直流電路淺解幻燈片

直流電路淺解幻燈片第一頁，共51頁。項目一直流電路基礎知識知識目標：了解電流、電壓、基本概念，掌握其單位及單位的換算；了解電阻的概念和電阻與溫度的關系；掌握歐姆定律，熟練應用歐姆定律進行計算；理解電能和電功率的概念，掌握焦耳定律，掌握電能、電功率的計算。技能目標：會使用直流電壓表、電流表會用萬用表測量直流電壓、直流電流和電阻。第二頁，共51頁。任務一電路1.1電路的組成電路是由電源、導線、開關和負載四大部分組成。下圖是直流電動機控制回路，通過開關（開或關），閉合狀態(tài)下才能正常工作電能轉化成其他形式的能（機械能，光能，熱能）第三頁，共51頁。（1）電源電源是電路的源泉/能量源，它為電路提供電能。（2）導線導線構成電路的通路。傳遞電作用。（3）開關開關是控制電路通、斷的電器（設備），（4）負載負載是消耗電能的設備。如電燈、風扇、第四頁，共51頁。1.2電路的物理量1.2.1電流1.電流的形成。電流就是電子在電場力作用下有規(guī)則的定向運動。（可以理解為河道中的流水向一定方向移動）2.電流強度單位時間內通過導體截面電荷量的多少稱為電流強度。它是表征電流大小的物理量。（可以理解為流水速度的快慢流速）電流強度的單位為安培，簡稱安，符號為A。圖1-6電流的形成（a）未通電狀態(tài)（b）通電狀態(tài)第五頁，共51頁。設在△t時間內，流過截面S的電荷量為△Q，則電流強度為

（瞬時）

如果電流的大小和方向都不隨時間的變化而變化，則稱為穩(wěn)恒直流電，簡稱直流電。其數(shù)學表達式為第六頁，共51頁。1.2.2電壓、電位、電動勢1．電壓（負載二端有電流的前提條件是二端存在電壓）下圖是水的循環(huán)流動示意圖。我們以水的循環(huán)流動來說明電流在電路中的流動原理。流和水流有著相似的規(guī)律，如圖1-10所示，要想形成圖中電流，必須在白熾燈兩端存在電位差（類似水槽的水位差）。A、B極板之間的電位差稱為A、B兩點之間的電壓UAB。

電壓的正方向規(guī)定為：由高電位指向低電位，即從電源的正極指向負極。電壓的方向用“＋”、“-”號來表示。電壓的單位是伏特，簡稱伏，符號為V。圖1-9水流方向圖1-10電動勢、電壓說明圖第七頁，共51頁。1.2.3電流、電壓的測量1．電流的測量測量時將表的兩個接線端串聯(lián)在電路中（千萬不可并聯(lián)在電路上），表的“＋”端為電流的流入端；表的“－”端為電流的流出端。根據(jù)表針所指示的刻度，讀出電流的大小。第八頁，共51頁。2．電壓的測量測量時將表的兩個接線端并聯(lián)在被測電壓的兩端，測量時表的“+”接線端接被測電壓的正極，“-”接線端接被測電壓的負極。根據(jù)表針所指示的刻度，讀出電壓的大小。

第九頁，共51頁。1.3電阻1.3.1導體的電阻1.導體電阻的概念圖1-14所示是電子在導體中流動示意圖。圖1-14a和圖1-14b是不同的兩種導體材料，材料內的原子結構不同，導體對電子流動呈現(xiàn)出的“阻力”不同；圖1-14c是同一種導體材料，由于材料的截面積不同，導體對電子流動呈現(xiàn)出的“阻力”不同。導體對電流的阻礙作用稱為導體的電阻，用符號“R”來表示，其基本單位為歐姆（Ω）。較大的單位有kΩ和MΩ。（類似河道中的石頭對水流流動有阻礙作用）其換算關系為1MΩ=1000kΩ、1kΩ=1000Ω圖1-14電子在導體中流動示意圖a)導體中“障礙物”少b)導體中“障礙物”多c）導體截面積不同電子所受阻力不同第十頁，共51頁。2.導體的電阻率與溫度系數(shù)1）電阻定律導體電阻的大小與導體的電阻率和導體長度成正比，與導體的橫截面S成反比，用公式表示為電阻是耗能元件，它將電能不可逆地轉換為熱能。第十一頁，共51頁。電阻的標稱阻值的標注方法1.直標法主要參數(shù)直接標注在電阻器的外殼上?！硎倦娮杵鞯纳虡?；

RJ——“R”代表電阻器，“J”表示電阻器由金屬材料制作而成；1W——表示電阻器的額定功率為1W；5.1kΩ——表示電阻器的的電阻值為5.1kΩ；±5%——電阻值的允許偏差值為±5%。第十二頁，共51頁。電阻的標稱阻值的標注方法2.數(shù)碼法用3或4位阿拉伯數(shù)字來標注電阻的阻值472表示：104表示：4501表示：1123表示：第十三頁，共51頁。電阻的標稱阻值的標注方法3.色標法用不同顏色的色環(huán)或色點表示電阻的阻值和允許誤差。（重點）使用最多的標注方法第十四頁，共51頁。電阻的標稱阻值的標注方法第十五頁，共51頁。案例：色環(huán)電阻的識別例：識別某四環(huán)電阻電阻：（棕綠紅金）解：第一位有效數(shù)字：3；第二位有效數(shù)字：3；第三位10的5次方（即100000）；第四位允許誤差為5%即阻值為：33×100000=3.3×106Ω=3.3MΩ第十六頁，共51頁。敏感電阻器實物壓敏電阻光敏電阻正溫度熱敏電阻PTC汽敏電阻負溫度熱敏電阻NTC濕敏電阻第十七頁，共51頁。1.3.2

電阻的測量測量電阻用歐姆表。圖1-17是用指針式萬用表的歐姆擋測量電阻，測量前先將萬用表的旋轉開關旋到電阻擋，然后將兩表筆短路校零（兩表筆短路的同時旋轉表盤上的校零可調電阻，使表針指到右邊零刻度）。測量時兩表筆搭在被測電阻的兩端，表針指示的刻度既是被測電阻的阻值。如果被測電阻連接在電路中，測量時必須將電阻與電路斷開，更不允許電路帶電測量。圖1-16電阻元件的電路符號圖1-17電阻的測量第十八頁，共51頁。1.4歐姆定律

電阻電路的歐姆定律可表述為：流經(jīng)電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻的阻值成反比，其表達式為1.4.1電阻電路歐姆定律一段只含有電阻、而不含有電源的電路，稱為電阻電路，如圖第十九頁，共51頁。歐姆定律只適應于線性電阻電路，即當電壓和電流變化時，電阻的阻值不變。圖1-20a是線性電阻的伏安特性曲線。某些電阻元件，如半導體二極管的正向電阻、白熾燈的燈絲電阻，它們不遵循歐姆定律，伏安特性曲線是一條曲線，這種電阻稱為非線性電阻，它的阻值隨工作電壓的變化而變化，如圖1-20b所示。a）線性電阻的伏安特性b）非線性電阻的伏安特性圖1-20電阻的伏安特性曲線第二十頁，共51頁。案例1電烙鐵發(fā)熱量不足

2.電路參數(shù)發(fā)生了變化，使電路工作不正常案例現(xiàn)象某電氣維修工使用的一把電烙鐵發(fā)熱量不足，不知是什么原因。電烙鐵的正常工作參數(shù)為：電壓220V，電流90mA。

圖1-25電烙鐵a)電烙鐵外形b)等效電路第二十一頁，共51頁。案例分析電烙鐵的發(fā)熱體就是一個線繞電阻，如圖1-25b所示。發(fā)熱量不足一是外加電壓低于220V，二是電烙鐵的工作電流小于正常值。用電壓表測量220V電源電壓，為正常值；用電阻表（萬用表的歐姆檔）測量電烙鐵的發(fā)熱體電阻，阻值為3.1kΩ。根據(jù)歐姆公式，計算電烙鐵的實際電流為I=U/R=220/3.1kΩ=71mA由于71mA<90mA，使電烙鐵的發(fā)熱量不足。其原因為發(fā)熱體老化，阻值變大所至。第二十二頁，共51頁。1.5電功與電功率1.5.1電功電流在電路中流動，通過負載時要對負載做功。如電流流入電動機的繞組，電動機輸出轉矩，拖動機械負載運動做功，電能通過電動機將電能轉化為機械能。電能通過負載做功的大小，與流過負載的電流I、負載兩端的電壓U以及通電時間t成正比，其數(shù)學表達式為在工程上電功又稱電能，常用kW·h(千瓦時)表示，1kW·h就是通常說的1度電。它與焦耳之間的換算關系為1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在工程上電能是由電能表進行測量的，電能表俗稱電度表，圖1-31是電能表的外形圖。電能表在測量過程中是通過表內的轉動機構帶動字輪，由字輪上的數(shù)字指示出電路消耗的電能。（13進24出）圖1-31電能表第二十三頁，共51頁。1.5.2電功率在日常生活或工程中，不僅要了解電流做功的多少，還要知道電流做功的快慢。電流做功的快慢是用“電功率”來表示的。1.電功率電流在單位時間內所做的功稱為電功率，用P來表示。其表達式為

電功率的基本單位為W（瓦），還有kW（千瓦）和mW（毫瓦）2.額定功率為了使電器能安全、可靠地工作，對電器的工作電壓和電流都有一個規(guī)定值。這個規(guī)定值就稱為電器的額定電壓和額定電流。額定電壓和額定電流的乘積，稱為電器的額定功率。額定電壓、電流、電功率統(tǒng)稱為用電器的額定值，用電器的額定值都在銘牌上標出，以方便使用。第二十四頁，共51頁。案例2某企業(yè)電壓不穩(wěn)，造成用電器工作不正常案例現(xiàn)象某企業(yè)經(jīng)常自己發(fā)電，電壓穩(wěn)定性差，電壓在200～240V之間波動，車間用的白熾燈忽明忽暗，經(jīng)常損壞。案例分析以額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈為例。若把它接在220V的電路中，通過燈泡的電流為燈泡的電阻為第二十五頁，共51頁。當電路電壓降為200V，輸出功率為因為電壓下降，白熾燈的功率由40W下降為33.1W，發(fā)光變暗。當電路電壓升為240V，輸出功率為因為47.64W>40W，白熾燈處于較強的過載狀態(tài)，雖然發(fā)光亮度增加，但白熾燈的壽命大大下降。案例總結一切電器，工作在額定狀態(tài)是最佳狀態(tài)，我們要盡量使電氣設備工作在額定狀態(tài)。在購買電器設備時，要認真核實設備的使用條件，一是要和電源相符；二是要和電器驅動的設備相匹配。

W第二十六頁，共51頁。任務二直流電路分析2.1電阻的串并聯(lián)2.1.1電阻的串聯(lián)將兩個或兩個以上的電阻首尾依次相接，這種連接方式稱為串聯(lián)，如圖2-2所示。電阻串聯(lián)電路的特點（1）串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻之和總電阻的表達式為圖2-2電阻的串聯(lián)第二十七頁，共51頁。（2）各電阻中通過的是同一電流根據(jù)歐姆定律，串聯(lián)電路的電流為（3）串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻上的分電壓之和總電壓的表達式為（4）串聯(lián)電路具有分壓作用串聯(lián)電路各電阻上的電壓與電阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的電壓也越大，各電阻上分得的電壓為第二十八頁，共51頁。根據(jù)串聯(lián)電路總電阻等于分電阻之和，有R=RO+RXkΩRX=R-RO=100kΩ-1kΩ=99kΩ在表頭上串聯(lián)一個99kΩ的電阻，即可將表頭改裝為一只10V量程的電壓表。（PACK基本原理）第二十九頁，共51頁。案例3

利用電阻串聯(lián)降壓限流案例敘述：圖2-6是電阻串聯(lián)電路，分析其工作原理。案例分析：圖2-6a是指示燈電路(指示燈可等效為一個電阻)，為了限制指示燈中電流，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，通過串聯(lián)電阻分壓，使加在指示燈上的電壓U2為合適值，使指示燈正常發(fā)光。圖2-6b降壓原理和圖2-6a相同，發(fā)光二極管也可以看作為一個電阻。該電路是電子設備上廣泛使用的一種指示電路。圖2-6c是電阻串聯(lián)在高壓電路中的一種應用。電路總電壓為310V，為了提高電路的工作可靠性，降低加在電阻上的電壓值，采用了4個相同阻值的電阻相串聯(lián)，每個電阻上分得的電壓為310V/4=77.5V。

第三十頁，共51頁。圖2-6電阻串聯(lián)電路a)電阻與指示燈串聯(lián)采用在一條支路中多個電阻串聯(lián)來均分功率、均分電壓，以此來提高電路的工作可靠性、方便電路的安裝，是電工和電子電路經(jīng)常采用的方法。b)電阻與發(fā)光二極管串聯(lián)c)電阻在高壓電路中串聯(lián)第三十一頁，共51頁。2.1.2電阻的并聯(lián)和混聯(lián)將兩個或兩個以上的電阻首、尾分別接在一起，使電流有多條通路，這種連接方式稱為并聯(lián)，如圖2-7所示。1．電阻并聯(lián)電路的特點（1）各并聯(lián)電阻兩端的電壓相等；（2）并聯(lián)電路的總電流等于各電阻中電流之和，即(2-5)（3）并聯(lián)電路的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻倒數(shù)之和，即圖2-7電阻的并聯(lián)第三十二頁，共51頁。（4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯(lián)時，其分流公式為，（5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。總功率等于各并聯(lián)電阻功率之和，其數(shù)學表達式為P=P1+P2+P3第三十三頁，共51頁。（4）并聯(lián)電路具有分流作用，并聯(lián)電路中流過電阻的電流與電阻的阻值成反比，阻值越小，流過的電流越大；阻值越大，流過的電流越小。當有兩個電阻并聯(lián)時，其分流公式為，（5）各并聯(lián)電阻上所消耗的功率與電阻的阻值成反比并聯(lián)電路中電阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小?？偣β实扔诟鞑⒙?lián)電阻功率之和，其數(shù)學表達式為P=P1+P2+P3第三十四頁，共51頁。2.電阻的混聯(lián)在一個電路中，既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)，稱為混聯(lián)電路。圖2-9就是一個電阻混聯(lián)電路。在計算混聯(lián)電路時，將電路中串聯(lián)或并聯(lián)的電阻按串聯(lián)或并聯(lián)的計算方法一步步進行化簡，最后求出整個電路的等效電阻值。圖2-9電阻的混聯(lián)電路第三十五頁，共51頁。【例2-1】混聯(lián)電路如圖2-10所示，已知，，V，試求電路的總電阻R和總電流I。解：

圖2-10例2-1圖第三十六頁，共51頁。

案例1工作在電網(wǎng)上的負載都為并聯(lián)3．活學活用案例敘述：工作在電網(wǎng)上的各種負載都為并聯(lián)工作，為什么？案例分析：圖2-11是電網(wǎng)中的一條火線和一條零線，火線和零線之間的電壓為220V。在火線和零線上并聯(lián)著各種用電負載。圖2-12是計算機、掃描儀、打印機并聯(lián)在一起的情況。圖2-11并聯(lián)負載第三十七頁，共51頁。根據(jù)并聯(lián)電路各電阻上（各負載）所加電壓相同的特點，在電力供電系統(tǒng)中，采用負載并聯(lián)的運行方式。供電系統(tǒng)為用電器提供一個相同的額定電壓，各種負載都要按照這個額定電壓設計電路。例如我國民用市電的額定電壓為220V，各種用電器的額定電壓也都是220V，只要買了按照我國標準電壓生產(chǎn)的電器，在我們國內都能用。我們可以想象一下：如果我們國家的低壓（指220V）標準有多種，電器的電壓標準也有多種，使用起來是何等的麻煩。圖2-12三個負載并聯(lián)第三十八頁，共51頁。案例2

電阻保護并聯(lián)案例敘述：在高壓電網(wǎng)和高壓電路中，為了防雷，裝有避雷器；在低壓電路中，為了防止電路過壓，安裝壓敏電阻，避雷器和壓敏電阻是怎樣對電路進行保護的？a)b)c)d)圖2-15電阻保護并聯(lián)第三十九頁，共51頁。案例分析：電網(wǎng)防雷保護原理是根據(jù)電阻和電網(wǎng)并聯(lián)，電網(wǎng)和電阻上加的是同一電壓，當雷電超過了電網(wǎng)的工作電壓（避雷器的導通電壓），避雷器導通，將雷電流通過避雷器旁路，保護了電網(wǎng)不會超壓而損壞。避雷器實際上是一個壓敏電阻，導通電壓值高于電網(wǎng)的正常工作電壓，又低于電網(wǎng)的損壞電壓值。當避雷器導通后，雷電低于了一定值，避雷器又自動關閉，不影響電網(wǎng)的正常工作。電路中并聯(lián)壓敏電阻的保護原理為：壓敏電阻上所加電壓低于導通電壓時，其阻值很大，相當于開路，當高于導通電壓，電阻很小，相當于短路。在電路中主要是進行過壓保護，一但過壓，壓敏電阻短路，將電路的保護熔斷器熔斷，切斷電源，保護了負載不被燒毀。圖2-15c是壓敏電阻在電路中的連接圖，圖2-15d是壓敏電阻外形。第四十頁，共51頁。

2.3電壓源和電流源及其應用2.3.1電壓源電壓源表示方法，由內阻R0和電動勢E相串聯(lián)。電壓源的符號如圖2-25a所示。當電壓源的內阻為零時，稱為理想電壓源或恒壓源，其電路符號如圖2-25b所示。圖2-25電壓源符號第四十一頁，共51頁。當將電壓源與負載電阻相連時（如圖2-26a所示），由于電流通過電壓源內阻時產(chǎn)生了電壓降，使電壓源的端電壓比電源的電動勢要小,即（2-13）圖2-26電壓源供電電路第四十二頁，共51頁。2.3.2電流源用一恒定電流與一內阻相并聯(lián)來表示的電源稱為電流源。其符號如圖2-27a所示。電流源的內阻越大，在上的分流越小，輸出電流越接近。當內阻為無窮大時（不存在），稱為理想電流源或恒流源，其輸出電流與端電壓無關，，理想電流源的符號如圖2-27b所示。圖2-27電流源第四十三頁，共51頁。在實際電源中，當電源的內阻>>時，在上的分流可以忽略，即可將其視為理想電流源。實際電源中，光電池、串激直流發(fā)電機以及晶體管等的輸出特性，都比較接近恒流源。如果將電流源接入負載電阻，如圖2-28a所示，則電路中的電流為其U—I特性曲線如圖2-28b所示，負載中的電流越小，輸出電壓越高。圖2-28電流源與輸出特性第四十四頁，共51頁。案例1

電源短路的危害2.3.3活學活用案例敘述：電源在工作中或因事故造成短路會有什么危害？案例分析：我們在工作中，接觸到的大部分電源是恒壓性質的電源，因為電源的內阻很小，一但短路，將會引起很大的災害。圖2-29a是電源短路的情況，由電路參數(shù)可知，短路電流可達I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(歐姆定律)每條導線上的短路功率和電源上的短路功率為P=UI=I2R=1472×0.5W=10.8kW（電阻電路的電功率）10.8kW的短路功率可引起導線嚴重發(fā)熱，點燃絕緣層引起火災，造成財產(chǎn)的嚴重損失和人員傷亡。第四十五頁，共51頁。對于電氣設備上的小功率電源，因為負載短路，可將電源燒毀。造