1、ISBN 978-7-111-38450-2 机机 械械 工工 业业 出出 版版 社社CHINA MACHINE PRESS目目 录录前言第一章 直流电路第二章 电磁现象及其应用第三章 正弦交流电路第四章 电工测量及安全用电第五章 电动机与发电机第六章 半导体器件及应用第七章 汽车常用电子电路第八章 数字电路基础参考文献第第1章直章直 流流 电电 路路1.1概述1.2电路的基本物理量1.3欧姆定律1.4串联电路与并联电路1.5电阻、电感和电容元件1.6基尔霍夫定律1.1 概述 1.1.11.1.1电路及电路图电路及电路图电路就是电流所通过的路径，它是由电气设备和元器件按一电路就是电流所通过的路
2、径，它是由电气设备和元器件按一定方式联接起来的整体。定方式联接起来的整体。负载负载:吸收吸收电能的装置电能的装置 传输控制器件：传输控制器件：导线和开关导线和开关电源电源:提供提供电能的装置电能的装置电工电工电路电路倒车信号器件包括倒车灯和倒车信号器件包括倒车灯和倒车蜂鸣器。倒车蜂鸣器。倒车灯安装在汽车后组合灯倒车灯安装在汽车后组合灯内，内，倒车灯开关安装在变速器盖倒车灯开关安装在变速器盖上，上，倒车蜂鸣器则单独安装。倒车蜂鸣器则单独安装。图1-2 倒车信号电路电子电子电路电路电源电源负负载载中间中间环节环节信号源信号源负负载载处理处理电路电路1.两个电源两个电源蓄电池（辅助电源）蓄电池（辅助
3、电源）交流发电机（主电源）交流发电机（主电源）2.并联单线并联单线（1）汽车上的电源和所有的电气设备均采用并联）汽车上的电源和所有的电气设备均采用并联（2）电源到用电设备只用一根导线连接，而用汽车）电源到用电设备只用一根导线连接，而用汽车底盘、发动机等金属机体作为另一公用导线底盘、发动机等金属机体作为另一公用导线 3.网络控制网络控制用电设备是否工作是由网络控制用电设备是否工作是由网络控制 1.1.21.1.2汽车电路的特点汽车电路的特点4.4.低压直流低压直流汽车电系电压汽车电系电压12V12V、24V 24V 汽车电系为直流系统汽车电系为直流系统 5.5.负极搭铁负极搭铁采用单线制时，蓄电
4、池的一个电极须接至车架上，俗采用单线制时，蓄电池的一个电极须接至车架上，俗称称“搭铁搭铁 蓄电池的负极接车架就称之谓蓄电池的负极接车架就称之谓“负极搭铁负极搭铁”1.1.21.1.2汽车电路的特点汽车电路的特点1.1.3 电路的三种状态开关闭合开关闭合,接通电源与负载接通电源与负载RREI 0负载端电压负载端电压 U=E IR0 特征特征:IR0R -EU -I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。电源的外特性电源的外特性EUI0特征特征:开关开关 断开断开I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=01.开路
5、处的电流等于零；开路处的电流等于零；I =02.开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR -EU0 -方法：方法：将试灯一端（或电压表负表笔）接在电源将试灯一端（或电压表负表笔）接在电源负极，另一端依次触及电路接线点负极，另一端依次触及电路接线点a a、b b、c c、d d。如。如果灯亮说明此接线点至电源正极间无断路，如果灯果灯亮说明此接线点至电源正极间无断路，如果灯不亮说明此接线点与前一接线点间有断路。不亮说明此接线点与前一接线点间有断路。用这种用这种办法逐步缩小查找范围，直至找到断路点。办法
6、逐步缩小查找范围，直至找到断路点。电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U=0 PE=P=IR0P=01.1.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.2.短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IR0R -EU0 -图1-6 汽车起动系统原理简图 大小：大小：单位时间内通过导体横截面的电荷量。单位时间内通过导体横截面的电荷量。1.电流的定义及表达式电流的定义及表达式电流是电荷在电场力的作用下作定向运动形成的电流是电荷在电场力的作用下作定向运动形成的,其其大小和方向都与电荷有关。大小和方向都与电荷有关。tQI dtd
7、qi 直流直流交流交流单位：单位：A、KA、mA、A实际方向：实际方向：正正电荷的运动方向。电荷的运动方向。参考方向的表示方法参考方向的表示方法 (a)I0 (b)I0 电流的方向电流的方向参考方向参考方向 在一段电路或电路元件上在一段电路或电路元件上任意假定的电流方向。任意假定的电流方向。Iab 双下标双下标2 2、电流的方向、电流的方向箭箭 标标abRIl 在某些直流电路中，若可直接判断出电流的实际方在某些直流电路中，若可直接判断出电流的实际方向，一般为方便起见，选择其参考方向与实际方向向，一般为方便起见，选择其参考方向与实际方向一致。一致。l 电流参考方向可随意选择，而实际电流是客观存在
8、电流参考方向可随意选择，而实际电流是客观存在。I Iab=-=-I Iba。l 若不选择参考方向，而谈论电流的正负是无意义的。若不选择参考方向，而谈论电流的正负是无意义的。实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流值为，电流值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流值为，电流值为负值负值。大小：大小：电源的电动势电源的电动势Eba等于等于电源力将单位正电荷从负极电源力将单位正电荷从负极b b经电源内部移到正极经电源内部移到正极a a所做的所做的功。功。单位：单位：V、KV、mV实际方向：实际方向：低电位低电位 高电位即电位升高电位即电位升高高的方向。的方向。电荷运
9、动回电荷运动回路路QWE ba电流电流的实际方向的实际方向可用可用箭头、双下标箭头、双下标；电压、电动势电压、电动势用用正负极性、箭头、双下标正负极性、箭头、双下标。Iab参考方向的表示方法：参考方向的表示方法：参考方向：参考方向：在分析、计算电路时，人为在分析、计算电路时，人为假定的方向。假定的方向。aRbIE+_ U+_电流：电流：电压、电动势电压、电动势：Iab 双下标双下标箭箭 标标abRIUab 双下标双下标Eba正负极性正负极性+abUE+_ 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电量值为，电量值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电量值为，电量值为负
10、值负值。若若 I=5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；若若 I=5A，则电流从则电流从 b 流向流向 a。若若 U=5V，则电压的实际方向则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U=5V，则电压的实际方向则电压的实际方向从从 b 指向指向 a。例：例：abRIabRU+若若 E=5V，则电动势的实际方则电动势的实际方向从向从 b指向指向 a；若若 E=5V，则电动势的实际方则电动势的实际方向从向从 a指向指向 b。+abE注意：注意：在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流、电压、电压、电动势的值、电动势的值才有正负之分。才有正负之分。在电路分析中，如果没有特别指明，所标的电量
11、在电路分析中，如果没有特别指明，所标的电量方向均指参考方向。方向均指参考方向。电位电位：电路通常选定某一点作为参考点，电路中某点与参考点之间的电压就称为该点的电位。参考点的电位通常规定为零，所以又叫零电位点。零电位点一般选大地为参考点，即视大地的电位为零电位。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作为零电位。电阻电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。说明：说明：不同的导体其电阻率不同，用途也不同。不同的导体其电阻率不同，用途也不同。导体电阻还与温度有关，通常用导体电阻还与温度有关，通常用电阻温度系数电阻温度系数表示。部分导体电阻率和温度
12、系数如表示。部分导体电阻率和温度系数如下页下页表表所示。所示。SlR l导体长度（导体长度（m）；）；S导体截面积导体截面积(m2);导体电阻率（导体电阻率（m）单位：单位：、K、M材料材料名称名称电阻率电阻率/m电阻温度系数电阻温度系数/1/用途用途 银银铜铜铝铝0.016510-60.017510-60.028310-60.00380.00400.0042导线导线线圈线圈引线引线触点触点 锰铜锰铜康铜康铜镍铬镍铬铁铬铝铁铬铝碳碳0.4210-60.40.51 10-61.110-61.410-610.010-6 0.0000050.0000050.000130.00005-0.0005 电
13、阻器电阻器电热丝电热丝图1-11 常见电阻器的外形及符号a）外形 b）符号1.2.4电能和电功率电流流过负载时对负载所做的功称为电能，用电流流过负载时对负载所做的功称为电能，用符号符号W表示表示。1 1、电能、电能电能的单位电能的单位 焦（焦（J）千瓦时（千瓦时（kWh），俗称度），俗称度W=UIt1度度1kWh3.6106 J1.2.4电能和电功率不同的用电器在相同时间内的用电量是不同的，不同的用电器在相同时间内的用电量是不同的，即电流做功快慢是不一样的。即电流做功快慢是不一样的。电流做功快慢用电功率描述，其大小等于单位时电流做功快慢用电功率描述，其大小等于单位时间间t内电流所做的功内电流所
14、做的功W 2 2、电功率、电功率UItWP电功率单位 瓦特（W）、千瓦（k W）、毫瓦（m W）例1-1 汽车前照灯电功率为60W，额定电压为12V。求额定电流I和每小时消耗的电能W。由式 可知WPt603600J2.16105J UIP AAUPI512601.3欧姆定律欧姆定律 v 部分电路：指不含电源的一段电路。v 欧姆定律：通过一段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。这就是部分电路欧姆定律，简称欧姆定律。1.3.1 部分电路的欧姆定律 RUI U、I 参考方向参考方向相同相同时，时，U、I 参考方向参考方向相反相反时，时，RUI RUI-通常取通常取 U、I
15、参考方向相同，参考方向相同，称为关联参考方向。称为关联参考方向。RU+IRU+Iv欧姆定律揭示了电路中电流、电压和电阻三者之间的关系。只要知道I、U、R三个物理量中的两个，就可以很方便地求出第三个量。vU=IR IUR RUI v例1-2 如果人体电阻的最小值为800，已知通过人体的电流达到50mA时，就会引起呼吸器官麻痹，不能自主摆脱电源。试求人体的安全工作电压。v解 根据部分电路欧姆定律可得vU=IR=5010-3800V=40V解：解：对图对图(a)有有,I=U/R应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,I=U/R326 :
16、IUR所以所以326:-IUR所以所以RU6V+2AR+U6V Ia)b)I2A1.3.2 全电路欧姆定律全电路欧姆定律 v全电路：指含有电源的闭合电路。图中虚线框内表示一个电源。电源也是有电阻的，这个电阻称为内电阻，用r表示，实际上，内电阻在电源内部，与电动势是分不开的，所以也可以不单独画出，而是在电源符号的旁边注明内电阻的数值。v全电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路中的电阻之和成反比。rREIE=IR+Ir=U+Ir或 U=E-Irv例1-3 如图所示电路，已知电源电动势E=2.4V，内电阻r=10，负载电阻R=20。试求电路中的电流I和路端电压U。v解 根据全电路欧姆定律可得
17、v路端电压为 U=IR=0.0820V=1.6VAArREI08.010204.2解：解：已知已知 E=3V，R0=0.4,RL=9.6 ,求电流求电流I、内、内阻压降阻压降IR0及电源端电压及电源端电压U。3.04.06.930LRREIV12.04.03.00 IRVL88.26.93.0 IRU3.04.06.930L-RREIV12.04.03.00-IRVL88.26.93.0 -IRU RL-R0EI U -RL-R0EI U -1.1.4 4.1 1 串联电路串联电路 由两个或更多个电阻一个接一个地连接，组成一个无分支电路，各电阻通过同一电流，这样的连接方式称为电阻的串联电路。1
18、 1）等效电阻）等效电阻串联电路等效电阻等于各分电阻之和，即：12nRRRR1.1.串联电路的特点串联电路的特点1.1.4 4.1 1 串联电路串联电路 2 2）分压关系）分压关系串联电路中的电阻有分压作用，其计算公式为：1212nnUUUUIRRRR21212nnPPPPIRRRR3 3）功率分配）功率分配串联电路中各电阻的功率分配关系如下：1.1.串联电路的应用串联电路的应用1.1.4 4.1 1 串联电路串联电路 用来控制负载电流用电位器改变输出电压用于降压1.1.并联电路定义及相关计算公式并联电路定义及相关计算公式1.1.4 4.2 2 并联电路并联电路 由两个或多个电阻连接在两个公共
19、点之间，组成一个分支电路，各电阻两端承受同一电压，这样的连接方式叫做电阻的并联电路。并联电路的特点：1 1）等效电阻）等效电阻 并联电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻 的倒数之和，即：12111RRR1.1.4 4.2 2 并联电路并联电路 2 2）分流关系）分流关系 并联电路的电阻有分流作用，各电阻的电压相等，电流、电阻和电压的关系式如下：1122nnI RI RI RIRU3 3）功率分配）功率分配 并联电路中电阻的功率分配关系如下：21122nnPRP RP RPRU1.1.4 4.2 2 并联电路并联电路 2.2.并联电路的应用并联电路的应用1212并联电路的并联电路的分流
20、作用分流作用2112RIIRR1212RIIRR实际应用实际应用 汽车上的用电器，如喇叭、照明灯、电动机等都是并联接在直流电源上。1.1.5 5.1 1 电阻元件电阻元件 1.1.电阻的有关概念电阻的有关概念电阻元件简称为电阻，是从实际电阻器中抽象出来的，如电灯、电炉、电机等，图形符号 2电阻串并联在汽车上的应用惠斯登电桥 sxsxRRRRRRRR2121或v 图1-23 热线式空气流量传感器的结构 v 1传感器密封盖 2印制控制电路板 3卡环 4防护网 5温度补偿电阻丝（冷线）6铂金丝（热线）7取样管 8CO调节螺钉 9防护塞 l0接线插座 v 图1-24 热线式空气流量传感器内部电路v 1
21、进气流 2放大器 3电源 4输出信号 R1、R3、R5电阻 R2白金热线 R4温度补偿电阻丝（冷线）1.5.2 电感元件电感元件 v电感器是指用导线绕制成的线圈，简称为电感，用L表示，单位为亨利，简称亨，用 H 表示。iLdtdiLeuL-电感元件两端的电压与电流相对时间的变化率成正比 v电感元件是一个储能（磁场能量）元件。当通过电感线圈中的电流增加时，电感线圈将电能转变成磁场能储存在线圈中；而当电流减小时，磁场能转变成电能送回到电路中。若忽略其电阻，则不消耗能量。v两个电感元件串联的等效电感为L=L1+L2；并联时的等效电感为。21111LLL1.5.3 电容元件电容元件 v1电容器的特性电
22、容器的特性v电容器是一种储存电荷与电能的容器，任何两块非常接近的金属导体，中间隔以不导电的绝缘物质（例如空气、蜡纸、云母片、涤纶薄膜、陶瓷等），就形成一个电容器。组成电容器的导体称为极板，隔离两极板的绝缘物质称为介质。在电路图中电容器用符号v 表示。v当把电容器与直流电源相接时，电容器的两极板上就分别带上了等量的异种电荷。反映电容器储存电荷能力的物理量称作电容量，符号为C。电容器的电容量C等于它的任一极板所带电量Q与加在电容器两端电压U的比值，即：UQC v部分电容器的外形、名称和符号va）固定电容器 b）可变和半可变电容器 2 电容器的串联和并联 v（1）电容器的串联v 当几个电容器串联时，
23、可用一个等效电容器来代替。串联时，每个电容器上的电荷Q相等，每个电容器上的电压之和等于总电压，即：v Q=Q1=Q2v U=U1+U221CQCQCQ21111CCC几个电容器串联时，其等效电容量C的倒数等于每个电容器电容量的倒数之和。电容串联时其等效电容小于每个电容值，但电容串联时其电压与电容成反比，电容小的分得的电压大。（2）电容器的并联）电容器的并联 电容器并联时，每个电容器两端的电压相同，每个电容器上的电荷相加等于并联电路内的总电荷，即：Q=Q1+Q2U=U1=U2相除可得：C=C1+C2可见，几个电容器并联时，其等效电容量C等于每个电容器的电容量之和。3电容器的充电和放电v（1）电容
24、器的充电v 把电容器与电阻R相串联后，再经开关S接到直流电源上（开关S置A端），使电容器被充电。v 在电路刚接通的瞬间，因电容器上无电荷，两端的电压为零，这时充电电流最大。随着两极板上电荷的不断积累，电容器两端的电压逐渐增大，因此，充电电流不断减小。当电容器端电压与电源电压相等时，充电电流减至零，充电结束。此时电容器极板上的电荷达到稳定值Q，电容器相当于开路。这种情况说明电容器具有隔直流的作用。3电容器的充电和放电v 2）电容器的放电v 在电容器充电完毕后，把开关S从A端迅速移至B端，电容器开始放电。在开始放电的瞬间，放电电流最大。随着电容器两极板上电荷的不断减少，其两端的电位差就逐渐降低，放
25、电电流也逐渐减小。最后，电容器两端电压为零，放电结束。v 当电容器接通交流电源时，由于交流电的大小和方向不断交替变化，致使电容器反复进行充、放电，这样，电路中就会出现连续不断的交流电流，这说明对交流来讲，电容器始终是导通的。电容器充放电结论电容器充放电结论v综合以上分析得出结论：v（l）电容器的充、放电需要具备一定条件。v（2）电路的状态改变时电容器的电压、电流不能突变，只能渐进变化。v（3）充放电过程实际上就是电能的储存和释放过程，电容器本身并不消耗电能，因此电容器是一个储能元件。v（4）电容器具有隔直通交的作用。v（5）电容器充放电的快慢与其电容量C和电阻R的大小有关。4电容器在汽车上的应用 图1-32 分电器上的电容器的结构示意1绝缘蜡纸 2铝箔 3外壳 4引线 汽车电气系统中电容器作用1.用来储存电荷，它本身不消耗电能，其储存的电荷会在放电时返回电路。2.电容器还能吸收电路中的电压变化，利用电压的储存来吸收危险的电压尖峰。v 电容器结构：在两条铝箔或锡箔之间夹以绝缘蜡纸，然后卷成筒状，在真空中抽去层间的空气，再经浸蜡处理后装于金属外壳内，其中一条箔带的底部与外壳紧密接触；另一条箔带则通过与外壳绝缘的导电片由导线引出。电容器的容量一般为0.150.25F，工作时要承受200300V的自感电动势图1-32 分电器上的电容器的结构示意1绝缘蜡纸 2铝箔 3外壳 4引线
