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汽车电工电子技术基础 项目一 汽车直流电路的检修

项目一 汽车直流电路的检修

能力目标：

通过本次项目的完成，你应能够：

1、描述直流电路及电路中基本物理量的概念；

2、知道直流电路的三种工作状态及电压、电流、功率关系； 3、用电路的基本定律及基本分析方法求解直流电路； 4、用万用表测量汽车电路中的电压、电流和电阻； 5、能够检修汽车照明系统大灯电路。

项目描述：

汽车照明系统大灯电路的检修

第一部分 项目分析

桑塔纳轿车照明电路如图1-1所示，请分析相关电气元件和电路的原理：

图1-1 桑塔纳轿车照明电路

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（1）汽车电路的组成和特点 （2）分析远光控制回路 （3）分析近光控制回路 （4）分析超车警示回路

第二部分 相关内容

第一节 电路的基础知识

电是一种能量，它的性质和水很相似，为了便于理解和学习，可以把它想像成一种在金属导体中流动的“液体”(图1-2)。水压迫使水沿着一定的方向流动，使水管中形成了水流；类似地，电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流。抽水机是提供水压的装置；类似地，电源是提供电压的装置。水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；

类似地，电流通过电灯时，消耗的电能转化为内能和光能。

一、电子

电的基本单位是电子，就像水的基本单位是水分子一样。任何物体的最小构成单位都是原子，原子的外层是围绕原子核不断旋转的电子，但电子在没有接收外来能量之前只能在原子核附近一圈圈地往复旋转，而不会定向移动。电子如果接收到外来的能量，就有一种力使电子有方向地运动，产生电流，就好像水的定向流动产生水流一样。这个外来的能量可以是多种形式的：动能、光能或化学能。

电子的流动需要电压，就像水的流动需要水压一样。 电子的移动产生

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图1-2 电和水的性质相比较

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电流。电子可以通过的路径叫电路。能够让电子通过的物体叫导体。不能让电子通过的物体叫绝缘体。导体和绝缘体中都有自由电子，但导体的两端加上电压时，电子可以摆脱原子核的引力而定向移动；而绝缘体中的电子被原子核“管束”得很紧，即使两端加上电压，电子也不能定向移动。

一切导体都有阻碍电子流动的性质，这种性质叫做电阻。 二、电压

电压可以理解为电子受到的压力，在电压的作用下，电子发生定向移动，有了电流，才产生了电。电流产生的过程如同水流产生的过程一样(图1-3)，在这个过程中，电压是电存在的第一必然条件，没有电压，也就无所谓电。 电压的单位是伏特，用字母“V”表示，这个单位是以科学家伏特的名字命名的。

图1-3 电压是电存在的第一必然条件

能够稳定提供电能的装置叫电源。生活中有很多种电源，这些电源提供的电压是不一样的。举例如下：

·干电池的电压是1.5V；

·在汽车上，铅蓄电池的标准电压是12V； ·汽车电脑提供给传感器的电压是5V； ·车间里用的安全照明电压是36V； ·照明电的电压是220V；

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·动力电的电压是380V；

·火花塞跳火时的击穿电压高达30000V??

电压可以在导体上传递。如同水的压力可以在密闭容器中向各方向传递一样，电压在独立导体上的传递不受电阻的影响不管电路是否是通路，不管电路中是否有电流，导体中都可以传递电压。

下面个实验，以验证电阻对电压传递的影响：

【实验】左手接触汽车蓄电池的正极，测量右手的电压。 三、电阻

导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号“R”表示。电阻的单位是欧姆，用字母“Ω”来表示，这是以科学家欧姆的名字来命名的。

所有的导体都有电阻，只是大小有差异。举例如下：

·汽车暖风电机的电阻约为0.2Ω； ·汽车仪表灯泡的电阻约为15Ω；

·家里使用的1kW的电炉子电阻约为48.4Ω；

·一般在干燥环境中，人体电阻大约在2kΩ左右；皮肤出汗时，约为1KΩ左右；皮肤有伤口时，约为800Ω左右。

导体导电性能的好坏以电导来衡量。电导这个词对许多人来说是比较陌生的，而电阻这个词大家则比较熟悉，电导的倒数就是电阻，二者成反比。所以，一种导体的电导越大，导电性能就越好。

一般来说，贵重金属的导电性能都比较好。

白金的导电性能最好，但价格昂贵，只在精密仪器或航天设备上能用到。汽车上用的主要导电材料是铜，而铜的价格也不低。所以，家用的照明线路大多是用铝做成的。

生活中有很多用电器是依靠电阻来工作的，如：灯泡、电炉子、电烙铁等。凡是通电后产生大量热量的用电器，都是纯电阻的设备。

对于一段固定的电路，影响电路电阻的大小有以下几个因素： (1) 电路导线的制造材料的导电性越好，电导越大，电路的电阻就越小。

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(2) 导线的长度：电阻和长度成正比，导线越长，电阻越大。 (3) 导线的直径：电阻和导线的粗细成反比，导线越粗，直径越大，电阻越小。

(4) 导线的温度： 电阻和导线的温度成正比，温度越高，电阻越大。 通常情况下，对于同一种材料制成的导线，影响电阻的因素主要是直径和长度

四、电流

水从高处流下形成水流，水位差是形成水流的原因；蓄电池的电位差是形成电流的原因。电流的单位是安培，电荷的定向运动，称为电流。用字母“A”来表示，这是以科学家安培的名字命名的。

一般用电设备的电流有多大? 举例如下：

·家里用的60W灯泡通电时，其中流过的电流是0.27A； ·汽车远光灯灯泡的功率一般是60W左右，通过的电流是5A； ·在汽车上，一个12W的灯泡发光时，其中流过的电流是1A； ·启动机运转时，其中的电流可高达100A??

对于纯电阻电路来说，电压、电阻和电流的关系是：欧姆定律 电压=电流×电阻

U?I?R

一个最简单的电路中具备电压、电阻和电流三个基本参数。图1-4是一个简单的照明电路，蓄电池电压是12V，灯泡工作时的电阻是3Ω，则当开关闭合之后，电路的电流就可以用欧姆定律中的公式计算得出：电流=电压／电阻 即I?U/R

代入，得：I=12V／3Ω=4A 五、功率

凡是利用电来工作的设备都叫用电器，凡是用电器都有一定的功率。用

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图1-4 简单照明电路

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电器工作时要消耗电能，单位时间内耗电量的大小就是功率。

功率的单位是瓦特，用字母“W”来表示，这是以科学家瓦特的名字命名的。

一般用电设备的功率有多大? 举例如下： ·汽车仪表指示灯的功率是1W； ·家用节能灯管的功率是15W； ·电烙铁的功率是30W； ·汽车前照灯灯泡的功率是60W； ·家用电热水器的功率是1000W； ·汽车启动机功率是1200W??

瓦特定律确立了功率、电压、电流的关系：功率=电压×电流 即P=U×I ；对于纯电阻电路来说，因为 电压=电流×电阻， 所以纯电阻性用电器（注意：这是有条件的）的功率可以用以下三个公式求得：

P?UI?I2R?U2/R

第二节 电路及其基本物理量

一、电路和电路模型

电流流经的途径叫做电路。电路主要由电源、中间环节、负载等电气设备或元件组成。如图1-5所示。

图1-5 电路的组成

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电源是为电路提供电能的设备和器件，含有交流电源的电路叫交流电路，含有直流电源的电路叫直流电路。汽车常见的电源有蓄电池及交流发电机等，如图1-6所示。

图1-6 汽车的电源

负载，也称用电器，是取用电能的装置。如小灯泡将电能转换成为光能，供人们照明用；电炉可以将电能转换成为热能，电动机能将电能转换为机械能，电视机能将电磁波信号转换为视听信号等。如图1-7所示。

图1-7 汽车的负载

连接电源和负载的部分统称为中间环节，起传输和分配电能的作用。中间环节包括导线和电器控制器件等。导线是连接电源、负载和其他电器元件的金属线，常用的有铜导线和铝导线等；电器控制器件是对电路进行控制的电器元件，常用的有组合开关及熔断器等。如图1-8所示。

图1-8 汽车电器控制元件

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电路的主要作用是将电能进行传输、分配和转换，其次是能实现信号的传递和处理。

（1）进行电能的传输、分配与转换，如图1-9（a）所示的电力系统输电电路示意图。其中，发电机是电源，家用电器和工业用电器等是负载，而变压器和输电线等则是中间环节。

（2）信号的传递与处理，如图1-9（b）所示的扩音机示意图。其中，话筒是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源。但与上述的发电机、电池等电源不同，信号源输出的电压或电流信号取决于其所加的信息。扬声器是负载，放大器等则是中间环节。

图1-9 电路示意图

建立电路模型的意义十分重要，运用电路模型可以大大简化电路的分析，电路模型图中常用的元件符号如表1-1所示。

表1-1 电路模型图常用的元件符号

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电路模型反映了电路的主要性能，忽略了它的次要性能，因此电路模型只是实际电路的近似，是实际电路的理想化模型。

二、电路基本元件及其伏安特性

电路中的元件，如不另加说明，都是指理想元件。分析研究电路的一项基本内容就是分析电路或元件的电压、电流及其它们之间的关系。电压与电流的关系称为伏安关系或伏安特性，在直角平面上画出的曲线称为伏安特性曲线。下面讨论电路基本元件及其伏安特性。

1．电阻元件

电阻元件的伏安特性，如图1-10所示，为过原点的一条直线，它表示电压与电流成正比关系，这类电阻元件称为线性电阻元件，其两端的电压与电流服从欧姆定律关系，即

i u 图电阻元件的伏安特性曲线 1-10

u?Ri或i?u （1-1） R在直流电路中，欧姆定律可表示为

I?U 或U=RI R （1-2）

式中电压U的单位是V，电流I的单位是A，电阻R的单位是?。常用的电阻单位还有千欧（k?）和兆欧（M?）他们之间的关系为

1M?=103K?=106?

值得注意的是，导体的电阻不随其端电压的大小变化，是客观存在的。当温度一定时，导体的电阻与导体的长度l成正比，与导体的横截面积S成反比，还与导体的材料性质（电阻率?）有关，即

R??l S （1-3）

式中，R的单位是?，?的单位是?m，l的单位是m，S的单位是m2。若令G=1/R，则G称为电阻元件的电导，电导的单位是[西门子]（S）。

在（1-2）式中，当电压与电流的参考方向一致时，电压为正值。反之，

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则电压为负值。

2．电压源

电源是电能的来源，也是电路的主要元件之一。电池、发电机等都是实际的电源。在电路分析时，常用等效电路来代替实际的部件。一个实际的电源的外特性，即电源端电压与输出电流之间的关系[U=f（I）]，可以用两种不同的电路模型来表示。一种是电压源；一种是电流源。

（1）理想的电压源——恒压源 一个电源没有内阻，其端电压与负载电流的变化无关，为常数，则这个电源称为理想的电压源，用Us表示，它是一条与I轴平行的直线。通常用的稳压电源、发电机可视为理想的电压源。

（2）电压源

实际的电源都不会是理想的，总是有一图1-11 电压源外特性曲线 定的内阻，因此，在电路分析时，对电源可

以用一个理想的电压源与内阻相串联的电路模型——电压源来表示，如图1-11所示。直流电压源的外特性为

U?US?R0I

（1-4）

图中斜线与纵坐标轴的交点，为负载开路时，电源的端电压（电压源的最高端电压），即I?0，U?U0?US。而与横坐标轴的交点则是电源短路时的最大电流Is，即U?0，IS?US/R0。

3．电流源

（1）理想电流源——恒流源 当一个电源的内阻为无穷大，其输出电流与负载的变化无关，为常数，则这个电源称为理想电流源，用Is表示。其外特性曲线是一条与纵轴U平行的直线。常用的光电池与一些电

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图1-12 电流源外特性曲线

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四、汽车电路的特点

(1) 低压：汽车电气系统的额定电压，主要有12V和24V两种。 (2) 直流：汽车电源由蓄电池及发电机供电，为直流电路。

(3) 单线制：为节省导线和便于安装、维修，汽车上电源和用电器之间只用一根导线连接，另一根导线由发动机、车架等金属机体代替而构成回路。这种方式称为单线制。

(4) 负极搭铁：采用单线制时，电源的一端必须可靠地接到车架上，称“搭铁”。按电源搭铁的极性，可分为正极搭铁和负极搭铁。由于负极搭铁对车架或车身的化学腐蚀较轻，无线电干扰较小，所以大多数国家包括我国的汽车都采用负极搭铁。

五、汽车电路中的短路、断路与高电阻 图1-16 接地短路 图1-17 接地短路 (从控制开关后面短路) (从控制开关前面短路) 1．短路 （1）接地短路 接地短路是指电路未经过负载提前接地的一种故障现象。大部分接地短路故障是由于导线或电路元件的绝缘层破裂，并且接地造成的。如图l-16所示，开关和灯泡之间的导线绝缘层破损导致接地短路，电流没有通过灯泡而直接返回接地端，会导致灯泡不亮，电路中的电流升高，保险丝或其他电

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路保护装置断开。如果电路没有保护装置，还会引起线路或其他部件烧毁。 图1-17中是另一种形式的接地短路故障。电路在灯泡和开关之前接地，会导致灯泡不亮并且开关无法控制电路，保险丝也会马上烧断。如果没有电路保护装置，还有可能会烧毁电源。若出现这种情况，即使更换了保险丝，接通电路后，仍然会再次烧断保险丝。 （2）电源短路

在汽车电路故障中，还有一种短路形式是与电源短路，通常是一个电路的两个独立分支因导线绝缘层破损相互连接，如图1-18与图1-19所示。

图1-18 与电源短路故障1 图1-19 与电源短路故障2

电源短路一般会导致电路不能正常工作或者反应异常甚至烧毁。如图1-18所示，两个独立的支路在开关前面短路，会使两个电路都不能单独控制，任何一个开关都可以同时控制这两个电路。如图1-19所示，一个电路灯泡前面的导线和一个电路灯泡和开关之间的导线短接，这样会造成右边的电路失效，而左边的电路正常。所以遇到短路故障，要具体情况具体分析，不能一概而论，要根据故障的详细情况，参照电路图并利用检测工具正确判断才行。 2．断路 断路是一种不连续的、有中断的电路故障。电气部件接触不良就是一种轻微的断路现象。电路中的任何一部分出现问题都有可能导致断路，比如导线断裂、电路部件烧毁、接头松动等。 （1）串联电路中的断路故障

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如图l-20所示，一个串联电路中出现断路故障，这会导致整个电路都不导通。检测电路中断路的方法是用电压表分别测量电路中各个部件两端的电压。即电压表一端接搭铁，而另一端分别接某一个部件的两端。如果一端有电压，而另一端没有电压(电压为0V)，则这个部件中间肯定有断路存在。 （2）并联电路中的断路故障

在并联电路中出现断路故障比较复杂，如图1-21所示。如果在并联电路的主线路或接地电路中出现断路，则结果和串联电路中出现断路是一样的，整个电路都会失效。如果在并联电路的某个支路中出现断路，则只有这个出现断路的支路受到影响，其他支路还可以正常导通。

图1-20 串联电路断路

图1-21 并联电路断路

3．高电阻

高电阻现象在汽车电路中经常出现，高电阻会引起整个电路或某个器件断断续续的导通，或者电路中电流过低。例如灯泡闪烁或者亮度降低，就有可能是高电阻引起的。电路连接不好、松动或者接头不干净都有可能引起高电阻问题。

由于汽车的工作环境比较恶劣，比如高速、高温、寒冷、颠簸、腐蚀等都会引起电路故障。所以在日常行车过程中要经常检查和注意保养电气系统。如果发现电气部件有异常或导线破裂、扭结、松动等，一定要及时检修。

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第五节 串、并联电路

一、电阻的串联

如图1-22所示，为几个电阻依次连接，当中无分支电路的串联电路。串联电路的特点：

图1-22 电阻串联及其等效电阻

（1）流过各电阻中的电流相等，即

I?I1?I2

（1-22）

（2）电路的总电压等于各电阻两端的电压之和，即

U?U1?U2

（1-23）

由此可得，电路取用的总功率等于各电阻取用的功率之和，即

IU?IU1?IU2

（3）电路的总电阻等于各电阻之和，即

（1-24）

R?R1?R2

（1-25）

（4）电路中每个电阻的端电压与电阻值成正比，即

U1?R1RU U2?2U RR （1-26）

（5）串联电阻电路消耗的总功率P等于各串联电阻消耗的功率之和，即

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P??Pi?P1?P2???Pn

二、电阻的并联

（1-27）

如图1-23所示，为几个电阻的首尾分别连接在电路中相同的两点之间的

并联电路。

并联电路有如下特点：

（1）各并联电阻的端电压相等，且等于电路两端的电压，即

图1-23 电阻并联及其等效电阻

U=U1=U2

（1-28）

（2）并联电路中的总电流等于各电阻中流过的电流之和，即

I=I1+I2

（1-29）

（3）并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即

111 ??RR1R2

即

R?R1R2

R1?R2 （1-30）

（4）并联电路中，流过各电阻的电流与其电阻值成反比，阻值越大的电阻分到的电流越小，各支路的分流关系为

I1?R2I

R1?R2I2?R1I

R1?R220

（1-31）

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关搭铁端子相通；开光处于远光位置时，大灯远、近光线路均与开关搭铁端子相通。

③ 前照灯控制继电器的检查：用万用表的低电阻档检测继电器线圈电阻应符合技术标准；将12V电源和搭铁加于线圈两端时，触点两端子应导通。

④ 相关线路的检测：根据线路的控制原理，可以利用分段法进行检测。

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习 题

1、利用瓦特定律计算汽车前照灯灯泡(60W)的电流和家用白炽灯(60W)的电流，并思考：它们的灯丝谁的较粗?

2、利用瓦特定律计算汽车启动电机(1200W)的电流和家用吸尘器电机(1200W)的电流，并思考：它们使用的导线可以互换吗?

3、现有一个汽车前照灯，灯上标有50 W，12V字样。请估算一下这只灯的灯丝电阻为多少？如在12V电压下工作，流过的电流是多大？ 4、求下图所示ab间的等效电阻RAB。

5、电路如下图所示，已知R1= R2 = R3=1?，US1=2V，US2=4V，试用基尔霍夫定律求I1、I2、I3。

6、简述汽车直流电路的常见故障 7、简述惠斯通电桥电路的工作原理

8、汽车照明系统前大灯不亮的检测方法。

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可见，在电路中，通过并联电阻能达到分流的目的。

（5）并联电阻电路消耗的总功率等于各电阻上消耗的功率之和，即

U2U2U2 P?P????1?P2???Pn?R1R2Rn （1-32）

可见，各并联电阻消耗的功率与其电阻值成反比。

三、串、并联电路的应用

1．串联电路的应用 （1）用于降压

当某一用电器的额定电压低于电源电压时，可在电路上串联一个适当电

阻(降压电阻)，根据串联电路的分压作用特点，使用电器分得的电压为额定电压。注意：与负载相串联的电阻，实际电功率不应超过它的额定功率。例如：电压表为扩大量程需用电阻与表头串联，串联电阻起降压作用。

（2）用电位器改变输出电压

汽车电路系统中许多传感器是用电位器的分压工作原理制成的，如图1-24所示，电位器A和B接电源正负极，滑动触点O和固定端B为输出电压。当滑动触点在外力作用下滑动时，改变了两部分电阻的比例关系，从而得到不同的输出电压。当滑动触点从节气门关闭状态移动到节气门完全打开状态时，VTA输出电压从最小值线性变为最大值。

（3）用来控制负载电流

负载的工作状况与电流大小有直接关系，如直流电动机的转速与电流大小有关。鼓风电动机用于促使车内冷气、暖气、除霜和通风的气流流动。采

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图1-24 节气门位置传感器电路图

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用的电动机通常为永磁式单速电动机，大多数均安装在暖风机总成内。鼓风机开关位于仪表板上，开关通过控制调速电阻来控制电机转速，其电路如图1-25所示。 图1-25 鼓风电动机工作电路图 l—鼓风机开关；2—调速电阻总成；3—鼓风机电动机

鼓风电动机的工作原理：当鼓风电动机开关置于低速(Low)、中速1(Med1)、中速2(Med2) 或高速挡(High)时，电路中所串联的电阻值越来越小。电阻值的变化，改变了鼓风电动机的工作电压。由于鼓风电动机是单速电动机，工作电流越大，转速越高。所以随着串联的电阻越小鼓风电动机的工作电流越大，转速越高。

2．并联电路的应用

（1）工作电压相同的负载都是采用并联接法。对于供电线路中的负载，一般都是并联接法，负载并联时各负载自成一个支路，如果供电电压一定，各负载工作时相互不影响，某个支路电阻值的改变，只会使本支路和供电线路的电流变化，而不影响其他支路。例如汽车上的用电器，如喇叭、照明灯、电动机等都是并联接在直流电源上，各个电器能单独工作、互不影响。 （2）利用电阻的并联来降低电阻值，例如将两个1000?的电阻并联使用，其电阻值则为500?。

（3）在电工测量中，常用并联电阻的方法来扩大电流表量程。

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第六节 基尔霍夫定律

一、电路结构的基本名词

计算复杂电路主要依据欧姆定律和基尔霍夫定律，这两条定律既适用于直流电路，又适用于交流电路和含有电子元器件的非线性电路，因而是分析计算电路的基本定律。如图1-26所示，在复杂电路中，包括多个电源和多个元件，因而不能直接用欧姆定律来求解。

图1-26 复杂电路

为了研究复杂电路，必须先明确几个概念，它们是支路、节点、回路和网孔。 支路：由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路叫支路。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。在图1-26中，US1和R1构成一条支路，US2和R2构成一条支路，R3构成另外一条支路。

节点：三条以上支路的交汇点称为节点，在图1-26中，A，B两点均为节点。

回路：电路中任一闭合路径叫回路，一个回路可能只含有一条支路，也可能包含几条支路。在图1-26中，ABFEA，EFDCE，ABDCA都是回路。 网孔：回路内部不含有支路的最简单的回路叫网孔。如ABFEA，ABDCA是网孔，EFDCE不是网孔。

在中学我们学习了欧姆定律，但稍微复杂的电路就必须使用另一个定律：基尔霍夫定律。基尔霍夫定律的制订人是科学家基尔霍夫(1824-1887)，它可以用来求解复杂的电路网络。

二、基尔霍夫电流定律（KCL）

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基尔霍夫电流定律的基本内容为在任一瞬间，流入任一节点的电流之和恒等于流出这个节点的电流之和，即

（1-33） ?I入??I出或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。

即： ? I =0 （1-34）

基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性

在任一瞬时，一个节点上电流的代数和为零。一般规定正方向为：流入节点的电流取正号，则流出节点的电流取负号。KCL不仅适用于节点，还可推广应用于电路中任意假定的闭合曲面，即任一瞬间，通过任一闭合曲面的电流的代数和也恒等于零。

对于图1-27所示电路中的节点A，I2，I3，I5为流入节点电流，I1，

I4为流出节点电流，根据基尔霍夫电流定律可得出

I2 ? I 3 ? I 5 ? I 1 ? I 4 （1-35）

图1-27 基尔霍夫电流定律示意图

三、基尔霍夫电压定律（KVL）

基尔霍夫电压定律的基本内容为在任一瞬间，沿回路绕行一周，电压升的总和等于电压降的总和，即

（1-36） ?U升??U降

或者各电压的代数和为0 ? U ? 0 （1-37）

基尔霍夫电压定律又叫做基尔霍夫第二定律，它反映了电路的任一回路中的各段电压之间的关系。KVL除了用于闭合回路外，也可推广应用于任意不闭合回路。

对于图1-28所示电路，绕行回路一周有：

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U3?U2?U1?U4 (1-38)

图1-28 基尔霍夫电压定律示意图

【例题】在图1-26所示电路中，已知电源电动势US1=130V，内阻R1=1Ω；电源电动势US2=117V，内阻R2=0.6Ω；负载电阻R3=24Ω。求各支路电流I1、I2和I3。

解：要求出三个未知支路电流，需列出三个彼此独立的方程式。图中的电流方向都是假设的参考方向。

对于节点A，应用KCL，列出电流方程

I1+I2-I3=0 （1-39）

对于回路ABFEA，应用KVL，列出回路电压方程

US2-I3R3-I2R2=0 （1-40） 对于回路ABDCA，应用KVL，列出回路电压方程

I3R3-US1+I1R1=0 （1-41）

将已知数据代入式（1-39）（1-40）（1-41）得方程组

I1+I2-I3=0

117-24I3-0.6I2=0 24I3-130+I1=0

解联立方程式，得

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I1=10A I2=-5A I3=5A

从计算结果看，电流I2=-5A，负号表示I2的实际方向与图上所标方向相反，电源US2不是输出电流，而是电流I2从US2的正极流入，从负极流出，即US1对US2充电，I2是充电电流。

第七节 汽车电工电子维修常用仪器

一、数字式万用表的使用

1．概述

数字万用表DT92系列以大规模集成电路、双积分A/D(模/数)转换器为核心，配以全功能过载保护电路，可用来测量直流和交流电压、电流、电阻、电容、二极管、三极管、温度、频率、电路通断等。

2．特点 （1）功能选择具有32个量程，量程与LCD有一定的对应关系：选择一个量程，如果量程是一位数，则LCD上显示一位整数，小数点后显示三位小数；如果是两位数，则LCD上显示两位整数，小数点后显示两位小数；如果是三位数，则LCD上显示三位整数，小数点后显示一位小数；有几个量程，对应的LCD没有小数显示

（2）测试数据显示在LCD中 图1-29 DT92型数字万用表 （3）过量程时，LCD的第一位显示 \，其他位没有显示

（4）最大显示值为1999（液晶显示的后三位可从0变到9，第一位从0到1只有两种状态，这样的显示方式叫做三位半）

（5）全量程过载保护

（6）工作温度：00C-400C，储存温度：-100C -- +500C （7）电池不足指示：LCD液晶屏左下方显示 3．操作方法

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1）直流电压测量

（1）旋转“功能／量程开关”到“V”档位范围，档位包括200mV、2V、20V、 200V和 1000V五个，选择适合的量程；

（2）黑色表笔插入COM 插孔，红色表笔插入显露VΩ插孔。将表笔并接到被测电压源或负载两端（如图1-30所示），仪表在显示电压读数的同时会指示出红表笔一端的极性。 图1-30 直流电压测量示意图 注意：

① 如果不知被测电压范围.将功能开关置于最大量程并逐渐下降； ② 如果显示器只显示“1”,表示过量程,功能开关应置于更高量程；

③“

”表示不要测量高于1000V的电压,显示更高的电压值是可能的,

但有损坏内部线路的危险；

④ 当测量高电压时,要格外注意避免触电。 .

2）交流电压测量 （1）旋转“功能／量程开关”到“V ～”范围，档位包括2V、20V、 200V和 750V四个，选择适合的量程；

（2）黑色表笔插入COM 插孔，红色表笔插入VΩ插孔，将表笔并接到被测电压源两端（如图1-31所示）。

图1-31 交流电压测量示意图

频率范围：40Hz ~400Hz ，市电为50Hz,即每秒钟振动50次 过载保护：同直流电压档 显 示：交流电的有效值

3）直流电流测量

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（1）拔出表笔，旋转“功能／量程开关”到“A”范围，档位包括2mA、20mA、200mA、和20A四个，选择适合的量程；

（2）将黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200mA的电流时，红表笔插入mA插孔，当测量最大值为20A的电流时，红表笔插入20A插孔。将表笔串入被测电流源（如图1-32所示），仪表显示电流读数的同时会指示出红表笔一端的极性。

图1-32 直流电流测量示意图

4）交流电流测量

（1）拔出表笔，旋转“功能／量程开关”到“A～”范围，档位包括2mA、200mA、和20A三个，选择适合的量程；

（2）将黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200mA的电流时，红表笔插入mA插孔，当测量最大值为20A的电流时，红表笔插入20A插孔。测试表笔串入被测电流源（如图1-33所示）。

图1-33 交流电流测量示意图

频率范围：所测交流电的频率范围限于40Hz to 400Hz.市电为50Hz 显 示：交流电的有效值

5）电阻测量

（1）拔出表笔，旋转“功能／量程开关”到“Ω”范围，档位包括200Ω、2KΩ、20KΩ、200KΩ、2MΩ、20MΩ和200MΩ七个，选择适合的量程；

（2）黑色表笔插入COM 插孔，红色表笔插入显露的VΩ插孔（红表

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笔为测量电路的“十”极），将测试表笔并接到被测电阻两端（如图1-34所示）。

图1-34 电阻测量示意图

注意：

① 如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，将显示过量程“1”，应选择更高的量程，对于大于1MΩ或更高的电阻，要几秒钟后读数才能稳定，这是正常的；

② 当没有连接好时，例如开路情况，仪表显示为“1”；

③ 当检查被测线路的阻抗时，要保证移开被测线路中的所有电源，所有电容放电.被测线路中，如有电源和储能元件，会影响线路阻抗测试正确性。

④ 万用表的200MΩ档位，短路时有10个字，测量一个电阻时，应从测量读数中减去这10个字。如测一个电阻时,显示为101.0 ，应从101.0中减去10个字。被测元件的实际阻值为100.0即100MΩ。

6）电容测量

（1）旋转“功能／量程开关”到“F”范围，档位包括200μ、20μ、2μ、200n和20n五个，选择适合的量程；

（2）将电容器插入电容测试座中。 注意：

① 仪器本身已对电容档设置了保护,故在电容测试过程中不用考虑极性及电容充放电等情况；

② 测量电容时，将电容插入专用的电容测试座中(不要插入表笔插孔COM、V/Ω)；

③ 测量大电容时稳定读数需要一定的时间； ④ 电容的单位换算：1μF=106pF lμF=103nF

7）频率测量

（1）旋转“功能／量程开关”到“Hz”档；

（2）黑色表笔插入COM 插孔，红色表笔插入显露的VΩ插孔；并将测试笔连接到频率源上,可直接从显示器上读取频率值.。

8）温度测量

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测量温度时，将热电偶传感器的冷端(自由端)插入温度测试座中，热电偶的工作端(测温端)置于待测物上面或内部，可直接从显示器上读取温度值，读数为摄氏℃，传感器的冷端(自由端)不要插入表笔插孔COM、V/Ω。

9）二极管测试及蜂鸣器的连接性测试

（1）将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔(红表笔极性为“+”)将功能开关置于“”档、并将表笔连接到待测二极管，读数为二极管正向压降的近似值（如图1-35所示）。 图1-35 二极管测试示意图

（2）将表笔连接到待测线路的两端如果两端之间电阻值低于约70Ω,内置蜂鸣器发声。

10）晶体管hFE测试

（1）将功能开关置hFE量程；

（2）确定晶体管是NPN或PNP型，将基极b、发射极e和集电极c分别插入面板上相应的插孔；

（3）显示器上将读出hFE的近似值，先测出b极后，将三极管随意插到插孔中去（当然b极是可以插准确的），测一下hFE值，然后再将管子倒过来再测一遍，测得hFE值比较大的一次，各管脚插入的位置是正确的。测试条件：万用表提供的基极电流Ib：10μA，集电极到发射极电压为 Vce=2.8V。

二、汽车专用万用表的使用

1．概述

汽车万用表在普通万用表原有优势的基础上，充分展现了功能更加完善、性能更加可靠等特点，具有汽车专用项目的测试功能。

(1) 对汽车信号的适应性不同。检测汽车电控系统的各个端口、传感器及执行器时，要求仪表对电控系统的信号影响越小越好，否则会造成汽车电控系统电路元件和传感器的损坏。汽车万用表具有很高的内阻、很宽的频带和很高的灵敏度。

(2) 对汽车电磁环境的适应性不同。汽车上的电磁干扰很强，如汽油发动机的点火、交流发电机调节器的电流断续控制等，均会产生很强的电磁辐射，汽车万用表有较强的抗电磁干扰能力。

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(3) 汽车万用表相比普通万用表功能更完备，即： ① 液晶数字显示，读数更直观方便； ② 具有记忆、识别等智能化功能；

③ 兼有信号输出测试、信号模拟显示等功能；

④ 内部扩展处理能力增强(如IC卡)，外部附件(如打印、测试头)数量增多。

2．主要用途

(1) 测量充电电流、发电机电流、电流泄漏、电路负载。

(2) 检测接地电压降、接头连续性、线柬、电缆、继电器、灯、开关。 (3) 检查发电机、二极管、继电器、冷凝器、点火线圈、高压线。

3．面板介绍

汽车专用万用表因型号不同，其面板布置形式各异，但一般由液晶显示器、功能按键、选择开关和表笔插孔等部分组成。下面以SUMMIT SDM586（图1-36）为例说明汽车万用表面板的功能和用途。

1）选择开关

打开仪表开关，当选择所需要的功能后，所有的功能字符将出现在显示器上l s，同时，仪表进行自检，随后仪表才能进行正常操作。选择开关如图1-37所示。

RPM(DUTY FREQ DWELL)：使用表笔进行转速、占空比、脉宽和频率测量；RPM(INDUCTIVE)：感应式转速测量；

图1-36 SDM586汽车专用万用表

Hz：频率测量，量程：200Hz、2kHZ，20kHz，200kHz；

V～：交流电压测量，量程：4V，40V，400V，1000V；

V―：直流电压测量，量程：4V，40V，400V，1000V； mV―：直流电压毫伏测量，量程．400mV； Ω·)))：欧姆与连续性测量,量程：400Ω、4kΩ、40kΩ、400kΩ、4MΩ、40MΩ；

→▲：二极管测量，量程：3V； A：交、直流电流测量，量程：4A，10A；

图1-37 SDM586选择开关

mA：交、直流电流毫安测量，量程：40mA、400mA；

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μA：交、直流电流微安测量，量程：400μA、4000μA； TEMP：温度测量，量程：摄氏：一40℃：～+1370℃， 华氏：-40℉～+2498℉。 2）功能按键

当功能键被按下时，相应的符号将出现在显示器上，同时蜂鸣器响。如果转选择开关，功能自动缺省。功能按键控制面板如图1-38所示。

图1-38 SDM586功能键

(1) 仪表开关；

(2) 选择相对读数功能； 再次按下退出该功能； (3) 选择记录功能；

再次按下依次显示最大值、最小值、平均值和目前读数； 按下并保持3s，退出该功能；

(4) 保持目前读数功能； 再次按下退出该功能； (5) 交流、直流电流选择键；

(6) 在自动测量范围(AUTO RANCE)下，按下选择手动范围； 按下并保持3s，返回自动测量范围；

在进行脉宽，占空比和频率测量时，按下可选择触发相位的+或一； 在进行感应式转速测量时，可选择发动机的冲程数； 在使用表笔进行转速测量时，可选择发动机的气缸数；

(7) 在RPM(DIJTY FREQ DWELL)档时，可选择闭合角测量； 在欧姆档时，可选择连续性测量；

在进行温度测量时，可选择摄氏或华氏；

(8) 在RPM(DIJTY FREQ DWELL)档时，按下可依次选择转速、占

空比脉宽和频率的测量。 3）液晶显示器

显示器除显示测量数值外，还将正在进行的测量项目符号显示在显示器上。如果输入信号稳定，测量结果将很精确，如果输入信号是变化的，可以

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通过观察显示器下方线柱的高低，完成测量。如果变化值太大，超出线柱显示范围，显示器将显示超载。在占空比(Duty Cycle)测试中，如果信号很高、很低或无信号，显示器也显示超载。现将图1-39所示显示器上的符号含义说明如下。

图1-39 SDM586 YE液晶显示器

AUTO：自动选择最佳测量范围； REC：记录功能；

MAX：记录功能所记录的最大值； MIN：记录功能所记录的最小值； AVG：记录功能所记录的平均值； REL：相对读数； DH：数值保持功能； CAP：电容测量；

AC：交流电流或电压测量； BAT：仪表电池低电压显示； TRIG：+、–触发器；

STR：发动机冲程数选择，2或4；

CYL：发动机气缸数选择，最多至8缸； ∠DWL：闭合角；

RPM IP：使用感应式夹钳测量转速，将夹钳夹在一缸高压线上； RPM IG：使用表笔测转速，将表笔接在点火线圈低压接线柱上； V：电压档；

mV：毫伏电压档； A：电流档； ’ mA：毫安电流档； μA：微安电流档； ％：占空比测量； Ω：欧姆或阻抗测量；

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kΩ：千欧； MΩ：兆欧； Hz：频率测量； kHz：千频测量；

ms：毫秒测量，使用于喷油脉宽； C／F：摄氏或华氏温度测量； →▲：二极管测量； ·)))：显示连续性。

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第三部分 项目实施

一、桑塔纳汽车大灯照明电路的工作原理

大灯分左右各一只(L1和L2)，每只大灯灯泡均由双丝灯泡组成，其中一根为近光，另一根为远光。大灯受灯光开关E1和位于转向盘左边的转向组合开关操纵的E4控制。

1．超车警示回路分析

当向上拨动组合开关柄接通E4b，蓄电池电源直接接通大灯灯丝(经过保险S9、S10)，但当松开开关柄时，E4b在弹簧的作用下立即自切断电源。此时，位于组合仪表内的远光指示K1与前照灯远光同时亮、灭。

2．近、远光控制回路分析

当灯光开关El处在3位时，蓄电池电源通过点火开关D第三掷、灯光开关E1第一掷引至远近光变换开关E4a，向上拨动一下组合开关柄分别可依次接通近光灯丝(同时经过保险S21、S22)或远光灯丝(同时经过保险S9、S10)。在远光接通时，远光指标灯K1同时点亮。

二、桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断

照明电路故障多由熔断器和灯泡损坏引起。当熔断器烧断时，应更换新的标准熔断器，若换上的新熔断器又立即烧断，应准确找出并排除搭铁点后，再换上新熔断器，察看灯丝有无烧断。若灯的亮度不够，可用电压表测试灯系电路压降判明故障原因及部位。上海桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断与排除方法见表1-2。

表1-2 桑塔纳汽车大灯照明电路的故障诊断与排除

序号 故障现象 接通灯光开关1 时，保险立即跳开，或熔断丝立即熔断 2 灯泡经常烧坏 调节器(节压器)调整不当或失调使电压过高 车灯开关前电源线路断路或搭铁 3 所有的灯均不亮 保险器断开或熔断丝熔断 灯开关双金属片触点接触不良、不闭合或损坏 自保险器起，逐点检查 重新调节 线路中有短路、搭铁处 找出搭铁处加以绝缘 故障原因 排除方法 35

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电压过低(蓄电池电不足或发电机有4 前照灯灯光暗淡 故障) 配光镜或反射上积有灰尘 接头松动或锈蚀使电阻增大 灯丝烧断 接线板到灯泡的导线断路 灯泡与灯座接触不良 左前照灯铁铁不良 左前照灯配光镜或反射镜上积有灰尘 左前照灯灯泡玻璃表面发黑 接头松动或锈蚀使电阻增大 对蓄电池充电、检修发电机 拆开前照灯进行清洁 拧紧或清除锈蚀 更换灯泡 检查并接好 清除污垢，使接触良好 使搭铁良好 拆开前照灯进行清洁 更换灯泡 拧紧或清除锈蚀 5 变光时有一前照灯不亮 接通前照灯远光6 或近光时，右前照灯亮而左前照灯明显发暗

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第四部分 项目拓展

惠斯通电桥电路

一、惠斯通电桥电路的工作原理

惠斯通电桥的原理如图1-40所示。标准电阻R0、R1、R2和待测电阻RX

连成四边形，每一条边称为电桥的一个臂。在对角A和C之间接电源E，在对角B和D之间接检流计G。因此电桥由4个臂、电源和检流计三部分组成。当开关KE和KG接通后，各条支路中均有电流通过，检流计支路起了沟通ABC和ADC两条支路的作用，好像一座“桥”一样，故称为“电桥”。适当调节R0、R1和R2的大小，可以使

桥上没有电流通过，即通过检流计的电图1-40 惠斯通电桥原理图 流IG = 0，这时，B、D两点的电势相等。

电桥的这种状态称为平衡状态。这时A、B之间的电势差等于A、D之间的电势差，B、C之间的电势差等于D、C之间的电势差。设ABC支路和ADC支路中的电流分别为I1和I2，由欧姆定律得 I1 RX = I2 R1 I1 R0 = I2 R2

两式相除，得

RXR?1 （1-42） R0R2(1)式称为电桥的平衡条件。由(1)式得

RX?R1R0 （1-43） R2即待测电阻RX等于R1 / R2与R0的乘积。通常将R1 / R2称为比率臂，将R0称为比较臂。

二、热线式空气流量传感器的工作原理

热线式空气流量传感器结构和工作原理如图1-41所示。

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热线式空气流量传感器的基本构成是感知空气流量的白金热线，在进气管内有一小管，小管中架有一根极细的铂丝(直径约为0.07mm)，铂丝被电流加热至120℃左右(故称为白金热线)。在传感器内部电路中，热线是惠斯通桥形电路的一个臂RH，由于进气温度的变化也会使热线温度发生变化，影响进气量的测量精度，因此，在靠近热线的地方另外装有一根温度补偿电阻丝RK(也称冷线)，其电阻随着进气温度的不同而发生变化，起到一个参照标准的作用，在工作中，放大器使热线温度始终高于冷线温度100℃。

根据进气温度进行修正功率放大器控制供给电桥4个臂的电流。RB是高阻抗的电阻，使电桥保持平衡。当空气通过传感器时，热丝变冷，RH变小，使电桥失去平衡，此时放大器会自动增加供给热线的电流，使热线恢复原来的温度和电阻值，直至电桥恢复平衡。放大器所增加的电流取决于热线被冷却的程度，也就是取决于流过传感器的空气流量。由于电流的增加，精密电阻RA的电压降也增加，这就将电流的变化转换为电压的变化。这一信号输入电控单元ECU，用来指示流过传感器的空气量。

图1-41 热线式空气流量传感器结构和工作原理

1—防护网；2—取样管；3—白金热线；4—温度补偿电阻；5—控制电路板；6—电接头

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第五部分 项目小结

本项目主要是对汽车直流电路的学习。在汽车直流电路中，以汽车照明系统大灯的检修为重点，分析了汽车照明系统大灯不亮的故障现象，学习了电路的基础知识、电路及其基本物理量、电流、电压的参考方向、电路的三种状态、串、并联电路、基尔霍夫定律及汽车照明系统大灯的检测与维修。同时也学习了惠斯通电桥电路的基本原理和应用。

一、维修项目：汽车照明系统大灯的检修

1、故障现象：汽车照明系统前大灯不亮。

2、汽车电源系由蓄电池与交流发电机两大部分构成。 3、故障分析与诊断：汽车大灯照明电路故障。

二、直流电路

1．电路的基本概念 (1)电路的组成及作用：

任何一个完整的电路都是电源、负载和中间环节这三个基本部分组成，并按其所要完成的功能按照一定的方式连接起来的。它的作用是：能量的传输和转换、信息的传递和处理。在分析与计算电路时，用理想电路元件及其组合来近似替代实际电路元件，即用电路模型进行分析与计算。实际电路模型化的意义在于简化电路分析与计算。

(2)电路的基本物理量：

电流的实际方向是指正电荷的运动方向，电压的实际方向是指电位降低的方向，电动势的方向是指电位升高的方向。电流和电压的参考方向可任意选定，当参考方向与实际方向一致时，其值为正，反之为负。在未选定参考方向的情况下，电流与电压的正、负无任何意义。

当电流与电压选定一致的参考方向时，称为关联参考方向，反之办非关联参考方向。

在分析电路时，常取参考点的电位为零，电路中其他各点的电位等于该点与参考点之间的电压。当参考点不同时，各点的电位不同，而各点之间的电压不变。

空载即电源开路，电流为零，电源端电压等于理想电压源电压US，此时电路不消耗功率。短路通常是一种故障状态，这时电源端电压为零，短路电流IS?US/R0，电路功率全部消耗在电源内阻上，可将电源烧毁，应采

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取保护措施。负载状态是电路的正常工作状态，这时电源放出的功率为 P?USI?R0I2。

2．电路基本元件电阻、电容、电感

组成电路的元件通常有电阻元件、电感元件、电容元件等。电阻为耗能元件，电感和电容元件为储能元件，分别储存磁场能量和电场能量。

在汽车电子电路中应用到很多电阻、电容和电感元件。也用到很多特殊的电阻作为传感器来向汽车ECU传递信息，这些特殊电阻的代表有：热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等。

3．电路的基本定律及基本分析方法 (1)欧姆定律：

它适用于线性电阻电路，当电阻两端的电流与电压取关联参考方向时，有U?IR；当电阻两端的电流与电压取非关联参考方向时，有U??IR。

(2)基尔霍夫定律：

基尔霍夫定律是电路分析的基本定律，它具有普遍适用性。它适用于任一瞬时、任何电路任何变化的电流和电压。它包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。

① 基尔霍夫电流定律应用于节点，也可推广应用于广义节点。列方程时，若选流入节点的电流为正，则流出节点的电流为负。

② 基尔霍夫电压定律应用于闭合回路，也可推广应用于广义回路。列方程时，首先在元件上设定电流、电压的参考方向和选定闭合回路的绕行方向。当元件上电压参考方向和回路绕稍方向相同时取正，相反取负。

③ 支路电流法：支路电流法是分析和计算电路的基本方法，它是以电路的全部支路电流为待求变量，应用KCL和KVL列出电流和电压方程，联立方程组求解支路电流的方法。

三、汽车照明系统

1．汽车照明系统由电源、照明灯具、控制装置等组成。

2．前照灯电路主要由灯光开关、变光开关、前照灯继电器及前照灯组成。

四、汽车照明系统前大灯不亮的检测与检修

① 灯光控制开关的检测：首先找到灯光控制开关的搭铁线，然后分别打开尾灯和大灯档位，由尾灯和大灯继电器线圈送至的线路端子应与搭铁线端子相通；

② 大灯变光开关的检测：开关处于近光位置时，大灯近光线路应与开

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