第1章 汽车大灯电路分析

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图1.2.3 电压、电流关联参考方向
1.3电阻的串联与并联
1.电阻的串联
• 如果电路中有两个或者两个以上的电阻依次顺序相联,并 且这些电阻中通过同一电流,这样的联结方法就成为电阻 的串联。 如图1.3.1(a)所示的是两个电阻的串联电路。
• 两个串联的电阻可以用一个等效电阻 代替,等效电阻等于
• 各个串联电阻之和,即 R R1 R2
第1章 汽车大灯电路分析
1.1 电路的作用和组成
1. 电路
• 电路是电流流通的闭合路径,是由某些 电气设备和元器件按一定方式组合后的总 称。诸如发电机、变压器、电动机、电池、 晶体管以及各种电阻器和电容器等。如图 1.1.1是扩音机电路示意图,图1.1.2是汽车 大灯控制电路。
图1.1.1 扩音机电路示意图
1.6 支路电流法
• 凡不能用电阻串并联化简的电路,一般称 为复杂电路。在计算复杂电路的各种方法 中,支路电流法是最基本的。它是应用基 尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和 回路列出方程,求出未知量。
• 一般地说,若一个电路有b条支路,n个节 点,可列n-1个独立的电流方程和b-(n-1)个 电压方程。
(a)
(b)
图1.5.4 基尔霍夫电压定律的推
• 注意:(1)基尔霍夫两个定律具有普遍性, 它们适用于由各种不同元件所构成的电路, 也适用于任一瞬时对任何变化的电流和电 压。
• (2)列方程时,不论是应用基尔霍夫定律 还是欧姆定律,首先都要在电路图上标出 电流、电压和电动势的参考方向;因为所 列方程中各项前的正负号是由它们的参考 方向决定的。
• 同理,对电路中两点之间的电压也可以指定参考方向ia或b 参 考极性。两点之间的电压参考方向可以用“+”、“—”极性 来表示,正极指向负极的方向就是电压的参考方向。如果 实际电位a点高于b点,两者的方向一致,则。当实际电位 b点高于a点,两者相反,则。有时为了图示方便,可用一 个箭头表示电压的参考方向。也可用双下标表示电压,如 表示a和b之间的电压参考方向由a指向b。
电源向外提供的功率为:P 0 。
3. 电源短路
• 在图1.3.1的电路中,当电源的两端由于某
种原因而直接连接在一起时,电源处于短 路状态。
• 电源短路时,电路中各个基本物理量的值:
• • •
电 电 电路源源中的向的端外电电提流 压 供为 为 的:: 功UI 率Is 为0RE0:
• 负载消耗的功率为: PE P R0I 2
• 对回路adba可列:E2 I 2 R2 I3R3 0

应用基尔霍夫电流定律和电压定律一共可以
列出 n 1 b (n 1) b 个独立方程,因此可以求出b个
支路电流。
• 用支路电流法求支路电路的步骤如下:
• (1)选定各支路电流和电压的参考方向并在电路 图上标示;
2.电阻的并联 • 如果有两个或更多个电阻联接在两个共同
端点之间,这样的联接方式称为电阻的并联。 各个并联的电阻上承受相同的电压。如图 1.3.2(a)是两个电阻并联的电路。
图3.1.2 (a)电阻的并联 (b)等效电阻

同电阻的串联一样,两个并联的电阻也可以
用一个等效电阻来代替。如图1.3.2(b)所示。
定功率分别用
表示。

使用时,电压、电流和功率的实际值不一定等 于它们的额定U值N,。I N和PN
2.电源开路
• 图1.3.1中,开关断开时,电源处于断开状 态,灯泡不亮,此时的电源处于开路(空 载)状态。 电源开路时,电路中各个基本物理量的值 为:
电路中电流为:I 0
• 电源端电压为:U E
并联电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之
和,即
1 1 1 R R1 R2
两个并联电阻上的电流分别为
I1
U1 R1
பைடு நூலகம்

U R1

IR R1

R2 R1 R2
I
I2
U2 R2

U R2

IR R2

R1 R1 R2
I
1.4电源的工作状态
• 电源的工作分有载工作、开路与短路三种状态。
1.电源有载工作
)(b) 图1.3.1 (a)电阻的串联 (b)等效电阻
• 假设流过两个电阻的电流为,两个串联电阻上 的电压为,则两个串联电阻上的电压分别为
U1

IR1

U R1 R2
R1
U2

IR2

U R1 R2
R2
可见,串联电阻上的电压分配与电阻成正比。当其中一个 电阻的阻值与其它电阻的阻值相比小很多时,它上面上分 配的电压与其它电阻相比也小得多,因此,这个电阻的分 压作用可以忽略。
• 如果 P 0 ,则表示元件发出功率,此元 件可以认为是电源。
(4)额定值与实际值
• 额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件
下正常运行而规定的正常允许值。如一个灯泡
上标的220V100W,这就是它的额定电压和额
定功率。电气设备或元件的额定值通常标在铭
牌上或写在说明上。额定电压、额定电流和额
• 图1.5.2 基尔霍夫定律的推广应 用
• 基尔霍夫电流定律不仅适用于电 路中的结点,也可以推广为电路 中的任一个假设的闭合面。例如 在三相电路中,电路如图1.5.2 所示,电路图中虚线框内是一个 闭合的面,利用基尔霍夫电流定 律,我们可知通过这个闭合面的 电流具有如下关系:,即:任一 瞬时,通过闭合面的电流的代数 和也为零。
图1.5.2 基尔霍夫定律的推广 应用
2. 基尔霍夫电压定律(KVL)
• 定律的内容:任一瞬时,从回路中任意一点出发,
沿顺时针方向或逆时针方向循行一周,则在这个
方向上的电位升和等于电位降之和。其数学表达
式为:
U升 U降
• 对于图1.5.1中的cadbc回路可列出 I2R2 E1 I1R1 E2
u ab
• 如果指定流过元件的电流的参考方向是标示的从 电压正极性的一端指向负极性的一端,即两者的 参考方向一致,把电压和电流的这种参考方向称 为关联参考方向,否则为非关联参考方向,如图 1.2.3。本书后面除特别说明均采用电压、电流关 联参考反向。
(a)关联参考方向 (b)关联参考方向 (c)非关联参考方向 (d)非关联参考方 向
• 基尔霍夫电压定律不仅应用于闭合回路,也可推 广应用与回路的部分电路,如图1.5.4。
• 根据基尔霍夫电压定律,对图1.5.4(a)可得:
•或
U AB U A U B
U U A UB U AB 0

对图1.5.4(b)可得:U E U RI 0
• 或 U E RI •

或将上式改写成 I2R2 E1 I1R1 E2 0

即 U 0

也就是说在任一瞬时,沿任一回路
循行方向(顺时针方向或逆时针方向),回路中
各段电压的代数和为0。(如果规定电位降取正号,
则电位升就取负号,反之也可。)
• 也就是说在任一瞬时,沿任一回路循行方向(顺 时针方向或逆时针方向),回路中各段电压的代 数和为0。(如果规定电位降取正号,则电位升就 取负号,反之也可。)
功率。
• 由此可见,在一个电路中,电源产生的功 率和负载取用的功率以及内阻上所消耗的
功率是平衡的。
(3)负载与电源的区别
• 分析电路是,判别电路元件是电源还是负 载,可以根据功率的正负来判别。
• 当电压和电流是关联参考方向时,P UI ; 当电压和电流是非关联参考方向时,P 。UI
• 如果 P 0 ,则表示元件吸收功率,此元 件可以认为是负载。
立方程。因此,对于有两个结点的电路,只能列出个独立
的电流方程。
• 因此对于有n个结点的电路,根据基尔霍夫电压定律只能 列出个独立的电流方程。
• 应用基尔霍夫电压定律列出其余个独立方程,通常取简单 的回路列出,如图1.6.1的电路,可以对回路acba和adba 列出方程。
• 对回路acba可列:E1 I1R1 I3R3 0
(2)功率平衡
• 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:P UI
• 由 得: U E R0I
UI EI R0 I 2
式中是 PE UI 电源产生的功率;P R0I 2 是电 源内阻上消耗的功率;P PE P是电源的输出
向。
参考方向
参考方向
a
b
a
b
实际方向
实际方向
(a) 参考方向与实际方向相同
(b)参考方向与实际方向相

1.2.1 电流的参考方向
• 若电流实际方向与参考方向相同,电流取正值;若电流实 际方向与参考方向相反,电流取负值。根据电流的参考方 向和电流量值的正负就可以确定电流的实际方向。电流的 参考方向一般用箭头表示,也可以用双下标表示,如 表 示参考方向是由a 到b。
图1.1.2 汽车大灯控制电路
• 一般电路由电源、中间环节和负载三基本部分组成。电源 是将其它形式能量转化为电能的装置,如发电机、干电池、 蓄电池等;负载是消耗电能的用电设备,如白炽灯、电炉、 电动机、电视机等;中间环节起传输、控制、分配、保护 等作用的装置,如导线、变压器、开关等。
• 电路的作用有两种,一种是实现电能的传输与转换例如图 1.1.3的电力系统,例如电力网络将电能从发电厂输送到各 个工厂、农村、学校和千家万户,供各种电气设备使用; 另一种实现电信号的传输、处理和存储,例如图1.1.1的扩 音机,通过话筒将声音转化成电信号,送入放大器进行放 大处理,再通过扬声器把放大的声音传递出来。
1.2 电流和电压参考方向

电压和电流的方向有实际方向和参考方向之分。
习惯上,规定正电荷的移动方向表示电流的实际方向。
在外电路,电流由正极流向负极;在内电路,电流由负极
流向正极。 但在分析较为复杂的直流通路时,往往难于
事先判断某支路中电流的实际方向;对交流讲,其方向随
时间而变,在电路图上无法用一个键标来表示它的实际方
在图1.4.1手电筒电路中,当开关闭合后,电源和负载之间形 成闭合路径,电源向负载提供能量,灯泡发光。这时电路的工 作状态称为有载工作状态。
图1.4.1 电源有载工作
(1)电压与电流
• 根据欧姆定律,电路中的电流为:I E

R0 R
• 负载两端的电压为:U RI E R0I
• 由上式可见,电源端电压小于电动势,两 者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降。 电流越大,电源端电压下降的越多。
图1.1.3 电力系统电路示意图
2. 电路模型
• 将实际元件理想化,即在一定条件下突 出其主要电磁性质,忽略其次要因素,近 似看作理想电路元件。由理想电路元件所 组成的电路就是实际电路的电路模型。如 图1.1.3即为手电筒的实际电路和电路模型。
(a)手电筒电路
(b)手电筒电路模型
图1.1.3 手电筒电路
数学表达式为:
• •
Ii
I1 I2 I3
为流入结点电流的代数和, I 0
为流出结点电流的代数和。
• 在图1.5.1所示的电路中,对节点a 可以写

Ii I0
• 即 I 0
就是在任一瞬时,一个结点上电流的代数和恒等于零。
如果规定参考方向流向结点的方向取正号,流出结点的
方向取负号。
• 下面以图1.6.1为例来说明支路电流法的应用。在该电路中, 有两个结点a和b,三条支路acba、adba和cdbc。电动势 和电流的参考方向如图所示。
• 根据基尔霍夫电压定律,对结点a可列 I1 I2 I3 0

对结点b可列 I3 I1 I2 0

分析结点和b结点列出的方程,可见两个方程是非独
P0
1.5 基尔霍夫定律
• 基尔霍夫定律包括两个定律,即基尔霍夫电流定律和基尔 霍夫电压定律。基尔霍夫电流定律应用于结点,电压定律 应用于回路。
• 为了便于理解基尔霍夫电流定律和电压定律,我们先介绍 几个名词。以一个复杂电路为例,具体电路如图1.5.1所示。
• (1) 支路:指电路中的任一个分支,每一条支路中至少 包含一个元件,一个支路中每个元件流过的电流是相同的。 图1.5.1中有3条支路,它们分别为acb、adb、ab。
• (2) 结点:电路中三条或三条以上支路的交点称为结点。 图1.5.1中有2个结点,分别为a、b。
• (3) 回路:由一条或多条支路所组成的闭合路径称为回 路。图1.5.1中有3条回路,它们分别为cabc、adba和 cadbc。
1.基尔霍夫电流定律
• 定律的内容:任一瞬时,流入某个结点的 电流之和等于流出该结点的电流之和。其
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