電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課件第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路第一節(jié)簡單直流電路

無分支電路或有分支但可以利用串并聯(lián)公式簡化成無分支的電路，運(yùn)用歐姆定律即可求解，這種電路稱為簡單電路。一、電路的組成及作用

1.電路的組成

圖4．1電路組成示意圖第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路電流所流過的路徑稱為電路。圖4．1中干電池、燈泡、開關(guān)和連接導(dǎo)線就構(gòu)成了一個(gè)簡單的電路。一般來說，電路由電源、負(fù)載及中間環(huán)節(jié)組成。常用的電源有干電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。此外，還有將某種形式的電能轉(zhuǎn)換成另一種形式電能的裝置，通常也稱為電源，例如常見的直流穩(wěn)壓電源就是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電并在一定范圍內(nèi)保持輸出電壓穩(wěn)定的一種裝置。第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路負(fù)載是一種將電能轉(zhuǎn)換成非電能的用電設(shè)備，通常也稱為用電器。如電熨斗、電燈和電動機(jī)分別將電能轉(zhuǎn)換為熱能、光能和機(jī)械能。中間環(huán)節(jié)是聯(lián)接電源和負(fù)載的部分，具有傳輸、分配和控制電能的作用，它除必不可少的導(dǎo)線外，還包括開關(guān)和熔斷器等控制和保護(hù)電器。用理想元件的圖形符號表示實(shí)際電器設(shè)備的電路稱為電路圖。如圖4．2所示，用理想電源與電阻表示實(shí)際電源，用電阻表示燈泡。第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．2電路圖在全電路（含有電源和負(fù)載的閉合電路為全電路）中，負(fù)載和中間環(huán)節(jié)稱為外電路，而電源內(nèi)部電路稱為內(nèi)電路。

開關(guān)負(fù)載電源第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

2.電路的作用就其輸送、轉(zhuǎn)換和控制能量的規(guī)模大小和使用目的的不同，電路的作用大致可以分為下述兩個(gè)方面。（1）進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。解決這方面的問題就是人們通常說的電力工程，它包括發(fā)電、輸電、配電、電力拖動、電熱、電氣照明，以及交直流電之間的整流和逆變等等。（2）實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲和處理。例如，擴(kuò)音機(jī)的輸入是由聲音轉(zhuǎn)換而來的電信號，通過晶體管組成的放大電路，輸出的便是放大了的電信號，從而實(shí)現(xiàn)了放大功能；電視機(jī)可將接收到的信號，經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換成圖像和聲音。第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

二、電流電荷的定向移動形成電流。衡量電流強(qiáng)弱的物理量是電流強(qiáng)度，簡稱電流，用I表示。電流的國際制單位是[安培]，簡稱安（A）。若1秒內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1庫侖，則電流為1安（A）。常用的電流單位還有毫安（mA）、微安（μA）等。

1A=103mA=106μA

電流不但有大小，還有方向。規(guī)定電流的實(shí)際方向?yàn)檎姾梢苿拥姆较?。電流方向在外電路中從高電位通過負(fù)載流向低電位，在電源內(nèi)部則是從低電位流向高電位。

第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路電流的方向用一個(gè)箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。如圖4．3所示，如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。

圖4．3電流的方向第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

三、電動勢外力克服電場力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運(yùn)到正極所做的功，稱為電源的電動勢。它是反映將其它形式能轉(zhuǎn)換成電能本領(lǐng)的物理量。如圖

4．4所示，外力克服電場力把單位正電荷由低電位B端移到高電位A端，所做的功稱為電動勢，用E表示。

第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．4電動勢電動勢的單位是[伏特]，簡稱伏（V）。如果外力把1庫侖的電量從點(diǎn)B移到點(diǎn)A，

所做的功是1焦耳，則電動勢就等于1伏。電動勢的方向規(guī)定為從低電位指向高電位，即由電源負(fù)極指向正極。

第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

四、電壓和電位

1.電壓電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場力所做的功。

電壓的國際制單位是[伏特]，簡稱伏（V）。若電場力將1庫侖的電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功為1焦耳，則兩點(diǎn)間的電壓值為1伏。常用的電壓單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路1kV=1000V1V=103mV=106μV

電壓反映電場力做功的能力，電動勢則反映電源力做功的能力。規(guī)定電壓的實(shí)際方向?yàn)橛筛唠娢欢酥赶虻碗娢欢?。在電路中用箭頭或“＋”、“－”號或雙下標(biāo)表示。電壓的參考方向，也可任意選定。但在外電路中常選電壓電流的參考方向相同，稱為關(guān)聯(lián)參考方向，在電路圖中只需標(biāo)明一個(gè)參考方向（電壓或電流）。如圖4．5所示，電路計(jì)算結(jié)果若為正，實(shí)際方向與參考方向相同；計(jì)算結(jié)果若為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。

第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖

4．5電壓的方向

2.電位電位又稱為電勢。在電場或電路中任選一點(diǎn)為零參考點(diǎn)，則電路中某點(diǎn)電位定義為該點(diǎn)到零參考點(diǎn)之間的電壓。很顯然，參考點(diǎn)電位為零電位。通常選擇大地或某公共點(diǎn)作為零電位點(diǎn)。電位用字母U加單下標(biāo)表示，如Ub表示

b點(diǎn)的電位。

第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

由電位定義可以看出，電壓與電位這兩個(gè)物理量有以下區(qū)別與聯(lián)系。（1）電壓即電位差，例如Uab=Ua－Ub。（2）電壓方向即高電位點(diǎn)（＋）指向低電位點(diǎn)（－）方向。（3）電位與參考點(diǎn)選擇有關(guān)，而電壓與參考點(diǎn)選擇無關(guān)。值得注意的是在一個(gè)電路或一個(gè)電系統(tǒng)中，只能選擇一個(gè)參考電位點(diǎn)，否則會引起錯誤的結(jié)論。第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

五、電阻器電流通過導(dǎo)體時(shí)，不斷和原子或分子碰撞而受到阻礙作用。電阻就是表示某導(dǎo)體對電流阻礙作用大小的物理量。任何導(dǎo)電物體都存在電阻。一定溫度下，金屬導(dǎo)體的電阻與其長度成正比，與其橫截面積成反比。即

R=

式中

——沿電流流過的導(dǎo)體長度，m；

S——與電流方向垂直的導(dǎo)體截面積，

m2；

——導(dǎo)體的電阻率，Ω·m。

第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

電阻單位是歐姆（Ω）。常用的電阻單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。

1kΩ=103Ω，1MΩ=106Ω

不同的材料有不同的電阻率。表4.1給出了常用電工材料在20℃時(shí)的電阻率?？梢钥闯觯y的電阻率最小，是最好的導(dǎo)電材料，銅次之，再次是鋁。但銀的價(jià)格高，只在特殊地方（例如觸頭）使用，最普遍使用的是銅。在需要大電阻的場合，則采用電阻率大的合金，如電爐絲就用鎳鉻合金制造。第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路表4.1

幾種常用材料的電阻率與溫度系數(shù)

材

料電阻率

（×10-6Ω·m）(20℃)電阻率的溫度系數(shù)

(20℃)銀0.01590.00380銅0.01750.00393鋁0.02830.00410鐵0.09780.0050鎢0.05780.0051鋼0.13～0.25—康

銅0.480.000008錳

銅0.47—黃

銅0.070.002鎳鉻合金1.090.00016鐵鉻鋁合金1.260.00028第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

六、歐姆定律

1.一段均勻電路歐姆定律一段不含電源的電阻電路，又叫一段均勻電路。若電阻元件的阻值不隨外加電壓或電流而變化，這類電阻稱為線性電阻。當(dāng)電流、電壓參考方向一致時(shí)，如圖4．6所示，實(shí)驗(yàn)證明：通過該段電路的電流I與加在電路兩端的電壓U成正比，與該段電路的電阻R成反比。即

或

第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖

4．6一段均勻電路稱為一段均勻電路歐姆定律，簡稱歐姆定律。若U與I方向相反，則歐姆定律表示為第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路在溫度一定的條件下，把加在電阻兩端的電壓與通過電阻的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。伏安特性過原點(diǎn)且為直線，如圖

4．7所示。

若電阻元件的阻值隨電壓或電流而改變，稱為非線性電阻。非線性電阻伏安特性曲線不是通過原點(diǎn)的直線，而是一條曲線。

圖4．7電阻的伏安特性第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路2.全電路歐姆定律

圖4．8所示是簡單的閉合電路，RL為負(fù)載電阻，R0為電源內(nèi)阻，若略去導(dǎo)線電阻不計(jì)，則此段電路用歐姆定律表示為：

上式的意義是：電路中流過的電流，其大小與電動勢成正比，而與電路的全部電阻成反比。電源的電動勢和內(nèi)電阻一般認(rèn)為是不變的，所以，改變外電路電阻，就可以改變回路中的電流大小。圖4．8全電路

第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路七、電阻的聯(lián)結(jié)由于工作的需要，常將許多電路按不同的方式連接起來，組成一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)。

1.電阻的串聯(lián)

幾個(gè)電阻首尾相聯(lián)，中間沒有分支，這種聯(lián)接方式，叫做電阻的串聯(lián)，如圖4．9所示。第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路圖4．9電阻的串聯(lián)第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

電阻串聯(lián)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）各電阻上流過電流為同一電流；（2）外加電壓等于各電阻上電壓之和；

（3）電源提供功率等于各個(gè)電阻上消耗的功率之和；

（4）串聯(lián)電阻的等效總電阻（總電阻）等于各串聯(lián)電阻之和。第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

2.電阻的并聯(lián)將幾個(gè)電阻首與首相聯(lián)，尾與尾相聯(lián)，這種聯(lián)接方式叫做電阻的并聯(lián)。如圖4．10所示。

圖4．10電阻的并聯(lián)第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路電阻并聯(lián)電路有以下特點(diǎn)：（1）各電阻兩端的電壓為同一電壓；（2）總電流等于各支路電流之和；

（3）電源供給的功率等于各電阻上消耗的功率之和；

（4）總電阻（等效電阻）的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻倒數(shù)之和。第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

八、電功和電功率電流通過導(dǎo)體時(shí)電場力做的功稱為電功。單位時(shí)間內(nèi)的電功稱為電功率，用P表示。

電功率的單位是瓦特，簡稱瓦（W）。大功率用千瓦(kW)或兆瓦(MW)作單位；小功率用毫瓦(mW)或微瓦(

W)作單位。

1kW=103W，

1mW=10-3W，

1W=10-6MW

當(dāng)電壓、電流方向一致時(shí)，P=UI，當(dāng)電壓、電流方向相反時(shí)，P=－UI。若P

0，則該元件是耗能元件，若P

0，則該元件是供能元件。電功的單位是焦(J)，工程上常用千瓦小時(shí)(kW·h)作單位，1kW·h也稱為一度電。第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路九、電容器兩個(gè)互相靠近而又彼此絕緣的導(dǎo)體就是一個(gè)電容器。如圖4．12所示：

圖

4．12電容器示意圖

第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

衡量電容器容納電荷的“能力”稱作電容器的電容量，簡稱電容，用符號C表示。

在國際單位制中，電容的單位是法拉(F)，一般用微法(

F)或皮法(pF)。

1F=106

F=1012pF

根據(jù)電路對電容量和耐壓的要求，可對電容器進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)聯(lián)接。

第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

1.電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián)如圖4．13所示。

圖4．13電容器的并聯(lián)電容并聯(lián)的特點(diǎn)：（1）各并聯(lián)電容的電壓相等；（2）等效電容為并聯(lián)電容之和：

電容器并聯(lián)時(shí)，其工作電壓不得超過其中的最低額定電壓。

第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路2.電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián)如圖4．14所示。

圖4．14電容器的串聯(lián)

第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路電容串聯(lián)的特點(diǎn)：（1）串聯(lián)電容總電壓等于各電容電壓之和：

（2）等效電容倒數(shù)等于串聯(lián)電容倒數(shù)之和：

第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路十、簡單電路的計(jì)算運(yùn)用歐姆定律及電阻串、并聯(lián)關(guān)系就能對電路進(jìn)行化簡和計(jì)算的直流電路，叫作簡單直流電路。第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路第二節(jié)復(fù)雜直流電路*凡不能用串聯(lián)和并聯(lián)方法簡化為無分支的電路，叫做復(fù)雜電路。復(fù)雜電路要同時(shí)用到基爾霍夫定律和歐姆定律才能求解。一、基爾霍夫定律基爾霍夫定律用于解決復(fù)雜電路的電壓、電流計(jì)算。

1.電路中的幾個(gè)名詞電路中通過同一電流的每個(gè)分支稱為支路。

3條或3條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。電路中任一閉合的路徑稱為回路。圖4．16所示電路中有3條支路，2個(gè)節(jié)點(diǎn)，3個(gè)回路

第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路圖4．16復(fù)雜電路第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路2.基爾霍夫電流定律（KCL）基爾霍夫電流定律：在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

所有電流均為正。也可以表述為在任一瞬時(shí)，通過任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。

可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。在圖4．16中，對節(jié)點(diǎn)b有

第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路3.基爾霍夫電壓定律（KVL）基爾霍夫電壓定律：在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。

電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號，相反時(shí)取負(fù)號。在圖4．16中，沿abefa回路，有

第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

二、電壓源和電流源及其變換

1.電壓源具有不變的電動勢和較低內(nèi)阻的電源稱為電壓源。內(nèi)阻為零的電壓源稱為理想電壓源。圖4．18（a）表示理想電壓源與負(fù)載連接,當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，

即理想電壓源端電壓與電流無關(guān)，電流僅由負(fù)載電阻確定。圖4．18(b)是理想電壓源的伏安特性，它是一根與I軸平行的直線。第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．18（a）理想電壓源（b）理想電壓源的伏安特性實(shí)際電壓源總是有內(nèi)損耗的，因此實(shí)際電壓源的模型可用US與一電阻Ri串聯(lián)的組合模型來表示。如圖4．19(a)所示。此時(shí)，電源端電壓為

伏安特性是一條下降的的直線，如圖4．19（b）所示。

第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．19（a）實(shí)際電壓源（b）實(shí)際電壓源的伏安特性

2.電流源內(nèi)阻為無窮大的電流源稱為理想電流源，如圖4．20（a）所示。它的伏安特性是一條與電壓坐標(biāo)平行的直線，如圖4．20(b)所示。第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．20（a）理想電流源（b）理想電流源的伏安特性實(shí)際電流源可以用理想電流源IS與一內(nèi)阻Ri并聯(lián)的模型來等效。如圖4．21所示。

第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路圖4．21實(shí)際電流源圖4．22實(shí)際電流源的伏安特性

此時(shí)，

故

實(shí)際電流源的伏安特性如圖4．22所示。

第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

3.電源模型的等效變換剛剛我們已經(jīng)知道實(shí)際電源既可以用電壓源模型來等效，也可用電流源模型來等效，只要它們能夠提供相同的外特性。所以電壓源模型與電流源模型也可相互等效。如圖4．23所示：這里，或

這里要注意，所謂等效，是對外電路而言的，對內(nèi)，它們是不等效的。第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

圖4．23電壓源模型與電流源模型相互等效圖

第44頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電路

三、戴維南定理求解