的條件。它表明,相對橋臂電阻的乘積相等時,橋路中電流為零。平衡電橋一起加油，勇往直前！1.9電橋電路不平衡電橋的電位分析一個原來處于平衡工作狀態(tài)的電橋,如果某一橋臂電阻值發(fā)生了變化,破壞了平衡條件,電橋就會由平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴黄胶鉅顟B(tài)。這時,橋路兩端存在著電位差(即橋路電壓,又稱為電橋輸出的信號電壓),橋路中有電流通過,電流的大小和方向則取決于橋路兩端電壓的高低。一起加油，勇往直前！1.9電橋電路1.9.2電橋電路在現(xiàn)代汽車電路的典型應(yīng)用現(xiàn)代汽車的熱線或熱膜式空氣流量計(傳感器)就是根據(jù)惠斯通電橋原理制成的,如圖所示。電路組成工作原理熱線式空氣流量計基本電路一起加油，勇往直前！1.10電容器及充電和放電1.10.1電容器和電容量電容器是一種儲存電荷的容器，是汽車電氣系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的電路元件之一。任何兩塊非?？拷慕饘賹?dǎo)體,中間隔以絕緣物質(zhì)就構(gòu)成了一個電容器。其中，電容器的導(dǎo)體稱為極板,中間的絕緣物質(zhì)稱為介質(zhì)。

一起加油，勇往直前！1.10電容器及充電和放電當(dāng)把電容器與直流電源相接時,電容器兩極板上就分別帶上了等量的異種電荷。衡量電容器儲存電荷能力的物理量稱作電容量(簡稱電容),用符號C表示。電容器的電容量C等于兩極板間電壓達到1V時,每一極板所積累的電荷量。即

C=Q/U電容器的特點和分類電容C越大的電容器儲存電荷的能力越強,即單位電壓儲存的電量越多。電容器的種類很多,按其結(jié)構(gòu)可分為固定電容器、可變電容器和半可變電容器；按介質(zhì)的不同又分為紙質(zhì)電容器、云母電容器、電解電容