第1章汽車大燈電路分析第1章汽車大燈電路分析11.1電路的作用和組成電路是電流流通的閉合路徑，是由某些電氣設備和元器件按一定方式組合后的總稱。諸如發電機、變壓器、電動機、電池、晶體管以及各種電阻器和電容器等。如圖1.1.1是擴音機電路示意圖，圖1.1.2是汽車大燈控制電路。1.電路1.1電路的作用和組成電路是電流流通的閉合路2圖1.1.1擴音機電路示意圖圖1.1.2汽車大燈控制電路圖1.1.1擴音機電路示意圖圖1.1.2汽車大燈控制電路3

一般電路由電源、中間環節和負載三基本部分組成。電源是將其它形式能量轉化為電能的裝置，如發電機、干電池、蓄電池等；負載是消耗電能的用電設備，如白熾燈、電爐、電動機、電視機等；中間環節起傳輸、控制、分配、保護等作用的裝置，如導線、變壓器、開關等。電路的作用有兩種，一種是實現電能的傳輸與轉換例如圖1.1.3的電力系統，例如電力網絡將電能從發電廠輸送到各個工廠、農村、學校和千家萬戶，供各種電氣設備使用；另一種實現電信號的傳輸、處理和存儲，例如圖1.1.1的擴音機，通過話筒將聲音轉化成電信號，送入放大器進行放大處理，再通過揚聲器把放大的聲音傳遞出來。圖1.1.3電力系統電路示意圖

一般電路由電源、中間環節和負載三基本部分組成。電源是將其它42.電路模型將實際元件理想化，即在一定條件下突出其主要電磁性質，忽略其次要因素，近似看作理想電路元件。由理想電路元件所組成的電路就是實際電路的電路模型。如圖1.1.3即為手電筒的實際電路和電路模型。（a）手電筒電路（b）手電筒電路模型圖1.1.3手電筒電路2.電路模型將實際元件理想化，即在一定條件下51.2電流和電壓參考方向電壓和電流的方向有實際方向和參考方向之分。

習慣上，規定正電荷的移動方向表示電流的實際方向。在外電路，電流由正極流向負極；在內電路，電流由負極流向正極。但在分析較為復雜的直流通路時，往往難于事先判斷某支路中電流的實際方向；對交流講，其方向隨時間而變，在電路圖上無法用一個鍵標來表示它的實際方向。abab參考方向參考方向實際方向實際方向(a)參考方向與實際方向相同（b）參考方向與實際方向相反1.2.1電流的參考方向1.2電流和電壓參考方向電壓和電流的方向有實6若電流實際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實際方向與參考方向相反，電流取負值。根據電流的參考方向和電流量值的正負就可以確定電流的實際方向。電流的參考方向一般用箭頭表示，也可以用雙下標表示，如表示參考方向是由a到b。同理，對電路中兩點之間的電壓也可以指定參考方向或參考極性。兩點之間的電壓參考方向可以用“+”、“—”極性來表示，正極指向負極的方向就是電壓的參考方向。如果實際電位a點高于b點，兩者的方向一致，則。當實際電位b點高于a點，兩者相反，則。有時為了圖示方便，可用一個箭頭表示電壓的參考方向。也可用雙下標表示電壓，如表示a和b之間的電壓參考方向由a指向b。若電流實際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實際方向與參7如果指定流過元件的電流的參考方向是標示的從電壓正極性的一端指向負極性的一端，即兩者的參考方向一致，把電壓和電流的這種參考方向稱為關聯參考方向，否則為非關聯參考方向，如圖1.2.3。本書后面除特別說明均采用電壓、電流關聯參考反向。（a）關聯參考方向（b）關聯參考方向（c）非關聯參考方向（d）非關聯參考方向圖1.2.3電壓、電流關聯參考方向如果指定流過元件的電流的參考方向是標示的從電壓正極性的一端指81.3電阻的串聯與并聯如果電路中有兩個或者兩個以上的電阻依次順序相聯，并且這些電阻中通過同一電流,這樣的聯結方法就成為電阻的串聯。如圖1.3.1（a）所示的是兩個電阻的串聯電路。兩個串聯的電阻可以用一個等效電阻代替,等效電阻等于各個串聯電阻之和,即

1.電阻的串聯

（b）圖1.3.1（a）電阻的串聯（b）等效電阻1.3電阻的串聯與并聯如果電路中有兩個或者兩個以上的電阻依次9

假設流過兩個電阻的電流為,兩個串聯電阻上的電壓為，則兩個串聯電阻上的電壓分別為可見，串聯電阻上的電壓分配與電阻成正比。當其中一個電阻的阻值與其它電阻的阻值相比小很多時，它上面上分配的電壓與其它電阻相比也小得多，因此，這個電阻的分壓作用可以忽略。

假設流過兩個電阻的電流為,兩個串聯電阻上的電壓為，則兩個串102.電阻的并聯

如果有兩個或更多個電阻聯接在兩個共同端點之間,這樣的聯接方式稱為電阻的并聯。各個并聯的電阻上承受相同的電壓。如圖1.3.2（a）是兩個電阻并聯的電路。圖3.1.2（a）電阻的并聯（b）等效電阻2.電阻的并聯如果有兩個或更多個電阻聯接在兩個共同端點之間11

同電阻的串聯一樣，兩個并聯的電阻也可以用一個等效電阻來代替。如圖1.3.2（b）所示。并聯電阻的倒數等于各個并聯電阻的倒數之和，即

兩個并聯電阻上的電流分別為

同電阻的串聯一樣，兩個并聯的電阻也可以用一個等效電阻來代替121.4電源的工作狀態電源的工作分有載工作、開路與短路三種狀態。1.電源有載工作

在圖1.4.1手電筒電路中，當開關閉合后，電源和負載之間形成閉合路徑，電源向負載提供能量，燈泡發光。這時電路的工作狀態稱為有載工作狀態。圖1.4.1電源有載工作1.4電源的工作狀態電源的工作分有載工作、開路與短路三種狀態13(1)電壓與電流根據歐姆定律，電路中的電流為：

負載兩端的電壓為：由上式可見，電源端電壓小于電動勢，兩者之差為電流通過電源內阻所產生的電壓降。電流越大，電源端電壓下降的越多。(1)電壓與電流14（2）功率平衡設電路任意兩點間的電壓為U，流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為：由得：式中是電源產生的功率；是電源內阻上消耗的功率；是電源的輸出功率。由此可見，在一個電路中，電源產生的功率和負載取用的功率以及內阻上所消耗的功率是平衡的。（2）功率平衡15（3）負載與電源的區別分析電路是，判別電路元件是電源還是負載，可以根據功率的正負來判別。當電壓和電流是關聯參考方向時，；當電壓和電流是非關聯參考方向時，。如果，則表示元件吸收功率，此元件可以認為是負載。如果，則表示元件發出功率，此元件可以認為是電源。（3）負載與電源的區別16（4）額定值與實際值額定值是制造廠商為了使產品能在給定的條件下正常運行而規定的正常允許值。如一個燈泡上標的220V100W，這就是它的額定電壓和額定功率。電氣設備或元件的額定值通常標在銘牌上或寫在說明上。額定電壓、額定電流和額定功率分別用表示。使用時，電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。（4）額定值與實際值172.電源開路

圖1.3.1中，開關斷開時，電源處于斷開狀態，燈泡不亮，此時的電源處于開路（空載）狀態。

電源開路時，電路中各個基本物理量的值為：

電路中電流為：電源端電壓為：

電源向外提供的功率為：。2.電源開路

圖1.3.1中，開關斷開時，電源處于斷開狀態，183.電源短路在圖1.3.1的電路中，當電源的兩端由于某種原因而直接連接在一起時，電源處于短路狀態。電源短路時，電路中各個基本物理量的值：電路中的電流為：電源的端電壓為:電源向外提供的功率為：負載消耗的功率為：3.電源短路在圖1.3.1的電路中，當電源的兩端由于某種原191.5基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括兩個定律，即基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。基爾霍夫電流定律應用于結點，電壓定律應用于回路。為了便于理解基爾霍夫電流定律和電壓定律，我們先介紹幾個名詞。以一個復雜電路為例，具體電路如圖1.5.1所示。（1）支路：指電路中的任一個分支，每一條支路中至少包含一個元件，一個支路中每個元件流過的電流是相同的。圖1.5.1中有3條支路,它們分別為acb、adb、ab。（2）結點：電路中三條或三條以上支路的交點稱為結點。圖1.5.1中有2個結點，分別為a、b。（3）回路：由一條或多條支路所組成的閉合路徑稱為回路。圖1.5.1中有3條回路，它們分別為cabc、adba和cadbc。1.5基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括兩個定律，即基爾霍夫電流201.基爾霍夫電流定律

定律的內容：任一瞬時，流入某個結點的電流之和等于流出該結點的電流之和。其數學表達式為：

為流入結點電流的代數和，為流出結點電流的代數和。在圖1.5.1所示的電路中，對節點a可以寫出

即就是在任一瞬時，一個結點上電流的代數和恒等于零。如果規定參考方向流向結點的方向取正號，流出結點的方向取負號。1.基爾霍夫電流定律定律的內容：任一瞬時，流入某個結點的電21圖1.5.2基爾霍夫定律的推廣應用基爾霍夫電流定律不僅適用于電路中的結點，也可以推廣為電路中的任一個假設的閉合面。例如在三相電路中，電路如圖1.5.2所示，電路圖中虛線框內是一個閉合的面，利用基爾霍夫電流定律，我們可知通過這個閉合面的電流具有如下關系：，即：任一瞬時，通過閉合面的電流的代數和也為零。圖1.5.2基爾霍夫定律的推廣應用圖1.5.2基爾霍夫定律的推廣應用圖1.5.2基爾霍夫定222.基爾霍夫電壓定律（KVL）定律的內容：任一瞬時，從回路中任意一點出發，沿順時針方向或逆時針方向循行一周，則在這個方向上的電位升和等于電位降之和。其數學表達式為：對于圖1.5.1中的cadbc回路可列出或將上式改寫成即也就是說在任一瞬時，沿任一回路循行方向（順時針方向或逆時針方向），回路中各段電壓的代數和為0。（如果規定電位降取正號，則電位升就取負號，反之也可。）2.基爾霍夫電壓定律（KVL）定律的內容：任一瞬時，從回路23也就是說在任一瞬時，沿任一回路循行方向（順時針方向或逆時針方向），回路中各段電壓的代數和為0。（如果規定電位降取正號，則電位升就取負號，反之也可。）基爾霍夫電壓定律不僅應用于閉合回路，也可推廣應用與回路的部分電路，如圖1.5.4。根據基爾霍夫電壓定律，對圖1.5.4（a）可得：或

對圖1.5.4（b）可得：或

（a）（b）圖1.5.4基爾霍夫電壓定律的推廣應用也就是說在任一瞬時，沿任一回路循行方向（順時針方向或逆時針方24注意：（1）基爾霍夫兩個定律具有普遍性，它們適用于由各種不同元件所構成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電流和電壓。（2）列方程時，不論是應用基爾霍夫定律還是歐姆定律，首先都要在電路圖上標出電流、電壓和電動勢的參考方向；因為所列方程中各項前的正負號是由它們的參考方向決定的。注意：（1）基爾霍夫兩個定律具有普遍性，它們適用于由各種不同251.6支路電流法凡不能用電阻串并聯化簡的電路，一般稱為復雜電路。在計算復雜電路的各種方法中，支路電流法是最基本的。它是應用基爾霍夫電流定律和電壓定律分別對節點和回路列出方程，求出未知量。一般地說，若一個電路有b條支路，n個節點，可列n-1個獨立的電流方程和b-(n-1)個電壓方程。1.6支路電流法凡不能用電阻串并聯化簡的電路，一般稱為復雜26下面以圖1.6.1為例來說明支路電流法的應用。在該電路中，有兩個結點a和b，三條支路acba、adba和cdbc。電動勢和電流的參考方向如圖所示。根據基爾霍夫電壓定律，對結點a可列對結點b可列分析結點和b結點列出的方程，可見兩個方程是非獨立方程。因此，對于有兩個結點的電路，只能列出個獨立的電流方程。因此對于有n個結點的電路，根據基爾霍夫電壓定律只能列出個獨立的電流方程。應用基爾霍夫電壓定律列出其余個獨立方程，通常取簡單的回路列出，如圖1.6.1的電路，可以對回路acba和adba列出方程。下面以圖1.6.1為例來說明支路電流法的應用。在該電路中，有27對回路acba可列：對回路adba可列：應用基爾霍夫電流定律和電壓定律一共可以列出個獨立方程，因此可以求出b個支路電流。用支路電流法求支路電路的步驟如下：（1）選定各支路電流和電壓的參考方向并在電路圖上標示；（2）根據基爾霍夫電流定律對結點列出獨立的電流方程。（3）選取獨立回路，指定回路的循行方向，根據基爾霍夫電壓定律列出方程；（4）求解支路電流。對回路acba可列：281.7電壓源和電流源及其等效變換1.電壓源任何一個電源，如用于汽車、電力機車、應急燈等的蓄電池、還有發電機、干電池和各種信號源，它們是具有不變的電動勢E和較低內阻R的電源。因此，分析與計算電路時，通常用和相串聯的模型來表示電壓源，如圖1.7.1。在圖中，U是電源的端電壓、RL是負載，I是負載電流。根據圖1.7.1可以得出圖1.7.1電壓源電路1.7電壓源和電流源及其等效變換1.電壓源圖1.7.1電壓29圖1.7.2電壓源和理想電壓源的外特性曲線圖1.7.3理想電壓源

由此可以得出電壓源的外特性曲線，如圖1.7.2，當電壓源短路時，，當電源開路時，。內阻越小，則直線越平。圖1.7.2電壓源和理想電壓源的外特性曲線圖1.7.3理30當R0=0時，電壓恒等于電動勢E，是一恒定值，而其中的電流則是任意的，它的大小取決于外電路，這樣的電源稱為理想電壓源或恒流源，如圖1.7.3所示。理想電壓源的伏安特性如圖1.7.2所示為一條以E為縱坐標且平行于橫軸的直線，表明其電流由電源本身和外電路共同決定，不論電流為何值，直流電壓源端電壓總為E。理想電壓源是實際電源的一種理想模型。例如，在電力供電網中，對于任何一個用電器（如一盞燈）而言，整個電力網除了該用電器以外的部分，就可以近似地看成是一個理想電壓源。當電源電壓穩定在它的工作范圍內，該電源就可認為是一個恒壓源。如果電源的內電阻遠小于負載電阻RL，那么隨著外電路負載電流的變化，電源的端電壓可基本保持不變，這種電源就可以認為是一個理想的電壓源。通常用的穩壓電源也可認為是一個理想電壓源。當R0=0時，電壓恒等于電動勢E，是一恒定值，312.電流源電源除用電動勢E和內阻R0串聯的電路模型表示以外，還可以用另一種電路模型來表示。如將實際電壓源的端電壓公式兩端分別除以可得

即

用電路圖表示，如圖1.7.4所示，該電路圖使用電流來表示的電源的電路模型，即電流源，有兩條支路并聯，電流分別為IS和。對負載電阻來說，端電壓和負載電流均為發生變化。圖1.7.4電流源模型圖1.7.5電流源和理想電流源的外特性曲線2.電流源電源除用電動勢E和內阻R0串聯的電路模型表示以外32第1章-汽車大燈電路分析ppt課件333.電壓源和電流源的等效變換

圖1.7.6理想電流源3.電壓源和電流源的等效變換圖1.7.6理想電流源34第1章-汽車大燈電路分析ppt課件35第1章-汽車大