電工技術(shù)及技能訓(xùn)練高職全套教學(xué)課件

項(xiàng)目一電路基礎(chǔ)知識(shí)全套可編輯PPT課件電路基礎(chǔ)知識(shí)萬用表直流擋的分析與安裝單相交流電路的分析與測量三相交流電路的分析與測量互感電路的分析與測量本項(xiàng)目在中學(xué)物理電學(xué)的基礎(chǔ)上,從分析電路的角度和要求出發(fā),介紹電路的基本概念和物理量,論述常用電路元件的特征及其構(gòu)成電路后電壓、電流的約束關(guān)系。這些約束關(guān)系貫穿全書,是后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)。任務(wù)一PARTONE認(rèn)識(shí)電路一、什么是電路什么是電路?這是一個(gè)很簡單,但是解析起來又十分復(fù)雜的問題。簡單地講,電路就是電轉(zhuǎn)輸?shù)耐ǖ?。電路是電流的流通路?它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的。復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡(luò)。電路和網(wǎng)絡(luò)這兩個(gè)術(shù)語是通用的。如電阻、電容、電感、二極管、三極管和開關(guān)等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。電路的大小可以相差很大,小到硅片上的集成電路,大到輸電網(wǎng)絡(luò)。電荷定向移動(dòng)形成電流。河水之所以能夠流動(dòng),是因?yàn)楹哟驳母叩托纬闪怂徊?電荷之所以能夠移動(dòng),是因?yàn)樵陔娐分写嬖陔娢徊?。電位差也就是電?電壓是形成電流的原因。電流分直流和交流兩種,電流的大小和方向不隨時(shí)間變化的稱為直流電流,電流的大小和方向隨時(shí)間變化的稱為交流電流。最簡單的電路由電源、導(dǎo)線、負(fù)載、開關(guān)等元件組成圖1-1所示為手電筒實(shí)物及其電路示意圖。知識(shí)拓展電能的傳輸和轉(zhuǎn)換知識(shí)拓展二、電路的組成及其功能實(shí)際電路由各種電氣設(shè)備組成,這些設(shè)備主要有發(fā)電設(shè)備(稱為電源),如各種發(fā)電機(jī)、電池等;用電設(shè)備(稱為負(fù)載),如各種電動(dòng)機(jī)、電燈、電熱設(shè)備、電子元件(如二極管、三極管等)、電氣元件(如繼電器、接觸器等)等;還有變換、傳輸、控制、測量、保護(hù)等輔助裝置,如變壓器、輸電線、開關(guān)、各種儀表、斷路器、熔斷器等。電源和負(fù)載是構(gòu)成任一完整電路的兩個(gè)基本部分,也是必需部分。電力系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)復(fù)雜的電路,圖1-2所示為電力系統(tǒng)組成示意圖。在火力發(fā)電廠中,煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能使水變成水蒸氣,水蒸氣帶動(dòng)汽輪機(jī),汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能,經(jīng)變壓器將發(fā)電機(jī)輸出電壓升高,由輸電線送往遠(yuǎn)處的大型電力用戶(城市或工廠)附近,再經(jīng)變壓器將電壓降低,送至各種用電設(shè)備,把電能轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)及生活所需的機(jī)械能、熱能、光能等。圖1-3所示為接收機(jī)的電路示意圖。接收裝置將微弱的電磁波信號(hào)接收下來,經(jīng)過放大、變換處理后,送到揚(yáng)聲器、顯示器、記錄器等設(shè)備。當(dāng)然,這些裝置也必須有電源才能工作,但其中轉(zhuǎn)換的能量是很小的,它們的主要作用是處理和傳遞信號(hào)。從上面列舉的兩個(gè)電路實(shí)例可歸納出電路的主要功能及基本要求,即:(1)轉(zhuǎn)換與傳輸能量,要求在轉(zhuǎn)換與傳輸過程中損耗小、效率高。(在供配電技術(shù)中涉及的電路大多屬于此類)(2)處理與傳遞信號(hào),要求在處理與傳輸過程中失真小、靈敏度高。(在電子技術(shù)中涉及的電路大多屬于此類)無論是實(shí)現(xiàn)電路的哪種功能,都需要有電源或信號(hào)源,它是電路中產(chǎn)生電壓或電流的動(dòng)力,稱為激勵(lì)。由激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流稱為響應(yīng)。分析電路就是找出電路中激勵(lì)與響應(yīng)的關(guān)系。三、電路模型將組成實(shí)際電路的各種器件理想化,即在一定條件下突出主要的電磁性質(zhì),進(jìn)行科學(xué)的抽象和概括,定義了各種電路理想元件。例如,忽略電路中導(dǎo)線的電阻值,將其看作電阻為零的理想導(dǎo)線。實(shí)際電路元件通電時(shí)所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)雖然比較復(fù)雜,但歸納起來無非下列三種基本效應(yīng):(1)電阻效應(yīng)———將電能轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉。(2)磁場效應(yīng)———將電能轉(zhuǎn)換為磁場能量并儲(chǔ)存起來。(3)電場效應(yīng)———將電能轉(zhuǎn)換為電場能量并儲(chǔ)存起來。據(jù)此,相應(yīng)引入三個(gè)理想電路元件,每個(gè)理想電路元件只反映上述一種效應(yīng),這三個(gè)理想電器元件是:(1)理想電阻元件。它只產(chǎn)生電阻效應(yīng),也就是通電時(shí)起消耗電能的作用,沒有其他作用。(2)理想電感元件。它只產(chǎn)生磁場效應(yīng),也就是通電時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為磁場能量并儲(chǔ)存在元件中。(3)理想電容元件。它只產(chǎn)生電場效應(yīng),也就是通電時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為電場能量并儲(chǔ)存在元件中。理想電路元件簡稱電路元件,理想電阻元件簡稱電阻元件,理想電感元件簡稱電感元件,理想電容元件簡稱電容元件。三種常用電路元件的模型如圖1-4所示。圖1-5所示為手電筒的電路及其電路模型。其中,將實(shí)際電源突出它的電磁性質(zhì),抽象成電動(dòng)勢和內(nèi)電阻兩個(gè)理想元件串聯(lián),白熾燈則由一個(gè)理想電阻元件來表征,它們之間的各條連接線均是理想導(dǎo)線。圖1-6(a)表示一個(gè)實(shí)際線圈,它可以抽象成圖1-6(b)所示的電路模型,其中R代表線圈的電阻,L代表線圈的電感,C代表線圈的匝間電容。根據(jù)實(shí)際使用情況的不同,可以把電路模型簡化。若電能損耗較小可以忽略,其電阻R可以省去;電容C不大,在頻率較低時(shí),其影響也可以略去。因此,對于同一個(gè)實(shí)際電路,在不同的使用條件下,可以使用不同的電路模型描述。在電路中電路模型一般使用圖形符號(hào)表示,本教材常用的圖形符號(hào)如表1-1所示。任務(wù)二PARTTWO電壓及其測量一、電位及電動(dòng)勢電位又稱電勢,其數(shù)值只具有相對的意義。通常,選取無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn),這時(shí),電位的數(shù)值等于靜電力使電荷在靜電場中的某一點(diǎn)所具有的電勢能。電位表征電能的強(qiáng)度,它的數(shù)值大小取決于電勢零點(diǎn)的單位電荷從該點(diǎn)移到勢能零點(diǎn)位置所做的功。電勢常用的符號(hào)為U,在國際單位制中的單位是伏特(V)。電位是相對于電路參考點(diǎn)(令該點(diǎn)為零電位點(diǎn))而言的某點(diǎn)電壓,通常用⊥表示參考點(diǎn)。所以計(jì)算電位就是選定參考點(diǎn)后,計(jì)算各點(diǎn)相對于參考點(diǎn)之間的電壓。例如,圖1-7中,選定c點(diǎn)為參考點(diǎn),則b點(diǎn)的電位Vb=U2=5V,a點(diǎn)的電位Va=U1+U2=Es=15V。當(dāng)選取不同的參考點(diǎn)時(shí),電路中各點(diǎn)有不同的電位,但任意兩點(diǎn)間的電壓(電位差)不變。電動(dòng)勢是一個(gè)表征電源特征的物理量。電源的電動(dòng)勢的大小表明了電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。在數(shù)值上,電源的電動(dòng)勢等于非靜電力將單位正電荷從電源的負(fù)極通過電源內(nèi)部移送到電源正極時(shí)所做的功。電動(dòng)勢能夠克服導(dǎo)體電阻對電流的阻力,使電荷在閉合的導(dǎo)體回路中流動(dòng)。電動(dòng)勢常用符號(hào)E(有時(shí)也可用ε)表示,單位是伏特(V)。電動(dòng)勢的方向規(guī)定為從電源的負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極,即與電源兩端電壓的方向相反。電動(dòng)勢是一個(gè)表征電源特征的物理量。電源的電動(dòng)勢的大小表明了電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)。在數(shù)值上,電源的電動(dòng)勢等于非靜電力將單位正電荷從電源的負(fù)極通過電源內(nèi)部移送到電源正極時(shí)所做的功。電動(dòng)勢能夠克服導(dǎo)體電阻對電流的阻力,使電荷在閉合的導(dǎo)體回路中流動(dòng)。電動(dòng)勢常用符號(hào)E(有時(shí)也可用ε)表示,單位是伏特(V)。電動(dòng)勢的方向規(guī)定為從電源的負(fù)極經(jīng)過電源內(nèi)部指向電源的正極,即與電源兩端電壓的方向相反。例如,在圖1-7所示電路中,電源用電動(dòng)勢Es表示,電動(dòng)勢的正方向與電壓的正方向相反。Es=15V表示單位正電荷由電源負(fù)極移動(dòng)到正極要吸收15J的能量。計(jì)算電位的方法和步驟如下。(1)選擇一個(gè)零電位點(diǎn),即參考點(diǎn)。(2)標(biāo)出電源和負(fù)載的極性。電源的方向是由負(fù)極指向正極,標(biāo)出電源的正負(fù)極性,電流方向;負(fù)載的極性為電流流入端為正,流出端為負(fù)。

(3)求點(diǎn)A的電位時(shí),選定一條從點(diǎn)A到零電位點(diǎn)的路徑,從點(diǎn)A出發(fā)沿此路徑“走”到零電位點(diǎn),不論所經(jīng)過的是電源,還是負(fù)載,只要是從正極到負(fù)極,就取該電位降為正,反之就取負(fù),然后求代數(shù)和。以圖1-8所示電路為例,點(diǎn)D是參考點(diǎn),各電源的極性和電流的方向如圖所示,求點(diǎn)A的電位時(shí)有三條路徑。沿A—E2—D路徑:VA=I2R2+E2沿A—B—E1路徑:VA=I3R1E1沿A—C—E3路徑:VA=I1R3+E3

這三種計(jì)算方法的結(jié)果是完全相同的。二、電壓及其參考方向

在分析電路時(shí),電路兩點(diǎn)間或任一元件兩端的電壓要給定一個(gè)方向,即電壓的參考方向。電路圖中電壓的參考方向可用箭頭表示,也可用“+”“-”或雙下標(biāo)字母表示(如uab

)。有了參考方向,電壓的正負(fù)才有意義。電壓數(shù)值為正時(shí),表明其參考方向與實(shí)際方向一致;電壓數(shù)值為負(fù)時(shí),表明其參考方向與實(shí)際方向相反。在圖1-9所示的一段電路中,正電荷由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí),在該段電路釋放出電勢能,則電壓uab

為正;若電勢能增加,則電壓uab

為負(fù)。在國際單位制中,電壓的單位為V(伏特)。如果電場力把1C電量從點(diǎn)A移到點(diǎn)B所做的功是1J(焦耳),則A與B兩點(diǎn)間的電壓就是1V。電壓的單位除V外,還有mV(毫伏)、kV(千伏),其換算關(guān)系為:1V=10-3kV=103mV。電壓量隨處可見,小到毫伏級的心電信號(hào)、無線電信號(hào),大到幾萬伏的輸電線路?！纠?-1】圖1-10所示電路中,已知Uce

=5V,Ucd

=2V,若分別以e和c作參考點(diǎn),求c、d、e三點(diǎn)的電位及Ued

。解

(1)以e作參考點(diǎn)。Uc=Uce+Ue=5VUde=Uce-Ucd=5-2=3VUe=0VUd=Ude+Ue=5-2=3VUed=Ue-Ud=-3V(2)以c作參考點(diǎn)。Uc=0VUe=-5VUd=Udc+Uc=-2+0=-2VUed=Ue-Ud=-3V【例1-2】在圖1-11所示電路中,已知U1=-100V,U2=200V,求Uab

和Ucd

。解U1和U2是以圖中箭頭的方向?yàn)閰⒖挤较?現(xiàn)Uab

表示的參考方向和U1的箭頭方向相反[圖1-11(a)],Ucd表示的參考方向與箭頭的方向一致[見圖1-11(b)],故有Uab

=U1=-(-100)V=100VUab=U2=200V三、電壓放大器的設(shè)計(jì)當(dāng)對毫伏、微伏級的電壓信號(hào)進(jìn)行分析、處理時(shí),首先需要放大,一般采用運(yùn)算放大器來完成。在圖1-12中,Ui1、Ui2為毫伏極的輸入信號(hào),該信號(hào)經(jīng)差動(dòng)放大器放大后從Uo

端輸出。調(diào)節(jié)RW

可以改變Uo的大小。四、安全電壓在生產(chǎn)、生活中經(jīng)常需要用電,因此有可能被電擊,而電擊對人體的危害程度主要取決于通過人體電流的大小和通電時(shí)間長短。電流越大,致命危險(xiǎn)越大;持續(xù)時(shí)間越長,死亡的可能性越大。能引起人感覺的最小電流值稱為感知電流,交流為1mA,直流為5mA;人觸電后能自己擺脫的最大電流稱為擺脫電流,交流為10mA,直流為50mA;在較短的時(shí)間內(nèi)危及生命的電流稱為致命電流,如100mA的電流通過人體1s,足以致命,一般規(guī)定致命電流為50mA。在有防止觸電保護(hù)裝置的情況下,人體允許通過的電流一般按30mA考慮。根據(jù)歐姆定律I=U/R可知,流經(jīng)人體電流的大小與外加電壓和人體電阻有關(guān)。人體電阻除人的自身電阻外,還應(yīng)附加上人體以外的衣服、鞋、褲等的電阻。雖然人體電阻一般可達(dá)5000Ω,但是影響人體電阻的因素很多,如皮膚潮濕出汗、帶有導(dǎo)電性粉塵、加大與帶電體的接觸面積和壓力以及衣服、鞋、襪的潮濕油污等情況,均能使人體電阻降低,所以通常流經(jīng)人體電流的大小是無法事先計(jì)算出來的。因此,為確定安全條件,往往不采用安全電流,而是采用安全電壓來進(jìn)行估算。一般情況下,也就是干燥而觸電危險(xiǎn)性較大的環(huán)境下,安全電壓規(guī)定為36V;對于潮濕而觸電危險(xiǎn)性較大的環(huán)境(如金屬容器、管道內(nèi)施焊檢修),安全電壓規(guī)定為12V。這樣,觸電時(shí)通過人體的電流可被限制在較小范圍內(nèi),可在一定的程度上保障人身安全。五、電壓的測量電壓的測量一般采用電壓表和萬用表進(jìn)行。測量直流電壓通常采用磁電式電壓表,測量交流電壓主要采用電磁式電壓表。電壓表必須與被測電路并聯(lián),否則將燒毀電表,如圖1-13(a)所示。此外,測量直流電壓時(shí)還要注意儀表的極性,正、負(fù)極不能接反。在測量大的直流電壓時(shí)需要擴(kuò)大表的量程,方法是在表頭上串聯(lián)一個(gè)稱為倍壓器的高值電阻RV,其值為RV=(m-1)R0。其中R0為表頭內(nèi)阻,m=U/U0為倍壓系數(shù),U0為表頭的量程,U為擴(kuò)大后的量程。在圖1-13(b)中有以下兩式成立:五、電壓的測量【例1-3】有一電壓表,其量程為10V,內(nèi)阻為1000Ω。若要將量程擴(kuò)大到100V,還需串聯(lián)多大電阻?電壓測量工具實(shí)物如圖1-14所示。任務(wù)三PARTTHREE電流及其測量一、電流及參考方向1.電流的基本概念電流是指電荷的定向移動(dòng)。電源的電動(dòng)勢形成了電壓,繼而產(chǎn)生了電場力,在電場力的作用下,處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng),形成了電流,如圖1-15所示。一、電流及參考方向電流是描述電荷定向流動(dòng)的物理量。導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度定義為單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量。電流強(qiáng)度簡稱電流,用字母i表示，即式中,dq為在dt時(shí)刻流過橫截面的電荷量。

如果電流是恒定的,即其大小和方向不隨時(shí)間變化,稱為直流電流,一般用大寫字母I表示;若其大小與方向隨時(shí)間變化,則稱為交流電流,一般用小寫字母i表示。在國際單位制(SI)中,電流的單位是安培(A)。分析電路時(shí)還會(huì)用到千安(kA)、毫安(mA)、微安(μA)等,它們之間的換算關(guān)系為電荷有正、負(fù)之分,正或負(fù)電荷定向流動(dòng)都形成電流,習(xí)慣上,規(guī)定正電荷的移動(dòng)方向表示電流的實(shí)際方向。在外電路,電流由正極流向負(fù)極;在內(nèi)電路,電流由負(fù)極流向正極。在電路圖上一般用箭頭標(biāo)示電流的方向。電流是看不見摸不著而客觀存在的,日常生活中電流無處不在。例如,手電筒打開時(shí),燈亮了,這時(shí)電流就存在,手電筒關(guān)閉時(shí),燈滅了,這時(shí)電流就不存在。2.電流的參考正方向

在簡單電路中,電流的實(shí)際方向可由電源的極性確定。在復(fù)雜電路中,電流的方向有時(shí)則事先難以確定。為了分析電路的需要,引入了電流的參考方向的概念,如圖1-16所示。在進(jìn)行電路分析時(shí),先任意選定某一方向作為待求電流的正方向,并據(jù)此正方向進(jìn)行計(jì)算,若計(jì)算得到結(jié)果為正值,說明電流的實(shí)際方向與選定的正方向相同;若計(jì)算得到結(jié)果為負(fù)值,說明電流的實(shí)際方向與選定的正方向相反。電流的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí),I>0,電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí),I<0。【例1-4】如圖1-17所示,各電流的參考方向已設(shè)定,已知I1=6A,I2=-1A,I3=5A。試確定I1、I2、I3的實(shí)際方向。解

I1>0,故I1的實(shí)際方向與參考方向相同,I1由b點(diǎn)流向c點(diǎn)。I2<0,故I2的實(shí)際方向與參考方向相反,I2由a點(diǎn)流向b點(diǎn)。I3>0,故I3的實(shí)際方向與參考方向相同,I3由d點(diǎn)流向b點(diǎn)。3.電流及參考方向任意假設(shè)的電壓、電流的方向稱為參考方向。參考方向可任意標(biāo)定,標(biāo)定后,電流、電壓、電動(dòng)勢的值可正可負(fù),計(jì)算結(jié)果存在兩種情況:(1)“+”說明參考方向與真實(shí)方向相同。(2)“-”說明參考方向與真實(shí)方向相反。注意:(1)選定參考方向后不能再更改。(2)計(jì)算結(jié)果的正、負(fù)只與圖中參考方向結(jié)合起來才有物理意義。關(guān)聯(lián)參考方向就是元件上電流和電壓的參考方向一致,即電流從高電位流向低電位。非關(guān)聯(lián)參考方向就是元件上電流和電壓的參考方向不一致,即電流從低電位流向高電位。【例1-5】如圖119所示,試判斷u,i是否為關(guān)聯(lián)參考方向。解圖1-19(a),圖1-19(c)為關(guān)聯(lián)參考方向;圖1-19(b),圖1-19(d)為非關(guān)聯(lián)參考方向。判斷某一電路元件是電源還是負(fù)載的方法如下。根據(jù)電壓和電流的實(shí)際方向可確定某一電路元件是電源還是負(fù)載。電源:U和I的實(shí)際方向相反,電流從“+”端流出,輸出功率。負(fù)載:U和I的實(shí)際方向相同,電流從“+”端流入,吸收功率?！纠?-6】圖1-20所示為電流或電壓的參考方向,試判斷其實(shí)際方向。解圖1-20(a)中,電流小于零,實(shí)際方向與參考方向相反;電壓大于零,實(shí)際方向與參考方向相同。圖1-20(b)中,電流小于零,實(shí)際方向與參考方向相反;電壓小于零,實(shí)際方向與參考方向相反。【例1-7】某電路中有a、b、c三點(diǎn),已知Uab=8V,Uac=3V,若取a點(diǎn)為參考點(diǎn),則Ub、Uc各為多少?若取b點(diǎn)為參考點(diǎn),則Ua、Uc各為多少?選擇不同的參考點(diǎn)同一點(diǎn)的電位還相同嗎?解由Uab=Ua-Ub可得:a點(diǎn)為參考點(diǎn),則Ua=0,所以Ub=Ua-Uab=0-8=-8V同理,Uc=Ua-Uac=0-3=-3V若取b點(diǎn)為參考點(diǎn),則Ub=0,Ua=Uab+Ub=8VUc=Ua-Uac=8-3=5V可知,選擇不同的參考點(diǎn),同一點(diǎn)的電位是不同的?！纠?-8】如圖1-21所示,流過元件X的電流I=-1A,加在元件X兩端的電壓U=2V,該元件是電源還是負(fù)載?解方法一:由于U與I的實(shí)際方向相反,元件X是電源,輸出功率。方法二:由于U與I的正方向相同,P=UI=-2W<0,元件X是電源。4.電流放大器的設(shè)計(jì)

電流的強(qiáng)度有大有小,當(dāng)小電流信號(hào)不能驅(qū)動(dòng)大負(fù)載時(shí),就需要將其放大。小電流信號(hào)一般使用三極管放大,如使用單片機(jī)的輸出口控制繼電器、電磁閥等時(shí)。由于單片機(jī)的輸出電流較小,因此需要放大器放大電流信號(hào),如圖1-22所示,單片機(jī)CPU輸出的信號(hào)經(jīng)三極管T放大后可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器KA。5.電流對人體的傷害人體的某一部分碰到帶電的物體,電流就要通過人體,即觸電。電流通過人體,對人的身體和內(nèi)部組織會(huì)造成不同程度的損傷,這種損傷分為電擊和電傷兩種。電擊是指電流通過人體時(shí),使內(nèi)部組織受到較為嚴(yán)重的損傷。電擊會(huì)使人覺得全身發(fā)熱、發(fā)麻,肌肉發(fā)生不由自主的抽搐,逐漸失去知覺。如果電流繼續(xù)通過人體,將使觸電者的心臟、呼吸機(jī)能和神經(jīng)系統(tǒng)受損,直到心臟活動(dòng)停止、呼吸停止,最終死亡。電傷是指電流對人體外部造成的局部損傷,電傷從外觀來看一般有電弧燒傷、電的烙印和熔化的金屬滲入皮膚(稱為皮膚金屬化)等傷害?？傊?當(dāng)人觸電后,電流通過人體和發(fā)生電弧,往往使人體受到嚴(yán)重傷害,甚至造成死亡。研究表明,當(dāng)人體通過0.0006A的電流時(shí),會(huì)引起人體麻刺的感覺;通過0.02A的電流,會(huì)引起劇痛和呼吸困難;通過0.05A的電流,就有生命危險(xiǎn);通過0.1A以上的電流,就能引起心臟麻痹、心房停止跳動(dòng),直至死亡。觸電會(huì)威脅觸電者的生命安全,其危險(xiǎn)程度和下列因素有關(guān)。(1)人體承受的電壓。(2)通過人體的電流。(3)電流作用時(shí)間的長短。(4)電源頻率的高低。(5)電流通過人體的途徑。(6)觸電者的體質(zhì)狀況。(7)人體的電阻。人體承受的電壓越高,對人體的危害越重。較低的電壓對人體不會(huì)造成大的傷害;較高的電壓,輕則引起灼傷,重則使人死亡。在較干燥的環(huán)境中,36V以下的電壓是安全的。通過人體的電流決定于觸電者接觸到電壓的高低和人體電阻的大小。人體接觸的電壓越高,通過人體的電流越大。人體電阻越小,通過人體的電流越大。人體的電阻一般為10~100kΩ,主要是皮膚角質(zhì)層電阻最大,當(dāng)皮膚角質(zhì)層失去時(shí),人體電阻就會(huì)降到800~1000Ω。如果皮膚出汗、潮濕和有灰塵(如金屬灰塵、炭質(zhì)灰塵),也會(huì)使皮膚電阻大大降低。電流通過人體時(shí)間的長短與人體的受傷害程度有密切的關(guān)系,人體處于電流作用下,時(shí)間越短獲救的可能性越大,電流通過人體時(shí)間越長,電流對人體機(jī)能的破壞越大,獲救的可能性也就越小。研究表明,50~60Hz工頻電源對人體傷害最大;電流流過心臟比流過人體其他部位更危險(xiǎn)。很多人認(rèn)為220V電壓對人沒有太大危險(xiǎn),使用中不必?fù)?dān)心,這完全不對。220V電壓雖然不高,但因?yàn)樵谏詈凸ぷ髦惺褂玫膱鏊^多,加之人們對220V的低電壓經(jīng)常忽視,觸電的機(jī)會(huì)較多。統(tǒng)計(jì)表明,在人體觸電事故中,低壓觸電事故所占比重較大。因此,在低壓用電系統(tǒng)中,我們更應(yīng)注意安全,避免觸電。二、電流的測量電流的測量可使用電流表或萬用表的電流擋進(jìn)行。測量直流電流通常采用磁電式電流表,測量交流電流主要采用電磁式電流表。電流表必須與被測電路串聯(lián),否則將燒毀電表。此外,測量直流電流時(shí)還要注意儀表的極性,電流表的正端為電流流入的方向。連接如圖1-23(a)所示。在測量大電流時(shí)需要擴(kuò)大電表的量程,方法是在表頭上并聯(lián)一個(gè)分流的低值電阻RA,如圖1-23(b)所示,分流電阻的阻值為RA=R0/(n-1)。其中R0為表頭內(nèi)阻,n=I/I0

為分流系數(shù),其中I0為表頭的量程,I為擴(kuò)大后的量程。在圖1-23(b)中有【例1-9】有一磁電式電流表,當(dāng)使用分流器時(shí),表頭的滿標(biāo)值電流為5mA。表頭內(nèi)阻為200Ω?，F(xiàn)將量程(滿標(biāo)值)擴(kuò)大為1A,問分流的電阻應(yīng)為多大?直流電流表如圖1-24所示。用電流表和萬用表測量圖1-25中的電流。其中US為0~5V的直流電源,R為10kΩ的可調(diào)電位器,A1為電流表,A2為萬用表,R2為10kΩ的電阻。調(diào)節(jié)直流電源、電位器時(shí)觀察A1、A2的變化情況。(注意選擇量程和極性）。任務(wù)四PARTFOUR電能與電功率電路是轉(zhuǎn)換與傳輸能量的裝置。在電路工作時(shí),總是伴隨著電能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換。各種電氣設(shè)備工作時(shí),其電壓、電流和功率都有一定的限制,超過容許值可能會(huì)造成設(shè)備損壞。所以分析電路時(shí)要計(jì)算電路中各元件的功率。單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功稱為電功率,簡稱功率,用字母p表示。電功率是表征電路中能量轉(zhuǎn)換速率的物理量,即對于一段電路或一個(gè)元件,當(dāng)電壓u與電流i取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),u與i的乘積就是此時(shí)刻該段電路或元件吸收或釋放的電能。p值為正時(shí),表示該元件吸收電能,為負(fù)載;p值為負(fù)時(shí),表示該元件釋放(供給)電能,為電源。在直流電路中,電壓與電流均不隨時(shí)間變化,功率用P表示,有P=UI(1-5)在國際單位制中,功率的單位為瓦特,簡稱瓦(W)。當(dāng)功率較大時(shí),用千瓦(kW)表示;當(dāng)功率較小時(shí),常用毫瓦(mW)、微瓦(μW)表示。它們之間的換算關(guān)系為【例1-10】在圖1-26所示電路中,設(shè)I=1A,Us1=6V,Us2=2V,計(jì)算各元件的功率。解

UR

=Us1-Us2=(6-2)V=4V各元件的功率分別為PR

=URI=4×1W=4W

吸收4WPUs1=(-Us1)I=(-6)×1W=-6W

發(fā)出6W,起電源作用PUs2=Us2

I=2×1W=2W

吸收2W,起負(fù)載作用整個(gè)電路滿足

【例1-11】有三盞電燈接在110V電源上,其額定值分別為110V、100W,110V、60W,110V、40W,求總功率P、總電流I,以及通過各燈泡的電流和等效電阻。

【例1-12】有一220V、60W的電燈,接在220V的直流電源上,試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚用3h,則一個(gè)月消耗電能多少?解

I=P/U=60/220≈0.273AR=U/I=220/0.273≈806Ω電阻也可用下式計(jì)算:R=P/I2或R=U2/P。一個(gè)月消耗的電能,也就是所做的功為W=Pt=60×3×30=0.06×90=5.4kW·h可見,功的單位是kW·h,俗稱“度”。常用的電度表就是測量電能的儀表。【例1-13】圖1-27所示為直流電路,其中U1=5V,U2=-9V,U3=4V,I=5A,求各元件接收或發(fā)出的功率P1、P2和P3,并求整個(gè)電路的功率P。解

P1的電壓參考方向與電流參考方向相關(guān)聯(lián),故

P1=U1

I=5×5=25W(接收25W)P2和P3的電壓參考方向與電流參考方向非關(guān)聯(lián),故P2=U2I=-(-9)×5=45W(接收45W)P3=U3I=-4×5=-20W(發(fā)出20W)整個(gè)電路的功率P,設(shè)接收功率為正,發(fā)出功率為負(fù),故P=25+45-20=50W任務(wù)五PARTFIVE電阻及電阻器的識(shí)別與檢測一、電阻

電阻吸收的功率為p=ui=i2R=u2

G(1-9)線性電阻元件有兩個(gè)特殊的極端情況值得注意:一是不論它的端電壓為何值,若流過的電流都為零,此時(shí)電阻兩端稱為開路;二是不論它的電流為何值,若電阻兩端的電壓都為零,此時(shí)電阻兩端稱為短路。開路和短路狀態(tài)的伏安關(guān)系分別如圖1-29所示,在ui平面上分別與電壓軸或電流軸重合。非線性電阻的伏安關(guān)系在ui平面上是一條曲線,它的阻值隨著流過的電流或兩端電壓的改變而改變。圖1-30(a)表示的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)典型的非線性電阻,其伏安關(guān)系如圖1-30(b)所示?！纠?-14】有一個(gè)220V、50W的燈泡,其燈絲電阻是多少?每天用5h,一個(gè)月(按30天計(jì)算)消耗的電能是多少度?

二、電阻器和電位器的技術(shù)參數(shù)1.電阻器和電位器型號(hào)的命名方法根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電子設(shè)備用固定電阻器、固定電容器型號(hào)命名方法》(GB/T2470—1995)的規(guī)定,電阻器和電位器的型號(hào)由四部分組成,如表1-2所示。例如,高壓碳膜電阻器的型號(hào)命名如圖1-31所示。又如,多圈金屬膜電位器的型號(hào)命名如圖132所示。2.電阻器、電位器的圖形符號(hào)電阻器、電位器的圖形符號(hào)如圖1-33所示。3.電阻器的主要性能指標(biāo)1)標(biāo)稱阻值

電阻器的標(biāo)稱值是指電阻器的阻值,阻值是電阻的主要參數(shù)之一。不同類型的電阻,其阻值范圍不同,不同精度的電阻其阻值也不同。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),常用的標(biāo)稱電阻值系列如表1-3所示。常見標(biāo)注方法有E96、E24、E12和E6幾種,這種標(biāo)注方法也適用于電位器,即表1-3中數(shù)值再乘以10n,其中n為正整數(shù)或負(fù)整數(shù)。

E系列由國際電工委員會(huì)(IEC)于1952年發(fā)布為國際標(biāo)準(zhǔn),該系列適用于電子元件。例如:(1)E6系列適用于誤差為±20%(M)的電阻、電容和電感數(shù)值。(2)E12系列適用于誤差為±10%(K)的電阻、電容和電感數(shù)值。(3)E24系列適用于誤差為±5%(J)的電阻、電容和電感數(shù)值。(4)E48系列適用于誤差為±2%(G)的電阻數(shù)值。(5)E96系列適用于誤差為±1%(F)的電阻數(shù)值。(6)E192系列適用于誤差為±0.5%(D)的電阻和電容器數(shù)值。

2)額定功率電阻器在電路中長時(shí)間連續(xù)工作不損壞,或不顯著改變其性能所允許消耗的最大功率稱為電阻器的額定功率。電阻器的額定功率并不是電阻器在電路中工作時(shí)一定要消耗的功率,而是電阻器在電路工作中所允許消耗的最大功率。不同類型的電阻具有不同系列的額定功率,如表1-4所示。電阻的額定功率值,指的是電阻所承受的最高電壓和最大電流的乘積。每個(gè)電阻都有其額定功率值,常見電阻的額定功率一般分為1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、3W、4W、5W、10W等。其中1/8W和1/4W的電阻較為常用,在大電流場合,大功率的電阻也很普遍。圖1-34所示為各額定功率值的電阻在電路圖上的符號(hào)。不難看出,額定功率值在1W以上用羅馬數(shù)字表示。4.電阻器的標(biāo)識(shí)方法1)直標(biāo)法

直標(biāo)法是指在電阻體表面直接標(biāo)注主要參數(shù)和技術(shù)性能。2)數(shù)字法

數(shù)字法是指用三位數(shù)字表示阻值,它主要用于片狀電阻中。如圖1-35所示,223代表阻值為22×103Ω=22kΩ。3)文字符號(hào)法文字符號(hào)法是指將字母和數(shù)字兩者有規(guī)律地組合起來表示出電阻器的阻值與允許誤差,標(biāo)注在電阻體表面,如圖1-36所示,最后的字母或數(shù)字表示誤差。允許誤差有:0級表示±2%,Ⅰ級表示±5%,Ⅱ級表示±10%,Ⅲ級表示±20%。允許的誤差也可以用字母表示,見表1-5。電阻器的單位文字符號(hào)的含義見表1-6。其中,1MΩ=103kΩ=106Ω,1kΩ=103Ω。4)色環(huán)法色環(huán)法是指用不同顏色來表示電阻器的阻值與允許誤差,如圖1-37所示。對于四色環(huán)電阻,第一、第二色環(huán)代表電阻的第一、第二位數(shù)值,第三色環(huán)代表倍率10n,第四色環(huán)表示允許誤差。例如,某色環(huán)電阻前三色環(huán)的顏色分別為黃、紫、橙,第四色環(huán)為金,則此電阻值為47kΩ±5%。色環(huán)電阻的單位為Ω,阻值環(huán)和誤差環(huán)顏色對應(yīng)的數(shù)碼和誤差見表1-7。三、電阻在電路中的作用電阻是電路中最常用的元件,在電路中的作用是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)電路中的電流和電壓,還有限制電路電流、降低電壓、分配電壓等。1.限流

為使通過用電器的電流不超過額定值或?qū)嶋H工作需要的規(guī)定值,以保證用電器的正常工作,通?？稍陔娐分写?lián)一個(gè)可變電阻。當(dāng)改變這個(gè)電阻的大小時(shí),電流的大小也隨之改變。把這種可以限制電流大小的電阻稱為限流電阻。如在給蓄電池充電的電路中,為了使充電電流不超過規(guī)定值,可在電路中接入限流電阻,在充電過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)接入電阻的大小,可使電流的大小保持穩(wěn)定。再如在可調(diào)光臺(tái)燈的電路中,為了控制燈泡的亮度,也可在電路中接入一個(gè)限流電阻,通過調(diào)節(jié)接入電阻的大小來控制電路中電流的大小,從而控制燈泡的亮度。2.分流

當(dāng)在電路的干路上需同時(shí)接入幾個(gè)額定電流不同的用電器時(shí),可以在額定電流較小的用電器兩端并聯(lián)一個(gè)電阻,這個(gè)電阻的作用是分流。例如,有甲、乙兩個(gè)燈泡,額定電流分別是0.2A和0.4A,顯然兩燈泡不能直接串聯(lián)接入同一電路。但若在甲燈兩端并聯(lián)一個(gè)合適的分流電阻(見圖138),則當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),甲、乙兩燈就都能正常工作了。3.分壓一般用電器上都標(biāo)有額定電壓值,若電源比用電器的額定電壓高,則不可把用電器直接接在電源上。在這種情況下,可給用電器串接一個(gè)合適阻值的電阻,讓它分擔(dān)一部分電壓,用電器便能在額定電壓下工作,稱這樣的電阻為分壓電阻。如常用的測電筆里有一個(gè)阻值很大的高電阻,它也是一個(gè)分壓電阻。人體的電阻一般為高電阻的1/10,這樣人站在地面上用測電筆接觸220V的電源,測電筆中高電阻分壓約為200V,人體承受的電壓就只有20V,低于36V(安全電壓),這樣就沒有觸電的危險(xiǎn)了。4.將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電流通過電阻時(shí),會(huì)把電能全部(或部分)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。用來把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的用電器稱為電熱器,如電烙鐵、電爐、電飯煲、取暖器等。四、電阻的測量方法1.萬用表測量電阻的原理和方法萬用表的歐姆擋實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多量程的歐姆表。電阻測量是以歐姆定律為基礎(chǔ)的,在給定電源電壓不變的前提下,回路電阻增加一倍,則電流減為一半。萬用表測量電阻的基本電路如圖1-39所示。在該電路中,表頭電阻Rg、輔助電源US、限流電阻R作為萬用表的內(nèi)部電路,參數(shù)是相對恒定的。接在a、b兩端的是被測電阻Rx。根據(jù)歐姆定律關(guān)系式為當(dāng)Rx=0時(shí),相當(dāng)于a、b端短路,I=US

/(Rg+R)=Imax,回路中電流最大,表頭滿偏停到右端。該點(diǎn)被定為歐姆表的零值刻度,可以用改變電阻R進(jìn)行調(diào)節(jié)(即調(diào)零)。當(dāng)Rx=∞時(shí),相當(dāng)于a、b端開路,I=0,指針不偏轉(zhuǎn),停留在左端的機(jī)械零位,該點(diǎn)被定為歐姆表的無窮大(∞)刻度。當(dāng)被測電阻Rx

在零到無窮大范圍內(nèi)變化時(shí),指針的偏轉(zhuǎn)角也在歐姆值0~∞刻度范圍內(nèi)變化。在圖1-39中,當(dāng)Rx=Rg+R=RT

時(shí)(其中RT為中心阻值),則2.表頭內(nèi)阻測定

如圖1-40所示,欲測電壓表的內(nèi)電阻,可閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭P的位置,使兩表均有一明顯讀數(shù),U為電壓表讀數(shù),I為電流表讀數(shù)。由電阻定義式可得電壓表內(nèi)阻為3.接地電阻的測量接地電阻是指接地裝置對地電壓和流入地中電流的比值。接地電阻包括接地線電阻、接地體電阻、接地體與土壤間的接觸電阻,以及土壤中的散流電阻。由于其中接地線電阻、接地體電阻、接觸電阻相對較小,故通常近似以散流電阻作為接地電阻。變壓器和發(fā)電機(jī)的工作接地電阻值一般不得大于4Ω;保護(hù)線PE每處重復(fù)接地電阻值不得大于10Ω;而防雷裝置的沖擊接地電阻值不得大于30Ω。接地電阻一般使用手搖式地阻表和鉗形地阻表測量。手搖式地阻表是一種較為傳統(tǒng)的測量儀表,它的基本原理是采用三點(diǎn)式電壓落差法,其測量方法是在被測地線接地極(暫稱為X)一側(cè)地上打入兩根輔助測試極,要求這兩根測試極位于被測地極的同一側(cè),三者基本在一條直線上,距被測地極較近的一根輔助測試極(稱為Y)距離被測地極20m左右,距被測地極較遠(yuǎn)的一根輔助測試極(稱為Z)距離被測地極40m左右。測試時(shí),按要求的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)搖把,測試儀通過內(nèi)部磁電機(jī)產(chǎn)生電能,在被測地極X和輔助測試極Z之間“灌入”電流,此時(shí)在被測地極X和輔助測試極Y之間可獲得一電壓,儀表通過測量該電流和電壓值,即可計(jì)算出被測接地極的地阻。鉗形地阻表是一種新穎的測量工具,它方便、快捷,外形酷似鉗形電流表,測試時(shí)無須輔助測試極,只需往被測地線上一夾,幾秒鐘即可獲得測量結(jié)果,極大地方便了接地阻測量工作。鉗形地阻表還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn),即可以對在用設(shè)備的地阻進(jìn)行在線測量,而無須切斷設(shè)備電源或斷開地線。雖然鉗形地阻表測試時(shí)使用一定頻率的信號(hào)以排除干擾,但在被測線纜上有很大電流存在的情況下,測量也會(huì)受到干擾,導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。所以,按照要求,在使用時(shí)應(yīng)先測線纜上的電流,只有在電流不是非常大時(shí)才可進(jìn)一步測量地阻。有些儀表在測量地阻時(shí)自動(dòng)進(jìn)行噪聲干擾檢測,當(dāng)干擾太大以致測量不能進(jìn)行時(shí)會(huì)給出提示。4.絕緣電阻的測量現(xiàn)代生活日新月異,人們一刻也離不開電。在用電過程中就存在著用電安全問題,電氣設(shè)備(如電機(jī)、電纜、家用電器等)的正常運(yùn)行的前提包括絕緣材料的絕緣程度,即絕緣電阻的數(shù)值。當(dāng)受熱和受潮時(shí),絕緣材料老化,其絕緣電阻便降低,從而造成電氣設(shè)備漏電或短路事故的發(fā)生。為了避免事故發(fā)生,要求經(jīng)常測量各種電氣設(shè)備的絕緣電阻,判斷其絕緣程度是否滿足設(shè)備需要。絕緣電阻就是通常情況下所說的絕緣材料在沒有被擊穿時(shí)的電阻值,如電機(jī)的帶電部分與不帶電的機(jī)殼之間的電阻;互相沒有電的聯(lián)系的兩個(gè)導(dǎo)體之間的電阻,如變壓器的原繞組和副線組之間沒有接通負(fù)載時(shí)的電阻,兩條輸電線之間的電阻,家用電器帶電部分與外露非帶電金屬部分之間的電阻等。絕緣體有阻止電流通過的特性,但若加上高電壓時(shí)會(huì)有少許的漏電流流過絕緣體的內(nèi)部或表面。絕緣電阻衡量阻止漏電流通過的能力,阻值越大越好,通常以百萬歐(MΩ)計(jì)量。測量絕緣電阻一般使用兆歐表。兆歐表俗稱搖表,是測量絕緣體電阻的專用儀表,主要由磁電式流比計(jì)與手搖直流發(fā)電機(jī)組成。兆歐表的接線端鈕有3個(gè)(見圖1-41),分別標(biāo)有“G(屏)”“L(線)”“E(地)”。被測電阻接在L和E之間,G端的作用是消除表殼表面L、E兩端間的漏電和被測絕緣物表面漏電的影響。在進(jìn)行一般測量時(shí),把被測絕緣物接在L、E之間即可。但測量表面不干凈或潮濕的對象時(shí),為了準(zhǔn)確測出絕緣材料內(nèi)部的絕緣電阻,就必須使用G端。圖1-42所示為測量電纜絕緣電阻的接線圖。知識(shí)拓展電阻的測量方法歸納知識(shí)拓展知識(shí)拓展知識(shí)拓展任務(wù)六PARTSIX電阻的串、并聯(lián)及等效變換一、電阻的串聯(lián)及分壓把若干個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)成串地連接起來,使電流只具有一條通路,稱為電阻的串聯(lián)電路,如圖1-43(a)所示。串聯(lián)電路的特點(diǎn)是:電路中的電流處處相等。設(shè)各電阻上的電壓、電流參考方向如圖1-43(a)所示,根據(jù)電阻串聯(lián)電壓關(guān)系,有根據(jù)歐姆定律,每個(gè)電阻上的電壓分別為即若干電阻串聯(lián),其等效電阻Req為各串聯(lián)電阻之和,如圖1-43(b)所示。等效電阻就是將電阻Req接在端口1—1'處時(shí),其端口電壓U與電流I的關(guān)系等同于R1、R2、…、Rn

串聯(lián)接在端口1—1'的電壓U與電流I的關(guān)系。串聯(lián)電阻各電阻上的電壓為U1=I1R1,U2=I2R2,…,Un=InRn,而串聯(lián)電路中各電阻的電流相等,即I1=I2=…=In=I,故串聯(lián)電阻各電阻上的電壓與電阻值成正比分配,即U1∶U2∶…∶Un=R1∶R2∶…∶Rn(1-12)串聯(lián)電阻各電阻上的功率為P1=I21R1,P2=I22R2、…,Pn=I2

nRn,而串聯(lián)電路中各電阻的電流相等,即I1=I=…=In=I,故串聯(lián)電阻各電阻上消耗的功率均與電阻值成正比分配,即P1∶P2∶…∶Pn=R1∶R2∶…∶Rn(1-13)

而等效電阻Req=R1+R2+…+Rn=∑nk=1Rk,所以Peq=I2Req=I2(R1+R2+…+Rn)=I2R1+I2R2+…+I2Rn=P1+P2+…+Pn(1-14)因此,等效電阻Req所消耗的功率等于各串聯(lián)電阻消耗功率之和?！纠?-15】圖1-44表示一個(gè)電阻分壓器,設(shè)輸入電壓U1=50V,電阻R2=1.2kΩ,現(xiàn)要求輸出電壓U2為12V時(shí)的R1。解由式(1-12)給出的電阻的分壓關(guān)系可得代人已知量,有方程式解得R1=3.8kQ。若圖1-44中電阻(R-+Rz)用帶滑動(dòng)觸頭的電阻R(電位器)代替,如圖1-45所示,只要改變滑動(dòng)觸頭的位置﹐就可以使電壓U。的數(shù)值在0~U，連續(xù)改變。在實(shí)際應(yīng)用電路中,為了減少電源的數(shù)量,可以利用以上串聯(lián)電阻的分壓原理,很方便地得到各種所需要的電壓等級。在指針式萬用表中通過串聯(lián)不同的分壓電阻,可以使同一個(gè)表頭測量不同的電壓。

【例1-16】電路如圖1-46所示，欲將量程Uv為5V.內(nèi)阻Rv為10kQ的電壓表改裝成5V.25V.100V多量程的電壓表,求所需串聯(lián)電阻的阻值。解設(shè)25V量程需串聯(lián)電阻R,100V量程需再串聯(lián)電阻Rz。表頭允許通過的電流為對25V量程來說﹐需串聯(lián)電阻R的阻值應(yīng)為同理，100V量程還需串聯(lián)一個(gè)電阻R，其阻值為二電阻的并聯(lián)及分流

若干電阻的兩端分別接在電路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上,稱為電阻的并聯(lián)，如圖1-47(a)所示。各并聯(lián)電阻上有相同的電壓。設(shè)電壓,電流的參考方向如圖1-47(a)所示,根據(jù)歐姆定律,并聯(lián)各電阻中的電流分別為

在工程實(shí)際中,如果某支路不能承受較大的電流,就可在該支路上并聯(lián)一個(gè)合適的電阻以減小流過該電路的電流。例如,指針式萬用表測量大電流時(shí)就是在表頭支路并聯(lián)分流電阻。

【例1-17】圖1-49所示電路中,R=2Q,Rz=3Q,Rg=6Q,其端口電流Ⅰ為3A,求各電阻中的電流及電路的功率。

【例1-18】電路如圖1-50所示,若將內(nèi)阻為1800Q,滿偏電流為100A的表頭改裝成量程為1kA的電流表，應(yīng)并聯(lián)多大的分流電阻?

解因?yàn)镮A=100A,RA=1800Q,要制成1kA(1000A)的電流表,通過分流電阻的電流為IR一I一IA=(1000-100)A=900A由分流公式可得即表頭需要并聯(lián)一個(gè)200的分流電阻﹐就可將量限為100A的電流表改裝成1kA的電流表。三.電阻的串并聯(lián)

電路中的電阻既有串聯(lián)又有并聯(lián),稱此電路為電阻的串并聯(lián)(混聯(lián))電路。盡管實(shí)際串并聯(lián)電路的形式多種多樣，但是只要根據(jù)電阻串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn),即可逐步簡化,求出總的等效電阻。凡是能用電阻串并聯(lián)進(jìn)行簡化并用歐姆定律求解的電路均屬于簡單電路，下面通過實(shí)例說明簡單電路的分析方法。

【例1-19】在圖1-51所示電路中，ls=2A,R=R=12Q,Rz一Rs=8Q。（1）開關(guān)S閉合時(shí)，計(jì)算1—1'端口的等效電阻及電流源發(fā)出的功率;（2）開關(guān)S斷開時(shí),重新計(jì)算(1)。

解(1)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),R與R;并聯(lián),R與R,并聯(lián),各自等效成一個(gè)電阻再串聯(lián),因此1—1'端口的等效電阻為電流源發(fā)出的功率為(2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),R與Rz串聯(lián),Rs與R串聯(lián),各自等效成一個(gè)電阻后再并聯(lián),因此1—'端口斷開的等效電阻為電流源發(fā)出的功率為【例1-20】求圖1-52(a)所示電路的R.和R。

解(1)求R時(shí),電路可畫成圖1-52(b)所示,此時(shí)左下角的2Q和8Q電阻被短路，6與6Q的電阻并聯(lián),再與3Q電阻串聯(lián),再與4Q電阻并聯(lián)。故有R=4//[3+(6//6)]=4//[3+(6/2)]-(4×6)/4+6）=2.4(2)求R.時(shí),由于2與8電阻一端接b，另一端接c，它們?yōu)椴⒙?lián)關(guān)系，故電路可畫成圖1-52(c)所示，于是簡單電路可以用以上介紹的化簡法求解，當(dāng)然也可用后面介紹的電路方程法求解。任務(wù)七PARTseven電源

電源是組成電路的一個(gè)基本元件。當(dāng)接通負(fù)載時(shí),電源輸出電壓和電流﹐對電路提供電能。

電源的輸出電壓與電流的關(guān)系稱為電源的外特性。實(shí)際電源因?yàn)橛袃?nèi)電阻﹐所以隨著輸出電流的增大,輸出電壓會(huì)降低。對于圖1-53(a)所示電路,R。為電源內(nèi)電阻，當(dāng)開關(guān)閉合后,有

U=U.—IR.

(1-22)

實(shí)際電源的外特性如圖1-53(b)所示。

將實(shí)際電源抽象化,得出兩個(gè)理想電源的電路模型——理想電壓源和理想電流源。一理想電壓源

若實(shí)際電源的內(nèi)電阻R.與負(fù)載電阻Rt比較,滿足R,<≤Rt,R。上的壓降IR。很小,可忽略不計(jì),則式(1-22)為U～U,,理想情況認(rèn)為R.=o,即U=U,,這就是理想電壓源。理想電壓源用圖1-54(a)所示的符號(hào)表示，它的外特性如圖1-54(b)所示,電壓為與電流Ⅰ軸平行的直線。

理想電壓源的端電壓與通過它的電流無關(guān),僅為時(shí)間的函數(shù)。若電壓不隨時(shí)間變化,即為直流電壓源。電壓源的輸出電流由負(fù)載決定。與電壓源并聯(lián)的各元件相互之間沒有影響。注意電壓源不能短路,因?yàn)樗膬?nèi)電阻R.為零,若短路,則電流Ⅰ為無窮大。二.理想電流源將式(1-22)各項(xiàng)除以內(nèi)電阻R.,得

由此可見，實(shí)際電源也可以用它的短路電流I與內(nèi)阻R。并聯(lián)來表示，如圖1-55(a)所示。

電流源的輸出電流與外電路無關(guān)，僅為時(shí)間的函數(shù)。若電流不隨時(shí)間變化﹐就是直流電流源。電流源的輸出電壓由外電路決定。與電流源串聯(lián)的各元件相互之間沒有影響。注意電流源不能開路,因?yàn)槠鋬?nèi)電阻為無窮大,若開路,則其端電壓為無窮大。電壓源或電流源在實(shí)際應(yīng)用中都需要外接負(fù)載，負(fù)載對電源輸出電壓或電流的影響以及電源的帶負(fù)載能力主要體現(xiàn)在內(nèi)阻上。對電壓源希望它的內(nèi)阻越小越好﹐內(nèi)阻越小其輸出電壓受負(fù)載的影響就越小,帶負(fù)載的能力也就越強(qiáng);而電流源希望它的內(nèi)阻越大越好,內(nèi)阻越大輸出電流受負(fù)載的影響就越小，帶負(fù)載的能力也就越強(qiáng)。三，受控源

以上提到的電壓源、電流源，其輸出電壓、電流由電源自己決定,稱為獨(dú)立電源。與此不同的是,若電源的電壓或電流受電路中其他部分的電壓或電流的控制,這就是受控源或稱非獨(dú)立電源。受控源也可分為受控電壓源與受控電流源兩大類,而每一類中按其控制量是電壓或電流又有兩種情況,所以受控源共有四種,即電壓控制電壓源(VCVS),電流控制電壓源(CCVS),電壓控制電流源(VCCS)和電流控制電流源(CCCS)。為了區(qū)別于獨(dú)立電源,用菱形符號(hào)表示受控源，如圖1-56所示。1.電壓控制電壓源

注意:獨(dú)立電源與受控源在電路中的作用有著本質(zhì)的區(qū)別。獨(dú)立電源作為電路的輸入，代表著外界對電路的激勵(lì)作用,是電路中產(chǎn)生響應(yīng)的“源泉”。受控源是用來表征在電子器件中所發(fā)生物理現(xiàn)象的一種模型，它反映了電路中某處的電壓或電流控制另一處的電壓或電流的關(guān)系。在電路中,受控源不是激勵(lì)?！纠?-21)】圖1-57所示的電路中,設(shè)電流源i=1A,計(jì)算電壓Uz及各元件的功率,并驗(yàn)證平衡關(guān)系

任務(wù)八PARTeight電氣設(shè)備的額定值、電路的幾種狀態(tài)—.電氣設(shè)備的額定值

電氣設(shè)備的額定值通常有如下三項(xiàng)。(1）額定電流。額定電流是在長時(shí)間內(nèi)通電的情況下,電氣設(shè)備發(fā)熱不超過允許限度(即額定溫度)時(shí)的電流極限有效值，用Iy表示,單位為安。(2）額定電壓。額定電壓就是電壓的極限有效值，一般用U、表示,單位為伏或千伏。(3）額定功率。額定功率是額定電壓和額定電流的乘積,用P、表示。電氣設(shè)備的額定值都標(biāo)在銘牌上，使用時(shí)必須遵守。例如，一盞日光燈,標(biāo)有“220V,60W”的字樣,表示該燈在220V電壓下使用,消耗功率為60W,若將該燈接在380V的電源上,則會(huì)因電流過大將燈絲燒毀;反之，若電源電壓低于額定值,雖能發(fā)光,但燈光暗淡。

【例1-22】已知一電烙鐵銘牌上標(biāo)出“25W,220V”。則電烙鐵的額定工作電流為多少?其電阻為多少?二.電路的幾種狀態(tài)電路在工作時(shí)有三種工作狀態(tài)，分別是通路、短路、斷路。1.負(fù)載狀態(tài)的特點(diǎn)如圖1-58所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),就會(huì)有電流流過負(fù)載電阻R。當(dāng)電源電壓和內(nèi)阻不變時(shí),電流的大小取決于負(fù)載電阻的大小,R越小,電流越大,電源的負(fù)荷就越重,反之R越大，則電流越小,電源的負(fù)載就輕。三.熔斷器和斷路器

在低壓配電線路,為了防止在發(fā)生故障(如過載、短路和接地故障)時(shí),危及人身安全(間接接觸導(dǎo)致的電擊),或是線路過熱而導(dǎo)致?lián)p壞甚至引起電氣火災(zāi),配電線路應(yīng)有必要的防護(hù)措施,以保護(hù)線路安全和用電安全。在線路中一般采取安裝熔斷器和斷路器。熔斷器俗稱保險(xiǎn)絲，它是一種安裝在電路中,保證電路安全運(yùn)行的電氣元件。當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí),電流不斷升高,升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件,也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。此時(shí),熔斷器會(huì)在電流升高到一定值時(shí)自身熔斷,從而切斷電流.起杞到保護(hù)由路安全的作用

斷路器是一種很基本的低壓電器,具有過載、短路和欠電壓保護(hù)功能，能保護(hù)線路和電源。空氣開關(guān)和斷路器的用法與功能相似,只是空氣開關(guān)一般用在負(fù)荷較小的場合,斷路器一般用在負(fù)荷相對較大的場合。【例1-23】一盞白熾燈規(guī)格為220V.60W,問:

(1）額定電流為多大?

(2）若通過1A電流，結(jié)果會(huì)怎樣?解(1）額定電流為(2)若通過1A電流,會(huì)使燈泡燒壞。(4)通過前三個(gè)問題的計(jì)算,說明電源短路時(shí)電流最大,可能引起導(dǎo)線及電源發(fā)熱甚至引起燒壞和火災(zāi)。因此,電源兩端絕不容許短路。習(xí)題

1.敘述電路的定義及其主要組成部分。2.敘述電路模型及理想元件的定義。常見的理想元件有哪幾種?3.在分析電路前為什么要確定電壓及電流的參考方向?4.電路中電位相等的點(diǎn),如果用導(dǎo)線接通,對電路其他部分有沒有影響?5.電路中用導(dǎo)線連接的各點(diǎn)電位是相等的,如果把導(dǎo)線斷開,對電路的其他部分有沒有影響?6.怎樣測量一個(gè)電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻?7.一個(gè)正在工作的負(fù)載，如果因?yàn)槟撤N事故而使其接到電源的兩條導(dǎo)線發(fā)生短路，會(huì)產(chǎn)生什么后果?如果熔斷器沒有熔斷,負(fù)載會(huì)被燒毀嗎?8.以下說法中,哪些是正確的,哪些是錯(cuò)誤的?(1)線性電阻的阻值不隨時(shí)間的變化而變化。(2)線性電阻的伏安特性曲線與施加電壓的極性無關(guān),即它是雙向性的。(3)電阻元件在電路中總是消耗電能的,與電流的參考方向無關(guān)。

(5)電感元件兩端的電壓與電流的變化率成正比，而與電流的大小無關(guān)。(6)當(dāng)電容兩端電壓為零時(shí),其電流必定為零。(7)電路元件兩端短路時(shí),其電壓必定為零,電流不一定為零;電路元件開路時(shí),其電流必定為零,電壓不一定為零。(8)在穩(wěn)定的直流電路中,電感元件相當(dāng)于短路,電容元件相當(dāng)于斷路。

11.如圖1-61所示，合上圖1-61(a)中的開關(guān)后,燈泡會(huì)怎樣?這樣的電路叫什么?斷開圖1-61(b)中的開關(guān)后,燈泡會(huì)怎樣,這樣的電路叫什么?合上圖1-61(c)中的開關(guān)后,燈泡會(huì)怎樣,這樣的電路叫什么?在實(shí)際的電路中如果出現(xiàn)這樣的情況會(huì)出現(xiàn)什么樣的后果?我們應(yīng)該怎么避免呢?

12.根據(jù)圖1-62所示的手電筒的剖面圖畫出電路圖,圖1-62(a)為開關(guān)接通，圖1-62(b)為開關(guān)斷開。

13.如圖1-63所示，在樓道或者樓梯中安裝電燈﹐需在樓梯的上、下都能控制它,請畫出控制電路圖。

14.電路如圖1-64所示,這是一個(gè)門鈴電路,根據(jù)該圖畫出電路圖。

16.求圖1-66所示各元件的功率。

17.某電壓源的開路電壓為30V，當(dāng)外接電阻R后,其端電壓為25V,此時(shí)流經(jīng)的電流為5A,求R及電壓源內(nèi)阻R.。

18.電路如圖1-67所示,試求:(1)電阻兩端的電壓;(2)1A電流源兩端的電壓及功率。

20.如圖1-69所示電路,電流和電壓參考方向如圖所示。求下列各種情況下的功率,并說明功率的流向。

21.已知一電烙鐵的銘牌上標(biāo)有“25W,220V”，請問電烙鐵的額定工作電流為多少?其電阻為多少?22.把一個(gè)24V,15W的燈泡接到220V的線路上工作行嗎?把220V.25W的燈泡接到110V的線路上工作行嗎?為什么?23.寫出圖1-70所示電路的伏安關(guān)系方程。26.計(jì)算圖1-73所示電路u和i的比值。謝謝觀看項(xiàng)目二萬用表直流擋的分析與安裝基爾霍夫定律是描述電路中各部分電壓和電流關(guān)系的定律。該定律由德國人基爾霍夫于1845年提出?；鶢柣舴蚨砂ɑ鶢柣舴螂娏鞫?KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。任務(wù)一PARTONE基爾霍夫定律一、電路的基本術(shù)語下面先以圖2-1所示電路為例,介紹電路的基本術(shù)語。二、基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律表述為:對于任意一個(gè)集中參數(shù)電路中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)或閉合面,在任何時(shí)刻,通過該節(jié)點(diǎn)或閉合面的所有支路電流的代數(shù)和等于零,即∑nk=1ik(t)=0式中,ik(t)為通過該節(jié)點(diǎn)或閉合面的第k條支路的電流;n為通過該節(jié)點(diǎn)或閉合面的支路數(shù)目。基爾霍夫定律適用于任一節(jié)點(diǎn),如對于圖2-1所示電路中的節(jié)點(diǎn)a,有I1+I2-I3=0,其中,I1、I2為流入節(jié)點(diǎn)的電流,而I3為流出節(jié)點(diǎn)的電流;也適用于任一封閉面,如對于圖2-2所示封閉面,有IA-IB+IC=0,其中,IA、IC為流入封閉面的電流,而IB為流出封閉面的電流?；鶢柣舴螂娏鞫墒请姾墒睾愣ɡ碓诩须娐分械捏w現(xiàn),是電流連續(xù)性的必然結(jié)果。三、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律表述為:在集中參數(shù)電路中,任何時(shí)刻,沿任一回路,所有支路電壓的代數(shù)和等于零,即∑nk=1uk(t)=0(2-2)式中,uk(t)為回路中第k條支路的電壓;n為該回路所包含的支路數(shù)目。uk(t)前的正負(fù)符號(hào)是這樣選定的:先指定繞行回路的方向,當(dāng)支路電壓參考方向與繞行方向一致時(shí),uk(t)前取“+”,反之則取“-”。例如,在圖2-3所示電路中,對支路1、2、3、4構(gòu)成的回路,選定順時(shí)針方向繞行,按指定的各支路電壓的參考方向,有基爾霍夫電壓定律的推廣公式為∑RI=∑US(2-3)使用公式∑RI=∑US列回路的電壓方程時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。(1)先設(shè)定一個(gè)回路的繞行方向和電流的參考方向。(2)沿回路的繞行方向順次求電阻上的電壓,當(dāng)繞行方向與電阻上的電流參考方向一致時(shí),該電壓方向取正號(hào),否則取負(fù)號(hào)。(3)當(dāng)回路的繞行方向從電源的負(fù)極指向正極時(shí),等號(hào)右邊的電源電壓取正,否則取負(fù)?；鶢柣舴螂妷憾墒悄芰渴睾愣ɡ碓陔娐分械捏w現(xiàn),是電路中各點(diǎn)電位唯一特性的必然結(jié)果。對于圖2-4所示的一段含源電路,按∑RI=∑US有四、基爾霍夫定律的應(yīng)用基爾霍夫定律適用的范圍是集中參數(shù)電路,與電路元件的性質(zhì)無關(guān),不論是線性的還是非線性的,時(shí)變的還是非時(shí)變的,KCL和KVL都是成立的。在今后的學(xué)習(xí)中,會(huì)遇到很多利用歐姆定律無法解決的復(fù)雜電路的計(jì)算問題,其中多數(shù)問題都可以應(yīng)用基爾霍夫電流定律與基爾霍夫電壓定律來解決,因此掌握好基爾霍夫定律十分重要?！纠?-1】計(jì)算圖2-5所示電路中的未知電流i1和i2。解對節(jié)點(diǎn)①,i1=(2+3)A=5A對節(jié)點(diǎn)②,i2=i1+(1-2)A=(5+1-2)A=4A【例2-2】一個(gè)晶體三極管有三個(gè)電極,處于放大狀態(tài)時(shí)各極電流的方向如圖2-6所示。其中,IB=10mA,β=50,求IE。解晶體管可看成一個(gè)閉合面,由三極管電流放大倍數(shù)公式可得由KCL有【例2-3】根據(jù)基爾霍夫定律,求圖2-7所示電路中的電流I1和I2。解本題所涉及的重要定律就是基爾霍夫電流定律?；鶢柣舴螂娏鞫蓪﹄娐分械娜我夤?jié)點(diǎn)適用,對電路中的任何封閉面也適用,本題就是對封閉面的應(yīng)用。對封閉面a,有對封閉面b,有聯(lián)立解得【例2-4】計(jì)算圖2-8所示電路中的支路電壓U1、U2、U3、U4。解U1=(10-5)V=5VU2=U1+(-3+6)V=(5-3+6)V=8VU3=(8-3)V=5VU4=U2-U3+(-4)V=(8-5-4)V=-1V【例2-5】計(jì)算圖2-9所示電路中各支路電流及兩個(gè)電源吸收的功率。解設(shè)各支路電流參考方向如圖所示,由KCL有由KVL有

解方程組得獨(dú)立電壓源吸收的功率為受控電壓源吸收的功率為【例2-6】圖2-10所示電路是一個(gè)三極管放大電路的模型,求電壓放大倍數(shù)Ku=u2us。解由KCL可得 有由KVL有于是知識(shí)拓展波長分布規(guī)律實(shí)際物體的輻射能的波長分布規(guī)律，隨物體和溫度而異。設(shè)實(shí)際物體輻射任一波的輻射能力為，在同溫度下的黑體輻射相同波長的能力為；若，即物體的輻射能力與波長無關(guān),則這種物體稱為灰體。大多數(shù)工程材料在熱輻射波長范圍內(nèi)接近于灰體?；殷w的輻射能力E可表示為：。式中為灰體的輻射系數(shù)，其數(shù)值與物體的表面狀況及溫度有關(guān)。物體的輻射能力與同一溫度下黑體的輻射能力之比，等于各自的輻射系數(shù)之比，即。稱為黑度，它代表物體的相對輻射能力。G.R.基爾霍夫發(fā)現(xiàn)，任何物體的輻射能力與吸收率的比值都相同,且該比值恒等于同溫度下絕對黑體的輻射能力，即：ε=α此式稱為基爾霍夫定律。它表明物體的吸收率與黑度在數(shù)值上相等，即物體的輻射能力越大，吸收能力也越大。兩固體間的輻射傳熱兩物體間輻射傳熱的速率可表示為式中、分別為兩物體的表面溫度；為一物體的表面面積；為以為基準(zhǔn)的角系數(shù)，代表一物體輻射出去的能量投射到表面的分率，它取決于兩物體的形狀、大小和相對位置；為總輻射系數(shù)，其值與兩物體的黑度、大小、形狀和相對位置有關(guān)。任務(wù)二PARTTWO支路電流法一、支路電流法的基本原理支路電流法是線性電路最基本的分析方法。它是以支路電流作為待求變量,根據(jù)基爾霍夫電流定律建立獨(dú)立的電流方程,根據(jù)基爾霍夫電壓定律建立獨(dú)立的電壓方程,然后聯(lián)立方程求得支路電流,再利用支路的伏安關(guān)系等來求解其他電路物理量的一種分析方法。二、應(yīng)用支路電流法應(yīng)注意的問題(1)待求量為各支路電流,實(shí)際電流源的整體應(yīng)看成一條支路,并盡可能將其等效為實(shí)際電壓源模型。(2)對具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路,其獨(dú)立的KCL方程數(shù)只有(n-1)個(gè),即比節(jié)點(diǎn)數(shù)少1個(gè)。(3)KVL方程數(shù)=支路數(shù)-獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)。(4)使用伏安關(guān)系及功率公式進(jìn)行計(jì)算時(shí),應(yīng)注意參考方向問題。三、支路法解題的基本思路支路電流法以支路電流為電路待求變量,如圖2-11所示,支路數(shù)b=3,節(jié)點(diǎn)數(shù)n=2,回路數(shù)L=3。圖中I1、I2、I3分別為各支路電流,參考方向如圖所示,它們彼此不同,求解后再由歐姆定理求出支路或元件的電壓,因而支路電流可作為一組完備的獨(dú)立變量。列寫KCL:節(jié)點(diǎn)a節(jié)點(diǎn)b顯然,對所有n個(gè)節(jié)點(diǎn)列寫KCL,每一支路電流將一次正、一次負(fù)地出現(xiàn)兩次,所有KCL方程相加必等于0,故n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路可列寫n-1個(gè)獨(dú)立的KCL方程,這是由于去掉一個(gè)方程后,至少有一個(gè)支路電流在其余的n-1個(gè)方程中只出現(xiàn)一次,利用方程的思想求解,故對上面的電路只要列寫(2-1)=1個(gè)KCL方程[不妨取式(2-5)]。列寫KVL:回路的繞行方向如圖2-11所示,則左回路

右回路外回路式(2-7)、式(2-8)