1.1 认识直流电路

在电路中，电总是按照一定的路径（电路）传输和运行。电按其性质不同分成了直流电和交流电，相应的电路分成了直流电路和交流电路，让我们首先进入直流电路的世界。

1.1.1 电路的组成

在我们周围存在着各种简单或复杂的电路，它们的结构组成符合相同的规律和要求。让我们来认识电路的组成，如图1-1所示。将干电池、小灯珠、开关及电线等连接成电路，接通开关时，小灯珠发光。

问：小灯珠为什么发光？

答：小灯珠发光是由于电流通过灯丝时产生热效应所致，可见在上述电路中已形成了完整的电流通路。

从图1-1这个电路可以看出，电路的组成包括：

1）电源——供电的元器件。

2）用电器——利用电来工作的元器件。

3）开关——控制电路接通或断开的元器件。

4）导线——连接元器件、传输电流的介质。

1.1.2 汽车电路的组成

汽车电路主要由电源、电路保护装置、控制元器件、用电设备、导线等组成。

1. 电源

燃油汽车上装有两个电源，即蓄电池和发电机，其功能是向汽车各用电设备提供低压直流电，使其在不同情况下都能投入正常工作。

2. 电路保护装置

电路保护装置主要有熔断器、断路器等，在电路中起保护作用，当电路中的电流超过规定值时切断电路，防止烧坏导线和用电设备。

3. 控制元器件

控制元器件包括发动机控制单元、自动变速器控制单元和空调控制单元等。

4. 用电设备

用电设备包括起动机、空调设备、仪表、照明灯等。

5. 导线

导线的作用是将上述装置连接起来构成电路，汽车上通常也用车体代替部分用电器与电源导线连接。

问：汽车上的导线还可以用连接器连接，那么什么是连接器呢？

答：连接器也叫接插件。国内也称作接头和插座，一般是指电器接插件。作用是连接两个有源元器件，用以传输电流或信号。如图1-2所示为汽车导线连接器。

汽车上比较粗的、流经电流比较大的导线称为汽车电缆线，连接电缆线的端子称为电缆端子，如图1-3所示。

1.1.3 汽车电路的特点

汽车电路也符合上述电路的组成规律，其特点可归纳为以下几点。

1. 低电压

现代汽车电路电源的额定电压有12V和24V两种。汽油车常采用12V电源，柴油车常采用24V电源。

2. 直流

给汽车电路供电的发电机和蓄电池输出的都是直流电，因此汽车电路是直流电路。

3. 单线连接

单线连接是指汽车上所有电器设备的正极均采用导线相互连接，所有的负极则直接或间接通过导线与车架或车身金属部分连接（俗称“搭铁”）。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，再由电气设备自身或负极导线搭铁，通过车架或车身流回电源负极而形成回路。

由于单线制导线用量少、线路清晰、接线方便，因此广泛被现代汽车所采用。

4. 并联连接

各用电设备均采用并联。汽车上的两个电源（蓄电池和发电机）之间以及所有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接。

5. 负极搭铁

蓄电池的负极接车架或车身称为负极搭铁。蓄电池的正极接车架或车身称为正极搭铁。负极搭铁对车架或车身金属的化学腐蚀较轻，对无线电装置干扰小。我国标准规定汽车电路统一采用负极搭铁。

6. 设有保护装置

为了防止因短路或搭铁而烧坏线束，电路中一般设有保护装置，如熔断器、熔丝等。

7. 汽车线路有颜色和编号特征

为了区别各线路的连接，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色线或双色线，并在每根导线上编号。编号由生产厂家统一编制。

1.1.4 电路的基本物理量

1. 电流

在物质内部有正、负两种不同的电荷，电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度（符号为I或i，简称为电流）来表示，其定义为：单位时间内通过导体横截面的电荷量，即

式中 I——电流（A）；

Q——电荷量（C）；

t——时间（s）。

通常用电流表或万用表测量电流。在国际单位制中，电流的单位是安[培]（A），此外常用的还有毫安（mA）、微安（μA）等。它们的关系为

1A=103mA，1mA=103μA

习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的正方向。通常根据电流（包括大小和方向）是否随时间改变而将电流分成直流电流和交流电流。对于比较复杂的直流电路中的电流，往往不能事先确定电流的实际方向；对于交流电路中的电流，其方向是随时间变化的，无法确定某一瞬间的电流方向。为分析方便，任意选择一个方向作为电流的参考方向，用箭头在电路图中表示出来。如果电流的实际方向和所选的电流参考方向一致，则此电流为正值；电流参考方向与实际方向相反，则电流为负值。在进行电路分析与计算时，参考方向一旦选定，就不再更改，根据电流的参考方向及其数值的正负，可确定电流的实际方向。本书中的电路图，如没有特殊说明，所有的电流方向都是参考方向。

2. 电位及电压

正如水路中各点在空间上都有一个水位高度一样，电路中各点都有一个电位。水路中各点的水位高度计算都有一个起点，称为参考点。例如，以海平面为起点的海拔高度其参考点就是海平面。同样，电路中的电位也要有一个参考点，称为零电位点。

如同水位高度相对于不同参考点有不同数值一样，电位相对于不同的零电位点，其数值也不相同，可见电位和水位都具有相对性。

电位的符号是V，单位是伏[特]。零电位的选择具有任意性，通常为了实际测量方便，习惯上以大地电位作为零电位点；设备外壳通常接地或者设备中元器件均与一个公共点相连，所以一般把设备外壳或电路中某一个公共点作为零电位点。

正如水位差带来的水压导致水流一样，电压是形成电流的必要条件之一，电路中提供电压的器件是电源。

电压的符号为U，在国际单位制中，电压的单位是伏[特]（V），此外还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

它们的关系为

1kV=103V，1V=103mV，1mV=103μV

在电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位之差，即

它是导体两端在电场中的相对位置（电位）之差。根据电路中电流是直流电流还是交流电流，电路两端电压分别为直流电压和交流电压。

电压也是矢量，电压的实际方向是从高电位指向低电位，是电位下降的方向。参考方向的规则同样适用于电路中电压的分析与计算。

3. 电功与电功率

在日常生活中，我们提水、推车及向上搬移重物都是在做功。电流在通过负载时，将电能转变为另一种能量（如光能、热能、机械能等），这些能量的传递和转换都是电流做功的表现。电流做功的过程就是将电能转化成其他形式能的过程。因此，电功也称电能。

如果加在导体两端的电压为U，根据电压的定义式，将式（1-1）代入，可得电流所做的功的大小为

式中 W——电功（J）；

U——加在导体两端的电压（V）；

I——导体中的电流（A）；

t——通电时间（s）。

式（1-3）表明，电流在一段电路上所做的功，与这段电路两端的电压、电路中电流和通电时间成正比。

在国际单位制中，电功的单位是焦[耳]（J）。如果加在导体两端的电压为1V，导体中的电流为1A，在1s时间内的电功就是1J。

在实际使用中，电功常用千瓦时（俗称为度）为单位，符号是kW·h。

1kW·h=3.6×106J

对于纯电阻电路，欧姆定律成立，即

将式（1-4）代入到式（1-3）中得

电流在单位时间内所做的功叫作电功率，电功率是描述电流做功快慢的物理量。如果在时间t内，电流通过导体所做的功为W，那么电功率为

式中 P——电功率（W）；

W——电能（J）；

t——电流做功所用的时间（s）。

在国际单位制中，功率的单位是瓦[特]（W）。如果在1s时间内，电流通过导体所做的功为1J，电功率就是1W。电功率的常用单位还有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它们之间的关系为

1kW=103W，1W=103mW

如果电路图上标识的电压和电流的方向是参考方向，而且在同一元器件上U和I的参考方向一致时，即电流方向表示从高电位流向低电位，P>0表示该元器件吸收功率，具有负载特性；P<0表示该元器件发出功率，具有电源特性。