直流電路基礎知識淺解項目一直流電路基礎知識知識目標：了解電流、電壓、基本概念，掌握其單位及單位的換算；了解電阻的概念和電阻與溫度的關系；掌握歐姆定律，熟練應用歐姆定律進行計算；理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計算。技能目標：會使用直流電壓表、電流表會用萬用表測量直流電壓、直流電流和電阻。任務一電路1.1電路的組成電路是由電源、導線、開關和負載四大部分組成。下圖是直流電動機控制回路，通過開關（開或關），閉合狀態下才能正常工作電能轉化成其他形式的能（機械能，光能，熱能）（1）電源電源是電路的源泉/能量源，它為電路提供電能。（2）導線導線構成電路的通路。傳遞電作用。（3）開關開關是控制電路通、斷的電器（設備），（4）負載負載是消耗電能的設備。如電燈、風扇、1.2電路的物理量1.2.1電流1.電流的形成。電流就是電子在電場力作用下有規則的定向運動。（可以理解為河道中的流水向一定方向移動）2.電流強度單位時間內通過導體截面電荷量的多少稱為電流強度。它是表征電流大小的物理量。（可以理解為流水速度的快慢流速）電流強度的單位為安培，簡稱安，符號為A。圖1-6電流的形成（a）未通電狀態（b）通電狀態設在△t時間內，流過截面S的電荷量為△Q，則電流強度為

（瞬時）

如果電流的大小和方向都不隨時間的變化而變化，則稱為穩恒直流電，簡稱直流電。其數學表達式為1.2.2電壓、電位、電動勢1．電壓（負載二端有電流的前提條件是二端存在電壓）下圖是水的循環流動示意圖。我們以水的循環流動來說明電流在電路中的流動原理。流和水流有著相似的規律，如圖1-10所示，要想形成圖中電流，必須在白熾燈兩端存在電位差（類似水槽的水位差）。A、B極板之間的電位差稱為A、B兩點之間的電壓UAB。

電壓的正方向規定為：由高電位指向低電位，即從電源的正極指向負極。電壓的方向用“＋”、“-”號來表示。電壓的單位是伏特，簡稱伏，符號為V。圖1-9水流方向圖1-10電動勢、電壓說明圖1.2.3電流、電壓的測量1．電流的測量測量時將表的兩個接線端串聯在電路中（千萬不可并聯在電路上），表的“＋”端為電流的流入端；表的“－”端為電流的流出端。根據表針所指示的刻度，讀出電流的大小。2．電壓的測量測量時將表的兩個接線端并聯在被測電壓的兩端，測量時表的“+”接線端接被測電壓的正極，“-”接線端接被測電壓的負極。根據表針所指示的刻度，讀出電壓的大小。

1.3電阻1.3.1導體的電阻1.導體電阻的概念圖1-14所示是電子在導體中流動示意圖。圖1-14a和圖1-14b是不同的兩種導體材料，材料內的原子結構不同，導體對電子流動呈現出的“阻力”不同；圖1-14c是同一種導體材料，由于材料的截面積不同，導體對電子流動呈現出的“阻力”不同。導體對電流的阻礙作用稱為導體的電阻，用符號“R”來表示，其基本單位為歐姆（Ω）。較大的單位有kΩ和MΩ。（類似河道中的石頭對水流流動有阻礙作用）其換算關系為1MΩ=1000kΩ、1kΩ=1000Ω圖1-14電子在導體中流動示意圖a)導體中“障礙物”少b)導體中“障礙物”多c）導體截面積不同電子所受阻力不同2.導體的電阻率與溫度系數1）電阻定律導體電阻的大小與導體的電阻率和導體長度成正比，與導體的橫截面S成反比，用公式表示為電阻是耗能元件，它將電能不可逆地轉換為熱能。電阻的標稱阻值的標注方法1.直標法主要參數直接標注在電阻器的外殼上。▲——表示電阻器的商標；

RJ——“R”代表電阻器，“J”表示電阻器由金屬材料制作而成；1W——表示電阻器的額定功率為1W；5.1kΩ——表示電阻器的的電阻值為5.1kΩ；±5%——電阻值的允許偏差值為±5%。電阻的標稱阻值的標注方法2.數碼法用3或4位阿拉伯數字來標注電阻的阻值472表示：104表示：4501表示：1123表示：電阻的標稱阻值的標注方法3.色標法用不同顏色的色環或色點表示電阻的阻值和允許誤差。（重點）使用最多的標注方法電阻的標稱阻值的標注方法案例：色環電阻的識別例：識別某四環電阻電阻：（棕綠紅金）解：第一位有效數字：3；第二位有效數字：3；第三位10的5次方（即100000）；第四位允許誤差為5%即阻值為：33×100000=3.3×106Ω=3.3MΩ敏感電阻器實物壓敏電阻光敏電阻正溫度熱敏電阻PTC汽敏電阻負溫度熱敏電阻NTC濕敏電阻1.3.2

電阻的測量測量電阻用歐姆表。圖1-17是用指針式萬用表的歐姆擋測量電阻，測量前先將萬用表的旋轉開關旋到電阻擋，然后將兩表筆短路校零（兩表筆短路的同時旋轉表盤上的校零可調電阻，使表針指到右邊零刻度）。測量時兩表筆搭在被測電阻的兩端，表針指示的刻度既是被測電阻的阻值。如果被測電阻連接在電路中，測量時必須將電阻與電路斷開，更不允許電路帶電測量。圖1-16電阻元件的電路符號圖1-17電阻的測量1.4歐姆定律

電阻電路的歐姆定律可表述為：流經電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻的阻值成反比，其表達式為1.4.1電阻電路歐姆定律一段只含有電阻、而不含有電源的電路，稱為電阻電路，如圖歐姆定律只適應于線性電阻電路，即當電壓和電流變化時，電阻的阻值不變。圖1-20a是線性電阻的伏安特性曲線。某些電阻元件，如半導體二極管的正向電阻、白熾燈的燈絲電阻，它們不遵循歐姆定律，伏安特性曲線是一條曲線，這種電阻稱為非線性電阻，它的阻值隨工作電壓的變化而變化，如圖1-20b所示。a）線性電阻的伏安特性b）非線性電阻的伏安特性圖1-20電阻的伏安特性曲線案例1電烙鐵發熱量不足

2.電路參數發生了變化，使電路工作不正常案例現象某電氣維修工使用的一把電烙鐵發熱量不足，不知是什么原因。電烙鐵的正常工作參數為：電壓220V，電流90mA。

圖1-25電烙鐵a)電烙鐵外形b)等效電路案例分析電烙鐵的發熱體就是一個線繞電阻，如圖1-25b所示。發熱量不足一是外加電壓低于220V，二是電烙鐵的工作電流小于正常值。用電壓表測量220V電源電壓，為正常值；用電阻表（萬用表的歐姆檔）測量電烙鐵的發熱體電阻，阻值為3.1kΩ。根據歐姆公式，計算電烙鐵的實際電流為I=U/R=220/3.1kΩ=71mA由于71mA<90mA，使電烙鐵的發熱量不足。其原因為發熱體老化，阻值變大所至。1.5電功與電功率1.5.1電功電流在電路中流動，通過負載時要對負載做功。如電流流入電動機的繞組，電動機輸出轉矩，拖動機械負載運動做功，電能通過電動機將電能轉化為機械能。電能通過負載做功的大小，與流過負載的電流I、負載兩端的電壓U以及通電時間t成正比，其數學表達式為在工程上電功又稱電能，常用kW·h(千瓦時)表示，1kW·h就是通常說的1度電。它與焦耳之間的換算關系為1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在工程上電能是由電能表進行測量的，電能表俗稱電度表，圖1-31是電能表的外形圖。電能表在測量過程中是通過表內的轉動機構帶動字輪，由字輪上的數字指示出電路消耗的電能。（13進24出）圖1-31電能表1.5.2電功率在日常生活或工程中，不僅要了解電流做功的多少，還要知道電流做功的快慢。電流做功的快慢是用“電功率”來表示的。1.電功率電流在單位時間內所做的功稱為電功率，用P來表示。其表達式為

電功率的基本單位為W（瓦），還有kW（千瓦）和mW（毫瓦）2.額定功率為了使電器能安全、可靠地工作，對電器的工作電壓和電流都有一個規定值。這個規定值就稱為電器的額定電壓和額定電流。額定電壓和額定電流的乘積，稱為電器的額定功率。額定電壓、電流、電功率統稱為用電器的額定值，用電器的額定值都在銘牌上標出，以方便使用。案例2某企業電壓不穩，造成用電器工作不正常案例現象某企業經常自己發電，電壓穩定性差，電壓在200～240V之間波動，車間用的白熾燈忽明忽暗，經常損壞。案例分析以額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈為例。若把它接在220V的電路中，通過燈泡的電流為燈泡的電阻為當電路電壓降為200V，輸出功率為因為電壓下降，白熾燈的功率由40W下降為33.1W，發光變暗。當電路電壓升為240V，輸出功率為因為47.64W>40W，白熾燈處于較強的過載狀態，雖然發光亮度增加，但白熾燈的壽命大大下降。案例總結一切電器，工作在額定狀態是最佳狀態，我們要盡量使電氣設備工作在額定狀態。在購買電器設備時，要認真核實設備的使用條件，一是要和電源相符；二是要和電器驅動的設備相匹配。

W任務二直流電路分析2.1電阻的串并聯2.1.1電阻的串聯將兩個或兩個以上的電阻首尾依次相接，這種連接方式稱為串聯，如圖2-2所示。電阻串聯電路的特點（1）串聯電路的總電阻等于各串聯電阻之和總電阻的表達式為圖2-2電阻的串聯（2）各電阻中通過的是同一電流根據歐姆定律，串聯電路的電流為（3）串聯電路兩端的總電壓等于各電阻上的分電壓之和總電壓的表達式為（4）串聯電路具有分壓作用串聯電路各電阻上的電壓與電阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的電壓也越大，各電阻上分得的電壓為根據串聯電路總電阻等于分電阻之和，有R=RO+RXkΩRX=R-RO=100kΩ-1kΩ=99kΩ在表頭上串聯一個99kΩ的電阻，即可將表頭改裝為一只10V量程的電壓表。（PACK基本原理）案例3

利用電阻串聯降壓限流案例敘述：圖2-6是電阻串聯電路，分析其工作原理。案例分析：圖2-6a是指示燈電路(指示燈可等效為一個電阻)，為了限制指示燈中電流，根據串聯分壓原理，通過串聯電阻分壓，使加在指示燈上的電壓U2為合適值，使指示燈正常發光。圖2-6b降壓原理和圖2-6a相同，發光二極管也可以看作為一個電阻。該電路是電子設備上廣泛使用的一種指示電路。圖2-6c是電阻串聯在高壓電路中的一種應用。電路總電壓為310V，為了提高電路的工作可靠性，降低加在電阻上的電壓值，采用了4個相同阻值的電阻相串聯，每個電阻上分得的電壓為310V/4=77.5V。

圖2-6電阻串聯電路a)電阻與指示燈串聯采用在一條支路中多個電阻串聯來均分功率、均分電壓，以此來提高電路的工作可靠性、方便電路的安裝，是電工和電子電路經常采用的方法。b)電阻與發光二極管串聯c)電阻在高壓電路中串聯2.1.2電阻的并聯和混聯將兩個或兩個以上的電阻首、尾分別接在一起，使電流有多條通路，這種連接方式稱為并聯，如圖2-7所示。1．電阻并聯電路的特點（1）各并聯電阻兩端的電壓相等；（2）并聯電路的總電流等于各電阻中電流之和，即(2-5)（3）并聯電路的總電阻的倒數等于各并聯電阻倒數之和，即圖2-7電阻的并聯（4）并聯電路具有分流作用，并聯電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯時，其分流公式為，（5）各并聯電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。總功率等于各并聯電阻功率之和，其數學表達式為P=P1+P2+P3（4）并聯電路具有分流作用，并聯電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯時，其分流公式為，（5）各并聯電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。總功率等于各并聯電阻功率之和，其數學表達式為P=P1+P2+P32.電阻的混聯在一個電路中，既有電阻串聯又有電阻并聯，稱為混聯電路。圖2-9就是一個電阻混聯電路。在計算混聯電路時，將電路中串聯或并聯的電阻按串聯或并聯的計算方法一步步進行化簡，最后求出整個電路的等效電阻值。圖2-9電阻的混聯電路【例2-1】混聯電路如圖2-10所示，已知，，V，試求電路的總電阻R和總電流I。解：

圖2-10例2-1圖

案例1工作在電網上的負載都為并聯3．活學活用案例敘述：工作在電網上的各種負載都為并聯工作，為什么？案例分析：圖2-11是電網中的一條火線和一條零線，火線和零線之間的電壓為220V。在火線和零線上并聯著各種用電負載。圖2-12是計算機、掃描儀、打印機并聯在一起的情況。圖2-11并聯負載根據并聯電路各電阻上（各負載）所加電壓相同的特點，在電力供電系統中，采用負載并聯的運行方式。供電系統為用電器提供一個相同的額定電壓，各種負載都要按照這個額定電壓設計電路。例如我國民用市電的額定電壓為220V，各種用電器的額定電壓也都是220V，只要買了按照我國標準電壓生產的電器，在我們國內都能用。我們可以想象一下：如果我們國家的低壓（指220V）標準有多種，電器的電壓標準也有多種，使用起來是何等的麻煩。圖2-12三個負載并聯案例2

電阻保護并聯案例敘述：在高壓電網和高壓電路中，為了防雷，裝有避雷器；在低壓電路中，為了防止電路過壓，安裝壓敏電阻，避雷器和壓敏電阻是怎樣對電路進行保護的？a)b)c)d)圖2-15電阻保護并聯案例分析：電網防雷保護原理是根據電阻和電網并聯，電網和電阻上加的是同一電壓，當雷電超過了電網的工作電壓（避雷器的導通電壓），避雷器導通，將雷電流通過避雷器旁路，保護了電網不會超壓而損壞。避雷器實際上是一個壓敏電阻，導通電壓值高于電網的正常工作電壓，又低于電網的損壞電壓值。當避雷器導通后，雷電低于了一定值，避雷器又自動關閉，不影響電網的正常工作。電路中并聯壓敏電阻的保護原理為：壓敏電阻上所加電壓低于導通電壓時，其阻值很大，相當于開路，當高于導通電壓，電阻很小，相當于短路。在電路中主要是進行過壓保護，一但過壓，壓敏電阻短路，將電路的保護熔斷器熔斷，切斷電源，保護了負載不被燒毀。圖2-15c是壓敏電阻在電路中的連接圖，圖2-15d是壓敏電阻外形。

2.3電壓源和電流源及其應用2.3.1電壓源電壓源表示方法，由內阻R0和電動勢E相串聯。電壓源的符號如圖2-25a所示。當電壓源的內阻為零時，稱為理想電壓源或恒壓源，其電路符號如圖2-25b所示。圖2-25電壓源符號當將電壓源與負載電阻相連時（如圖2-26a所示），由于電流通過電壓源內阻時產生了電壓降，使電壓源的端電壓比電源的電動勢要小,即（2-13）圖2-26電壓源供電電路2.3.2電流源用一恒定電流與一內阻相并聯來表示的電源稱為電流源。其符號如圖2-27a所示。電流源的內阻越大，在上的分流越小，輸出電流越接近。當內阻為無窮大時（不存在），稱為理想電流源或恒流源，其輸出電流與端電壓無關，，理想電流源的符號如圖2-27b所示。圖2-27電流源在實際電源中，當電源的內阻>>時，在上的分流可以忽略，即可將其視為理想電流源。實際電源中，光電池、串激直流發電機以及晶體管等的輸出特性，都比較接近恒流源。如果將電流源接入負載電阻，如圖2-28a所示，則電路中的電流為其U—I特性曲線如圖2-28b所示，負載中的電流越小，輸出電壓越高。圖2-28電流源與輸出特性案例1

電源短路的危害2.3.3活學活用案例敘述：電源在工作中或因事故造成短路會有什么危害？案例分析：我們在工作中，接觸到的大部分電源是恒壓性質的電源，因為電源的內阻很小，一但短路，將會引起很大的災害。圖2-29a是電源短路的情況，由電路參數可知，短路電流可達I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(歐姆定律)每條導線上的短路功率和電源上的短路功率為P=UI=I2R=1472×0.5W=10.8kW（電阻電路的電功率）10.8kW的短路功率可引起導線嚴重發熱，點燃絕緣層引起火災，造成財產的嚴重損失和人員傷亡。對于電氣設