第1章直流電路實用汽車電工電子技術一起加油，勇往直前！知識目標技能目標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、電流關系。3.掌握電源的斷路、短路、有載三種狀態及電源的外特性。4.掌握電阻負載串聯、并聯、混聯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電路的基本結構電路的基本組成電流流經的路徑稱為電路。電路一般是由電源、負載(用電器)、導線和控制裝置四部分組成。一起加油，勇往直前！1.1電路的基本結構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電路的基本結構汽車電路的單線制

電源和用電設備之間是用兩根導線構成回路的，這種連接方式稱為雙線制。在汽車上，為了節省導線和便于安裝、維修，電源和用電設備之間通常只用一根導線連接，另一根導線則由發動機、車架等金屬機體代替而構成回路。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。在金屬導體中,電流實質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通過導體橫截面的電荷量。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。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電源內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，全電路是由電源內部電路(簡稱內電路)和外電路兩部分組成的。

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

導體能夠導電,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體的原子發生碰撞而產生的。通過實驗可知,在一定的溫度下，導體電阻的大小與導體的材料長度和截面積有關,用公式表示為

R──導體的電阻，Ω；

L──導體的長度，m；

S──導體的截面積，mm2；

ρ──導體的電阻率，Ω·mm2/mR=ρL/S

一起加油，勇往直前！1.4導體電阻及電阻元件1.4.2電阻元件

利用不同導體具有不同的電阻率的特性,制成用來限制或調節電路電流的元件，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1.5.1開路

電路處于開路狀態,可分為控制性開路和故障性開路兩種?？刂菩蚤_路是根據需要人為地將開關斷開,使電路切斷；而故障性開路是意想不到發生的斷路。根據全電路歐姆定律,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。當然，負載也不消耗電能,即電路不發生能量轉換。

一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態1.5.2短路當電源兩端被電阻接近于零的導體接通時,這種情況叫做電源被短路。如圖所示。產生短路的原因往往是由于導線絕緣損壞引起的。錯誤的接線或誤操作也常導致電源短路。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1.5.2短路當電源兩端被短路時,若忽略導線的電阻，全電路中只存在電源的內阻R0，由于內阻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線以及回路中接有的電流表、開關等,甚至引起火災。所以,電源短路是一種嚴重事故,應嚴加防止。

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1.5.3有載右圖所示電路中,把開關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。一起加油，勇往直前！1.5電路的狀態1.5.3有載有載狀態公式: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。電阻串聯電路特點：流經各電阻的電流I均相同。串聯電路的總電阻(等效電阻)等于各個串聯電阻之和。

R=R1+R2串聯電路總電壓等于各個串聯電阻上的電壓之和。

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。串聯電路等效電阻的電功率等于各個串聯電阻電功率之和。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路串聯電路的應用用于降壓。當某一用電器的額定電壓低于電源電壓時,可在電路上串聯一個適當電阻(降壓電阻)。根據串聯的電壓分配規律,使分得的電壓為額定工作電壓。這里要注意與負載相串聯的電阻,實際電功率不應超過它的額定功率。用來控制負載。電流負載的工作狀況與電流大小有直接關系。如直流電動機的轉速與電流大小有關。捷達、桑塔納轎車空調中的鼓風機電路就串聯三個電阻。通過鼓風機開關可以改變串接電阻的個數,達到改變鼓風機的轉速。用電位器改變輸出電壓?，F代汽車電控系統不少傳感器是利用電位器原理制成的,電位器是應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電路。如圖所示。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路電阻并聯電路的特點各并聯支路兩端的電壓相等。電路內的總電流等于各支路電流之和,即

I=I1+I2

并聯等效電阻。用一個電阻代替相互并聯的各電阻,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電阻的等效電阻。如圖所示。并聯電阻的等效電阻值的倒數,等于各個并聯電阻值的倒數之和。一起加油，勇往直前！1.6簡單電路并聯電路中的電流分配

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

I1=IR1/(R1+R2)

I2=IR2/(R1+R2)一起加油，勇往直前！1.6簡單電路并聯電路的應用并聯電路在實際生產、生活中應用十分廣泛。如日常生活中的照明、各種家用電器都是并聯接在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接在同一直流電源上。并聯電路的優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電阻的混聯電路

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

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

這一關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和等于電阻上電壓降的代數和。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,沿著任意選擇的一條路徑“走”到零電位點,所經過的電位降(即電壓)的代數和。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“+”,負極標“–”。對于負載電壓,電流流入端標“+”,流出端標“–”，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點出發沿此路徑“走”到零電位點,所經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電橋有兩種工作狀態：平衡狀態與不平衡狀態。當電橋接通電源后,如果橋路兩端沒有電壓輸出,當然也沒有電流通過,這時就稱電橋處于平衡狀態(也叫平衡電橋)。反之,稱電橋處于不平衡狀態(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的電橋,如果某一橋臂電阻值發生了變化,破壞了平衡條件,電橋就會由平衡狀態轉變為不平衡狀態。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電橋電路在現代汽車電路的典型應用現代汽車的熱線或熱膜式空氣流量計(傳感器)就是根據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，是汽車電氣系統廣泛應用的電路元件之一。任何兩塊非常靠近的金屬導體,中間隔以絕緣物質就構成了一個電容器。其中，電容器的導體稱為極板,中間的絕緣物質稱為介質。

一起加油，勇往直前！1.10電容器及充電和放電當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,按其結構可分為固定電容器、可變電容器和半可變電容器；按介質的不同又分為紙質電容器、云母電容器、電解電容