電工電子技術(shù)電路基本概念以及定律研究

1、電工電子技術(shù)電路基本概念以及定律研究 課程性質(zhì) 電工電子技術(shù)是高等學校理工科電類專業(yè)以及很多非電類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。 教學目標 通過本課程的學習，使學生獲得電工和電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識和基本技能，了解電工和電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展概況，為學習后續(xù)課程以及從事與本專業(yè)有關(guān)的工程技術(shù)等工作打下一定的基礎(chǔ)。 電工電子技術(shù) 教材簡介多學時：兩學期 本學期（72學時） 學時 包含電工基礎(chǔ)知識電子技術(shù)基礎(chǔ)電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)電工測量與電子儀器儀表四部分內(nèi)容。5. 成績評定 平時(考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn))：40%考試：60% 1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電壓和電流的參考方向

2、1.4 歐姆定律1.5 電源有載工作、開路與短路1.6 基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計算第1章 電路的基本概念與基本定律教學內(nèi)容 了解電路模型及其理想電路元件的意義；理解電壓、電流參考方向的意義；理解電路基本定律并能正確應(yīng)用；了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)，并能理解電功率和額定值的意義；掌握分析與計算簡單直流電路和電路中各點電位的方法。教學要求重點 電壓和電流的參考方向，基爾霍夫定律，電路中電位的概念及計算。 本章內(nèi)容比較簡單，無難點。難點學時數(shù)4學時。 實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換 1.1.1 電路的作用 電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的。 1

3、.1 電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機典型例子：電力系統(tǒng)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐 實現(xiàn)信號的傳遞和處理揚聲器話筒典型例子：擴音機放大器1.1 電路的作用與組成部分1.1.2 電路的組成電源（信號源）、中間環(huán)節(jié)、負載電源 供應(yīng)電能負載 取用電能中間環(huán)節(jié)傳輸和分配電能1.1 電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐中間環(huán)節(jié)信號處理負載接受和轉(zhuǎn)換信號信號源 提供信號激勵：電源或信號源的電壓或電流輸入，它推動電路工作。響應(yīng)：由激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流輸出。 分析電路，其實質(zhì)就是分析激勵和響應(yīng)之間的關(guān)系。1.1 電路的作用與組成部分揚聲器話筒放大器 為了便于對

4、實際電路進行分析和用數(shù)學描述，將實際元件理想化（或稱模型化），即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，將它近似地看做理想元件，如電爐。 對實際電路分析，就是在一定條件下將實際元件理想化表示，即將電路中元器件看作理想元件，所組成的電路稱為電路模型，它是對實際電路電磁性質(zhì)的科學抽象和概括。 理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件、二極管、三極管和電源元件等。1.2 電路模型1.2 電路模型+-手電筒的電路模型 電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢 E 和內(nèi)阻Ro； 燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R； 筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導(dǎo)體

5、。 開關(guān)用來控制電路的通斷。 今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。R+RoES+UI燈泡開關(guān)電池導(dǎo)線實際方向：正電荷運動的方向或負電荷運動的相反方向。1.3.1 電流的方向參考方向（正方向）：任意選定的方向。1.3 電壓和電流的參考方向Iab 雙下標：表示方法：I箭頭：1.3.2 電壓的方向?qū)嶋H方向：高電位端指向低電位端。參考方向（正方向）：任意選定的方向。Uab 雙下標：1.3.3 電動勢的方向?qū)嶋H方向：電源內(nèi)部由低電位端指向高電位端。電動勢與電壓的關(guān)系：方向相反，數(shù)值相等。表示方法：1.3 電壓和電流的參考方向正負極性：+-實際方向與參考方向

6、一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。1.3.4 實際方向與參考方向的關(guān)系若 I = 6A，則電流實際方向為從a流向b；例：若 I = -6A，則電流實際方向為從b流向a。I參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向1.3 電壓和電流的參考方向參考方向選定后電流(或電壓)值才有正負之分 若 U = 6V，則電壓的實際方向為從a指向b， 實際方向與參考方向一致；若 U= -6V，則電壓的實際方向為從b指向a，實際方向與參考方向相反。實際方向參考方向1.3 電壓和電流的參考方向U+-+- 若電壓與電流參考方向相同，則為關(guān)聯(lián)參考方向；1.3.5 關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向 反

7、之，則為非關(guān)聯(lián)參考方向。本書如未作特殊聲明均采用關(guān)聯(lián)參考方向1.3 電壓和電流的參考方向U = IR+- U = - IR+-練習與思考 如圖，U1=-6V，U2=4V，試問Uab等于多少伏？解： 如圖，Uab=-6V，試問a，b兩點哪點電位高？解：a點電位低，b點電位高。1.3 電壓和電流的參考方向U1U2ab+-+-ab例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。解：歐姆定律：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。1.4 歐姆定律圖(b)單位：歐姆（）圖(a)+-圖（a）+-圖（b）伏安特性曲線：電阻端電壓與電流的關(guān)系。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性曲線線性電阻：以電壓為橫坐標，電流

8、為縱坐標，電阻的特性是一條經(jīng)過原點的直線，如圖（a）。具有該特性的電阻稱為線性電阻。非線性電阻：U和I不具有圖（a）所示關(guān)系的，稱為非線性電阻。1.4 歐姆定律二極管伏安特性曲線歐姆定律只適用于線性電阻。練習與思考 為了測量某直流電機勵磁線圈的電阻R，采用了下圖所示的“伏安法”。電壓表讀數(shù)為220V，電流表讀數(shù)為，試求線圈的電阻。如果在實驗時有人誤將電流表當作電壓表，并聯(lián)在電源上，其后果如何？已知電流表的量程為1A，內(nèi)阻Ro為。解：正確連接時，有錯誤連接時，有電流表中游絲將立即被燒斷，電流表損壞。理想狀態(tài)下，電壓表內(nèi)阻無窮大，電流表內(nèi)阻無窮小。注意1.4 歐姆定律+-1.5 電源有載工作、開路

9、與短路 電壓與電流1.5.1 電源有載工作 當電源內(nèi)阻 Ro R 時，則U E ，表明當電流(負載)變動時電源的端電壓變動不大，這說明它帶負載能力強。EUIO電源的外特性曲線+-+-電源輸出的功率電源產(chǎn)生的功率內(nèi)阻損耗的功率 在一個電路中，電源產(chǎn)生的功率和負載取用的功率以及內(nèi)阻上所損耗的功率是平衡的。 功率與功率平衡1.5 電源有載工作、開路與短路 3.額定值與實際值 電氣設(shè)備的額定值常有額定電壓、額定電流和額定功率等，分別用UN、IN、PN表示。 每一個電氣設(shè)備都有一個正常條件下運行而規(guī)定的正常允許值。設(shè)備生產(chǎn)廠家根據(jù)其使用壽命、所用材料的耐熱性能、絕緣強度等標注的，這就是改設(shè)備的額定值。電

10、氣設(shè)備的額定值常標注在銘牌上或?qū)懺谡f明書上。 使用時，電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。1.5 電源有載工作、開路與短路 當開關(guān)斷開時，電源處于開路(空載)狀態(tài)，不輸出電能，其特征如下： 電源開路電源端電壓 （ 即開路電壓）等于電源電動勢負載功率為零開路電流為零1.5 電源有載工作、開路與短路+-+- 電源短路電源端電壓為零負載功率為零電源產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗短路電流（很大）1.5 電源有載工作、開路與短路+-+- 當電源的兩端被短接時，其特征如下： 電源短路1.5 電源有載工作、開路與短路 短路通常是一種嚴重事故，會使電源或電氣設(shè)備因嚴重發(fā)熱二燒毀，因此要積極預(yù)防和在電路中

11、增加安全保護措施。 短路原因絕緣損壞接線不當熔斷器自動斷路器支路：電路中通過同一電流的分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的連接點，如結(jié)點a、b?；芈罚河芍方M成的閉合路徑，如回路1、2、3。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路，如網(wǎng)孔1、2。I1I2I3ba1.6 基爾霍夫定律123+-+-cd 基爾霍夫電流定律(KCL定律) 定律內(nèi)容 任何時刻，流入任一結(jié)點的支路電流之和等于流出該結(jié)點的支路電流之和。 電路中的任何一個結(jié)點，所有支路電流的代數(shù)和為零。對結(jié)點a： P.S:一般規(guī)定為：流入為正，流出為負。1.6 基爾霍夫定律+-+-I1I2I3ab 即：即： KCL定律可以

12、推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。 推廣應(yīng)用廣義結(jié)點 根據(jù)KCL定律，分別對A、B、C三個結(jié)點列電流方程：1.6 基爾霍夫定律例： 基爾霍夫電壓定律（KVL定律) 定律內(nèi)容即： U = 0 在任一回路中，從任意一點出發(fā)循行一周(順時針方向或逆時針方向)，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。對回路3：1.6 基爾霍夫定律+-+-I1I2I33首先要在電路圖上標出各支路電流、電壓參考方向及回路循行方向；應(yīng)用 U = 0列方程時，支路參考方向與循行方向一致，則支路電壓取正；反之，取負。 推廣應(yīng)用對回路1：KVL不僅適用于閉合回路，還可推廣應(yīng)用于回路的部分電路,用于求回路中的開路電壓。1注意1.6

13、 基爾霍夫定律+-+-+-2例：如圖，已知R2=20k，R1=10k，E2=E1=6V，UBE=-，求：IB，I2，I1。解：對回路1對回路2對結(jié)點a1.6 基爾霍夫定律1a+-+-+-電位：在電路中任選一點為參考點，且設(shè)參考點的電位為零，則電路中任一點的電位等于該點到參考點的電壓。1.7.1 電位的概念 參考點可任意選定，但通常選大地、接地點或電氣設(shè)備機殼，電路分析中常選擇多條之路的連接點作參考點，在電路圖中參考點常用符號“”標明。 其它各點的電位同它比較，比它高的為正；比它低的為負。1.7 電路中電位的概念及計算1.7.2 例：求圖示電路中各點的電位：Va、Vb、Vc、Vd及Ucd 。設(shè)a為參考點，即Va = 0V，則Vb = Uba= -106 = -60V設(shè)b為參考點，即Vb = 0V，則Va = Uab= 106 = 60VUcd = VcVd = 50VUcd = VcVd = 50V解：Vc = Uca= 420 = 80VVd = Uda= 65 = 30VVc= Ucb= E1= 140VVd = Udb= E2 = 90V1.7 電路中電位的概念及計算bac204A610AE290VE1140V56Ad+-+-結(jié)論電路中各點電位值隨參考點的不同而不同，電位是相對的；電路中任意兩點間電壓大小與參考點的選擇無關(guān)，電壓是絕對的。借助電位的概念可以