1.1 認識直流電路

在電路中，電總是按照一定的路徑（電路）傳輸和運行。電按其性質不同分成了直流電和交流電，相應的電路分成了直流電路和交流電路，讓我們首先進入直流電路的世界。

1.1.1 電路的組成

在我們周圍存在著各種簡單或復雜的電路，它們的結構組成符合相同的規(guī)律和要求。讓我們來認識電路的組成，如圖1-1所示。將干電池、小燈珠、開關及電線等連接成電路，接通開關時，小燈珠發(fā)光。

問：小燈珠為什么發(fā)光？

答：小燈珠發(fā)光是由于電流通過燈絲時產生熱效應所致，可見在上述電路中已形成了完整的電流通路。

從圖1-1這個電路可以看出，電路的組成包括：

1）電源——供電的元器件。

2）用電器——利用電來工作的元器件。

3）開關——控制電路接通或斷開的元器件。

4）導線——連接元器件、傳輸電流的介質。

1.1.2 汽車電路的組成

汽車電路主要由電源、電路保護裝置、控制元器件、用電設備、導線等組成。

1. 電源

燃油汽車上裝有兩個電源，即蓄電池和發(fā)電機，其功能是向汽車各用電設備提供低壓直流電，使其在不同情況下都能投入正常工作。

2. 電路保護裝置

電路保護裝置主要有熔斷器、斷路器等，在電路中起保護作用，當電路中的電流超過規(guī)定值時切斷電路，防止燒壞導線和用電設備。

3. 控制元器件

控制元器件包括發(fā)動機控制單元、自動變速器控制單元和空調控制單元等。

4. 用電設備

用電設備包括起動機、空調設備、儀表、照明燈等。

5. 導線

導線的作用是將上述裝置連接起來構成電路，汽車上通常也用車體代替部分用電器與電源導線連接。

問：汽車上的導線還可以用連接器連接，那么什么是連接器呢？

答：連接器也叫接插件。國內也稱作接頭和插座，一般是指電器接插件。作用是連接兩個有源元器件，用以傳輸電流或信號。如圖1-2所示為汽車導線連接器。

汽車上比較粗的、流經電流比較大的導線稱為汽車電纜線，連接電纜線的端子稱為電纜端子，如圖1-3所示。

1.1.3 汽車電路的特點

汽車電路也符合上述電路的組成規(guī)律，其特點可歸納為以下幾點。

1. 低電壓

現代汽車電路電源的額定電壓有12V和24V兩種。汽油車常采用12V電源，柴油車常采用24V電源。

2. 直流

給汽車電路供電的發(fā)電機和蓄電池輸出的都是直流電，因此汽車電路是直流電路。

3. 單線連接

單線連接是指汽車上所有電器設備的正極均采用導線相互連接，所有的負極則直接或間接通過導線與車架或車身金屬部分連接（俗稱“搭鐵”）。任何一個電路中的電流都是從電源的正極出發(fā)經導線流入用電設備后，再由電氣設備自身或負極導線搭鐵，通過車架或車身流回電源負極而形成回路。

由于單線制導線用量少、線路清晰、接線方便，因此廣泛被現代汽車所采用。

4. 并聯連接

各用電設備均采用并聯。汽車上的兩個電源（蓄電池和發(fā)電機）之間以及所有用電設備之間，都是正極接正極，負極接負極，并聯連接。

5. 負極搭鐵

蓄電池的負極接車架或車身稱為負極搭鐵。蓄電池的正極接車架或車身稱為正極搭鐵。負極搭鐵對車架或車身金屬的化學腐蝕較輕，對無線電裝置干擾小。我國標準規(guī)定汽車電路統(tǒng)一采用負極搭鐵。

6. 設有保護裝置

為了防止因短路或搭鐵而燒壞線束，電路中一般設有保護裝置，如熔斷器、熔絲等。

7. 汽車線路有顏色和編號特征

為了區(qū)別各線路的連接，汽車所有低壓導線必須選用不同顏色的單色線或雙色線，并在每根導線上編號。編號由生產廠家統(tǒng)一編制。

1.1.4 電路的基本物理量

1. 電流

在物質內部有正、負兩種不同的電荷，電荷的定向移動形成電流。電流的大小用電流強度（符號為I或i，簡稱為電流）來表示，其定義為：單位時間內通過導體橫截面的電荷量，即

式中 I——電流（A）；

Q——電荷量（C）；

t——時間（s）。

通常用電流表或萬用表測量電流。在國際單位制中，電流的單位是安[培]（A），此外常用的還有毫安（mA）、微安（μA）等。它們的關系為

1A=103mA，1mA=103μA

習慣上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的正方向。通常根據電流（包括大小和方向）是否隨時間改變而將電流分成直流電流和交流電流。對于比較復雜的直流電路中的電流，往往不能事先確定電流的實際方向；對于交流電路中的電流，其方向是隨時間變化的，無法確定某一瞬間的電流方向。為分析方便，任意選擇一個方向作為電流的參考方向，用箭頭在電路圖中表示出來。如果電流的實際方向和所選的電流參考方向一致，則此電流為正值；電流參考方向與實際方向相反，則電流為負值。在進行電路分析與計算時，參考方向一旦選定，就不再更改，根據電流的參考方向及其數值的正負，可確定電流的實際方向。本書中的電路圖，如沒有特殊說明，所有的電流方向都是參考方向。

2. 電位及電壓

正如水路中各點在空間上都有一個水位高度一樣，電路中各點都有一個電位。水路中各點的水位高度計算都有一個起點，稱為參考點。例如，以海平面為起點的海拔高度其參考點就是海平面。同樣，電路中的電位也要有一個參考點，稱為零電位點。

如同水位高度相對于不同參考點有不同數值一樣，電位相對于不同的零電位點，其數值也不相同，可見電位和水位都具有相對性。

電位的符號是V，單位是伏[特]。零電位的選擇具有任意性，通常為了實際測量方便，習慣上以大地電位作為零電位點；設備外殼通常接地或者設備中元器件均與一個公共點相連，所以一般把設備外殼或電路中某一個公共點作為零電位點。

正如水位差帶來的水壓導致水流一樣，電壓是形成電流的必要條件之一，電路中提供電壓的器件是電源。

電壓的符號為U，在國際單位制中，電壓的單位是伏[特]（V），此外還有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

它們的關系為

1kV=103V，1V=103mV，1mV=103μV

在電路中a、b兩點間的電壓等于a、b兩點間的電位之差，即

它是導體兩端在電場中的相對位置（電位）之差。根據電路中電流是直流電流還是交流電流，電路兩端電壓分別為直流電壓和交流電壓。

電壓也是矢量，電壓的實際方向是從高電位指向低電位，是電位下降的方向。參考方向的規(guī)則同樣適用于電路中電壓的分析與計算。

3. 電功與電功率

在日常生活中，我們提水、推車及向上搬移重物都是在做功。電流在通過負載時，將電能轉變?yōu)榱硪环N能量（如光能、熱能、機械能等），這些能量的傳遞和轉換都是電流做功的表現。電流做功的過程就是將電能轉化成其他形式能的過程。因此，電功也稱電能。

如果加在導體兩端的電壓為U，根據電壓的定義式，將式（1-1）代入，可得電流所做的功的大小為

式中 W——電功（J）；

U——加在導體兩端的電壓（V）；

I——導體中的電流（A）；

t——通電時間（s）。

式（1-3）表明，電流在一段電路上所做的功，與這段電路兩端的電壓、電路中電流和通電時間成正比。

在國際單位制中，電功的單位是焦[耳]（J）。如果加在導體兩端的電壓為1V，導體中的電流為1A，在1s時間內的電功就是1J。

在實際使用中，電功常用千瓦時（俗稱為度）為單位，符號是kW·h。

1kW·h=3.6×106J

對于純電阻電路，歐姆定律成立，即

將式（1-4）代入到式（1-3）中得

電流在單位時間內所做的功叫作電功率，電功率是描述電流做功快慢的物理量。如果在時間t內，電流通過導體所做的功為W，那么電功率為

式中 P——電功率（W）；

W——電能（J）；

t——電流做功所用的時間（s）。

在國際單位制中，功率的單位是瓦[特]（W）。如果在1s時間內，電流通過導體所做的功為1J，電功率就是1W。電功率的常用單位還有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它們之間的關系為

1kW=103W，1W=103mW

如果電路圖上標識的電壓和電流的方向是參考方向，而且在同一元器件上U和I的參考方向一致時，即電流方向表示從高電位流向低電位，P>0表示該元器件吸收功率，具有負載特性；P<0表示該元器件發(fā)出功率，具有電源特性。