電子電工技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、第二篇第二篇 第二篇第二篇第二篇第二篇原子核 原子核中有質(zhì)子和中子，其中質(zhì)子帶正電，中子不帶電。 繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的電子帶負電。自然界物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：電子原子核 導(dǎo)體的外層電子數(shù)很少且距離原子核較遠，因此受原子核的束縛力很弱，極易掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子，即導(dǎo)體的特點就是內(nèi)部具有大量的自由電子。原子核 半導(dǎo)體的外層電子數(shù)一般為4個，其導(dǎo)電性界于導(dǎo)體和絕緣體之間。原子核 絕緣體外層電子數(shù)通常為8個，且距離原子核較近，因此受到原子核很強的束縛力而無法掙脫，我們把外層電子數(shù)為8個稱為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中不存在自由電子，因此不導(dǎo)電。 當外界電場的作用力超過原子核對外層電子的束縛力時，絕緣體

2、的外層電子同樣也會掙脫原子核的束縛成為自由電子，這種現(xiàn)象我們稱為“絕緣擊穿”。絕緣體一旦被擊穿，就會永久喪失其絕緣性能而成為導(dǎo)體。1、絕緣體是否在任何條件下都不導(dǎo)電？、絕緣體是否在任何條件下都不導(dǎo)電？2、半導(dǎo)體有什么特殊性？、半導(dǎo)體有什么特殊性？ 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo)體在外界條件發(fā)生變化時，其導(dǎo)電能力將大大增強；若在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)后，其導(dǎo)電能力甚至會增加上萬乃至幾十萬倍，半導(dǎo)體的上述特殊性，使它在電子技術(shù)中得到了極其廣泛地應(yīng)用。負載：由實際元器件構(gòu)成的電流的通路。電源：電路中提供電能的裝置。如發(fā)電機、蓄電池等。在電路中接收電能的設(shè)備。如電動機、電燈等。

3、中間環(huán)節(jié)：電源和負載之間不可缺少的連接、控制和保護部件，如連接導(dǎo)線、開關(guān)設(shè)備、測量設(shè)備以及各種繼電保護設(shè)備等。電力系統(tǒng)中：電力系統(tǒng)中：電子技術(shù)中：電子技術(shù)中：電源負載實體電路中間環(huán)節(jié) 與實體電路相對應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的，稱為實體電路的。電路模型負載電源開關(guān)連接導(dǎo)線SRL+ UIUS+_R0白熾燈的電白熾燈的電路模型可表路模型可表示為：示為： 實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iR 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由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場的因素，因此L 可以忽略。 理想電路元件是實際電路器件的理想化和

4、近似，其電特性惟一、精確，可定量分析和計算。RC+ US只具耗能的電特性只具有儲存電能的電特性L只具有儲存磁能的電特性IS無源二端元件 有源二端元件 必須指出，電路在進行上述模型化處理時是有條件的。前提是：實際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究，并且相應(yīng)的電磁過程都集中在電路元件內(nèi)部進行，這種電路稱為元件的電路。集總參數(shù)元件的特征集總參數(shù)元件的特征1. 在元件中所發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行，其次要因素可以忽略的理想化電路元件。如前面提到的無源電路元件R，只具有耗能的電特性；L只具有儲存磁場能量的電特性；C只具有儲存電場能量的電特性。2.2.對于集總參數(shù)元件，任何時刻，從元件一端流入

5、的電流，恒等于從元件另一端流出的電流，并且元件兩端的電壓值是完全確定的。 （1）電流 電流的國際單位制是安培【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 dqdt=（1-1）I Q t=（1-2） 電荷有規(guī)則的定向移動形成電流。計量電流大小的物理量稱為電流強度，簡稱電流。定義式為：若電流的大小、方向均不隨時間變化，則表達式為： 在電工技術(shù)的問題分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通常規(guī)定以正電荷移動的方向為電流的正方向。dqdwuababQWUabab直流情況下 高中物理學中對電壓的定義：電場力把單位正電荷從電場中的一點移到另一點所做的功。表達式為：物理量用小字表

6、示變量，用大寫表示恒量。 電壓的國際單位制是伏特【V】，常用的單位還有毫伏【mV】和千伏【KV】等，它們之間的換算關(guān)系為： 電工技術(shù)的問題分析中，通常規(guī)定電壓的參考正方向，因此電壓又稱作 從工程應(yīng)用的角度來講，電路中的電壓是產(chǎn)生電流的根本原因；在數(shù)值上，電壓等于電路中兩點電位的差值。對電路進行分析計算時應(yīng)注意：列寫電路方程式之前，首先要在電路中標出電流、電壓的參考方向。電路圖上電流、電壓參考方向的標定，原則上任意假定，但一經(jīng)選定，在整個分析計算過程中，這些參考方向就不允許再變更aIUbaIUb 實際電源上的電壓、電流方向總是的，實際負載上的電壓、電流方向是的。因此，假定某元件是電源時，應(yīng)選取非

7、關(guān)聯(lián)參考方向，假定某元件是負載應(yīng)選取關(guān)聯(lián)參考方向。 在電路圖上預(yù)先標出電壓、電流的，目的是為解題時列寫方程式提供依據(jù)。因為，只有參考方向標定的情況下，方程式各電量前的正、負號才能確定。I 為什么要在電為什么要在電路圖中預(yù)選標出路圖中預(yù)選標出參考方向？參考方向？ +USR0RI 設(shè)參考方向下US=100V，I=5A，則說明電源電壓的實際方向與參考方向一致；電流為負值說明其實際方向與圖中所標示的參考方向相反。 參考方向一經(jīng)設(shè)定，在分析和計算過程中不得隨意改動。方程式各量前面的正、負號均應(yīng)依據(jù)參考方向?qū)懗觯娏康氖且杂嬎憬Y(jié)果和參考方向二者共同確定的。1.在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?.

8、應(yīng)用參考方向時，你能說明“正、負”、“加、減”及“相同、相反”這幾對詞的不同之處嗎？ 電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖牵簽榉治龊陀嬎汶娐诽峁┓奖愫鸵罁?jù)。應(yīng)用參考方向時，是指在參考方向下，電壓、電流數(shù)值前面的正負號，如某電流為“5A”，說明其實際方向與參考方向，某電壓為“100V”，說明該電壓實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。 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）電能 電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過程中進行的。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

9、】；I【A】；t【s】時，電功W為焦耳【J】1000W的電爐加熱1小時；100W的電燈照明10小時；40W的電燈照明25小時。UItUIttWP 電功率是用來表示電流做功快慢的物理量。 用電器正常工作時的電壓叫額定電壓，在額定電壓下的電功率叫做額定功率。（2）電功率 電工技術(shù)中，單位時間內(nèi)電流所作的功稱為電功率。電功率用“P ”表示：國際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】 實際加在用電器兩端的電壓叫實際電壓，在實際電壓下的電功率叫。 只有在實際電壓恰好與額定電壓相等時，實際功率才等于額定功率。%100%1002212PPPPP 提高電能效率能大幅度節(jié)約投資。據(jù)專家測算，建設(shè)1千

10、瓦的發(fā)電能力，平均在7000元左右；而節(jié)約1千瓦的電力，大約平均需要投資2000元，不到建設(shè)投資的1/3。通過提高電能效率節(jié)約下來的電力還不需要增加煤等一次性資源投入，更不會增加環(huán)境污染。（3）效率 電氣設(shè)備運行時客觀上存在損耗，在工程應(yīng)用中，常把輸出功率與輸入功率的比例數(shù)稱為效率，用“”表示： 所以，提高電能效率與加強電力建設(shè)具有相同的重要地位，不僅有利于緩解電力緊張局面，還能促進資源節(jié)約型社會的建立。 1、某用電器的額定值為“220V，100W”，此電器正常工作1010小時，消耗多少焦耳電能？合多少度電？2、一只標有“220V，60W”的電燈，當其兩端電壓為多少伏時電燈能正常發(fā)光？正常發(fā)光

11、時電燈的電功率是多少？若加在燈兩端的電壓僅有110伏時，該燈的實際功率為多少瓦？額定功率有變化嗎？ 3、某電阻接在6伏的直流電源上，已知某1分鐘單位時間內(nèi)通過該電阻的電量為3個庫侖，求在這1分鐘內(nèi)電阻上通過的電流和電流所做的功各為多少？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挤较?？參考方向方向？參考方向和實際方向有何和實際方向有何聯(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？理想電路元件理想電路元件與實際元器件與實際元器件有何不同？有何不同？如何判斷元件如何判斷元件是電源還是負是電源還是負載？載？學好本課程，應(yīng)注意抓好四個主要環(huán)

12、節(jié)：還要處理好三個基本關(guān)系：電氣設(shè)備工作條件下的稱為額定值 電氣設(shè)備的額定值是根據(jù)設(shè)計、材料及制造工藝等因素，由制造廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù)。（a）開路）開路U=USI0S USRSRL U=USIRS U=0IUS/RSIUS(RSRL)（b）通路）通路S USRSRLS USRSRL（c）短路短路右下圖電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U=5V，求電流I。+UI元 件由圖可知UI為關(guān)聯(lián)參考方向，因此:A4520UPI舉例2：右下圖電路，若已知元件中電流為I=100A，電壓U=10V，求電功率P，并說明元件是電源還是負載。+UI元 件UI非關(guān)聯(lián)參考，因此:元件吸收正功率，說明元件是負載。W10

13、00)100(10 UIP1. 電源外特性電源外特性與橫軸相交處與橫軸相交處的電流的電流=？電？電流工作狀態(tài)？流工作狀態(tài)？2. 該電阻允許加該電阻允許加的最高電壓的最高電壓=？允許通過的最大允許通過的最大電流電流=？3.額定電流為額定電流為100A的發(fā)電機，只接了的發(fā)電機，只接了60A的照明負載，還的照明負載，還有有40A電流去哪了？電流去哪了？4.電源的開路電壓為電源的開路電壓為12V,短路電流為短路電流為30A,則電源的則電源的US=?RS=？UI0U0I=?“1W、100”iuR 1. 電阻元件R0ui 由電阻的伏安特性曲線可得，任一瞬時，電阻元件上電壓和電流的關(guān)系為關(guān)系，即：因此，電阻

14、元件稱為即時元件。即時RiRuuiP22元件上的電壓、電流關(guān)系遵循歐姆定律。電阻元件通過電流就要發(fā)熱，消耗的能量為：2. 電感元件L0i 對線性電感元件而言，任一瞬時，其電壓和電流的關(guān)系為微分(或積分)的關(guān)系，即：dtdiLuL 顯然，只有電感元件上的電流221LiWL時，電感兩端才有電壓。因此，我們把電感元件稱為動態(tài)元件。動態(tài)元件可以儲能，儲存的磁能為：0q qu 對線性電容元件而言，任一瞬時，其電壓、電流的關(guān)系也是微分(或積分)的關(guān)系，即：dtduCiC電容元件的工作方式就是充放電。2C21CuWC因此，只有電容元件的極間電壓時，電容支路才有電流通過。電容元件也是動態(tài)元件，其儲存的電場能量

15、為：4. 電源元件 任何電源都可以用兩種電源模型來表示，輸出電壓比較穩(wěn)定的，如發(fā)電機、干電池、蓄電池等通常用電壓源模型(理想電壓源和一個電阻元件相串聯(lián)的形式)表示；柴油機組柴油機組汽油機組汽油機組蓄電池蓄電池 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(理想電流源和一個內(nèi)阻相并聯(lián)的形式)表示。US+_R0ISR0理想電壓源的外特性0UI電壓源模型的外特性0UIS USR0URL U電壓源模型輸出端電壓I 理想電壓源內(nèi)阻為零，因此輸出電壓恒定； 實際電壓源總是存在內(nèi)阻的，因此當負載電流增大時，內(nèi)阻上必定增加消耗，從而造成輸出電壓隨負載電流的增大而減小。即實際電壓源的外特性應(yīng)是一

16、條稍微向下傾斜的直線，如右圖所示。 理想電流源的內(nèi)阻 R0I(相當于開路)，因此內(nèi)部不能分流，輸出的電流值恒定。理想電流源的外特性0I IU電流源模型的外特性0I IUU+_RLR0IISI電流源模型 實際電流源的內(nèi)阻總是有限值，因此當負載增大時，內(nèi)阻上分配的電流必定增加，從而造成輸出電流隨負載的增大而減小。即實際電流源的外特性也是一條稍微向下傾斜的直線。Us = Is R0內(nèi)阻改并聯(lián)Is = UsR0 兩種電源模型之間等效變換時，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。bI IR0Uab+_US+_aIS R0US bI IR0Uab+_a當外接負載相同

17、時，兩種電源模型對外部電路的電壓、電流相等。內(nèi)阻改串聯(lián)+Li=0uL=0C1. uL=0時，時，WL是是否為否為0？ic=0時，時，WC是否為是否為0？2.畫出圖中電感線畫出圖中電感線圈在直流情況下的圈在直流情況下的等效電路模型？等效電路模型？3. 電感元件在直電感元件在直流時相當于短路流時相當于短路， L 是否為零是否為零？電容元件在直流電容元件在直流時相當于開路，時相當于開路，C是否為零？是否為零？4. 理想電源和實際理想電源和實際電源有何區(qū)別？理電源有何區(qū)別？理想電源之間能否等想電源之間能否等效互換？實際電源效互換？實際電源模型的互換如何？模型的互換如何？10V+2A2 IA32410A

18、72210A5210IIII = ?2121211111PPPIIIRRRRn212121PPPUUURRRRUIR2R1UII1I2R1R2IUU1U2串聯(lián)各電阻中通過的電流相同。并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同。如果兩個串聯(lián)電阻有：R1R2，則如果兩個并聯(lián)電阻有：R1R2，則1、電阻的串聯(lián)與并聯(lián) Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab由a、b端向里看， R2和R3，R4和R5均連接在相同的兩點之間，因此是并聯(lián)關(guān)系，把這4個電阻兩兩并聯(lián)后，電路中除了a、b兩點不再有結(jié)點，所以它們的等效電阻與R1和R6相串聯(lián)。 電阻混聯(lián)電路的等效電阻計算，關(guān)鍵在于正確找出電路

19、的連接點，然后分別把兩兩結(jié)點之間的電阻進行串、并聯(lián)簡化計算，最后將簡化的等效電阻相串即可求出。m=3abl=3n=2112332網(wǎng)孔網(wǎng)孔=2+_R1US1+_US2R2R3例例支路：共 ？條回路：共 ？個節(jié)點：共 ？個網(wǎng)孔：？個I3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_3、基爾霍夫電流定律（KCL）基爾霍夫定律包括結(jié)點電流定律和回路電壓兩個定律，是一般電路必須遵循的普遍規(guī)律。 基爾霍夫電流定律是將物理學中的“液體流動的連續(xù)性”和“能量守恒定律”用于電路中，指出：。數(shù)學表達式：（直流電路的電流）（任意波形的電流） 0 0IiI1I2I3I4a 若以結(jié)點的電流為，結(jié)點的電

20、流為，則根據(jù)KCL，對結(jié)點 a 可以寫出：求左圖示電路中電流i1、i2。i1i4i2i3整理為： i1+ i3= i2+ i4 0)(ti根據(jù)出入的另一種形式：可得ii KCL可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A4Ai110A- -12Ai2I=?I1I2I3IU2+_U1+_RU3+_RRR廣義節(jié)點廣義節(jié)點I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I4

21、=US1US4先標繞行方向#1#2例例0S13311URIRI#3）（）（2 1 S23322S13311URIRIURIRIS23322URIRIS1S22211UURIRII1I2I3R3US1+_US2_+R1R2 KVL方程式的常用形式，是把變量和已知量區(qū)分放在方程式兩邊，顯然給解題帶來一定方便。 S13311URIRIUSI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_10K10I2I33KA41K2K10mA6mAA5A4=？ A5 =？212V+_16V+_155I并聯(lián)：并聯(lián)：R10串聯(lián)：R10KA4=13mAA5=3mAn=2b=5Uab=0 I=0結(jié)點？結(jié)點？支路？支路？U

22、ab=？I=？5、負載獲得最大功率的條件RLSUSIR0L0SRRUIL2L0SL2)(RRRURIPL2L0SL2)(RRRURIPL2L002S)(4RRRRUP02SmaxL4RUPRLSUSIR0 a 點電位ab1 5Aab1 5A1、電位 b點電位12V12V6K4K20K12Vbabadc6K4Kc20K12VV4202046121212aV6K4K20K12V12VbacV2420412aVdd10 V2 +5 V+3 II =10 + 53 + 2= 3 AVC = 3 3 = 9 VVD= 3 2= 6 VUCD = VC VD = 15 VVD = 5 VVC = 10 VUCD = VC VD= 15 V 在多個電源同時作用的線性電路中，任何支