第1章電路分析基礎



1.1電路的基本物理量及參考方向

1.1.1電流及其參考方向

1.1.2電壓及其參考方向

1.1.3電動勢及其參考方向

1.1.4電位

1.1.5電功率

1.2電路的工作狀態

1.2.1有載工作狀態（通路）

1.2.2開路

1.2.3短路

1.3理件

1.3.1理件

1.3.2理件

1.4基爾霍夫定律

1.4.1基爾霍夫定律

1.4.2基爾霍夫第二定律

1.5電路的基本定律

1.5.1疊加原理

1.5.2戴維南定理

1.6電路的暫態分析

1.6.1暫態分析的基本概念與換路定律

1.6.2RC電路的暫態過程

1.7電路分析在汽車中的應用

1.7.1串聯電路的應用

1.7.2電橋電路的應用

1.7.3電容充、放電的應用

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第2章正弦交流電路


2.1正弦交流電的基本概念

2.1.1周期與頻率

2.1.2值與有效值

2.1.3相位與相位差

2.2正弦交流電的相量表示法

2.2.1相量圖表示法

2.2.2相量（復數）表示法

2.2.3基爾霍夫定律的相量形式

2.3單件的交流電路

2.3.1電阻電路

2.3.2電感電路

2.3.3電容電路

2.4RLC串聯的交流電路

2.4.1電壓與電流之間的關繫

2.4.2功率關繫

2.4.3功率因數

2.5阻抗的串聯與並聯

2.5.1阻抗的串聯

2.5.2阻抗的並聯

2.6正弦交流電路的分析方法

2.6.1相量解析法

2.6.2相量圖法

2.7正弦交流電路中的諧振

2.7.1串聯諧振

2.7.2並聯諧振

2.8三相交流電路

2.8.1三相交流電源

2.8.2負載星形聯接的三相電路

2.8.3負載三角形聯接的三相電路

2.8.4三相電路的功率

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第3章鐵芯線圈與變壓器


3.1磁路

3.1.1磁路的基本概念

3.1.2鐵磁材料的磁性能

3.1.3磁路的歐姆定律

3.2交流鐵芯線圈

3.2.1電壓、電流和磁通的關繫

3.2.2鐵芯線圈的能量損耗

3.2.3交流鐵芯線圈的應用——交流電磁鐵

3.3變壓器

3.3.1變壓器的基本結構

3.3.2變壓器的工作原理

3.3.3變壓器的外特性與額定值

3.3.4變壓器繞組的同極性端及其測定

3.4直流鐵芯線圈在汽車上的應用

3.4.1直流鐵芯線圈的電磁特點

3.4.2直流鐵芯線圈的應用

3.5變壓器在汽車上的應用

3.5.1點火線圈的結構與原理

3.5.2傳統點火繫統的組成和工作原理

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第4章汽車中的電機


4.1三相交流異步感應電動機

4.1.1三相異步電動機的基本結構

4.1.2三相異步電動機的工作原理

4.1.3三相異步電動機的機械特性與運行狀態

4.1.4三相異步電動機的使用

4.1.5三相異步電動機的銘牌和技術數據

4.2三相同步交流發電機

4.2.1交流發電機的構造

4.2.2交流發電機的工作原理

4.3直流電動機

4.3.1基本結構

4.3.2工作原理

4.3.3機械特性

4.3.4直流電動機的使用

4.4控制電機

4.4.1直流伺服電動機

4.4.2步進電機

4.5電動汽車中的電機驅動繫統

4.5.1交流電機驅動繫統的優點

4.5.2交流電機驅動繫統框圖

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第5章常用半導體器件


5.1PN結及其單向導電性

5.1.1本征半導體

5.1.2雜質半導體

5.1.3PN結的形成

5.1.4PN結的單向導電性

5.2半導體二極管

5.2.1半導體二極管的結構

5.2.2半導體二極管的伏安特性

5.2.3半導體二極管的主要參數

5.2.4半導體二極管的應用

5.3特殊二極管

5.3.1穩壓二極管

5.3.2發光二極管

5.3.3光敏二極管

5.4晶體管（雙極型三極管）

5.4.1晶體管的結構和分類

5.4.2晶體管的電流分配及放大作用

5.4.3晶體管的特性曲線和主要參數

5.5場效應晶體管（單極型三極管）

5.5.1N溝道增強型MOS管

5.5.2N溝道耗盡型MOS管

5.5.3MOS管的主要參數及使用注意事項

5.6半導體器件在汽車中的應用

5.6.1晶體管的兩種作用

5.6.2二極管的續流保護作用

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第6章基本放大電路


6.1基本交流放大電路的組成

6.1.1放大電路的基本概念

6.1.2基本交流放大電路的組成

6.2放大電路的圖解法

6.2.1放大電路的靜態分析

6.2.2用圖解法對放大電路進行動態分析

6.2.3非線性失真

6.3靜態工作點的穩定

6.3.1溫度對靜態工作點的影響

6.3.2分壓式偏置電路

6.4微變等效電路法

6.4.1晶體管的微變等效電路

6.4.2放大電路的微變等效電路

6.4.3放大器的性能分析

6.5共集電極放大電路

6.5.1共集電極放大電路的組成

6.5.2共集電極放大電路的分析

6.5.3共集電極放大電路的特點及應用

6.6阻容耦合多級放大電路與功率放大電路

6.6.1兩級阻容耦合放大電路

6.6.2功率放大電路

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第7章集成運算放大器


7.1直接耦合放大電路與差動放大電路

7.1.1直接耦合放大電路

7.1.2差動放大電路

7.2集成運算放大器簡介

7.2.1集成運算放大器的電路構成簡單介紹

7.2.2集成運算放大器的主要技術指標

7.2.3運算放大器的電壓傳輸特性

7.2.4運算放大器的理想化模型

7.3集成運算放大器在信號運算電路中的應用

7.4放大電路中的負反饋

7.4.1反饋的基本概念

7.4.2反饋的類型

7.4.3負反饋對放大器性能的影響

7.5集成運算放大器在信號處理與產生方面的應用

7.5.1有源濾波器

7.5.2電壓比較器

7.5.3正弦信號發生器

7.6運算放大器在汽車中的應用

7.6.1車燈斷線監測電路

7.6.2巡航控制的基本原理

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第8章數字電子電路


8.1數字電路概述

8.1.1數字電路和模擬電路

8.1.2數字信息編碼

8.2邏輯門電路

8.2.1基本邏輯關繫及其門電路

8.2.2集成門電路

8.2.3CMOS門電路

8.3邏輯代數的基本公式和定律

8.3.1邏輯代數的基本定律

8.3.2邏輯代數的三個重要規則

8.4組合邏輯電路的分析與設計

8.4.1組合邏輯電路的分析

8.4.2組合邏輯電路的設計

8.5常用組合邏輯電路器件

8.5.1編碼器和譯碼器

8.5.2數據分配器和選擇器

8.5.3運算器

8.6雙穩態觸發器

8.6.1基本RS觸發器

8.6.2鐘控雙穩態觸發器

8.7常用的時序邏輯電路器件

8.7.1寄存器

8.7.2計數器

8.8555定時器

8.8.1555定時器的基本結構及工作原理

8.8.2單穩態觸發器

8.8.3多諧振蕩器

8.8.4施密特觸發器

8.9模擬量和數字量的轉換

8.9.1數模轉換器

8.9.2模數轉換器

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題
第9章功率電子電路


9.1晶閘管

9.1.1基本構造

9.1.2工作原理

9.1.3伏安特性

9.1.4主要參數

9.1.5晶閘管觸發電路

9.1.6晶閘管的使用注意事項

9.2單相可控整流電路

9.2.1單相半波可控整流電路

9.2.2單相全控橋式整流電路

9.3晶閘管逆變電路

9.3.1有源逆變

9.3.2無源逆變

9.4直流斬波器的工作原理

9.5交流調壓電路

重點與難點答疑

練習題

自我測驗題

附錄

部分練習題答案

參考文獻

本書是吉林大學電工電子教學中心的同事們及省內兄弟院校的同行，在近幾年來的電工學課程教學改革實踐的基礎上，為搞好精品課建設且更加符合汽車類專業的技術需求而編寫的。
本書在滿足*高等院校電工學課程組頒布的非電類“電工學”課程的基本要求的同時，在內容結構和知識安排上都采用一些新穎的寫法，從而使本書具有如下特色。
1. 本書在教材體繫上雖然仍與通用的“電工電子技術”一致，但為了更符合汽車類專業的技術需求，采用了如下三種創新手段： ①在具體內容的表述或舉例上與汽車技術緊密結合。②在多章的後都新增加了一節“電工電子知識在汽車中的應用”。③獨闢一章，其題目為“汽車中的電機”，這不僅使本書具有密切結合汽車工業技術傳授電工電子技術的特點，也可使學習者更好地完成從理論學習到工程應用的轉換。同時填補了某些汽車類專業課程設置中從通用的“電工電子技術”跨越到汽車電控課的知識斷層。
2. 本書尤其針對遠程教育及自學考試等教育形式的特點，在內容結構上做了精心安排。在教材的每章前，都寫有“學習要求”，使學習者能夠充分了解學習中要掌握的主要知識要點，使學習目標明確，從而做到心中有數。而在每章之後都有重點與難點答疑、練習題和自我測驗題三個板塊。可使學習者對所學知識有一個深入的理解與提高，也更突出了學習者的主體性和主動性，進一步對學習效果有一個正確的評估，從而做到心中有數。
3. 隨著石油資源的不斷減少以及人們環保意識的提高，如何使汽車更節能或者開發電動汽車以及其他新能源汽車已不可避免地越來越受到人們的重視。而體現在這其中的汽車電工電子新技術內容的教材卻幾乎沒有。作者從今後汽車電工電子技術的發展方向上，把功率電子電路、電動汽車的驅動電機及驅動控制等新型汽車所需的電工電子知識編入其中。這在汽車類“電工電子技術”教材建設上可謂先行一步。
全書由王芳榮、王鼎擔任主編，王幼林、王麗華擔任副主編，陳宗穆擔任主審。其中擔任編寫工作的有： 王幼林（1，2章）、王芳榮（3，4，5，6，7章）、梁亮（8.1節，8.2節）、雷治林（8.3節）、王鼎（內容簡介，前言）、趙梅（8.4節）、王麗華（8.5節，8.6節，8.7節，8.8節，第8章重點與難點答疑和練習題）、王丹（9.1節，9.2節，9.3節）、吳麗波（9.4節,9.5節,第9章重點與難點答疑和練習題）、廖方圓（附錄）。
本書經湖南大學陳宗穆教授在百忙中抽出時間審閱，並提出了修改意見，在此表示衷心的感謝。
由於編者的學識水平有限，再加之時間上的原因，書中難免有不妥和疏漏之處，敬請讀者批評指正。
編者2009年8月

第1章

電路分析基礎







 學習要求：  
通過本章的學習，要求學習者應達到如下目標：
(1)  掌握電路中的基本物理量的概念、單位換算及其參考方向； 理解電路的三種工作狀態、特點及電器設備的額定值； 掌握理想無源件的物理性質與伏安特性； 理解電位的概念及計算。
(2)  掌握電阻串並聯的特點及分析計算； 掌握歐姆定律、基爾霍夫定律、疊加定理、戴維南定理，並會用它們進行分析計算。
(3)  理解電路的穩態和暫態及時間常數的意義； 了解暫態過程的分析方法。

1.1電路的基本物理量及參考方向
電路是為能夠實現某種需要，由若器件按一定方式相互聯接起來的組合。
電路一般由電源(信號源)、負載和中間環節三部分組成。
電源(信號源)是將其他形式的能量或信號轉換為電能或電信號的裝置，例如汽車上有兩個電源： 一是蓄電池，它將化學能轉換為電能； 二是發電機，它將發動機旋轉的機械能轉換為電能，傳感器將非電量信號轉換為電信號等。
負載是取用電能，將電能轉換為其他形式能量的裝置。例如電動機將電能轉換為機械能，揚聲器將音頻信號轉換為聲音等。
聯接電源與負載之間的中間環節是傳送、控制電能或電信號的部分，它包括聯接導線、控制電器件(開關、熔斷器)等。
電路的作用可分為兩類： 一類是實現能量的傳輸、分配和轉換，例如在汽車前照燈(俗稱大燈)電路中，電路將蓄電池或者發電機的電能送給負載前照燈，而前照燈將電能轉換為光能； 另一類是信號的傳遞與處理，例如在汽車發動機燃油噴射控制繫統的電路中，傳感器電路將反映發動機各種工況的非電量信號轉換為電信號送給控制器(ECU)，而控制器電路按照預先存儲的控制程序對輸入的電信號加以運算、判斷、處理，後輸出控制信號送給噴油器，從而精確地控制噴油量。
在研究、分析電路時，首先要熟悉電路中的一些基本物理量。
1.1.1電流及其參考方向
電荷在電場力作用下，作有規則的定向運動，形成電流。將單位時間內通過導體橫截面的電荷量定義為電流強度，用以衡量電流的大小。電流強度簡稱為電流，即


i=dqdt或I=Qt
(1.1)



電流的單位是安［培］(A)。當電流較小時也可用毫安(mA)或微安(μA)為單位，它們之間的換算關繫為


1A=103mA=106μA


分析電路時，除了要計算電流的大小外，同時還要確定它的方向。習慣上把正電荷運動的方向(或負電荷運動的相反方向)作為電流的方向，這種方向稱為電流的實際方向，簡稱電流的方向。
電流的實際方向，在簡單情況下是可以直接確定的。但在實際問題中，往往難以憑直觀判斷電流的實際方向。因此，為了解決這一困難，引入參考方向這個概念。
什麼是電流的參考方向呢？我們知道，任何一段電路中的電流隻有兩種可能的流向，若任意選某一方向作為電流的方向，在電路圖中用箭頭表示，並以這個方向列電路方程或表達式、分析計算，那麼這種人為規定的電流方向就稱為電流的參考方向。

在規定參考方向後，電流可以用一個代數量表示，即它不僅有數值，而且包含了正、負號。按參考方向分析電路得出的電流為正值(i>0)，表明電流的參考方向與實際方向相同。反之，若得出的電流為負值(i<0)，則表明電流的參考方向與實際方向相反。因此，隻有參考方向選定之後，電流之值纔有正負之分。

圖1.1電流參考方向與實際方向
如圖1.1所示，實線箭頭代表參考方向，虛線箭頭代表實際方向。
電流的參考方向標注方法有兩種： 一是在電路中，畫一個實線箭頭，並標出電流名稱； 二是用雙下標表示，如Iab表示從a點流向b點的電流。

1.1.2電壓及其參考方向
電場力把單位正電荷從a點移到b點所做的功，定義為a、b兩點間的電壓uab，即


uab=dwdq或Uab=WabQ(1.2)


電壓的單位可用伏［特］(V)、千伏(kV)、毫伏(mV)等來表示。
在分析與計算電路時，同電流一樣，電壓也要任意選定其參考方向。按照所選定的參考方向分析電路，得出的電壓為正值(u>0)，表明電壓的實際方向與參考方向一致；  反之，若得出的電壓為負值(u<0)，則表明電壓的實際方向與參考方向相反。
電路中表示電壓的參考方向的方法有三種，a、b兩點間電壓的參考方向一是用箭頭表示，二是用“ ”“－”符號表示，三是書寫時用帶雙下標的字母uab表示，如圖1.2所示。件或一段電路上的電壓參考方向和電流參考方向可以獨立地任意選定。若電壓和電流的參考方向相同，則把電壓和電流的這種參考方向稱為關聯參考方向，如圖1.3所示。


圖1.2電壓的參考方向




圖1.3電壓和電流關聯參考方向


1.1.3電動勢及其參考方向
電動勢在數值上等於非電場力把單位正電荷由負極經電源內部移到正極所做的功。顯然，電動勢的單位也是伏［特］(V)。
通常規定電動勢的實際方向是由電源的負極指向電源的正極。同電流和電壓一樣，在電路中所標出的電動勢的方向也是它的參考方向。
注意，電源的端電壓與電動勢之間的關繫如圖1.4所示。


圖1.4電源端電壓與電動勢

1.1.4電位
電路中某點電位等於該點與參考點(規定計算電位的起點參考點電位為零)之間的電壓。因此，電位計算的實質就是計算電壓。隻要選擇一個合適的路徑來計算電壓，就可以計算出電位。
在定義了電位的概念之後，電路中任意兩點間的電壓，則是這兩點間的電位差，即


Uab=Ua-Ub