直流電路淺解 幻燈片

1、直流電路基礎知識淺解 項目一 直流電路基礎知識 知識目標： 了解電流、電壓、基本概念，掌握其單位及單位的換算； 了解電阻的概念和電阻與溫度的關系； 掌握歐姆定律，熟練應用歐姆定律進行計算； 理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電 功率的計算。 技能目標： 會使用直流電壓表、電流表 會用萬用表測量直流電壓、直流電流和電阻。 任務一任務一 電路電路 1.1 電路的組成電路的組成 電路是由電源、導線、開關和負載四大部分組成。下圖是 直流電動機控制回路，通過開關（開或關），閉合狀態(tài)下 才能正常工作 電能轉化成其他形式的能（機械能，光能， 熱能） （1）電源）電源 電源是電路的源泉/能量源，

2、它為電路提供電 能。 （2）導線）導線 導線構成電路的通路。傳遞電作用。 （3）開關）開關 開關是控制電路通、斷的電器（設備）， （4）負載）負載 負載是消耗電能的設備。如電燈、風扇、 1.2 電路的物理量電路的物理量 1.2.1 電流電流 1.電流的形成。電流的形成。電流就是電子在電流就是電子在電場力電場力作用下有作用下有 規(guī)則的規(guī)則的定向運動定向運動。（可以理解為河道中的流水向（可以理解為河道中的流水向 一定方向移動）一定方向移動） 2.電流強度電流強度 單位時間單位時間內通過導體截面電荷量的多少稱為電流內通過導體截面電荷量的多少稱為電流 強度強度。它是表征它是表征電流大小電流大小的物理量

3、的物理量。（可以理解（可以理解 為流水速度的快慢為流水速度的快慢 流速）流速） 電流強度的單位為電流強度的單位為安培安培，簡稱安，符號為，簡稱安，符號為A。 圖圖1-6電流的形成電流的形成 （a）未通電狀態(tài)（）未通電狀態(tài)（b）通電狀態(tài)）通電狀態(tài) 設在t時間內，流過截面S的電荷量為Q，則電流強度 為 （瞬時） 如果電流的大小和方向都不隨時間的變化而變化，則稱為 穩(wěn)恒直流電，簡稱直流電。其數學表達式為 t Q I t Q i 1.2.2 電壓、電位、電動勢電壓、電位、電動勢 1電壓電壓（負載二端有電流的前提條件是二端存在電壓負載二端有電流的前提條件是二端存在電壓） 下圖是水的循環(huán)流動示意圖。我們以

4、水的循環(huán)流動來說明 電流在電路中的流動原理。 流和水流有著相似的規(guī)律，如圖1-10所示，要想形成圖中 電流，必須在白熾燈兩端存在電位差（類似水槽的水位 差）。 A、B極板之間的電位差稱為極板之間的電位差稱為A、B兩點之間的電壓兩點之間的電壓UAB。 電壓的正方向規(guī)定為：由高電位指向低電位，即從電源的 正極指向負極。電壓的方向用“”、“-”號來表示。 電壓的單位是伏特，簡稱伏，符號為V。 圖圖1-9水流方向水流方向圖圖1-10電動勢、電壓說明圖電動勢、電壓說明圖 1.2.3 電流、電壓的測量電流、電壓的測量 1電流的測量電流的測量 測量時將表的兩個接線端串聯(lián)在電路中（千萬不可并聯(lián)在 電路上），表

5、的“”端為電流的流入端；表的“”端為電 流的流出端。根據表針所指示的刻度，讀出電流的大小。 2電壓的測量電壓的測量 測量時將表的兩個接線端并聯(lián)在被測電壓的兩端 ，測量時 表的“+”接線端接被測電壓的正極，“-”接線端接被測電壓 的負極。根據表針所指示的刻度，讀出電壓的大小。 1.3 電阻電阻 1.3.1導體的電阻 1.導體電阻的概念 圖1-14所示是電子在導體中流動示意圖。圖1-14a和圖1-14 b是不同的兩種導體材料，材料內的原子結構不同，導體 對電子流動呈現出的“阻力”不同；圖1-14c是同一種導體材 料，由于材料的截面積不同，導體對電子流動呈現出的 “阻力”不同。導體對電流的阻礙作用稱

6、為導體的電阻，用 符號“R”來表示，其基本單位為歐姆（）。較大的單位有 k和M。（類似河道中的石頭對水流流動有阻礙作用） 其換算關系為1M=1000k、1 k=1000 圖圖1-14 電子在導體中流動示意圖電子在導體中流動示意圖 a)導體中導體中“障礙物障礙物”少少b)導體中導體中“障礙物障礙物”多多 c）導體截面積不同電子所受阻力不同）導體截面積不同電子所受阻力不同 2 2. .導體的電阻率與溫度系數導體的電阻率與溫度系數 1）電阻定律 導體電阻的大小導體電阻的大小與導體的電阻率和導體長度成正比，與導 體的橫截面S成反比，用公式表示為 電阻是耗能元件電阻是耗能元件，它將電能不可逆地轉換為熱能

7、。它將電能不可逆地轉換為熱能。 S l R 電阻的標稱阻值的標注方法電阻的標稱阻值的標注方法 1.1.直標法直標法 主要參數直接標注在電阻器的外殼上。主要參數直接標注在電阻器的外殼上。 表示電阻器的商標表示電阻器的商標； RJ“RJ“R”R”代表電阻器代表電阻器，“J”J”表示電阻器由金屬材表示電阻器由金屬材 料制作而成料制作而成； 1W1W表示電阻器的額定功率為表示電阻器的額定功率為1W1W； 5.1k5.1k表示電阻器的的電阻值為表示電阻器的的電阻值為5.1k5.1k； 5%5%電阻值的允許偏差值為電阻值的允許偏差值為5%5%。 電阻的標稱阻值的標注方法電阻的標稱阻值的標注方法 2.2.數

8、碼法數碼法 用用3 3或或4 4位阿拉伯數字來標注電阻的阻值位阿拉伯數字來標注電阻的阻值 472472表示：表示： 104104表示：表示： K7 . 41047 2 K1001010 4 45014501表示：表示： 11231123表示：表示： 4.5k10450 1 112k10112 3 電阻的標稱阻值的標注方法電阻的標稱阻值的標注方法 3.3.色標法色標法 用不同顏色的色環(huán)或色點表示電阻的阻用不同顏色的色環(huán)或色點表示電阻的阻 值和允許誤差值和允許誤差。 （重點重點） 使用最多的標注方法使用最多的標注方法 電阻的標稱阻值的標注方法電阻的標稱阻值的標注方法 案例：色環(huán)電阻的識別案例：色環(huán)

9、電阻的識別 例：識別某四環(huán)電阻電阻：例：識別某四環(huán)電阻電阻： （棕綠紅金）（棕綠紅金） 解解 ：第一位有效數字：第一位有效數字：3； 第二位有效數字：第二位有效數字：3 3； 第三位第三位1010的的5 5次方（即次方（即100000100000）；）； 第四位允許誤差為第四位允許誤差為 5%5% 即阻值為：即阻值為：3333100000=3.3100000=3.3106=3.3M=3.3M 敏感電阻器實物 壓敏電阻壓敏電阻 光敏電阻光敏電阻 正溫度熱敏正溫度熱敏 電阻電阻PTCPTC 汽敏電阻汽敏電阻 負溫度熱敏負溫度熱敏 電阻電阻NTCNTC 濕敏電阻濕敏電阻 1.3.2 電阻的測量電阻的

10、測量 測量電阻用歐姆表。圖1-17是用指針式萬用表的歐姆擋測 量電阻，測量前先將萬用表的旋轉開關旋到電阻擋，然后 將兩表筆短路校零（兩表筆短路的同時旋轉表盤上的校零 可調電阻，使表針指到右邊零刻度）。測量時兩表筆搭在 被測電阻的兩端，表針指示的刻度既是被測電阻的阻值。 如果被測電阻連接在電路中，測量時必須將電阻與電路斷 開，更不允許電路帶電測量。 圖圖1-16 電阻元件的電路符號電阻元件的電路符號 圖圖1-17電阻的測量電阻的測量 1.4 1.4 歐姆定律歐姆定律 電阻電路的歐姆定律可表述為： 流經電阻的電流與加在電阻兩端流經電阻的電流與加在電阻兩端 的電壓成正比，與電阻的阻值成的電壓成正比，

11、與電阻的阻值成 反比反比，其表達式為 1.4.11.4.1電阻電路歐姆定律電阻電路歐姆定律 一段只含有電阻、而不含有電源 的電路，稱為電阻電路，如圖 R U I IRU 歐姆定律只適應于線性電阻電路，即當電壓和電流變化時， 電阻的阻值不變。圖1-20a是線性電阻的伏安特性曲線。 某些電阻元件，如半導體二極管的正向電阻、白熾燈的燈 絲電阻，它們不遵循歐姆定律，伏安特性曲線是一條曲線， 這種電阻稱為非線性電阻，它的阻值隨工作電壓的變化而 變化，如圖1-20b所示。 a）線性電阻的伏安特性）線性電阻的伏安特性 b）非線性電阻的伏安特性）非線性電阻的伏安特性 圖圖 1-20 電阻的伏安特性曲線電阻的伏

12、安特性曲線 案例案例1 電烙鐵發(fā)熱量不足電烙鐵發(fā)熱量不足 2.電路參數發(fā)生了變化，使電路工作不正常電路參數發(fā)生了變化，使電路工作不正常 案例現象案例現象 某電氣維修工使用的一把電烙鐵發(fā)熱量不足，不知是什么某電氣維修工使用的一把電烙鐵發(fā)熱量不足，不知是什么 原因原因。電烙鐵的正常工作參數為：。電烙鐵的正常工作參數為：電壓電壓220V，電流，電流90mA。 圖圖1-25 電烙鐵電烙鐵 a) 電烙鐵外形電烙鐵外形 b)等效電路等效電路 案例分析 電烙鐵的發(fā)熱體就是一個線繞電阻，如圖1-25b所 示。發(fā)熱量不足一是外加電壓低于220V，二是電 烙鐵的工作電流小于正常值。 用電壓表測量220V電源電壓，

13、為正常值；用電阻 表（萬用表的歐姆檔）測量電烙鐵的發(fā)熱體電阻， 阻值為3.1k。 根據歐姆公式，計算電烙鐵的實際電流為 I=U/R=220/3.1k=71mA 由于71mA40W，白熾燈處于較強的過載狀態(tài)，雖然發(fā) 光亮度增加，但白熾燈的壽命大大下降。 案例總結案例總結 一切電器，工作在額定狀態(tài)是最佳狀態(tài)，我們要盡量使電 氣設備工作在額定狀態(tài)。在購買電器設備時，要認真核實 設備的使用條件，一是要和電源相符；二是要和電器驅動 的設備相匹配。 W R U P1 .33 1209 2002 2 22 240 47.64 1209 U P R W 任務二任務二 直流電路分析直流電路分析 2.1 電阻的串

14、并聯(lián)電阻的串并聯(lián) 2.1.1 電阻的串聯(lián)電阻的串聯(lián) 將兩個或兩個以上的電阻首尾依次相接，這種連接方式 稱為串聯(lián)，如圖2-2所示。 電阻串聯(lián)電路的特點電阻串聯(lián)電路的特點 （1）串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和 總電阻的 表達式為 圖圖2-2 電阻的串聯(lián)電阻的串聯(lián) 321 RRRR （2）各電阻中通過的是同一電流 根據歐姆定律，串聯(lián)電 路的電流為 （3） 串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻上的分電壓之和 總電壓的表達式為 （4）串聯(lián)電路具有分壓作用 串聯(lián)電路各電阻上的電壓 與電阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的電壓也越大， 各電阻上分得的電壓為 321 RRR U I 321321 IRIRIRUU

15、UU U R R U 1 1 U R R U 2 2 U R R U 3 3 根據串聯(lián)電路總電阻等于分電阻之和，有 R = RO + RX k RX = R - RO =100 k- 1k=99 k 在表頭上串聯(lián)一個99k的電阻，即可將表頭改裝 為一只10V量程的電壓表。 （PACK基本原理） 0 10 100 0.1 U R I 案例案例3 利用電阻串聯(lián)降壓限流 案例敘述案例敘述：圖2-6是電阻串聯(lián)電路，分析其工作原理。 案例分析案例分析：圖2-6a是指示燈電路(指示燈可等效為一個電 阻)，為了限制指示燈中電流，根據串聯(lián)分壓原理，通過 串聯(lián)電阻分壓，使加在指示燈上的電壓U2為合適值，使指 示

16、燈正常發(fā)光。圖2-6b降壓原理和圖2-6a相同，發(fā)光二極 管也可以看作為一個電阻。該電路是電子設備上廣泛使用 的一種指示電路。 圖2-6c是電阻串聯(lián)在高壓電路中的一種應用。電路總電壓 為310V，為了提高電路的工作可靠性，降低加在電阻上的 電壓值，采用了4個相同阻值的電阻相串聯(lián)，每個電阻上 分得的電壓為310V/4=77.5V。 圖2-6 電阻串聯(lián)電路 a)電阻與指示燈串聯(lián)采用在一條支路中多個 電阻串聯(lián)來均分功率、均分電壓，以此來提均分功率、均分電壓，以此來提 高電路的工作可靠性、方便電路的安裝高電路的工作可靠性、方便電路的安裝，是 電工和電子電路經常采用的方法。 b)電阻與發(fā)光二極管串聯(lián) c

17、)電阻在高壓電 路中串聯(lián) 2.1.2 電阻的并聯(lián)和混聯(lián)電阻的并聯(lián)和混聯(lián) 將兩個或兩個以上的電阻首、尾分別接在一起，使電流有 多條通路，這種連接方式稱為并聯(lián)，如圖2-7所示。 1電阻并聯(lián)電路的特點 （1）各并聯(lián)電阻兩端的電壓相等 ； （2）并聯(lián)電路的總電流等于各電阻中電流之和，即 (2-5) （3）并聯(lián)電路的總電阻的倒數等于各并聯(lián)電阻倒數之和， 即 圖圖2-7電阻的并聯(lián)電阻的并聯(lián) 321 IIII 321 1111 RRRR （4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電 流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻 值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯(lián)時，其分流 公式為 ， （5

18、）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比 并 聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大， 消耗的功率越小?？偣β实扔诟鞑⒙?lián)電阻功率之和，其數 學表達式為 P = P1 + P2 + P3 I R R I 1 1 I R R I 2 2 （4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電 流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻 值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯(lián)時，其分流 公式為 ， （5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比 并 聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大， 消耗的功率越小。總功率等于各并聯(lián)電阻功率之和，其數 學表達式為 P = P1

19、+ P2 + P3 I R R I 1 1 I R R I 2 2 2. 電阻的混聯(lián)電阻的混聯(lián) 在一個電路中，既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)，稱為混聯(lián)電 路。圖2-9就是一個電阻混聯(lián)電路。在計算混聯(lián)電路時， 將電路中串聯(lián)或并聯(lián)的電阻按串聯(lián)或并聯(lián)的計算方法一步 步進行化簡，最后求出整個電路的等效電阻值。 圖圖2-9 電阻的混聯(lián)電路電阻的混聯(lián)電路 【例2-1】混聯(lián)電路如圖2-10所示，已知，V，試求電路 的總電阻R和總電流I。 解： 1055 32 串 RRR 5 1010 1010 4 4 串 串 并 RR RR R 1055 1 并總 RRR A R U I10 10 100 總 圖圖2-10 例例

20、2-1圖圖 案例案例1 工作在電網上的負載都為并聯(lián) 3活學活用活學活用 案例敘述案例敘述：工作在電網上的各種負載都為并聯(lián)工作，為什 么？ 案例分析案例分析：圖2-11是電網中的一條火線和一條零線，火線 和零線之間的電壓為220V。在火線和零線上并聯(lián)著各種用 電負載。圖2-12是計算機、掃描儀、打印機并聯(lián)在一起的 情況。 圖圖2-11 并聯(lián)負載并聯(lián)負載 根據并聯(lián)電路各電阻上（各負載）所加電壓相同的特點， 在電力供電系統(tǒng)中，采用負載并聯(lián)的運行方式。供電系統(tǒng) 為用電器提供一個相同的額定電壓，各種負載都要按照這 個額定電壓設計電路。例如我國民用市電的額定電壓為22 0V，各種用電器的額定電壓也都是22

21、0V，只要買了按照我 國標準電壓生產的電器，在我們國內都能用。我們可以想 象一下：如果我們國家的低壓（指220V）標準有多種，電 器的電壓標準也有多種，使用起來是何等的麻煩。 圖圖2-12三個負載并聯(lián)三個負載并聯(lián) 案例案例2 電阻保護并聯(lián) 案例敘述案例敘述：在高壓電網和高壓電路中，為了防雷，裝有避 雷器；在低壓電路中，為了防止電路過壓，安裝壓敏電阻， 避雷器和壓敏電阻是怎樣對電路進行保護的？ a) b) c) d) 圖圖2-15 電阻保護并聯(lián)電阻保護并聯(lián) 案例分析案例分析：電網防雷保護原理是根據電阻和電網并聯(lián)，電 網和電阻上加的是同一電壓，當雷電超過了電網的工作電 壓（避雷器的導通電壓），避雷

22、器導通，將雷電流通過避 雷器旁路，保護了電網不會超壓而損壞。避雷器實際上是 一個壓敏電阻，導通電壓值高于電網的正常工作電壓，又 低于電網的損壞電壓值。當避雷器導通后，雷電低于了一 定值，避雷器又自動關閉，不影響電網的正常工作。 電路中并聯(lián)壓敏電阻的保護原理為：壓敏電阻上所加電壓 低于導通電壓時，其阻值很大，相當于開路，當高于導通 電壓，電阻很小，相當于短路。在電路中主要是進行過壓 保護，一但過壓，壓敏電阻短路，將電路的保護熔斷器熔 斷，切斷電源，保護了負載不被燒毀。圖2-15c是壓敏電阻 在電路中的連接圖，圖2-15d是壓敏電阻外形。 2.3 電壓源和電流源及其應用電壓源和電流源及其應用 2.

23、3.1電壓源電壓源 電壓源表示方法，由內阻R0和電動勢E相串聯(lián)。電壓源的 符號如圖2-25a所示。當電壓源的內阻為零時，稱為理想理想 電壓源或恒壓源電壓源或恒壓源，其電路符號如圖2-25b所示。 圖圖2-25 電壓源符號電壓源符號 當將電壓源與負載電阻相連時（如圖2-26a所示），由于 電流通過電壓源內阻時產生了電壓降，使電壓源的端電壓 比電源的電動勢要小,即 （2-13） 圖圖2-26電壓源供電電路電壓源供電電路 0 IREU S 2.3.2電流源電流源 用一恒定電流與一內阻相并聯(lián)來表示的電源稱為電流源用一恒定電流與一內阻相并聯(lián)來表示的電源稱為電流源。 其符號如圖2-27a所示。電流源的內阻

24、越大，在上的分流 越小，輸出電流越接近。當內阻為無窮大時（不存在）， 稱為理想電流源或恒流源稱為理想電流源或恒流源，其輸出電流與端電壓無關， 理想電流源的符號如圖2-27b所示。 圖2-27電流源 在實際電源中，當電源的內阻時，在上的分流可以忽略， 即可將其視為理想電流源。實際電源中，光電池、串激直 流發(fā)電機以及晶體管等的輸出特性，都比較接近恒流源。 如果將電流源接入負載電阻，如圖2-28a所示，則電路中 的電流為 其UI特性曲線如圖2-28b所示，負載中的電流越小，輸出 電壓越高。 S S R U II 圖圖2-28 電流源與輸出特性電流源與輸出特性 案例案例1 電源短路的危害 2.3.3

25、活學活用活學活用 案例敘述：案例敘述：電源在工作中或因事故造成短路會有什么危害？ 案例分析：案例分析：我們在工作中，接觸到的大部分電源是恒壓性 質的電源，因為電源的內阻很小，一但短路，將會引起很 大的災害。圖2-29a是電源短路的情況，由電路參數可知， 短路電流可達 I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(歐姆定律) 每條導線上的短路功率和電源上的短路功率為 P=UI=I2R=14720.5W=10.8kW（電阻電路的電功率） 10.8kW的短路功率可引起導線嚴重發(fā)熱，點燃絕緣層引起 火災，造成財產的嚴重損失和人員傷亡。 對于電氣設備上的小功率電源，因為負載短路，可將電源 燒毀。造成設備不能正常工作。所以，不管是大功率電源 還是小功率電源，都不能短路。 圖