汽車電工電子技術(shù)教案.doc

汽車電工電子技術(shù)教學大綱一、課程性質(zhì)與作用汽車電工電子技術(shù)是汽車類專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，作為一門考試課，一般開設(shè)在大一的第2學期。課程總學時為7072學時，其中理論62學時，實踐82學時（根據(jù)學校的實際設(shè)備和課時要求去安排理論學時和實驗學時）。它的前導課程是高等數(shù)學、計算機應(yīng)用基礎(chǔ)，它的后續(xù)專業(yè)課程是汽車電氣設(shè)備與維修、汽車電子控制技術(shù)、汽車電路分析。通過對汽車電工電子技術(shù)課程的學習，使學生掌握必需的直流電路、正弦交流電路的理論知識和運算基礎(chǔ)，掌握磁路和電磁理論的知識，熟悉并掌握汽車常用儀器儀表的使用，能掌握基本半導體元件的特點，了解三極管放大電路、開關(guān)電路的特點及在汽車上的應(yīng)用，了解邏輯代數(shù)和運算，掌握數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識等。通過課程教學，要讓學生樹立理論聯(lián)系實際的觀點，培養(yǎng)學生的電路分析和計算能力、實踐能力，為后續(xù)專業(yè)課的學習打下必要的理論與實踐基礎(chǔ)。該課程教學質(zhì)量與效果對后續(xù)專業(yè)課程的學習及培養(yǎng)學生良好的學風有著至關(guān)重要的作用和影響。二、教學內(nèi)容組織安排（建議學時分配）學習單元教學內(nèi)容學時數(shù)單元一 直流電路課題一電路及基本物理量課題二 電路的工作狀態(tài)及電器設(shè)備的額定值212課題三 常用的電路元件2課題四 基爾霍夫定律2分組實驗-基爾霍夫定律的驗證2課題五 惠斯通電橋電路2課題六 特殊電阻在汽車上的應(yīng)用2單元二 正弦交流電路課題一 交流電的基本概念214課題二 正弦交流電的表示2課題三 單一參數(shù)的正弦交流電路的計算2課題四 RLC串聯(lián)電路的諧振2課題五 三相電路交流電源2課題六 三相負載的連接2分組實驗-三相電路中電壓和電流的測量2單元三 磁路及電磁器件課題一 磁場與電磁感應(yīng)課題二 鐵磁材料的磁性能課題三 磁路及磁路歐姆定律28課題四 變壓器2課題五 幾種特殊的變壓器課題六 電磁鐵及繼電器2實驗-繼電器的檢測2單元四 電動機課題一直流電動機的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性26課題二 直流電動機的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速2課題三 步進電動機2單元五 汽車常用儀器儀表的使用實驗-課題一和二：汽車用數(shù)字萬用表的使用、兆歐表的使用24課題三 汽車專用示波器的使用2單元六 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課題一 半導體知識218課題二 晶體二極管及應(yīng)用2課題三 整流及濾波電路2課題四 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2課題五 晶體三極管及應(yīng)用4課題六 特殊晶體管的應(yīng)用課題七 場效應(yīng)和及應(yīng)用2課題八 集成運算放大器2課題九 常用電壓比較器在汽車電路中的應(yīng)用2單元七 數(shù)字電路基礎(chǔ)課題一 數(shù)字電路的基本知識課題二 邏輯代數(shù)及運算規(guī)則28課題三 基本邏輯門電路2課題四 集成邏輯門電路2課題五 觸發(fā)器2合計70二、課程目標1知識目標（1）了解直流電路的組成，認識電路的幾種工作狀態(tài)及特點，熟悉電路基本元件的特點，掌握電路元件的檢測。掌握基爾霍夫定律的內(nèi)容和使用方法，達到能用基爾霍夫定律進行復雜電路（兩個節(jié)點、2個網(wǎng)孔、3條支路）的計算。了解惠斯通電橋電路的平衡條件及測量電阻和溫度的方法。了解幾種特殊電阻的特點及其在汽車上的應(yīng)用。 （2）認識正弦交流電的基本概念，了解正弦交流電的表示方法，掌握單相交流電路的計算。了解RLC串聯(lián)電路的串聯(lián)諧振條件及諧振特征。了解三相四線制供電的特點，熟悉三相交流電源、三相負載的星形和三角形連接，掌握三相交流電路的簡單計算。（3）了解磁場及磁路的知識，掌握變壓器的變壓、變流原理、阻抗變換原理及其應(yīng)用。了解幾種特殊變壓器的特點及使用。掌握直流電磁鐵及繼電器的特點及在汽車上應(yīng)用。 （4）熟悉直流電動機的構(gòu)造、工作原理、工作特性。知道如何進行直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速。了解反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。（5）了解并掌握兆歐表、汽車專用數(shù)字表、汽車專用示波器的使用。（6）了解半導體的基本知識，掌握二極管、三極管的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用、檢測方法。掌握特殊二極管的結(jié)構(gòu)和原理及在汽車上的應(yīng)用。了解整流、濾波電路的原理，掌握三極管放大電路的特點及應(yīng)用，了解三極管的開關(guān)作用及開關(guān)電路在汽車上的應(yīng)用。 了解集成運算放大器的作用、基本組成、電路特點。了解電壓比較器的特點及應(yīng)用。（7）了解數(shù)字電路的基本概念，熟悉邏輯代數(shù)和普通代數(shù)的區(qū)別，熟悉邏輯運算法則，掌握基本門電路的結(jié)構(gòu)、功能及在汽車上的應(yīng)用。了解TTL與非門電路、CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。2技能目標學生學習完本課程后，應(yīng)當具有以下能力：（1）能通過識讀電路圖，分析并解釋直流電路、正弦交流電路；能進行直流電路、復雜直流電路、單相交流電路、三相交流電路等電路的計算。（2）能診斷電阻類、電感類、電容類部件的性能，能夠正確識別電路基本元件的型號。（3）能分析、掌握直流電動機的工作原理，能夠正確完成直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速過程。（4）能夠進行變壓器的計算，熟悉幾種特殊變壓器的使用。（5）能夠熟練的使用兆歐表、萬用表、示波器，能正確使用這些儀器進行汽車電路和電器設(shè)備的檢測。（6）能夠?qū)ΧO管進行好壞的判別、極性的判別。會繪制硅穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路，能分析其穩(wěn)壓過程。（7）學會分析集成運算放大器，熟悉集成運放在汽車上的具體應(yīng)用。（8）能夠正確區(qū)分三極管的幾種狀態(tài)，會分析三極管的放大電路和開關(guān)電路（9）能使用電工電子手冊、半導體手冊等工具書，查找電氣元件的參數(shù)，正確選擇并更換電氣元件。3情感目標（1）具有自主學習能力，具有效獲取所需信息和制定和安排計劃并有效實施工作任務(wù)的能力。 （2）學會總結(jié)和評價，達到舉一反三，建構(gòu)自己學習策略和方法的能力。 （3）形成安全用電意識，嚴格執(zhí)行安全用電操作規(guī)范的能力。（4）在解決實際電路等問題的過程中，善于科學思維，從戰(zhàn)勝困難、實現(xiàn)目標、完善成果中體驗喜悅。（5）具有團結(jié)協(xié)作、踏實、誠實、苦干的素質(zhì)。四、教材及參考書推薦使用教材：汽車電工電子技術(shù)陳昌建 主編 大連理工大學出版社 2009.10推薦參考書目：汽車電工與電子技術(shù)基礎(chǔ) 馮淵 主編 機械工業(yè)出版社 2002汽車電工電子基礎(chǔ) 劉皓宇 主編 高等教育出版社 2005五、教學方法建議本課程宜采用的教學方法有：講授法、示范教學法、四步教學法、小組討論法等。汽車電工電子技術(shù)電子教案單元一 直流電路（共12學時）課題一 電路及基本物理量一、電路的組成電路就是電流所通過的路徑。它有兩個方面的作用：一是實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配；二是實現(xiàn)電信號的處理與傳遞。電路也稱為電網(wǎng)絡(luò)。電路都由三個基本部分組成：電源、負載、中間環(huán)節(jié)。1電源電源是將非電能轉(zhuǎn)換成電能、并向外提供電能的裝置。例如汽車上有兩個電源：蓄電池、硅整流發(fā)電機。2負載用電設(shè)備是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的裝置，也稱為負載。3中間環(huán)節(jié)主要是指把電源和負載聯(lián)接起來的部分，構(gòu)成電流通路，起著傳遞和控制電能的作用。二、電路模型1電原理圖用規(guī)定的圖形符號表示實際電路中的各器件聯(lián)結(jié)關(guān)系的原理圖稱為電原理圖。2理想電路元件及電路模型用理想電路元件及其組合來代替實際電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型?！鞠胍幌搿磕闼赖钠囯娐穲D中常用到的圖形符號有哪些？（可查閱“汽車電器設(shè)備”書籍）三、電路中的幾個基本物理量1電流電流指帶電粒子在電路中的定向移動。電流可分為兩類：恒定電流、變動電流。其中隨時間按正弦函數(shù)變化的（一個周期內(nèi)電流的平均值為零）的變動電流則稱為正弦交變電流，簡稱交流，簡寫作AC。對于直流電流，對于交流電流，（1）電流的正方向 規(guī)定正電荷定向運動的方向為電路中電流的正方向。（2）電流的參考方向 對于復雜電路，當某支路的電流實際方向難以判斷時，可假定其電流的參考方向。當電流為正值時，說明實際電流方向與選取的參考方向相同；當電流為負值時，說明實際電流方向與選取的參考方向相反。2電壓電場力把單位正電荷從a點移到b點所做的功稱為a、b兩點之間的電壓（a、b是電場中的任意兩點），記為Uab。電壓它總是和電路中的兩個點有關(guān)?！鞠胍幌搿寇囉眯铍姵氐恼摌O樁之間的電壓是多少？每個單格電池電壓是多少？【課堂互動】什么電壓正方向？在事先難以判斷元件兩端電壓或電路中兩點間電壓的真實極性時怎么辦？（1）電壓的正方向。電壓的正方向由高電位（“+”極性）指向低電位（“”極性），即表示電位降落的方向。（2）電壓的參考方向。在分析復雜電路時，往往事先難以判斷元件兩端電壓的真實極性，這時，可以任意選取電壓的參考方向，并以此計算。3電位（1）定義 在電路中任選一點為參考點0，該電路中某一點a到參考點0的電壓就稱為a點的電位。（2）參考點（也叫零電位點）V0=0V。Va=Ua0=VaV0 某點a的電位數(shù)值上就等于點a與零電位點之間的電壓。（3）電位是相對值 電路中某點的電位是相對于參考點的選擇而改變的?！居懻摗?電位和電壓有什么異同點？4電動勢電動勢只存在于電源內(nèi)部，它表示電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的能力，用E表示，單位是伏特。電動勢的正方向：由電源的負極電源正極，即從低電位點高電位點?！居懻摗侩娫吹亩穗妷汉碗妱觿莸年P(guān)系？5電能和電功率（1）電功 W =U I t （J）電阻元件在t秒內(nèi)所消耗（或吸收）的電能為 （J）（2）電功率 P，單位瓦特（W）。1kWh=1000W3600s=3.6106J舉例，如【例題1-1】 【想一想】例1-1中，若讓a點接地，那么圖中a、b、c各點的電位如何？Ubd間的電壓值變不變？電阻R1消耗的電功率如何？【例1-2】課題二 電路的工作狀態(tài)及電氣設(shè)備額定值一、電路的三種工作狀態(tài)1. 負載狀態(tài)負載狀態(tài)即電源的帶載狀態(tài)，或稱作一般的有載工作狀態(tài)。此時電路特征：（1）電路中的電流 （2）電源的端電壓 U1=EIR0U1總是小于電源的電動勢。若忽略線路上的壓降，則負載的端電壓與電源的端電壓相等，U2=U1。（3）電源的輸出功率 若不計線路損失，則有P1=U1I=U2I=P2，即電源的輸出功率等于負載的消耗功率?！菊n堂互動】當電源E和內(nèi)阻R0一定時，負載電阻R為多少時，電源的輸出功率（負載的消耗功率）最大？2.短路狀態(tài)由于電源線絕緣損壞或操作不當?shù)纫痣娫吹膬奢敵龆讼嘟佑|，造成電源被直接短路的情況，是電路的一種極端運行狀態(tài)。（1）電源中的電流IS最大，但對外輸出電流I為零（最?。S=E/R0， （2）電源和負載的端電壓均為零，即U1=EISR0=0，U2=0。表明電源的電動勢全部降落在電源的內(nèi)阻上，因而無輸出電壓。（3）電源的輸出功率P1=U1I=0，負載所消耗的功率P2=U2I=0。3.空載狀態(tài)空載狀態(tài)又稱為斷路或開路狀態(tài)。（1）電路中的電流為零，即I=0。（2）電源的端電壓（又稱為開路電壓或空載電壓）等于電源的電動勢，用U0表示，即U1=U0=EIR0=E。（3）因為空載時電源對外不輸出電流，故電源的輸出功率（P1=U1I）和負載所消耗的功率（P2=U2I）均為零?！鞠胍幌搿恳陨线@三種狀態(tài)，哪種應(yīng)是電路的正常工作狀態(tài)？二、電氣設(shè)備的額定值各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個額定值，該值是為了使電氣設(shè)備能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值，分別用UN、IN、PN來表示。本課小結(jié)：（1）電路及組成；電壓和電位的區(qū)別；電壓、電流、電動勢的正方向。（2）電路通常有三種工作狀態(tài)：負載狀態(tài)、短路狀態(tài)、空載狀態(tài)。各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個額定值，電氣設(shè)備在實際運行時，應(yīng)嚴格遵守各有關(guān)額定值的規(guī)定。作業(yè)：同步訓練1-11-6題。課題三 常用的電路元件復習：1、簡述電流及電壓參考方向的含義2、電壓與電位有何區(qū)別？你知道電路中有哪些電路元件呢？理想電路元件（簡稱元件）是組成電路的基本單元，了解電路基本元件的基本性質(zhì)對分析電路有著重要的意義，這里主要討論電阻、電感、電容等基本元件。一、電阻元件（一）電阻及分類1電阻的定義物體對電流通過時的阻礙作用稱為“電阻”。2電阻R與什么有關(guān)電阻定律表達式為：R=L/S。3電阻的分類（二）認識固定電阻1固定電阻的命名方法如：RJ73中，R第一部分主稱，電阻器；J第二部分表示材料，金屬膜；7第三部分表示類別，精密電阻；3表示設(shè)計序號。2電阻值的標識（1）直標法也有采用習慣標記法的，例如：5M6 ，表示電阻值為5.6M，表示允許誤差為10%。（2）色標法例如：電阻的四色環(huán)顏色為：紅紅棕金，紅第一位數(shù)是2，紅第二位數(shù)是2，棕倍乘數(shù)為10，金允許誤差為5%。即電阻值為220，其誤差為5%。【想一想】電阻的五色環(huán)為：棕紫綠金棕，它表示的電阻值和允許誤差分別是多少？ （3）文字符號法例如：3M9K，表示3.9M，K表示允許誤差為10%。3電阻額定功率的識別有兩種標志方法：2W以上的電阻，直接用數(shù)字印在電阻體上；2W以下的電阻，以自身體積大小來表示功率。4電阻允許誤差標志符號【課堂互動】學習了電阻標識后，用固定電阻實物訓練學生讀取電阻數(shù)值及誤差。（三）可變電阻電位器的電阻值隨旋轉(zhuǎn)角度而變。其變化規(guī)律有三種不同形式：X型：直線型。Z型：指數(shù)型。D型：對數(shù)型。（四）電阻的測量電阻的大小可用歐姆表進行測量，測量時應(yīng)注意的事項。 【討論】如果不按規(guī)定方式測量電阻，會產(chǎn)生什么情況呢？二、電感元件【課?；印靠梢杂酶黝愲姼袑嵨?，讓學生識別和檢測。1電感器的分類電感器按電感量是否可調(diào)分為：固定電感器和可變電感器。按磁心材料可以分為：空心電感器、鐵心電感器、磁心電感器。按照其作用可分為：具有自感作用的線圈、具有互感作用的變壓器線圈。2電感器的命名3固定電感器的識別方法（1）直標法。 （2）色環(huán)標法?！鞠胍幌搿磕骋浑姼衅鞯纳h(huán)標志依次是：棕紅紅銀，它表示的電感量和允許誤差分別是多少？4電感器的檢查與測試（1）電感器的檢查包括外觀檢查和絕緣檢查。（2）測量其電阻?！居懻摗孔寣W生分析教材中電感測試方法的理論依據(jù)是什么？三、電容元件【課?；印靠梢韵茸寣W生識別和檢測各類電容器的實物。電容也是組成電子電路的基本元件，它在電路中主要功能：可用于穩(wěn)定電壓；可用于隔離直流；與電阻或電感形成諧振電路；可用于控制時間；用于交流通路可起到耦合作用。1電容的基本性質(zhì)電容器有兩個重要的特性：（1）阻隔直流電通過、而允許交流電通過的特性。（2）充電特性、放電特性。2電容器的型號命名方法3電容的單位和符號電容：C=q/U，單位：法拉（F）電容電路中電壓和電流的關(guān)系：4電容的主要參數(shù)（1）電容器的標稱容量和偏差（2）電容的額定直流工作電壓 （3）電容器的誤差 電容器的誤差通常分為三個等級：級（5%）、（10%）、（20%）。5電容器的主要種類和特點電容器按有無極性可分為無極性電容器和有極性電容器。按電容量是否可變可分為固定電容器和可變電容器。有極性電容器指電容器的兩極有正、負極性之分，使用時一定要正極性端連接電路的高電位，負極性端連接電路的低電位；否則會引起電容器的損壞。6. 電容器的檢測（1）測電容的漏電阻（適用于0.1F以上容量的電容）（2）判斷電解電容的極性【課堂互動】讓學生總結(jié)電容器測量的步驟。7. 介紹電容器在汽車電路中的典型應(yīng)用課堂小結(jié)：電阻值的標識方法有：直標法、色標法、文字符號法等。可變電阻按其阻值變化規(guī)律有三種不同形式：直線型、指數(shù)型、對數(shù)型。測量電阻時，要斷開電路上的電源，并使被測電阻的一端斷開。電感器的標識方法有直標法、色環(huán)標注法?？梢杂萌f用表測量線圈阻值來判斷其好壞。電容器的幾個主要參數(shù)。作業(yè)：1-71-9題課題四 基爾霍夫定律重點：理解支路、節(jié)點、回路、網(wǎng)孔的概念；正確認識基爾霍夫電流定律和電壓定律內(nèi)容及推廣應(yīng)用。難點：學會用基爾霍夫定律列方程，會求電路中任一點的電位和任意兩點之間的電壓；學會用“支路電流法”求具有2個節(jié)點、3條支路的雙電源供電電路的各支路電流。問題引入：由書上圖1-23復雜電路，若已知各電動勢和電阻的數(shù)值，怎樣求各電流的大小和方向呢？導入新課。在介紹定律之前，先來說明電路中的幾個術(shù)語（以圖1-23為例講解）。圖1-23 復雜電路示例（1）支路 ；（2）節(jié)點；（3）回路 (4)網(wǎng)孔。應(yīng)當注意的是：網(wǎng)孔和回路是有區(qū)別的，網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定就是網(wǎng)孔。【課堂互動】由學生指出圖1-23中的節(jié)點、支路、回路、網(wǎng)孔的數(shù)目。一、基爾霍夫電流定律（KCL）1基爾霍夫電流定律也稱為節(jié)點電流定律，敘述（略），公式：I入=I出或者說：流過電路中任一節(jié)點的各支路電流的代數(shù)和恒等于0。即 I=0該定律體現(xiàn)了什么原理？與支路上是什么元件有關(guān)嗎？針對圖1-23列方程：I1+I2=I3 或 I1+I2+（I3）=02基爾霍夫電流定律的推廣由一個節(jié)點擴展到一個任意一個假想的封閉面（或封閉網(wǎng)絡(luò)）。【例1-3】 （略）【想一想】求出I5電流后，將A-B-F-E-A電路看成一個廣義節(jié)點，可以求出I6嗎？二、基爾霍夫電壓定律（KVL）1基爾霍夫電壓定律也稱為回路電壓定律，它反映的是電路中任一回路各元件的電壓和電動勢之間的關(guān)系。該定律內(nèi)容是（略）： 公式：E = I R該定律也可表述為：U =0。它體現(xiàn)了什么定律？與路徑的選擇方向有關(guān)嗎？ 應(yīng)用該定律列方程時應(yīng)注意以下幾點：在列方程時，必須首先選取回路的繞行方向，假定各支路的電流方向。電阻電壓降的正、負號的確定； 電動勢的正、負號的確定。2基爾霍夫電壓定律推廣該定律的使用可以由一個閉合的真實路徑推廣到一個不完全由實際元件組成的假想的回路。如圖1-26所示的abdca回路。圖1-27 例1-4圖【例1-4】 如圖1-27所示，R1=R2=15，E1=E2=E3=12V，E4=E5=3V，求電路中的電流的大小和方向?！窘狻?（略）【想一想】若設(shè)電路中的電流方向為順時針方向，結(jié)果如何？三、基爾霍夫定律的應(yīng)用1用支路電流法求解復雜電路支路電流法概念：應(yīng)用支路電流法解題的方法步驟（假定某電路有n條支路、m個節(jié)點）：（1）首先標定各待求支路的電流參考正方向及回路繞行方向；（2）應(yīng)用基爾霍夫電流定律可列出（m1）個節(jié)點方程；（3）應(yīng)用基爾霍夫電壓定律可列出n（m1）個獨立的回路電壓方程；（4）由電流定律和電壓定律聯(lián)立方程組來求解各支路的電流。（5）根據(jù)求出結(jié)果的正負，確定支路中實際的電流方向?！纠?-5】 如圖1-28所示，E1=10V，R1=6，E2 =26V，R2=2，R3=4，求各支路電流的大小和方向。圖1-28 例1-5圖【解】 假定各支路電流方向如圖1-28所示，對于節(jié)點A有：I1+I2=I3 設(shè)圖中兩個閉合回路的繞行方向為順時針方向（見圖），對于回路I有E1E2=I1R1I2R2對于回路有 E2=I2R2+I3R3聯(lián)立方程組 I1+I2=I3 1026=6I12 I2 26=2 I2+4 I3解方程組得I1=1A， I2=5 A I3=4AI1為負值，說明實際方向與假定方向相反，同時說明E1此時相當于負載。【討論】本題中若選擇不同的回路繞向，結(jié)果如何？若選擇E1-R1-R3-E1回路和分別和回路或列電壓方程，如果如何？若假設(shè)圖中相反電流方向，結(jié)果會如何？ 通過這些問題，就會明確結(jié)果與實際方向、參考方向的關(guān)系，熟悉支路電流法解題步驟。2應(yīng)用基爾霍夫定律進行電位的計算在電路中要想求出某點的電位值，也必須在電路中選擇一個參考點（零電位點）。零電位點可以任意選擇。汽車電路中常用搭鐵表示零電位。電路中某點的電位，就是從該點出發(fā)，沿任選的一條路徑“走”到參考點所經(jīng)過的全部電位降的代數(shù)和。強調(diào)計算電路中某點A電位的方法和步驟：下面以圖1-29電路為例說明計算電位的方法、步驟。圖1-29 電位的計算以圖中的點D為參考點，各電源的極性和電流I的方向如圖1-29所示，求點A的電位時有三條路徑：沿AE1D路徑： VA=E1沿ABD路徑： VA=I1R1+I3R3+E3沿ABCD路徑： VA=I1R1+I2R2E2顯然，沿AE1D路徑計算點A電位最簡單，但三種計算方法的結(jié)果是完全相同的?！纠?-6】 （略） 【想一想】你能從該例題中各點的電位及UCD的數(shù)值中得出什么結(jié)論？課堂小結(jié)：基爾霍夫電流定律反映了復雜電路中任意一個節(jié)點的各支路電流之間關(guān)系?；鶢柣舴螂妷憾煞从车氖请娐分腥我换芈犯髟碾妷汉碗妱觿葜g的關(guān)系。作業(yè)：1-10，1-12題課題五 惠斯通電橋電路 重點：認識電橋電路的連接特點，掌握電橋平衡狀態(tài)及處于平衡狀態(tài)的條件難點：能夠運用電橋電路，學會分析汽車上某些傳感器的工作原理復習：基爾霍夫定律的內(nèi)容及推廣？一、惠斯通電橋圖1-31是用比較法測量電阻的電路，又叫單臂電橋。電阻R1、R2、R3、R4為四個橋臂的電阻，靈惠斯通電敏電流計（也稱為檢流計）好像在c、d兩點間架設(shè)的一道橋。圖1-31 惠斯通電橋電路電橋有兩種應(yīng)用方式：平衡方式；不平衡方式。1電橋平衡的必要條件調(diào)節(jié)R3、R4的比值,使電流計中電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)，c、d兩點的電位相等(Uc=Ud，即Ucd=0)，c、d之間無電流，Ig=0，可以得到 或R1R4=R2R32電橋平衡時測量電阻若選用三個（R1、R2、R3的數(shù)值）很精確的定值電阻，再采用高靈敏度的檢流計組成上面的電橋電路，調(diào)節(jié)電橋使其處于平衡狀態(tài)，這樣就可測得另外一個橋臂R4的電阻。即通過R4=R2R3/R1 從而求出R4。3電橋的不平衡電橋不平衡是指c、d中有電流通過。這時，也可以測量電阻，但它和電橋平衡時測電阻有原則上的區(qū)別，將圖中的檢流計G改為使用電流計，它的作用不是檢測該支路有無電流，而是測量該支路電流的大小。 二、惠斯通電橋的應(yīng)用【例1-7】 圖1-32為一個測量技術(shù)中常用的可以測量溫度的電橋電路。已知：E=4V，R1=R3=R4=400，R2=347，儀表電阻Rg=600。Rt為銅熱電阻，0時，Rt=53，放在需要測量溫度的地方，用導線把它接到電橋的一個橋臂中。求：溫度為0、100時，儀表中通過的電流Ig及其兩端電壓Ug。圖1-32 例1-7圖【課堂互動】讓學生分析該電路的特點（即節(jié)點數(shù)、支路數(shù)、網(wǎng)孔數(shù)）?！窘狻?分析圖1-32電路可知：電路共有6條支路，若用支路電流法解題，需要列6個方程。但實際上由基爾霍夫電流定律可得I2=II1； I3=I1Ig I4=II1+Ig這樣就把支路未知電流的數(shù)目由6個簡化為3個。即，只要將I、I1、Ig三個電流求出來，就可以將I2、I3、I4求出。根據(jù)基爾霍夫電壓定律列方程如下：由回路ABCA列方程：I1R1+IgRg （II1）（R2+Rt）=0由回路BDCB列方程：（I1Ig）R3（II1+ Ig）R4IgRg=0 由回路ABDA列方程：I1R1+（I1Ig）R3=E將已知數(shù)據(jù)代入上面式子，可求出（1）當溫度為0時，由于（R2+Rt）=R3=R1=R4=400，滿足電橋平衡條件，此時Ig=0，Ug=0。（2）當溫度為100時，R2+Rt=422，不滿足電橋平衡條件，Ig0，代入上面方程式得：Ig=0.053mA ，Ug=IgRg=31.8mV。當其中一個橋臂溫度變化時電阻變化電橋不平衡Ig變化Ug變化。若將B、C作為輸出端，這樣，對應(yīng)一個溫度，就會有一個對應(yīng)的輸出電壓Ug。反過來，通過儀表所指出的不同的毫伏數(shù)，就可以知道Ig，可以求出Rt，從而便測出與此相對應(yīng)的溫度值?！菊n堂互動】由學生通過本例題的計算，總結(jié)出電橋電路測溫度的原理。【例1-8】 圖1-33所示為上海桑塔納轎車電控燃油噴射系統(tǒng)的熱線式空氣流量計的電橋電路。圖1-33 熱線式空氣流量計其實，在汽車的傳感器中還有許多電橋電路，如半導體壓敏電阻式進氣歧管絕對壓力傳感器電路和電阻應(yīng)變計式碰撞傳感器的電路都是采用了電橋電路。課題六 特殊電阻在汽車上的應(yīng)用一、特殊電阻1熱敏電阻（RT）熱敏電阻可以分為三種：（1）正溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱PTC） 這種電阻，隨溫度升高，電阻值會大幅增加。（2）負溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱NTC） 指隨溫度升高，電阻值會大幅度減小的電阻（溫度每升高1，阻值約比冷態(tài)時減小4%左右）。（3）臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR） 當半導體材料未達到某一臨界溫度時，有一個穩(wěn)定的電阻值，達到某一臨界溫度后，電阻值驟然變化到另外一個數(shù)值。【課堂互動】不同溫度下，測量水溫傳感器的電阻。2壓敏電阻汽車上有的傳感器是利用壓敏元件元件制成的。例如：半導體壓敏電阻式進氣歧管絕對壓力傳感器、電阻應(yīng)變計式碰撞傳感器等。3光敏電阻器按所用半導體材料不同可分為：單晶光敏電阻器、多晶光敏電阻器。按光敏電阻的光譜特性可分為：紅外光光敏電阻器、可見光光敏電阻器、紫外光光敏電阻器。光電式光量傳感器可以用于汽車上各種燈具的自動點亮控制，也可用于控制前大燈調(diào)節(jié)繼電器的自動控制。4氣敏電阻器氣敏電阻器是一種新型氣電轉(zhuǎn)換元件，它利用金屬氧化物半導體表面吸收某種氣體分子時，會發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)而使用電阻值改變的特性制成的。氣敏電阻器可分為：N型、P型、結(jié)合型。其中，N型采用N型半導體材料制成，遇到還原性氣體時阻值減小，遇到氧化性氣體時阻值增大；P型采用P型半導體材料制成，遇到還原性氣體時阻值增大，遇到氧化性氣體時阻值減小。二、霍爾元件霍爾元件是一種半導體磁電傳感器，是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的。圖1-34 霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)：將一小塊N型鍺晶片（也稱半導體基片）兩端通以電流，放置在磁場（磁場方向垂直于電流方向）中，則在垂直于I和B的方向上將產(chǎn)生一個與I和B的乘積成正比的電壓UH（見圖1-34），UH=KHIB 其中KH為霍爾元件靈敏度參數(shù)。從上式可知，當通過基片（基片的厚度一定）的電流I為定值時，霍爾電壓只與磁感應(yīng)強度B成正比?；魻栐奶攸c：【想一想】汽車上哪些電器設(shè)備中用到了霍爾元件？小結(jié)：作業(yè)：1115題。單元二 正弦交流電路（共14學時）引入：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所用的電一般都是正弦交流電，現(xiàn)在汽車上的直流電都是由交流發(fā)電機產(chǎn)生后整流獲得的。那么什么是交流電呢？它有哪些特征？如何進行計算？課題一 交流電的基本概念一、交流電的基本概念1什么是交流電我們把大小和方向都隨時間作周期性變化的電動勢、電壓和電流分別稱為交變電動勢、交變電壓、交變電流，統(tǒng)稱為交流電。如圖2-1（b）、（c）、（d）所示為交流電。 圖2-1 幾種常見電壓、電流隨時間變化的波形圖（a） 直流量 （b） 正弦波 （c） 矩形波 （d) 鋸齒波【想一想】圖2-1（b）的曲線與（c）、（d）的曲線有什么不同？2正弦交流電的產(chǎn)生 e=Emsin（t+） 式中Em =Bm lV，稱為感應(yīng)電動勢最大值?！菊n堂互動】由學生總結(jié)產(chǎn)生正弦交變電動勢的原理。二、表示交流電特征的幾個物理量1頻率、周期和角頻率我們把正弦交流電變化一周所需的時間叫周期，用T表示。 交流電在1秒內(nèi)變化的周數(shù)，稱為交流電的頻率，用f表示。周期和頻率的關(guān)系是：T=1/f 1Hz=1s-1。把發(fā)電機線圈每秒鐘經(jīng)過的電角度叫角頻率，用表示。=/t角頻率與頻率、周期之間，顯然有：=2/T=2f 【課堂互動】我國工業(yè)用電的頻率為50HZ，周期和角頻率是多少？你了解其他國家工業(yè)用電的頻率嗎？2瞬時值、最大值、有效值（1）瞬時值 規(guī)定用小寫字母e、u、i表示。 （2）最大值（幅值） 規(guī)定用大寫字母加腳標m表示，如用Im、Em、Um等來表示交變電流、電動勢、電壓的最大值。（3）有效值 交變電流的有效值：即在相同的電阻中，分別通入直流電和交流電，在經(jīng)過一個交流周期時間內(nèi)，如果它們在電阻上產(chǎn)生的熱量相等，則用此直流電的數(shù)值表示交流電的有效值。有效值規(guī)定用大寫字母E、I、U表示。根據(jù)有效值的定義，可得再將i=Im sint 代入上式，積分可得同理可得到正弦電壓和電動勢的有效值【課堂互動】讓學生從有效值的定義通過推導得出結(jié)論：正弦交流電的有效值=最大值的0.707?！纠?-1】 某電容器的耐壓值為250V，問能否將其用在220V的單相交流電源上？3相位電角度（t+）叫做正弦交流電的相位。4初相角（初相位）我們把t=0時刻正弦量的相位叫做“初相”，用“”表示。規(guī)定|180?！鞠胍幌搿吭鯓訌牟ㄐ螆D上看出初相角的正、負？怎樣通過初相角為零的波形畫出初相角為的交流電的波形圖？5兩個同頻率的正弦交流電的相位差兩個同頻率的正弦交流電的相位角之差叫相位差。用表示。例如，已知則i1和i2的相位差為=(t+1)(t+2)=12這表明兩個同頻率的正弦交流電的相位差等于它們的初相之差。若相位差=120，且|弧度，稱“i1的相位超前于i2的相位”；若=120，且|弧度，稱“i1滯后于i2”；若=12=0，稱“i1和i2同相位”（圖2-6中的u 和i也是同相位）；若相位差=12=180，則稱“i1和i2反相位”（圖2-6中的u和e是反相位）。這里必須指出的是，在比較兩個正弦交流電之間的相位順序時，兩個正弦量一定要同頻率才有意義。圖2-6 同相與反相【課堂互動】以上講的這些基本物理量，知道了哪幾個量就可以完整地描述一個正弦交流電了？由此引出三要素。三、正弦交流電的三要素我們把正弦交流電的最大值、角頻率和初相角叫做正弦交流電的三要素。交流電動勢、交變電壓、交變電流的表達式分別為上述表達式的含義是：表示了任意時刻交流電的瞬時值?！纠?-2】 如圖2-7所示的正弦交流電的角頻率為，請寫出它們的瞬時值表達式。【例2-3】 一個正弦電壓的初相為60，U=100V，T=0.02s，求它的瞬時值表達式。【討論】 寫出交流電的瞬時值表達式的關(guān)鍵是什么？ 【例2-4】 已知正弦交流電：i1=5 sint A i2=10 sin（t+45）A i3=50 sin(3t-45) A求：i1和i2相位差?！居懻摗壳骾2、i3的相位差有意義嗎？【想一想】怎么求i= i1+i2的表達式？怎么求i= i1i2的表達式？用什么方法？小結(jié)：作業(yè)：15題課題二 正弦交流電的相量表示法一、正弦交流電的表示方法正弦交流電常用的幾種表示方法為：解析法、波形圖法（即曲線法）、相量圖（即矢量圖）、復數(shù)表示法（即相量表達式或稱極坐標表示）。二、正弦交流電的相量表示正弦交流電的相量圖表示方法分為：旋轉(zhuǎn)矢量（最大值矢量）法和有效值矢量法。1正弦交流電的相量圖（1）旋轉(zhuǎn)矢量表示法：啟發(fā)問：用矢量表示一個正弦交流電時，應(yīng)怎么賦予他才能表達出這個交流電來呢？通常只用初始位置（t =0）的有向線段m（或有效值I）來表示一個旋轉(zhuǎn)正弦量。將表示隨時間而在平面上旋轉(zhuǎn)的這一有向線段稱為相量，用大寫字母上加“”或加“”符號來表示。如、分別表示電動勢、電壓、電流的最大值相量。（2）有效值矢量法有效值矢量用、表示。有效值相量也只畫矢量的起始位置。（3）相量圖相量圖是指在一個復平面上表示幾個同頻率正弦量的相量整體時，構(gòu)成了相量圖?！居懻摗空医涣麟姳旧硎鞘噶繂?？它和矢量之間是什么對應(yīng)關(guān)系？注意：只有正弦量才能用相量表示，只有頻率相同的正弦量才能畫在同一相量圖上，可以用平行四邊形法則進行“和”與“差”的計算。兩個同頻率正弦交流電的“和”與“差”頻率不變。不同頻率的正弦量不能畫在一個相量圖上進行比較、計算。【課堂互動】畫出前面【例2-4】中交流電的相量圖。2相量式=U=10060（V），讀作“相量U”，用有效值和初相角表示。U的最大值相量式為 （V）同理：可以將正弦電動勢寫成相量式：由于兩個同頻率正弦交流電的“和”與“差”頻率不變，所以在相量表達式中只寫有效值E和初相角?！纠?-5】 已知 求：總電流的瞬時值表達式?！窘狻?方法一： 根據(jù)i1、 i2的有效值相量可以求出“和相量”的表達式總電流為：方法二：i1、i2的相量圖如圖2-9所示，用平行四邊行法則求得同樣可以求得上述的“和”的表達式 。【想一想】若要求的表達式，又該如何求呢？作業(yè)：6題課題三 單一參數(shù)的正弦交流電路一、純電阻R電路1電阻元件上電流和電壓關(guān)系（1）電阻元件上電流和電壓的數(shù)值關(guān)系瞬時值關(guān)系 最大值符合歐姆定律 若設(shè)電流為參考正弦量，即i=Im sint 則 u=Ri=RIm sint=Um sint 可見Um=RIm有效值符合歐姆定律 U=IR（2）電壓和電流的頻率相同（3）電壓和電流的相位相同（4）電壓和電流的相量關(guān)系式 ，相量圖如圖2-10（c）所示。2電阻元件的功率（1）瞬時功率 即p=u i=UmsintImsint=UI（1cos2t）（2）有功功率 從前面電壓和電流的數(shù)值關(guān)系還可以得出：【想一想】交流電路中P的公式與直流電中電阻的功率式中物理量的含義相同嗎？【例2-6】 已知一個白熾燈泡，工作時的電阻為484，其兩端的正弦電壓u=311sin（314t60）V，求：（1）通過燈的電流相量及瞬時值表達式i；（2）燈工作時的平均功率。解：（略）【想一想】若把電壓的頻率提高到原來的2倍，結(jié)果如何？二、純電感L電路1電感元件上電壓和電流的關(guān)系由電磁感應(yīng)定律可以得出電感元件的電壓和電流的相互關(guān)系式若設(shè)i為參考量，即將電流代入電壓表達式得到：由此可見：（1）電壓、電流的頻率相同 （2）電壓和電流的相位不同 電流滯后電壓90。（3）電壓和電流的數(shù)值關(guān)系：只有最大值和有效值符合歐姆定律。Um=LImU=LI=XLI式中XL稱為感抗，單位為歐姆（），且 XL=L=2fL電感具有“通直流隔交流”的作用。（4）電壓和電流的相量關(guān)系式 ，相量圖如圖2-11（c）所示。【討論】感抗的單位與電阻單位相同，但兩者對于電流的阻礙作用的本質(zhì)區(qū)別是有的，是什么呢？2電感電路的功率（1）瞬時功率 p=ui=Um sin(t+90)Im sint=UI sin2t 。（2）有功功率 這說明純電感元件不消耗有功功率，但是純電感與電源之間存在著能量交換。電感元件儲存的磁場能大小為：（3）無功功率 QL只反映電感中能量互換的功率，并不是消耗的功率，單位是乏爾（var）。無功的含義是“交換”，并不是“無用”?！鞠胍幌搿磕軓淖置嫔习褵o功功率理解為“無用”之功嗎？無功的真正含義是什么？【例2-7】 （略）【想一想】電感的有功功率P=？若把此電源的頻率提高到原來的2倍，結(jié)果如何？【課堂互動】若這個電感線圈的直流電阻不可忽略，其值為R=100，此交流電路還是純電感電路嗎？是不是可以看成是純電阻和純電感的串聯(lián)電路呢？電壓和電流的相位差還是90嗎？有功功率是多少？這個電感線圈對交流電的總的阻礙作用是多少？三、純電容C電路1電壓和電流的關(guān)系（1）電壓和電流的數(shù)值關(guān)系 電容元件具有“隔直流通交流”作用。電壓和電流的最大值和有效值均符合歐姆定律，即 但 （2）電壓和電流的頻率相同。（3）電壓和電流的相位關(guān)系 即電流總是比電壓超前90（圖2-12（c）。（4）電壓和電流的相量關(guān)系 電壓和電流的相量關(guān)系2電容電路的功率（1）瞬時功率 p=ui=Um sintIm sin(t+90)=UI sin2t（2）有功功率 有功（平均）功率P=0。電容元件儲存的電場能為：（3）無功功率 【想一想】在電容電路中無功的真正含義又是什么？【例2-8】 【想一想】當電源電壓不變，而頻率變?yōu)?000Hz時無功功率變化嗎？【課堂互動】根據(jù)以上的教學內(nèi)容，讓同學們自己設(shè)計一個“單一參數(shù)正弦交流電路的電壓、電流、功率等分析小結(jié)表”，將三種純電路的電壓、電流等做一個對比?！鞠胍幌搿恳粋€電阻為R的電感線圈和C串聯(lián)，相當于一個什么電路呢？作業(yè)：79題。課題四 RLC串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振本課題討論的R、L、C的串聯(lián)電路就是一種正弦交流電路中的典型電路，單一參數(shù)的電路、RL串聯(lián)電路、RC串聯(lián)電路則可以看成是RLC電路的特例。一、RLC串聯(lián)電路1電路總電壓u與電流i之間的關(guān)系若令Z的單位也是歐姆，表明了串聯(lián)電路對交流電總的阻礙作用，稱為電路的阻抗模。（1）串聯(lián)電路的總電壓U和電流I頻率相同。（2）總電壓和電流數(shù)值關(guān)系：U= | Z | I Um= | Z | Im（3）總電壓u與電流i的相位差由于以電流為參考相量，i=0，所以u、 i的相位差=u-i=u，當電源的頻率一定時，總電壓u與電流i的相位關(guān)系和有效值關(guān)系都取決于電路參數(shù)R、L、C。當X=XLXC0時，0，若說明電壓超前電流角，電路呈現(xiàn)感性；當X=XLXC0時，0，說明電壓滯后于電流角，電路呈現(xiàn)容性；當X=XLXC=0時，=0，說明電壓與電流同相位，電路呈現(xiàn)電阻性。（4）總電壓u與電流i的相量關(guān)系 其中Z=R+j（XLXC）2RLC串聯(lián)電路的功率（1）有功功率 （2）無功功率Q （3）視在功率S 把電路中電流和總電壓有效值的乘積定義為電路的視在功率，用S表示，即 S=UI 。單位用伏安（VA）作單位，1VA=1W。圖2-14 電壓、阻抗及功率三角形（a） 電壓三角形 （b） 阻抗三角形 （c） 功率三角形P、Q、S三者也構(gòu)成直角三角形，稱為功率三角形，如圖2-14（c）所示。 （4）功率因數(shù) 有功功率與電源視在功率的比值稱為功率因數(shù)，用cos表示。額定視在功率SN為電氣設(shè)備的容量，即 SN=UNINP=UNIN cos【想一想】當cos為多少時，P=S？此時，電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)？ 【例2-9】 已知一個線圈的參數(shù)為R=6和XL8，與XC2的電容器串聯(lián)后接在220V的正弦交流電源上。求：（1）電路中的電流I；（2）電流與電源電壓的相位差；（3）線圈上的電壓是多少？【解】 （略）【課堂互動】題中電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)？電路的P=？Q=？S=？cos=？采用什么方法能使該電路呈現(xiàn)出電阻性質(zhì)呢？二、串聯(lián)諧振1串聯(lián)諧振的條件從RLC電路的分析可知：當X=XLXC=0時，電路相當于“純電阻”電路，其總電壓U和總電流I同相，電路出現(xiàn)“諧振”。即：=0。 f0稱為串聯(lián)電路的諧振頻率。與什么有關(guān)？【課堂互動】某收音機的輸入調(diào)諧電路中L=260H，若要收聽頻率為828kHZ（該頻率就是串聯(lián)諧振頻率f0）的北京廣播電臺的新聞廣播，應(yīng)將調(diào)諧電容調(diào)整為多大？2串聯(lián)諧振的特征（1）電流與電壓同相位，電路呈電阻性。（2）電路的阻抗Z最小，Z=R，而電流I最大，即I=I0=U/R。（3）串聯(lián)諧振時 此時【課堂互動】對于含有一定電阻的感性負載和電容器的并聯(lián)電路，你能根據(jù)串聯(lián)諧振的推導過程，推導出并聯(lián)諧振的條件和諧振頻率嗎？試試看！作業(yè)：10題課題五 三相交流電源一、交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理1交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)2三相電動勢的產(chǎn)生三相繞組中產(chǎn)生的三相對稱電動勢的瞬時值分別表示為規(guī)定：三相電動勢的正方向是從繞組的末端首端。若某一時刻e的數(shù)值為負，則說明其方向是從首端末端。它們的波形圖及相量圖如圖2-16所示。圖2-16 三相對稱電動勢的波形圖和相量圖（a）波形圖 （b）相量圖【課堂互動】三相電動勢對稱的特征是什么？寫出三相電動勢的相量式？3相序通常把三相交流電到達正的最大值（或負最大）的先后次序稱為相序。例如上述的三相電動勢依次滯后120，其相序為UVW（順相序）；反之為逆相序。二、三相電源的連接星形（Y）連接和三角形（）連接。1星形連接的特點介紹圖2-17中星形連接的特點圖2-17 三相電源的星形連接（a）電源的星形連接電路 （b）三相四線制2三相四線制三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓：相電壓UP：