汽车电工电子技术课件.ppt

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1、吉林大学 汽车电工电子技术,课程简介：,一、教材,吉林大学 汽车电工电子技术,二、教学内容,上篇 电工技术,吉林大学 汽车电工电子技术,下篇 电子技术,吉林大学 汽车电工电子技术,三、学习方法,1.使用好教材，预习、认真阅读、体会教材结构。,2.抓重点，抓规律，善于总结。,3.注意理论联系实际，做好作业，重视实验。,1.1 电路的基本物理量及参考方向 1.2 电路的工作状态 1.3 理想电路元件 1.4 基尔霍夫定律 1.5 电路的基本定律 1.6 电路的暂态分析,第一章 电路的分析基础,吉林大学 汽车电工电子技术,1.1 电路的基本物理量及参考方向,电源、负载、中间环节组成电路,吉林大学 汽

2、车电工电子技术,1、电路：为能够实现某种需要，由若干电工元器件按一定方式 相互联接起来的组合。,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,返回,返回,2、某汽车电路原理图,汽车电路的特点：两个电源、低压直流、单线并联、负极搭铁,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,3、电路基本物理量的实际方向,实际方向：物理中对电量规定的方向。,4、电路基本物理量的参考方向,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，电路如何求解？,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,电流方向AB？,电流方向BA？,IR,U1,A,B,R,U2,(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向,解决方法,(3)根据

3、计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互系的代数表达式,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,5、物理量参考方向的表示方法,标注原则：,1.按真实方向2.按关联方向（电压与电流的方向相同)3.任意标注,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,注意：,6、规定参考方向的情况下欧姆定律的写法,I与U的方向一致,U=IR,I与U的方向相反,U=IR,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,例1：,解：Uab=I R1,Udc=I R2,例2：闭合回路的欧姆定律,=(2)1020V,=(2

4、)510V,以电流的参考方向为准，E 的方向与I 相同为正，相反则为负,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,7、规定参考方向的情况下电功率的写法,功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U,流入此 部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:,电压电流参考方向一致,电压电流参考方向相反,P=U I,P=U I,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若 P 0,输出功率（起电源作用）,若 P 0,电阻消耗功率肯定为正,电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）,功率有正负,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,功率平衡：P=0,例、一个含有

5、电压源和负载的闭合电路。电压源电压Us24V，内阻RS0.5，负载电阻R7.5。求：,(1)电路中的电流。(2)负载端电压。(3)各元件的功率。,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,解:(1)电路中的电流,(2)负载端电压,U=IR=3A7.5=22.5V,(3)各元件的功率,Ps=USI=24V3A=72W(电源产生的功率),P=UI=22.5V3A=67.5W(负载消耗的功率),P=I2RS=320.5W=4.5W(电源内阻消耗的功率),返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,根据功率平衡：,+,-,US,Rs,R,U,I,1.2.1 有载工作状态,图中S闭合I=US/(R0+R)U=

6、I RU=US I R0PS=PR0+PR,特征,1.2 电路的工作状态,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,电气设备的额定值 为了安全可靠的工作，各种电气设备承受的电压，允许通过的电流及消耗的功率都有一个限额，这个限额称为电气设备的额定值。UN IN PN,I=IN 满载I IN 过载I IN 轻载,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,因此，额定值是电气设备的安全合理值。,1.2.2 开路(S断开)I=0 U=0 P=0 U0=US,R,R0,U,US,S,I,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,U0,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,返回,断点前，电压表指示电源电压值,断点后，

7、电压表指示为零值,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,返回,汽车电路常用的检修方法有：,直观法、断路法、短路法、试灯法、仪表法、试火法、仪器法。,(a)检查磁场绕组断路,(b)检查磁场绕组搭铁,伏-安 特性,线性电阻,非线性电阻,1.3 理想电路元件,1.电阻元件,1.3.1 理想无源元件,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2)电阻串联,电流相等,特点：,返回,常用电阻,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,3)电阻并联,电压相等,特点：,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2.电感元件,1)电感 L,i,u,eL,L,i,u,eL,返回,电感L为衡量线圈产生磁场能力的参数，用L=i表示，

8、N，其单位为亨利(H)空心线圈L为常数称为线性电感铁心线圈L不是常数称为非线性电感,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2)自感电动势,3)电压与电流的关系,返回,*若i=I，u=0 电感对直流相当于短路,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,常用电感,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,3.电容元件,1)电容 C,1F=106F 1F=106pF,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2)电压与电流关系,若 uCUC 则 i0*电容元件对直流相当于断路,常用电容,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,U为直流电压时,以上电路等效为,思考题：U为直流电压，画出下列电路的等效电路,吉林大学 汽车电工电子技术,返

9、回,1.电压源,US,U,R0,U=US I R0,I,当R0=0时，电压源就变成理想电压源,1.3.2 理想有源元件,E,1)电压源,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2)理想电压源(恒压源),US,I,U,特点:,(1)输出电压恒定U=US，与流过它的电流无关。(2)输出电流取决于外电路(3)内阻 R0=0,伏安特性：,R1时，U 不变，I,10A,R10时，U 不变，I,1A,R100时，U 不变，I,0.1A,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,I=IS UR0,2.电流源,1)电流源,当R0=时，电流源就变成理想电流源,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,伏安特性:,特点:,(1)输出电

10、流恒定I=IS,与端电压无关。(2)输出端电压取决于外电路。(3)内阻 R0=,2)理想电流源(恒流源),R1时，I 不变，U,1V,R10时，I 不变，U,10V,R100时，I 不变，U,100V,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,用来描述电路结构中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括节点电流定律（KCL)和回路电压定律（KVL)两个定律。,电路结构 名 词：,1.4 基尔霍夫定律,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,支路：共3条,回路：共3个,结点：a、b(共2个）,例1：,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,+,a,b,d,c,e,f,吉林大学 汽车电工电子技术,例2：,返回,1.4.

11、1 基尔霍夫电流定律（KCL),电流定律的依据：电流的连续性,例,流入为正 流出为负,吉林大学 汽车电工电子技术,1),2),返回,任意的封闭面可视为一个节点,I1+I2=I3,I=0,3)节点电流定律的扩展形式,I=?,广义结点,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,返回,例：标出图中未知电流大小。,2A8A,3A,3,4,6A,1A,5A,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,吉林大学 汽车电工电子技术,1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL),1),与绕行方向相同的电压或电动势为正 与绕行方向相反的电压或电动势为负,返回,返回,U1US1US2U2=0,与绕行方向一致的电压 取正，反之取负。,返回

12、,2),返回,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,3)回路电压定律的扩展形式,开口电压（虚拟电压）也适用于KVL,例1、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：K打开时，Uab=？K闭合时，I3=？,1、K打开，I3=0 UR3=0,Uab=E1 E3+E2Uab=(714+16)V=9V,2、K闭合，Uab=0I3R3=E1E3+E2I3=(E1E3+E2)R3=99A=1A,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,+,+,60V,U,10,20V,例2、计算电流、电压。,+,60U200U40VI40/104A,+,1A,U,2,I,10,4A,I,I413

13、AU3（210）36V,吉林大学 汽车电工电子技术,例3、计算I1、I2、I3、I4。,+,-,3V,6,6,I4,6,+,-,3V,-,+,9V,I2,I3,I1,I6,I5,336 I40I41A936I60 I62A396I50 I51AI1I6I43A I2I4I50AI3I5I63A,吉林大学 汽车电工电子技术,例4、求图中的U2,I1,U110V,U2,R2 2,E2,E1,R1,R3 5,4,4V,2V,I1=(104)/(R1+R2)=1A,U2=E2+I1 R1+E1=6V,I3=0（开路）I2=0,I2,I3,U1=I1(R1+R2)+E1,吉林大学 汽车电工电子技术,吉林

14、大学 汽车电工电子技术,例5、判别下图中理想电压源和理想电流源，做电源还是做负载？,负载,电源,电源,电源,I,2mA,例6、求图中A点电位及恒流源功率。,对A：I211mA UA=I11V,A,1K,6V,1K,1K,1mA,U1,U2,U2121I0U23VP22(3)6mW,6U111UA0U16VP1166mW,吉林大学 汽车电工电子技术,10,3V,例7、求图中A点电位及恒流源功率。,电路中存在两个独立电流，如图,a,1A,UC110 10V,4,10,b,c,2,+,5V,+,吉林大学 汽车电工电子技术,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,1.5 电路的基本定律,1.5.1 叠加原理

15、,1.内容:在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,+,2.叠加定理的应用步骤,1)分(分解):分解时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。,2)合(叠加):原电路中各电压、电流的最后结果是各分电 压、分电流的代数和。分电路中各量的方向与原电路 中相同者为正，反之则负。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令US=0；,暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令IS=0。,参考方向分别单独设,例：用叠加原理求I2,B,已知：U1=12V，U2=7.2V，R1=2，R2=6，R3=3,解：I2=I2=

16、I2=I2+I2=,根据叠加原理，I2=I2+I2,1A,1A,0A,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,例：,用叠加原理求：I=?,I=2A,I=-1A,I=I+I=1A,吉林大学 汽车电工电子技术,吉林大学 汽车电工电子技术,应用叠加定理要注意的问题,1.叠加定理只适用于线性电路。,2.叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率，即功率不能叠加。如：,3.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。,例1、用叠加原理求图示电路中的I。,解:电流源单独作用时,电压源单独作用时,2,1,4,I,I=1/(1+4)10A=2A,I=10/5A=2A,I=I+I=4A

17、,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,电压源单独作用时 R0=6（4+2)=3K U=12(36)(4 6)=4VU=6+4=10V,解：,+,12V,6K,3mA,例2、用叠加原理求图中电压U。,4K,2K,3K,电流源单独作用时 R0=36+2=4K U=3(48)4=6V,+,U,吉林大学 汽车电工电子技术,例3、用叠加原理求图中电流I。,4,2,3,1,I,电压源单独作用时 I=35（34）=5AI 538A,电流源单独作用时I=73(34)=3A,吉林大学 汽车电工电子技术,名词解释：,无源二端网络：二端网络中没有电源,有源二端网络：二端网络中含有电源,1.5.2 戴维南原理,吉林大学

18、 汽车电工电子技术,返回,1)戴维南定理的内容,注意：“等效”是指对端口外等效，即R两端的电压和流过R电流不变,有源二端网络可以用电压源模型等效,该等效电压源的电压等于有源二端网络的开路电压；等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的等效电阻。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的等效电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）,等效电压源的电压（UO）等于有源二端网络的开路电压UABO,=RO,吉林大学 汽车电工电子技术,断开待求支路形成有源二端网络,返回,2)用戴维南定理解题的步骤,求此二端网络的等效电压源(US;R0

19、),把待求支路挂在等效电压源上求解支路电流,吉林大学 汽车电工电子技术,戴维宁定理应用举例,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 U=10V求：当 R5=10 时，I5=?,等效电路,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,第一步：求开路电压UABO,第二步：求等效电阻 RAB,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,电桥电路：,电桥平衡条件：,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,进气压力传感器内部电路,(a)剖面图,(b)硅膜片的结构,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,进气压力传感器等效电

20、路图,(c)等效电路图,当硅膜片不受压力时，调至电桥平衡。,当进气歧管压力变化时，硅膜片变形，其阻值变化。电桥失去平衡，AB输出电压信号。,例1、用戴维宁定理求图中电流I。,10,10,10,4,I,解：,断开待求支路,Uab=20150+120=10V,Ro0,Uab,IUab/(Ro+10)1A,+,-,2V,例2、用戴维宁定理求图中电流I。,-,+,12V,I,解：,断开待求支路,a,b,Uab23+8+2 4V,R06/3+3 5,IUab/(R0+5)4/10 0.4A,6,3,5,3,2A,Uab,U1,1.6 电路的暂态分析,1.6.1 暂态分析的基本概念与换路定律,吉林大学 汽

21、车电工电子技术,返回,产生暂态过程的电路及原因?,电阻电路,电阻是耗能元件，其上电流随电压比例变化，不存在过渡过程。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,电容为储能元件，它储存的能量为电场能量，其大小为：,R-C电路,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容的电路存在过渡过程。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,R-L电路,电感为储能元件，它储存的能量为磁场能量，其大小为：,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电感的电路存在过渡过程。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,结论：,1)稳态：电路中的电流，电压稳定不变或者是时间上的周期函数，称为电路处于稳态。,2)暂态：电路由一个稳态到另一个

22、稳态所经历的中间过程。,吉林大学 汽车电工电子技术,3)产生暂态过程的原因：,内因：电路中存在储能元件（C、L）,外因：换路电路状态的改变。如：,返回,换路定理:,在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能跃变。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,换路定理是用来确定暂态过程初始值的。,电路中 u、I 在 t=0 时的大小，即f(0+)。,初始值:,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,用数学中列微分方程求解时间函数f(t)的方法。,一阶R-C电路的充电过程,吉林大学 汽车电工电子技术,1.6.2 RC电路的暂态过程,1.经典法：,返回,据KVL:,结论：越大，过渡过程曲线变化越慢，uC达到稳态所需

23、要的时间越长。,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,2.三要素法,一阶电路微分方程解的通用表达式：,其中三要素为:,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,在上例中:,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,RC电路的暂态过程：,uC,US,t,t,iC,uC,t,iC,t,U0,吉林大学 汽车电工电子技术,返回,RL电路的暂态过程：,iL,US,t,t,uL,t,iL,t,I0,uL,(3)通过对电感线圈中的暂态过程可能产生过电压和电容电路中的暂态过程可能产生过电流的分析，可以预防和减小过电压、过电流对电器设备的损坏。,吉林大学 汽车电工电子技术,电路暂态分析的实际意义是什么？,(1)把电路的暂态过程用在一些由半导体器件组成的电子电路中，可以实现某些特殊需要的电信号的变换或产生。如锯齿波、三角波、尖脉冲等。,(2)通过改变产生暂态过程中电阻、电容或电阻、电感的数值（即改变时间常数）进而改变产生暂态过程的快慢。例如控制RC电路暂态过程中，充电达某一数值的时间，或放电达某一数值的时间，可以制成各种各样的延时，定时电路。,返回,吉林大学 汽车电工电子技术,电容充放电的应用无触点晶体管闪光器,我国国际规定汽车闪光器闪光频率为（60120）次/分，其频率由电容C的充放时间常数决定。,充电R1 C,放电（R1+R2)C,