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電工與電子技術(shù)基礎(chǔ) 信息工程系 韓善海 第一章 直流電路 1-1 電路的基本概念 1-2 電流、電壓及其測量 1-3 電阻及其測量 1-4 簡單電路的分析 1-5 復(fù)雜電路的分析 &1-1 電路的基本概念 學(xué)習(xí)目標 1、了解電路的基本組成、電路圖的主要類型和作用。 2、熟悉電路的三種工作狀態(tài)。 3、了解汽車單線制電路的特點。 一、電路的組成 電路是指電流流通的路徑。比較課本例圖可知，電路是由電源、負載（也稱用電器）、控制裝置和連接導(dǎo)線4個基本部分組成；不同點是在汽車單線制電路中，從電源到負載只用一根導(dǎo)線相連，利用車架、電動機外殼等金屬機體作為另一根共用導(dǎo)線構(gòu)成回路。 二、電路圖 電路圖是指電路中各元器件用圖形符號和文字符號（或項目代號）表示、并用導(dǎo)線連接而成的電氣關(guān)系圖。 電路圖能讓我們簡潔、直觀地表達和了解電路的組成，便于分析電路的工作原理和性能，便于電路的設(shè)計和安裝。 電路圖主要有電路原理圖、框圖、印制電路圖等。 1、電路原理圖 電路原理圖簡稱原理圖，它主要反映電路中各元件之間的連接關(guān)系，并不考慮各元器件的實際大小和相互之間的位置關(guān)系。 2、框圖 框圖是一種用矩形框、箭頭和直線等來表示電路工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成概況的電路圖。從根本上說，這也是一種原理圖，不過它不是像原理圖那樣詳細地繪制了電路中全部的元器件符號以及它們之間的連接關(guān)系，而只是簡單地將電路按照功能劃分為幾部分。各部分用一個方框來代表，在方框中加上簡單的文字或符號說明，方框間用直線或帶箭頭的直線連接，表示各個部分之間的關(guān)系。所以框圖只能用來體現(xiàn)電路的大致組成情況和工作流程，更多應(yīng)用于描述較為復(fù)雜的電氣系統(tǒng)。 3、印制電路圖 對成批電子電路的組裝，一般以覆有紫銅箔的絕緣薄板為基礎(chǔ)，將電路各元器件用錫焊等方法合理地安裝在這塊基板上。由于電路板的制作一般先要用印刷油漆等方法將需要保留銅箔處覆蓋，所以這種電路的元器件的安裝圖稱為印制電路圖。 三、電路的三種狀態(tài) 1、通路（閉路），電流從電源的正極沿著導(dǎo)線經(jīng)過負載最終回到電源的負極而形成閉合的路徑。電路的正常工作狀態(tài)。 2、斷路（開路），電路某處因某種需要或發(fā)生故障而斷開，不能構(gòu)成回路。電路中的電流為零。 實際電路中，因?qū)�體的接觸面有氧化層、臟污或接觸面過小、接觸壓力不足等會造成電阻過大的現(xiàn)象，嚴重時也會造成斷路。 3、短路 短路是表示電路中的某元器件因內(nèi)部擊穿損壞或被導(dǎo)線直接短接等原因，使電流未經(jīng)過元器件或負載而直接從電源正極到達負極的現(xiàn)象。 不正�，F(xiàn)象，應(yīng)盡量避免！ &1-2 電流、電壓及其測量 學(xué)習(xí)目標 1、掌握電流的基本概念，了解穩(wěn)恒電流、脈動電流和交流電 流的特點。 2、會用電流表或萬用表測量直流電流。 3、掌握電壓的基本概念，理解電壓、電位、電動勢三個物理 量之間的聯(lián)系和區(qū)別。 4、會用電壓表或萬用表測量直流電壓。 5、會測量蓄電池電壓，并以此判斷蓄電池功能。 一、電流（電荷有規(guī)則的定向移動稱為電流） 1、電流的方向和大小 電流的大小用單位時間所通過的電荷量來表示。電流的單位為安培，簡稱安（A）。 單位換算： 1KA = A 1mA = A 1uA = mA 正電荷的移動方向為電流方向。 直流電流（直流）：電流方向不隨時間而變化，符號DC。 穩(wěn)恒直流電：電流大小和方向都不隨時間而變化。 脈動直流電：電流大小隨時間呈周期性變化，方向不變。 交變電流（交流）：電流大小和方向都隨時間而變化，AC。 2、電流的測量 （1）對交、直流電流應(yīng)分別使用交流電流表、直流電流表 （或萬用表的相應(yīng)檔位）測量。 （2）電流表或萬用表必須串聯(lián)到被測的電路中。 直流電流表表殼接線柱上標明的“+” “-”記號，應(yīng)和電路的極性相一致，不能接錯，否則指針要反轉(zhuǎn)，既影響正常測量，也容易損壞電流表。 被測電流的數(shù)值一般在電流表量程的1/2以上，度數(shù)較為準確。因此在測量之前應(yīng)先估計被測電流大小，以便選擇適當量程的電流表。若無法估計，可先用電流表的最大量程擋測量，當指針偏轉(zhuǎn)不到1/3刻度時，再改用較小的擋去測量，直到測得正確數(shù)值為止。 為了在接入電流表后對電路原有工作狀況影響較小，電流表內(nèi)阻應(yīng)盡量小。 不允許將電流表與負載并聯(lián)，也不允許將電流表不經(jīng)任何負載而直接連接到電源的兩極，因電流表內(nèi)阻很小，這樣會造成電源短路甚至損壞電流表。 二、電壓、電位和電動勢 1、電壓 電路中有電流流動是電場力做功的結(jié)果。電場力將單位正電荷從a點移到b點所做的功，稱為a、b兩點間的電壓，用Uab表示。電壓的單位為伏特（V）。 2、電位 電位是指某點與參考點（零電位點）之間的電壓。通常在電力系統(tǒng)中以大地作為參考點。 電路中任意兩點之間的電位差等于這兩點之間的電壓，故電壓也稱為電位差。 3、電動勢 電源移動電荷的能力用電動勢表示。電動勢符號為E，單位為伏特（V）。 4、電壓的測量 （1）對交、直流電壓應(yīng)分別采用交流電壓表、直流電壓表測量。 （2）電壓表必須并聯(lián)在被測電路的兩端。 直流電壓表表殼接線柱標明的“+”“-”記號，應(yīng)和被測兩點的電位相一致，即“+”端接高電位，“-”端接低電位，不能接錯，否則指針要反轉(zhuǎn)，并會損壞電壓表。應(yīng)注意合理選擇電壓表的量程，其方法和電流表相同。 為了在接入電壓表后對電路的原有工作狀況影響較小，電壓表的內(nèi)阻應(yīng)盡量大，使通過電壓表的電流相對于正常工作電流小到可以忽略不計。 &1-3 電阻及其測量 學(xué)習(xí)目標 1、掌握電阻的概念，了解導(dǎo)體、半導(dǎo)體何絕緣體的特點。 2、能正確識讀色環(huán)電阻，會用萬用表測量電阻。 3、了解敏感電阻器的特點和應(yīng)用。 4、掌握直流電橋的平衡條件，了解直流電橋在測量電路中的 應(yīng)用。 一、電阻和電阻率 導(dǎo)體在通過電流的同時也對電流騎著阻礙作用，這一阻礙作用稱為電阻，用R表示。電阻的單位為歐姆，符號為Ω。導(dǎo)體電阻的大小決定于導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積。 電位換算： 1K Ω=1000 Ω 1M Ω=1000K Ω 電阻率 的單位是歐·米（ Ω ·m），電阻率的大小反映了各種材料導(dǎo)電性能的好壞。 電阻率小，容易通過電流的物體稱為導(dǎo)體。 電阻率大，幾乎不能通過電流的物體稱為絕緣體。 二、常用電阻器 1.常用電阻器的外形和符號 在各種電路中，經(jīng)常要用到具備一定阻值的元件，稱為電阻器，電阻器也簡稱電阻。 固定電阻器：碳膜電阻器、線繞電阻器、金屬膜電阻器、 熱敏 電阻器。 可變電阻器：滑動變阻器、帶開關(guān)電位器、微調(diào)電位器。 2.電阻器的主要參數(shù) (1)標稱阻值 標稱阻值即電阻的標準電阻值。電阻的常用標稱系列值有1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、4.7、5.6、6.8、8.2等，標稱阻值可以乘以 （n為整數(shù)），例如對應(yīng)于3.3這一標稱 阻值，就有0.33Ω、3.3Ω、33Ω、330Ω、3.3KΩ、33KΩ等。 （2）允許偏差 允許偏差是指電阻真實值與標稱阻值之間的誤差值。 （3）額定功率 額定功率也稱標稱功率，是指在一定的條件下，電阻器連續(xù)工作所允許消耗的最大功率。常用小型電阻的標稱功率一般分為1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，選用電阻器時一定要考慮其額定功率，以保證電阻器的安全工作。 3.電阻的標注方法 （1）直標法 直接在電阻元件表面標出其主要參數(shù)的技術(shù)性能。隨著電子設(shè)備小型化的要求，這種方法越來越不適用。 （2）文字符號法 將需要標出的主要參數(shù)和技術(shù)性能用文字和數(shù)字符號有規(guī)律地組合標志在電阻元件表面。其規(guī)律是：阻值的整數(shù)部分卸載阻值單位標志的前面，小數(shù)部分寫在阻值單位標志的后面。 如：5Ω1——5.1Ω （3）色標法 體積小的電阻一般采用文字符號法或色換表示法，固定電阻色環(huán)的識讀方法如課本例圖。 4色環(huán)電阻器通常為四道色環(huán)，其中，三道相距較近，作為阻值標注，第一道、第二道各代表一位數(shù)字，第三道則代表零的個數(shù)。第四道相距前三道較遠，作為偏差標注。 5色環(huán)電阻器共有5道色環(huán)，其中，1、2、3道分別表示有效數(shù)，第4道為倍乘色環(huán)，第5道為偏差色環(huán)。 （4）數(shù)標法 用三位阿拉伯數(shù)在電阻表面標出其標稱阻值，其中第一、二位分別表示阻值標稱系數(shù)在十位和個位上的數(shù)字，第三位表示倍率；若用四位數(shù)，則第四位表示倍率。 數(shù)標法被廣泛應(yīng)用于片狀電阻。 三.敏感電阻器 敏感電阻器是指對溫度、電壓、濕度、光照、氣體、磁場、壓力等敏感的電阻器。如：熱敏電阻器、壓感電阻器、濕敏電阻器、光敏電阻器等。 敏感電阻器在電子測量和自動控制電路中有廣泛應(yīng)用。以熱敏電阻器為例，電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻器稱為負溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻器，電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻器稱正溫度系數(shù)（PTC）的熱敏電阻器。 四、電阻的測量 1.用萬用表測量電阻 注意事項： 準備測量電路中的電阻時，應(yīng)先切斷電源，切不可帶電測量，然后進行機械調(diào)零。 首先估計被測電阻的大小，選擇適當?shù)谋堵蕮�，然后進行歐姆調(diào)零，即將兩只表筆相觸，旋動調(diào)零電位器，使指針指在零位。 測量時雙手不可碰到電阻引腳及表筆金屬部分，以免接入人體電阻，引起測量誤差。 測量電路中某一電阻時，應(yīng)將電阻的一端斷開 2.用直流電橋測量電阻 電橋是一種比較常用的比較式電工儀表，其種類很多，按所測量的對象主要分為直流電橋和交流電橋兩大類。 橋臂（比例臂、比較臂、被測臂），待測電阻，電橋平衡（調(diào)整已知電阻，直至檢流計讀數(shù)為零） 平衡條件：電橋相對臂電阻的乘積相等。 &1-4 簡單電路的分析 學(xué)習(xí)目標 1.理解全電路歐姆定律和電源的外特性。 2.掌握電阻串、并聯(lián)電路的特點和應(yīng)用，電池串、并聯(lián)電路的 特點和應(yīng)用。 3.理解電功和電功率的概念。 4.了解電流的熱效應(yīng)。 一、歐姆定律 1.部分電路歐姆定律 不包含電源的電路稱為部分電路。 歐姆定律指出：通過電阻的電流跟它兩端的電壓成正比，與電阻的大小成反比。 I表示流過導(dǎo)體的電流，單位A U表示加在導(dǎo)體兩端的電壓，單位V R表示導(dǎo)體的電阻，單位Ω 這一定律稱為部分電路歐姆定律 2.全電路歐姆定律 （1）全電路是含有電源的閉合電路，包括電氣和導(dǎo)線等；電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路。電源內(nèi)部的電阻稱為內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻。電源外部的電路稱為外電路，外電路中的電阻稱為外電阻。 全電路歐姆定律的定義是：閉合電路中電流與電源的電動勢成正比，與電路的總電阻（內(nèi)電路電阻與外電路電阻之和）成反比。 U內(nèi) 為內(nèi)電路的電壓降，U外 為外電路的電壓降，也是電源兩點的電壓。這樣，全電路歐姆定律可表述為：電源電動勢等于U外 與U內(nèi) 之和。 觀察課本圖示：折線上各點表示電路中各處對應(yīng)的電位。 （2）電源的外特性 由全電路歐姆定律可知，當電源電動勢E和內(nèi)阻r一定時，電源端電壓U隨負載電流的變化而變化。人們把電源端電壓隨負載電流變化的關(guān)系特性稱為電源的外特性，其關(guān)系特性曲線稱為電源的外特性曲線。 如課本圖示：電源端電壓U隨著電流I的增大而減小。電源內(nèi)阻越大，直線傾斜得越厲害；直線與縱軸交點的縱坐標表示電源電動勢的大小（I=0時，U=E)。 二、電阻的串聯(lián)和并聯(lián) 1.電阻的串聯(lián) 把兩個或兩個以上的電阻依次連接起來，就組成了串聯(lián)電路。 電阻串聯(lián)電路的特點： 2.電阻的并聯(lián) 把兩個或兩個以上電阻并列地連接起來，由同一電壓供電，就組成了并聯(lián)電路。 凡是額定工作電壓相同的負載可以采用并聯(lián)的工作方式。 電阻并聯(lián)電路的特點： 3.電池的串聯(lián)和并聯(lián) （1）電池的串聯(lián) 當用電器的額定電壓高于單個電池的電動勢時，可以將多個電池串聯(lián)起來使用，稱串聯(lián)電池組。 設(shè)串聯(lián)電池組是由n個電動勢都為E，內(nèi)阻都是r的電池組成，則 串聯(lián)電池組的總電動勢 E串=nE 串聯(lián)電池組的內(nèi)阻：r串=nr （2）電池的并聯(lián) 有些用電器需要電池能輸出較大的電流，這時可用并聯(lián)電池組。 設(shè)并聯(lián)電池組是由n個電動勢都為E，內(nèi)阻都是r的電池成，則 并聯(lián)電池組的總電動勢：E并=E 并聯(lián)電池組的總內(nèi)阻：r并=r/n 使用電池時應(yīng)注意，通常情況下，不得將不同容量或不同電動勢、不同內(nèi)阻的電池進行串并聯(lián)使用，否則易造成個別電池內(nèi)部“發(fā)熱”或“充電”現(xiàn)象，使電池損壞或縮短使用壽命。 三、電功和電功率 1.電功 電流在通過用電器的過程中消耗了電能，同時產(chǎn)生了其他形式的能，這個能量轉(zhuǎn)化的過程就是電流做功的過程。電流所做的功稱為電功，其計算式為：W=UIt 電功的單位是焦耳（J），另一常用單位為千瓦時（KW∙h)，即“度”。 2.電功率 在相同的時間內(nèi)，電流通過不同的用電器所做的功，一般并不相同。為了表征電流做功的快慢程度，引入了電功率這一物理量。 電流在單位時間內(nèi)所做的功稱為電功率，用字母P表示，單位為W，其計算式為 對于純電阻電路，還可以寫為 四、電流的熱效應(yīng) 電流通過導(dǎo)體時要產(chǎn)生熱量，使導(dǎo)體的溫度升高，這就是電流的熱效應(yīng)。焦耳定律指出：電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量，跟電流強度的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時間成正比。 焦耳定律——數(shù)學(xué)表達式： 式中 Q——電流產(chǎn)生的熱量，單位是焦耳，J； I——電流，A； R——電阻，Ω； t——通電時間，S； 如果是純電阻電路，那么電流所做的功與產(chǎn)生的熱量相等，即電能全部轉(zhuǎn)換為電路的熱能，如果不是純電阻電路，例如電路中有電動機、電解槽等負載，電能除部分轉(zhuǎn)化為熱能外，還有一部分要轉(zhuǎn)化為機械能、化學(xué)能等。 &1-5 復(fù)雜電路的分析 學(xué)習(xí)目標 1.了解基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。 2.建立電壓源和電流源的概念，了解它們的特性及等效變換。 3.掌握負載獲得最大功率的條件。 一個實際的電路往往包含更多元件，在電路分析中，經(jīng)常遇到經(jīng)過串、并聯(lián)簡化后仍有兩個或兩個以上閉合回路的電路，這樣的電路稱之為復(fù)雜電路。對復(fù)雜電路的分析計算，只應(yīng)用歐姆定律是不夠的，還要借助基爾霍夫定律等定律和法則。 一、基爾霍夫電流定律 基爾霍夫電流定律也稱基爾霍夫第一定律或節(jié)點電流定律。其定義是：電路中任一節(jié)點上，在任一時刻，流入節(jié)點的電流之和等于流出節(jié)點的電流之和。 基爾霍夫電流定律的依據(jù)是電流連續(xù)性原理，也就是說，在電路中任一節(jié)點上，任何時刻都不會產(chǎn)生電荷的堆積或減少，所有流進節(jié)點的電荷必須全部流出該節(jié)點。 如果把流入節(jié)點的電流規(guī)定為正，流出節(jié)點的電流規(guī)定為負，則基爾霍夫電流定律還可以表述為各節(jié)點支路電流的代數(shù)和恒等于零，即： 利用基爾霍夫電流定律進行電路分析或計算時要注意如下兩點： 1.合理選取節(jié)點，這樣可以簡化對復(fù)雜電路的分析和計算。 2.電流的參考方向可以任意規(guī)定，如果計算的結(jié)果為負值，則表明實際電流的方向與電流的參考方向相反。zL7紅軟基地

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