任务二 直流稳压电源的制作

五、 交流电路
（一）正弦交流电
大小和方向随时间改变的电压或电流统称交流电。 正弦交流电的电压、电流、电势等是正弦量，可以 用正弦函数表示。图2-23所示正弦交流电流可表示为：
i I m (sin t )
图2-23 正弦交流电
1.正弦交流电的三要素
正弦量可以由频率（或周期）、幅值（或有效值）和 初相位三个要素来确定。因此，最大值、频率、初相位称
1.基尔霍夫电流定律 在任一时刻，流入节 点的电流之和等于从该节 点流出电流之和,即
I出 I入
图2-20 基尔霍夫定律
2.基尔霍夫电压定律 沿任一回路绕行一周，回路中各电位升之和等于各电 位降之和，即
U升 U降
例2-3. 图2-20表示汽车上的发电机、蓄电池和负载相并联 的电路。图中 E 、 1表示发电机的电动势和内阻，2 、 2表示 E R R 蓄电池的电动势和内电阻，R3是车灯等用电器的电阻。 R R E R 若 E1 15V ， 2 12V ， 1 1 ，2 0.5 ， 3 10
个直流电流的数值定义为该周期电流的有效值。
正弦交流电的有效值与最大值的关系：
Um U 2
Im I 2
（3）初相位
当t=0 时的相位角即称为初相角或初相位
两个频率相同的正弦量的相位角之差或初相位之差， 称相位差。
i I m sin(t 2 )
u Um sin(t 1 )
1 1 1 1 ... R R1 R2 Rn
在电路分析中，常用到两电阻并联时的分流公式：
R2 I1 I R1 R2
R1 I2 I R1 R2
（三）平衡电桥
图2-18 惠斯通电桥电路
电桥平衡条件为相对桥臂的两个电阻值乘积相等，即
RX R3 R2 R4
（四）汽车中电阻电路的应用
2．电动势与电压的比较
电动势与电压是不同的两个概念，它们既有 区别又有联系： ①电动势—是指在电源内部，电源力将单位正电 荷由低电位移到高电位所做的功；而电压—是指 在电源之外，电场力将单位正电荷由高电位移到 低电位所做的功。 ②电动势的实际方向在电源内部从低电位点指向 高电位点，即电位升；而电压的实际方向在电源 之外从高电位点指向低电位点，即电位降。
RO R
电流的大小取决于负载 电阻的大小。 ②电源的端电压为
图2-15 电路的负载状态
U1 U S IRO
电源的端电压总是小于 电源电压。若忽略电源 内阻，则电源的端电压 等于电源电压。
（七）额定功率
电路元件在工作时都有一定的使用限度，其限额值 称为额定值。
三、电阻的等效变换
（一）电阻的串联
例2-4 如图2-21所示 ，已知：
U S1 18V U S 2 15V
R1 12
R2 10 R3 15
要求用叠加原理求个支路电流。
解:用叠加原理计算时，可把该电路看成是两个电源单独 作用的电路相叠加，如图2-21所示。 由图2-21（b）可求得
I1' U S1 R1 ( R2 // R3 ) 18 18 1A 10 15 12 6 12 10 15
任务二 直流稳压电源的制作
一、直流电路的组成与作用
电路一般由电源、负载以及中间环节等部分组成
图2-1手电筒电路
图2-2 简单电路
电路的作用 ：
（1）能量的传输和转换 （2）信号的传递和处理
图2-3 信号的传递
二、 电路及其基本物理量
（一）电流的大小及其参考方向
1．电流的大小与方向 电荷的定向运动形成电流，通常将正电 荷移动的方向规定为电流正方向。
图2-19 后窗除霜装置 1-蓄电池 2-点火开关 5-除霜器（电热丝） 3-熔丝 4-除霜器开关及指示灯
四、 电路的基本定律及分析方法
（一）基尔霍夫定律
概念： 1.支路：电路中通过同一电流的分支称为支路。
2.节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。 3.回路：电路中任何一个闭合的路径都称为回路。
（2）幅值与有效值 正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示。 m 瞬时值中最大的值称为幅值或最大值，用带下标的大写 字母表示。 有效值是从电流的热效应来规定的，若周期性电流在 一个周期内通过电阻R所产生的热量与另一个恒定的电 流通过相同的电阻R在相同的时间里产生的热量相等，
即这个直流电流和周期电流 的热效应是等效的，那么这
U S 12 60 A RO 0.2
由上计算可知，短路时电路中电流很大，容易烧 毁电源与设备。另外短路时强电流产生强大的电磁力 会造成机械上的损失，因而实际电路中必须设置短路 保 护装置，最常用的是用熔断器作保护电器。
3．负载状态
负载状态是一般的有载工作状态 ①当电源电压和内阻一 定时，电路中的电流 为 I U S ，电路中
2-21 叠加原理
在应用叠加定理时，应注意以下几点：
①在考虑某一电源单独作用时，要假设其它独立电源为 零值。电压源用短路替代，电动势为零；电流源开路， 电流为零。但是电源有内阻的则都应保留在原处。其它 元件的联结方式不变。 ②在考虑某一电源单独作用时，其参考方向应选择与原 电路中对应响应的参考方向相同，在叠加时用响应的代 数值代入。或以原电路中电压和电流的参考方向为准， 分电压和分电流的参考方向与其一致时取正号，不一致 时取负号。 ③叠加定理只能用于计算线性电路的电压和电流，而不 能计算功率等与电压或电流之间不是线性关系的参数。 ④受控源不属于独立电源，必须全部保留在各自的支路 中。
图2-13 电路的短路状态
例2-2 图2-14所示为某汽车行李箱灯电路简图，蓄电池电 压U S 12V，内阻 RO 0.2,三个灯泡均为12V、 6W,试求: （1)空载电压； （2)短路电流。来自图2-14 例2-2电路图
解：（1）电路空载时 UOC U S 12V ； （2）电路短路时 I S
1．空载状态
空载状态又称断路或开路状态如图2-12所示，它是电路中开 关断开或联接导线折断引起的一种极端运行状态 ①电路中的电流为零。
I 0
图2-12 电路的空载状态
②电源的端电压等于 电源电压。 ③因为电源对外不输 出电流，电源的输出 功率和负载所消耗的 功率均为零。
2．短路状态
由于电源线绝缘损坏、操作不当等引起电源的两输 出端相接触，造成电源被直接短路的情况，是电路的另 一种极端运行状态。 当电源直接短路时，外 电路所呈现的电阻可近 似为零，电路具有下列 特征： ①电源中的电流最大， 输出电流为零。 ②电源和负载的端电压 均为零。
（a）
（b）
图2-6 电流的参考方向与实际方向
（二）电压的大小及其参考方向
1．定义
单位正电荷在电场力作用下，由a运动到b电场力所做 的功，称为电路中a到b间的电压，即
u ab
dwab dq
图2-7 电压与电动势
2．电压的参考方向
两点之间电压的实际方向是由高电位点指向低电位点
图2-8 电压的参考方向与实际方向
I 2 I I 0.9 0.6 0.3 A
' 2 '' 2
I 3 I I 0.4 0.4 0.8 A
' 3 '' 3
（三）电路中电位的分析计算
为了求得电路中各点的电位值，必须在电路中选择 一个参考点，称为“接地”，用符号⊥表示。 例2-5 求图2-22所示电路中各点的电位:Ua、Ub、Uc、Ud 。 （分别选a、b为参考点）
dq i dt
电流的大小和方向都不随时间而变化，即称之为 恒定电流，简称直流 ：
Q I t
电流大小和方向都随时间变化，称为变动电 流，变动电流用小写字母表示
a 直流电
b 交流电
图2-5 电流波形
2．电流的参考方向
当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（＞0） 当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（＜0）
R3 15 ' I I1 1 0.6 A R2 R3 10 15
' 2
R2 10 ' I I1 1 0.4 A R2 R3 10 15
' 3
由图2-21（c）可求得
US 2 15 I 0.9 A 12 15 ( R1 // R3 ) R2 10 12 15
（五）电能和电功率
电场力所做的功即元件消耗（或吸收）的电能为
W UQ UIt
单位时间内消耗的电能称为电功率（简称功率）， 直流电路中用字母表示，即
W P UI t
例1－1 计算图2-11所示电路的功率，并说明 电路是输出还是消耗功率。
图2-11 例1-1
P 解:图(a)电路为关联方向， UI (2 6)W 12W ＞0 电路消耗功率。
对一个电路，若元件电流与电压选择的参考方向相同，则
称这个参考方向为关联参考方向，否则为非关联方向。
图2-9 电压和电流的关联参考方向
（三）电位
在电路中任选参考点，则电路中某点到参考点的电压 就称为点的电位。
Va Vao
图2-10 电压与电位分析
（四）电动势
1．电动势大小与方向
电动势在数值上等 于电源力将单位正 电荷由低电位（a 点）移到高电位 （b点）所做的功。 电动势的方向规定 为在电源内部由负 极板指向正极板， 即从低电位点指向 高电位点。
'' 2
R3 15 '' I I2 0.9 0.5 A R1 R3 12 15
'' 1
R1 12 '' I I2 0.9 0.4 A R1 R3 12 15
'' 3