第1章 電路及基本元器件

1、永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電 工 與 電 子 技 術(shù) Electric Technique & Electronic Technique 教案設(shè)計(jì)：電氣教研室 2009 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電路的組成和作用 電路中基本物理量 電路模型 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電路就是電流所通過的路徑，它是由電 路元件按一定方式組合而成的。最簡(jiǎn)單的手電筒 電路，由電源（干電池）、 負(fù)載（小燈泡）、開關(guān)和連 接導(dǎo)體(中間環(huán)節(jié))所組成，

2、 如圖1.1所示。 負(fù) 載 電 源 開關(guān) 連接導(dǎo)線 圖1.1 手電筒電路圖 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 負(fù)載： 電源： 電路中提供電能的裝置，它把其他形式的能轉(zhuǎn)化 為電能。如發(fā)電機(jī)、蓄電池、電動(dòng)機(jī)等。 在電路中取用電能的設(shè)備，它把電能轉(zhuǎn)化為其 他形式的能量。如電動(dòng)機(jī)、電燈等。 中間環(huán)節(jié)： 電源和負(fù)載之間不可缺少的連接、控制和保護(hù) 部件，如連接導(dǎo)線、開關(guān)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備以及 各種繼電保護(hù)設(shè)備等起傳輸和控制電能的作用。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電力系統(tǒng)中：電力系統(tǒng)中： 電子技術(shù)中：電子技術(shù)中： 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電源 負(fù) 載 實(shí)體電路 中間環(huán)節(jié)

3、 與實(shí)體電路相對(duì)應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的，稱為 實(shí)體電路的。 電路模型 負(fù)載 電源 開關(guān) 連接導(dǎo)線 S RL + U I US + _ R0 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 實(shí)際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復(fù)雜，采取 模型化處理可獲得有意義的分析效果。 模型化就是突出實(shí)際電路元件的主要電磁特性，忽 略其次要因素，用理想電路元件及其組合來代替實(shí)際電 路元件，就構(gòu)成了與實(shí)際相對(duì)應(yīng)的電路模型。 i R L 的的電電 特性可用特性可用 表征表征 的電的電 特性可用特性可用 表征表征 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 白熾燈的電白熾燈的電 路模型可表路模型可表 示為：示為： R 由于

4、白熾燈中耗能 的因素大大于產(chǎn)生 磁場(chǎng)的因素，因此 L 可以忽略。 理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其 電特性單一、確切，可定量分析和計(jì)算。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電流的國(guó)際單位制是安培【A】，較小的單位還有毫安 【mA】和微安【A】等，它們之間的換算關(guān)系為： i dq dt = （1-1） I Q t = （1-2） 電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng) 度表征，定義式為： 大小、方向均不隨時(shí)間變化的穩(wěn)恒直流電可表示為： 在電工技術(shù)分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通 常以正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的正方向。

5、 1 電流 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 在復(fù)雜電路中，為分析問題方便起見，常引入 參考方向。事先任意選定電流的方向，稱電流的 方向，常在電路圖中用箭頭表示。 當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向一致時(shí)，電流為 正值（I0），如下圖（a）所示； 當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)，電流為 負(fù)值（I0），如下圖（b）所示。 電流參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系 Iab 實(shí)際方向 Iba 實(shí)際方向 aab b I I參考方向I參考方向 (b) I(Iab)0 只有在選定參考方向后，電流的值才有正負(fù)之 分和意義。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 a 點(diǎn)電位 a b 1 5A a b 1 5A b點(diǎn)

6、電位 3 3 電位電位 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 dq dw u ab ab Q W U ab ab 直流情況下 電壓 高中物理課對(duì)電壓的定義是：電場(chǎng)力把單位正電荷從電 場(chǎng)中的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。其表達(dá)式為： 變量用小寫字母表示，恒量用大寫字母表示。 電壓的國(guó)際單位制是伏特V，常用的單位還有毫伏mV 和千伏【KV】等，換算關(guān)系為： 電工技術(shù)基礎(chǔ)問題分析中，通常規(guī)定電壓的參考正方向 高電位指向低電位，因此電壓又稱作電壓降 從工程應(yīng)用的角度來講，電路中電壓是產(chǎn)生電流的根本原 因。數(shù)值上，電壓等于電路中兩點(diǎn)電位的差值。即： baab VVU 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課

7、件 電壓的實(shí)際方向規(guī)定為電場(chǎng)力的方向，即從高電位 點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即由“+”極性指向“”極性。因 此在電壓方向上，電位是逐點(diǎn)降低的，也稱電位降。 電壓方向的表示方法： (1)箭頭； (2)正負(fù)極性； (3)雙下標(biāo)。 電壓也有參考方向和實(shí)際方向之分，參考方向的選 取具有任意性。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電壓的參考方向 當(dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向一致時(shí)，電 壓值為正，即U(Uab)0 ，如圖1-5(a)所示； 當(dāng)電壓的實(shí)際方向與它的參考方向相反時(shí)，電 壓值為負(fù)，即U(Uab) 0，如圖1-5(b)所示。 電壓參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系 U 實(shí)際方向 a a b b U 參考方向

8、 (b) U(Uab)0 + U 實(shí)際方向 U 參考方向+ 同電流一樣在選定參考方向后，電壓的值才有 正負(fù)之分。也只有在此條件下，電壓的正負(fù)才有意 義。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電流、電壓的關(guān)聯(lián)參考方向 對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：列寫電路方程式之 前，首先要在電路中標(biāo)出電流、電壓的參考方向。電 路圖上電流、電壓參考方向的標(biāo)定，原則上任意假定， 但一經(jīng)選定，在整個(gè)分析計(jì)算過程中，這些參考方向 就不允許再變更 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 a I U b a I U b 實(shí)際電源上的電壓、電流方向總是的，實(shí)際 負(fù)載上的電壓、電流方向是的。因此，假定某元 件是電源時(shí)，

9、應(yīng)選取非關(guān)聯(lián)參考方向，假定某元件是 負(fù)載應(yīng)選取關(guān)聯(lián)參考方向。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 在電路圖上預(yù)先標(biāo)出電壓、電流的 ，目的是為解題時(shí)列寫方程式提供依 據(jù)。因?yàn)?，只有參考方向?biāo)定的情況下， 方程式各電量前的正、負(fù)號(hào)才有意義。 I 為什么要在電為什么要在電 路圖中預(yù)先標(biāo)出路圖中預(yù)先標(biāo)出 參考方向？參考方向？ + US R0 R I 設(shè)參考方向下US=100V，I=5A，則說 明電源電壓的實(shí)際方向與參考方向一致； 電流為負(fù)值說明其實(shí)際方向與圖中所標(biāo)示的參考方向相反。 參考方向一經(jīng)設(shè)定，在分析和計(jì)算過程中不得隨意改動(dòng)。 方程式各量前面的正、負(fù)號(hào)均應(yīng)依據(jù)參考方向?qū)懗?，而電?的是以計(jì)

10、算結(jié)果和參考方向二者共同確定的。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 1.在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?2.應(yīng)用參考方向時(shí)，你能說明“正、負(fù)”、 “加、減”及“相同、相反”這幾對(duì)詞的不同之處 嗎？ 電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖牵簽榉治龊陀?jì)算 電路提供方便和依據(jù)。 應(yīng)用參考方向時(shí)，是指在參考方向下， 電壓、電流數(shù)值前面的正負(fù)號(hào)，如某電流為“5A”， 說明其實(shí)際方向與參考方向，某電壓為“100V”， 說明該電壓實(shí)際方向與參考方向指參 考方向下電路方程式中各量前面的 是指電壓、電流為，“”指的是電壓、 電流參考方向。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電動(dòng)勢(shì) 電動(dòng)勢(shì)是度量

11、電源內(nèi)非靜電力（化學(xué)力、電磁力 等）做功能力的物理量。在數(shù)值上等于非靜電力 把單位正電荷從負(fù)極移到正極所做的功。 其實(shí)際方向?yàn)槭闺娢荒苌叩姆较?，即由低電?指向高電位。故電動(dòng)勢(shì)和電壓的實(shí)際方向相反。 電動(dòng)勢(shì)的符號(hào)用E來表示，單位和電位、電壓一樣， 都為伏特(V) 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 通常用圖中(a)所示的符號(hào)表示電池，用圖中(b) 所示的符號(hào)表示一般電源或信號(hào)源(在實(shí)際使用中， 不用畫出E、U的方向)。通常用符號(hào)上標(biāo)的正、負(fù) 極表示假定正方向。 電源的符號(hào) (a)電池的符號(hào) (b) 一般電源或信號(hào)源的符號(hào) a b E U a b E U (a)(b) 永城職業(yè)學(xué)院精品課

12、件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 UItW 日常生產(chǎn)和生活中，電能（或電功）也常用 度作為量綱：1度度=1KWh=1KVAh （1）電功 電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過程中進(jìn)行的。因此，電 流作功所消耗電能的多少可以用電功來量度。電功： 式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時(shí)，電功W為焦耳【J】 1度電的概念 1000W的電爐加熱1小時(shí)； 100W的電燈照明10小時(shí)； 40W的電燈照明25小時(shí)。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 UI t UIt t W P 電功率反映了電路元器件能量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。如 100W的電燈表明在1秒鐘內(nèi)該燈可將100J的電能轉(zhuǎn) 換成光能和熱能；電機(jī)1000W表明它在一秒鐘

13、內(nèi)可 將1000J的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。 （2）電功率 電工技術(shù)中，單位時(shí)間內(nèi)電流所作的功稱為電 功率。電功率用“P ”表示： 國(guó)際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 當(dāng)P0時(shí)，即U0，I0時(shí),表示電流由實(shí)際的高電位 端流向低電位端，說明該段電路吸收功率，為一負(fù) 載； 當(dāng)P0，I0或U0時(shí)，表示電流由 實(shí)際的低電位端流向高電位端，說明該元件向外放 出功率，或稱提供功率，為一電源。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 1、某用電器的額定值為“220V，100W”，此電器正常工作1010 小時(shí)，消耗多少焦耳電能？合多少度電？ 2、一只標(biāo)

14、有“220V，60W”的電燈，當(dāng)其兩端電壓為多少 伏時(shí)電燈能正常發(fā)光？正常發(fā)光時(shí)電燈的電功率是多少？ 若加在燈兩端的電壓僅有110伏時(shí)，該燈的實(shí)際功率為多 少瓦？額定功率有變化嗎？ 3、把一個(gè)電阻接在6伏的直流電源上，已知某1分鐘單位 時(shí)間內(nèi)通過電阻的電量為3個(gè)庫侖，求這1分鐘內(nèi)電阻上通 過的電流和電流所做的功各為多少？ 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電路由哪幾部分電路由哪幾部分 組成？試述電路組成？試述電路 的功能？的功能？ 為何要引入?yún)⒖紴楹我雲(yún)⒖?方向？參考方向方向？參考方向 和實(shí)際方向有何和實(shí)際方向有何 聯(lián)系與區(qū)別？聯(lián)系與區(qū)別？ 何謂電路何謂電路 模型？模型？ 理想電路

15、元件理想電路元件 與實(shí)際元器件與實(shí)際元器件 有何不同？有何不同？ 如何判斷元件如何判斷元件 是電源還是負(fù)是電源還是負(fù) 載？載？ 學(xué)好本課程，應(yīng)注意抓好四個(gè)主要環(huán)節(jié)： 還要處理好三個(gè)基本 關(guān)系： 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 4. 電 源 元 件 1. 電 阻 元 件 2. 電 感 元 件 3. 電 容 元 件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 U I R 1. 電阻元件 R 0 U I 電阻元件的作用：串聯(lián)限流與分壓，并聯(lián)分流壓不變 歐姆定律：流過線性電阻的電流與其兩端的電壓成正 比，與電阻成反比。即： （電壓電流關(guān)聯(lián)參考方向） 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 2

16、. 電感元件 L 電感元件圖符號(hào) u i + - 電感線圈 電感元件是表征材料儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的一種參數(shù) 電流通過一匝線圈產(chǎn)生 (磁通) 電流通過N匝線圈產(chǎn)生(磁鏈) N i N i L 電感: (H、mH) 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 電容元件反映在電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件。 C 電容元件圖符號(hào) 3. 電容元件 u i C + _ 電容極板 電容元件的電容量與電容器上存儲(chǔ)的電荷量q和它兩 端電壓u的關(guān)系： q = cu 電容單位：F(法拉) 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 柴油機(jī)組柴油機(jī)組 汽油機(jī)組汽油機(jī)組 蓄電池蓄電池 （1）電壓源 4. 電源元件 永城職業(yè)學(xué)院精品課件

17、永城職業(yè)學(xué)院精品課件 理想電壓源 (a)圖形符號(hào) O I U US (b)理想電壓源的圖形符號(hào)及伏安特性 - + uS(t) U - + US + - - I 理想狀態(tài)下，理想電 壓源的內(nèi)阻為零，因 此它的端電壓不隨流 過它的電流而改變。 它對(duì)外電路提供一個(gè) 恒定的電壓，把這種 電壓源稱為恒壓源。 恒壓源的特點(diǎn)： 1）輸出電壓是始終恒定，與電流和外電路無關(guān)； 2）通過恒壓源的電流取決于與之相連的外電路負(fù) 載的大小。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 (b)伏安特性 (a)實(shí)際電壓源模型 a 實(shí)際電壓源 U IS=US/RS UO=US O I b RS U + US I + 任何電壓源

18、都可以用兩種電源模型來表示。直 流電壓源，如發(fā)電機(jī)、干電池、蓄電池等通常用電 壓源模(理想電壓源和一個(gè)電阻元件相串聯(lián)的形式) 表示； 圖中US為電壓源的端電壓，RS為內(nèi)阻，U為端電壓 ，I為輸出電流，電路方程為： U=USRSI 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 輸出電流較穩(wěn)定的：如光電 池或晶體管的輸出端等通常用 電流源模型(理想電流源和一個(gè) 內(nèi)阻相并聯(lián)的形式)表示。 IS R0 （2）電流源 當(dāng)I=0時(shí)，U=US，這種電路狀態(tài)叫開路，這時(shí) 的電壓叫開路電壓。 當(dāng)U=0時(shí)，U=US/RS，這種電路狀態(tài)叫短路， 這時(shí)的電流叫短路電流。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 理想電流

19、源 (a)圖形符號(hào) O I U IS (b)直流電流源的圖形符號(hào)及伏安特性 iS(t) U + - - IS 電流源是向外電 路提供電流的電源， 若提供的電源不隨時(shí) 間變化就稱為直流電 流源。 始終向外電路提供恒定電流的電流源稱為理想 電流源，簡(jiǎn)稱恒流源。 恒流源特性： 1）輸出電流不受外電路負(fù)載和輸出電壓影響，始 終恒定。 2） 端電壓由與之相連的外電阻大小確定的。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 恒流源是理想 化模型，現(xiàn)實(shí)中并 不存在。實(shí)際的恒 流源有一定的內(nèi)阻 ，功率也有限。實(shí) 際的電流源簡(jiǎn)稱電 流源。 (a)實(shí)際電流源模型 IS a 實(shí)際電流源 b U + - IS I RS

20、 (b)伏安特性 U UO=ISRS O I RS表示電流源的內(nèi)阻；U表示電流源端電壓；R表 示外電路的負(fù)載；I表示電流源輸出的電流值。 S S U II R 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 Us = Is R0 內(nèi)阻改并聯(lián) Is = Us R0 兩種電源模型之間等效變換時(shí)，電壓源的數(shù)和電流 源的數(shù)值遵循歐姆定律的數(shù)值關(guān)系，但變換過程中內(nèi)內(nèi) 阻不變阻不變。 b I I R0 Uab + _ US+ _ a IS R0 US b I I R0 Uab + _ a 當(dāng)外接負(fù)載相同時(shí)，兩種電源模 型對(duì)外部電路的電壓、電流相等。 內(nèi)阻改串聯(lián) 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 1.3.

21、2 基爾霍夫定律 1、 2、基爾霍夫電流定律（KCL） 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 在一個(gè)電路內(nèi)部，各部分電壓、電流之間相互 影響，相互制約，稱為一個(gè)統(tǒng)一的整體?；鶢柣舴?定律從電路的整體和全局上，揭示了電路各部分電 流和電壓之間所必須遵循的規(guī)律，由電流定律和電 壓定律組成。 在介紹基爾霍夫定律之前，我們先看幾個(gè)名詞、 術(shù)語。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 1、 m=3 a b l=3 n=2 1 1 2 3 3 2 網(wǎng)孔網(wǎng)孔=2 + _ R1 US1 + _ US2 R2 R3 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 支路：共 ？條 回路：共 ？個(gè) 節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)

22、 網(wǎng)孔：？個(gè) 例例 I3 I1I2 I5 I6 I4 R3 US4 US3_ + R6 + R4 R5 R1 R2 _ 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 2、基爾霍夫電流定律（KCL） 用來確定某一節(jié)點(diǎn)各支路電流之間相互關(guān)系的定律。 它指出： 。數(shù)學(xué)表達(dá)式： （直流電路的電流） （任意波形的電流） 0 0 I i I1 I2 I3 I4 a 若以結(jié)點(diǎn)的電流為， 結(jié)點(diǎn)的電流為，則根據(jù)KCL， 對(duì)結(jié)點(diǎn) a 可以寫出： 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 i1 i4 i2 i3 整理為： i1+ i3= i2+ i4 0i根據(jù) 可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0 由此我們可以得

23、出KCL的另一種表述方式：在任 一時(shí)刻，流入某一節(jié)點(diǎn)的電流恒等于流出節(jié)點(diǎn)的 電流。 出入 的另一種形式：可得II KCL 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 求左圖示電路中電流i1、i2。 i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A 4A i1 10A - -12A i2 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 I=? I1 I2 I3 I U2 + _ U1 + _ R U3 + _ R R R 廣義節(jié)點(diǎn) 廣義節(jié)點(diǎn) 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 圖1 電路 R1 + US1 I1 R3 + US2 R2 I2I3 a b cd IB

24、 IC IE 圖2 電路 【例1】圖1中，在給定的電流參考 方向下，已知I1=1A，I2=3A，試求 電流I3。 解：利用KCL先寫出 I1+I2I3 =0 所以 I3= I1+ I2= 1+3= 4A 【例2】圖2為某一晶體管電路中 的電流參考方向，已知IB=500A， IC=5mA，試求電流IE。 解：利用KCL先寫出 IB + ICIE=0 所以 IE= IC+IB=0.5+5= 5.5mA 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 應(yīng)用KVL定律時(shí)，必須先假定回路的繞行方向 (即各 電路元件的電壓參考方向)。 永城職業(yè)學(xué)院精品課件永城職業(yè)學(xué)院精品課件 當(dāng)繞行方向與流過 電阻的電流參考方向一致時(shí)，取“+”號(hào)；反之 取“”號(hào)”。 電壓源以“+”極指向“”極為電壓實(shí)際 方向。當(dāng)繞行方向與電壓源的電壓實(shí)際方向 （“+”極指向“”極）一致時(shí)，取“+