2電工基礎(chǔ)周紹敏ppt課件

第二章,簡單直流電路,第二章簡單直流電路,教學(xué)重點：,1理解電動勢、端電壓、電位的概念。2掌握閉合電路的歐姆定律。3掌握電阻串聯(lián)分壓關(guān)系與并聯(lián)分流關(guān)系。4了解萬用表的基本構(gòu)造和基本原理，掌握萬用表的使用方法。5掌握電阻的測量方法。6.學(xué)會分析計算電路中各點電位。,教學(xué)難點：,1運用電阻串聯(lián)分壓關(guān)系與并聯(lián)分流關(guān)系解決電阻電路問題、掌握擴大電壓表與電流表量程的原理。2熟練分析計算電路中各點電位。,學(xué)時分配：,第二章簡單直流電路,第一節(jié)電動勢閉合電路的歐姆定律,第二節(jié)電池組,第三節(jié)電阻的串聯(lián),第四節(jié)電阻的并聯(lián),第五節(jié)電阻的混聯(lián),第六節(jié)萬用表的基本原理,第七節(jié)電阻的測量,第八節(jié)電路中各點電位的計算,本章小結(jié),第一節(jié)電動勢閉合電路的歐姆定律,一、電動勢,二、閉合電路的歐姆定律,三、負(fù)載獲得最大功率的條件,一、電動勢,電動勢通常用符號E或e(t)表示，E表示大小與方向都恒定的電動勢(即直流電源的電動勢)，e(t)示大小和方向隨時間變化的電動勢，也可簡記為e。電動勢的國際單位制為伏特，記做V。,電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。,衡量電源的電源力大小及其方向的物理量叫做電源的電動勢。,電動勢是一個標(biāo)量。,電動勢的方向規(guī)定為從電源的負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極，即與電源兩端電壓的方向相反。,電動勢的大小等于電源力把單位正電荷從電源的負(fù)極，經(jīng)過電源內(nèi)部移到電源正極所作的功。如設(shè)W為電源中非靜電力(電源力)把正電荷量q從負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部移送到電源正極所作的功，則電動勢大小為,二、閉合電路的歐姆定律,圖中R0表示電源的內(nèi)部電阻，R表示電源外部連接的電阻(負(fù)載)。閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為ERI+R0I或,外電路兩端電壓，顯然，負(fù)載電阻R值越大，其兩端電壓U也越大；當(dāng)RR0時(相當(dāng)于開路)，則U=E；當(dāng)RR0時(相當(dāng)于短路)，則U=0，此時一般情況下的電流(I=E/R0)很大，電源容易燒毀。,【例2-1】如圖2-2所示，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S合到位置1時，外電路的電阻R1=14，測得電流表讀數(shù)I1=0.2A；當(dāng)開關(guān)S合到位置2時，外電路的電阻R2=9，測得電流表讀數(shù)I2=0.3A；試求電源的電動勢E及其內(nèi)阻R0。,圖2-2例題2-1,R0,解:根據(jù)閉合電路的歐姆定律，列出聯(lián)立方程組,解得：R01，E3V。本例題給出了一種測量直流電源電動勢E和內(nèi)阻R0的方法。,三、負(fù)載獲得最大功率的條件,電源輸出的最大功率是,容易證明：在電源電動勢E及其內(nèi)阻保持不變時，負(fù)載R獲得最大功率的條件是R=R0，此時負(fù)載的最大功率值為,圖2-3電源輸出功率與外電路(負(fù)載)電阻的關(guān)系曲線,解:將(R1+R0)視為電源的內(nèi)阻，則RPR1+R02.5時，RP獲得最大功率,第二節(jié)電池組,一、電池的串聯(lián),二、電池的并聯(lián),圖2-5串聯(lián)電池組,一、電池的串聯(lián),如果有n個相同的電池相串聯(lián)，那么整個串聯(lián)電池組的電動勢與等效內(nèi)阻分別為E串nE，r串nR0,如圖2-5所示串聯(lián)電池組，每個電池的電動勢均為E、內(nèi)阻均為R0。,串聯(lián)電池組的電動勢是單個電池電動勢的n倍，額定電流相同。,二、電池的并聯(lián),如圖2-6所示并聯(lián)電池組，每個電池的電動勢均為E、內(nèi)阻均為R0。,如果有n個相同的電池相并聯(lián)，那么整個并聯(lián)電池組的電動勢與等效內(nèi)阻分別為E并E，r并R0/n,并聯(lián)電池組的額定電流是單個電池額定電流的n倍，電動勢相同。,圖2-6并聯(lián)電池組,第三節(jié)電阻的串聯(lián),一、電阻串聯(lián)電路的特點,二、應(yīng)用舉例,一、電阻串聯(lián)電路的特點,圖2-7電阻的串聯(lián),設(shè)總電壓為U、電流為I、總功率為P。,1.等效電阻:RR1R2Rn,2.分壓關(guān)系：,特例：兩只電阻R1、R2串聯(lián)時，等效電阻R=R1R2,則有分壓公式,3.功率分配:,二、應(yīng)用舉例,解：將電燈(設(shè)電阻為R1)與一只分壓電R2串聯(lián)后，接入U220V電源上，如圖2-8所示。,【例2-3】有一盞額定電壓為U140V、額定電流為I5A的電燈，應(yīng)該怎樣把它接入電壓U220V照明電路中。,圖2-8例題2-3,解法一：分壓電阻R2上的電壓U2=UU1=(22040)V=180V，且U2=R2I，則,解法二：利用兩只電阻串聯(lián)的分壓公式,可得,即將電燈與一只36分壓電阻串聯(lián)后，接入U=220V電源上即可。,解：如圖2-9所示。該電流表的電壓量程為Ug=RgIg=0.1V，與分壓電阻R串聯(lián)后的總電壓Un=3V，即將電壓量程擴大到n=Un/Ug=30倍。利用兩只電阻串聯(lián)的分壓公式，可得,則,上例表明，將一只量程為Ug、內(nèi)阻為Rg的表頭擴大到量程為Un，所需要的分壓電阻為R=(n1)Rg，其中n=(Un/Ug)稱為電壓擴大倍數(shù)。,第四節(jié)電阻的并聯(lián),一、電阻并聯(lián)電路的特點,二、應(yīng)用舉例,設(shè)總電流為I，總電壓為U，總功率為P。1.等效電導(dǎo):G=G1G2Gn即,一、電阻并聯(lián)電路的特點,圖2-10電阻的并聯(lián),2.分流關(guān)系：R1I1=R2I2=RnIn=RI=U,3.功率分配：R1P1=R2P2=RnPn=RP=U2I,特例：兩只電阻R1、R2并聯(lián)時，等效電阻,則有分流公式,【例2-5】如圖2-11所示，電源供電電壓U=220V，每根輸電導(dǎo)線的電阻均為R1=1，電路中一共并聯(lián)100盞額定電壓220V、功率40W的電燈。假設(shè)電燈正常發(fā)光時電阻值為常數(shù)。試求：(1)當(dāng)只有10盞電燈工作時，每盞電燈的電壓UL和功率PL；(2)當(dāng)100盞電燈全部工作時，每盞電燈的電壓UL和功率PL。,二、應(yīng)用舉例,圖2-11例題2-5,解:每盞電燈的電阻為R=U2/P=1210，n盞電燈并聯(lián)后的等效電阻為Rn=R/n根據(jù)分壓公式，可得每盞電燈的電壓，功率,(1)當(dāng)只有10盞電燈工作時，即n=10，則Rn=R/n=121，因此,(2)當(dāng)100盞電燈全部工作時，即n=100，則Rn=R/n=12.1，,【例2-6】有一只微安表，滿偏電流為Ig=100A、內(nèi)阻Rg=1k，要改裝成量程為In=100A的電流表，試求所需分流電阻R。,圖2-12例題2-6,解：如圖2-12所示，設(shè)n=In/Ig(稱為電流量程擴大倍數(shù))，根據(jù)分流公式可得In，則,本題中n=In/Ig=1000，,上例表明，將一只量程為Ig、內(nèi)阻為Rg的表頭擴大到量程為In，所需要的分流電阻為R=Rg/(n1)，其中n=(In/Ig)稱為電流擴大倍數(shù)。,第五節(jié)電阻的混聯(lián),一、電阻混聯(lián)電路分析步驟,二、解題舉例,一、電阻混聯(lián)電路分析步驟,在電阻電路中，既有電阻的串聯(lián)關(guān)系又有電阻的并聯(lián)關(guān)系，稱為電阻混聯(lián)。對混聯(lián)電路的分析和計算大體上可分為以下幾個步驟：,1首先整理清楚電路中電阻串、并聯(lián)關(guān)系，必要時重新畫出串、并聯(lián)關(guān)系明確的電路圖；2利用串、并聯(lián)等效電阻公式計算出電路中總的等效電阻；3利用已知條件進(jìn)行計算，確定電路的端電壓與總電流；4根據(jù)電阻分壓關(guān)系和分流關(guān)系，逐步推算出各支路的電流或各部分的電壓。,二、解題舉例,【例2-7】如圖2-13所示，已知R1R28，R3R46，R5R64，R7R824，R916；電壓U224V。試求：(1)電路總的等效電阻RAB與總電流I；(2)電阻R9兩端的電壓U9與通過它的電流I9。,圖2-13例2-7,(2)利用分壓關(guān)系求各部分電壓：UCD=RCDI=96V，,解:(1)R5、R6、R9三者串聯(lián)后，再與R8并聯(lián)，E、F兩端等效電阻為REF(R5R6R9)R812REF、R3、R4三電阻串聯(lián)后，再與R7并聯(lián)，C、D兩端等效電阻為RCD(R3REFR4)R712總的等效電阻RABR1RCDR228總電流IU/RAB（224/28）A8A,【例2-8】如圖2-14所示，已知R10，電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r0.5，試求電路中的總電流I。,圖2-14例題2-8的等效電路,解:首先整理清楚電路中電阻串、并聯(lián)關(guān)系，并畫出等效電路，如圖2-15所示。四只電阻并聯(lián)的等效電阻為ReR/42.5根據(jù)全電路歐姆定律，電路中的總電流為,圖2-15例題2-8的等效電路,第六節(jié)萬用電表的基本原理,一、萬用表的基本功能,二、萬用表的基本原理,三、萬用表的使用,萬用電表又叫做復(fù)用電表，通常稱為萬用表。它是一種可以測量多種電量的多量程便攜式儀表，由于它具有測量的種類多、量程范圍寬、價格低以及使用和攜帶方便等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于電氣維修和測試中。,一般的萬用表可以測量直流電壓、直流電流、電阻、交流電壓等，有的萬用表還可以測量音頻電平、交流電流、電容、電感以及晶體管的值等。,一、萬用表的基本功能,萬用表的基本原理是建立在歐姆定律和電阻串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律基礎(chǔ)之上的。,萬用表的表頭是進(jìn)行各種測量的公用部分。表頭內(nèi)部有一個可動的線圈（叫做動圈），它的電阻Rg稱為表頭的內(nèi)阻。動圈處于永久磁鐵的磁場中，當(dāng)動圈通有電流之后會受到磁場力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。固定在動圈上的指針隨著動圈一起偏轉(zhuǎn)的角度，與動圈中的電流成正比。當(dāng)指針指示到表盤刻度的滿標(biāo)度時，動圈中所通過的電流稱為滿偏電流Ig。Rg與Ig是表頭的兩個主要參數(shù)。,二、萬用表的基本原理,1直流電壓的測量,將表頭串聯(lián)一只分壓電阻R，即構(gòu)成一個簡單的直流電壓表，如圖2-16所示。,圖2-16簡單的直流電壓表,測量時將電壓表并聯(lián)在被測電壓Ux的兩端，通過表頭的電流與被測電壓Ux成正比,在萬用表中，用轉(zhuǎn)換開關(guān)分別將不同數(shù)值的分壓電阻與表頭串聯(lián)，即可得到幾個不同的電壓量程。,【例2-9】如圖2-17所示某萬用表的直流電壓表部分電路，五個電壓量程分別是U12.5V，U210V，U350V，U4250V，U5500V，已知表頭參數(shù)Rg3k，Ig50A。試求電路中各分壓電阻R1、R2、R3、R4、R5。,圖2-1例題2-9,解:利用電壓表擴大量程公式R(n1)Rg，其中n(Un/Ug)，UgRgIg0.15V。,(1)求R1：n1(U1/Ug)16.67，R1(n1)Rg47k,(2)求R2：把Rg2RgR150k視為表頭內(nèi)阻，n2(U2/U1)4，則R2(n1)Rg2150k,(3)求R3：把Rg3RgR1R2200k視為表頭內(nèi)阻，n3(U3/U2)5，則R3(n1)Rg3800k,(4)求R4：把Rg4RgR1R2R31000k視為表頭內(nèi)阻，n4(U4/U3)5，則R4(n1)Rg44000k4M,(5)求R5：把Rg5RgR1R2R3R45M視為表頭內(nèi)阻，n5(U5/U4)2，則R4(n1)Rg55M,將表頭并聯(lián)一只分流電阻R，即構(gòu)成一個最簡單的直流電流表，如圖2-18所示。設(shè)被測電流為Ix，則通過表頭的電流與被測電流Ix成正比，即,分流電阻R由電流表的量程IL和表頭參數(shù)確定,2.直流電流的測量,圖2-18簡單的直流電流表,實際萬用表是利用轉(zhuǎn)換開關(guān)將電流表制成多量程的，如圖2-19所示。,萬用表測量電阻(即歐姆表)的電路如圖2-20所示。,3.電阻的測量,可變電阻R叫做調(diào)零電阻，當(dāng)紅、黑表筆相接時(相當(dāng)于被測電阻Rx0)，調(diào)節(jié)R的阻值使指針指到表頭的滿刻度，即,萬用表電阻擋的零點在表頭的滿度位置上。而電阻無窮大時(即紅、黑表筆間開路)指針在表頭的零度位置上。當(dāng)紅、黑表筆間接被測電阻Rx時，通過表頭的電流為,可見表頭讀數(shù)I與被測電阻Rx是一一對應(yīng)的，并且成反比關(guān)系，因此歐姆表刻度不是線性的。,萬用表有紅與黑兩只表筆（測棒），表筆可插入萬用表的“、-”兩個插孔里，注意一定要嚴(yán)格將紅表筆插入“”極性孔里，黑表筆插入“-”極性孔里。測量直流電流、電壓等物理量時，必須注意正、負(fù)極性。根據(jù)測量對象，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至所需位置，在被測量大小不詳時，應(yīng)先選用量程較大的高擋試測，如不合適再逐步改用較低的擋位，以表頭指針移動到滿刻度的三分之二位置附近為宜。,1.正確使用轉(zhuǎn)換開關(guān)和表筆插孔,三、萬用表的使用,2.正確讀數(shù)萬用表有數(shù)條供測量不同物理量的標(biāo)尺，讀數(shù)前一定要根據(jù)被測量的種類、性質(zhì)和所用量程認(rèn)清所對應(yīng)的讀數(shù)標(biāo)尺。,3.正確測量電阻值在使用萬用表的歐姆擋測量電阻之前，應(yīng)首先把紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)指針到歐姆標(biāo)尺的零位上，并要正確選擇電阻倍率擋。測量某電阻Rx時，一定要使被測電阻斷電不與其它電路有任何接觸，也不要用手接觸表筆的導(dǎo)電部分，以免影響測量結(jié)果。當(dāng)利用歐姆表內(nèi)部電池作為測試電源時(例如判斷二極管或三極管的管腳)，要注意到黑表筆接的是電源正極，紅表筆接的是電源負(fù)極。,4.測量高電壓時的注意事項,在測量高電壓時務(wù)必要注意人身安全，應(yīng)先將黑表筆固定接在被測電路的地電位上，然后再用紅表筆去接觸被測點處，操作者一定要站在絕緣良好的地方，并且應(yīng)用單手操作，以防觸電。在測量較高電壓或較大電流時，不能在測量時帶電轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕改變量程或擋位。,5.萬用表的維護(hù),萬用表應(yīng)水平放置使用，要防止受震動、受潮熱，使用前首先看指針是否指在機械零位上，如果不在，應(yīng)調(diào)至零位。每次測量完畢，要將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于空擋或最高交流電壓擋上。在測量電阻時，如果將兩只表筆短接后指針仍調(diào)整不到歐姆標(biāo)尺的零位，則說明應(yīng)更換萬用表內(nèi)部的電池；長期不用萬用表時，應(yīng)將電池取出，以防止電池受腐蝕而影響表內(nèi)其它元件。,第七節(jié)電阻的測量,一、電阻的測量方法,二、伏安法測電阻,三、惠斯通電橋,一、電阻的測量方法,電阻的測量在電工測量技術(shù)中占有十分重要的地位，工程中所測量的電阻值，一般是在10-61012的范圍內(nèi)。為減小測量誤差，選用適當(dāng)?shù)臏y量電阻方法，通常是將電阻按其阻值的大小分成三類，即小電阻(1以下)、中等電阻(10.1M)和大電阻(0.1M以上)。測量電阻的方法很多，常用的方法分類如下：,1.按獲取測量結(jié)果方式分類,(1)直接測阻法采用直讀式儀表測量電阻，儀表的標(biāo)尺是以電阻的單位（、k或M)刻度的，根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的指示位置，可以直接讀取測量結(jié)果。例如用萬用表的電阻擋或兆歐表等測量電阻，就是直接測阻法。,(2)比較測阻法采用比較儀器將被測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻器進(jìn)行比較，在比較儀器中接有檢流計，當(dāng)檢流計指零時，可以根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，獲取被測電阻的阻值。,(3)間接測阻法通過測量與電阻有關(guān)的電量，然后根據(jù)相關(guān)公式計算，求出被測電阻的阻值。例如得到廣泛應(yīng)用的、最簡單的間接測阻法是電流、電壓表法測量電阻（即伏安法）。它是用電流表測出通過被測電阻中的電流、用電壓表測出被測電阻兩端的電壓，然后根據(jù)歐姆定律即可計算出被測電阻的阻值。,2.按被測電阻的阻值的大小分類,(1)小電阻的測量是指測量1以下的電阻。測量小電阻時，一般是選用毫歐表。要求測量精度比較高時，則可選用雙臂電橋法測量。,(2)中等電阻的測量是指測量阻值在10.1M之間的電阻。對中等電阻測量的最為方便的方法是用電阻表進(jìn)行測量，它可以直接讀數(shù)，但這種方法的測量誤差較大。中等電阻的測量也可以選用伏、安表測阻法，它能測出工作狀態(tài)下的電阻值。其測量誤差比較大。若需精密測量可選用單臂電橋法。,(3)大電阻的測量是指測量阻值在0.1M以上的電阻。在測量大電阻時可選用兆歐表法，可以直接讀數(shù)，但測量誤差也較大。,圖2-21伏安法測電阻,二、伏安法測電阻,圖2-21(a)是電流表外接的伏安法，這種測量方法的特點是電流表讀數(shù)I包含被測電阻R中的電流I與電壓表中的電流IV，所以電壓表讀數(shù)U與電流表讀數(shù)I的比值應(yīng)是被測電阻R與電壓表內(nèi)阻RV并聯(lián)后的等效電阻，即(R/RV)U/I，所以被測電阻值為,如果不知道電壓表內(nèi)阻RV的準(zhǔn)確值，令，則該種測量方法適用于RRA的情況，即適用于測量阻值較大的電阻。,三、惠斯通電橋,惠斯通電橋法可以比較準(zhǔn)確地測量電阻，其原理如圖2-22所示。,R1、R2、R3為可調(diào)電阻，并且是阻值已知的標(biāo)準(zhǔn)精密電阻。R4為被測電阻，當(dāng)檢流計的指針指示到零位置時，稱為電橋平衡。此時，B、D兩點為等電位，被測電阻為,惠斯通電橋有多種形式，常見的是一種滑線式電橋。,被測電阻為,第八節(jié)電路中各點電位的計算,一、電位參考點(即零電位點),二、電位的定義,一、電位參考點(即零電位點),在電路中選定某一點A為電位參考點，就是規(guī)定該點的電位為零,即VA0。電位參考點的選擇方法是：,(1)在工程中常選大地作為電位參考點；(2)在電子線路中,常選一條特定的公共線或機殼作為電位參考點。,在電路中通常用符號“”標(biāo)出電位參考點。,二、電位的定義,電路中某一點M的電位VM就是該點到電位參考點A的電壓，也即M、A兩點間的電位差，即VMUMA,計算電路中某點電位的方法是：(1)確認(rèn)電位參考點的位置；(2)確定電路中的電流方向和各元件兩端電壓的正、負(fù)極性；(3)從被求點開始通過一定的路徑繞到電位參考點，則該點的電位等于此路徑上所有電壓降的代數(shù)和：電阻元件電壓降寫成RI形式，當(dāng)電流I的參考方向與路徑繞行方向一致時，選取“”號；反之，則選取“”號。電源電動勢寫成E形式，當(dāng)電動勢的方向與路徑繞行方向一致時，選取“”號；反之，則選取“”號。,【例2-10】如圖2-23所示電路，已知：E145V，E212V，電源內(nèi)阻忽略不計；R15，R24，R32。求B、C、D三點的電位VB、VC、VD。,圖2-23例題2-10,解:利用電路中A點為電位參考點(零電位點)，電流方向為順時針方向：,B點電位：VB=UBA=R1I=15VC點電位：VC=UCA=E1R1I=(4515)V=30VD點電位：VD=UDA=E2R2I=(1212)V=24V,必須注意的是，電路中兩點間的電位差(即電壓)是絕對的，不隨電位參考點的不同發(fā)生變化，即電壓值與電位參考點無關(guān)；而電路中某一點的電位則是相對電位參考點而言的，電位參考點不同，該點電位值也將不同。,例如，在上例題中，假如以E點為電位參考點，則B點的電位變?yōu)閂B=UBE=R1IR2I=27V；C點的電位變?yōu)閂C=UCE=R3IE2=18V；D點