電工電子電路基礎(chǔ)知識(shí)

電工電子學(xué)C南京工業(yè)大學(xué)工業(yè)控制電機(jī)控制機(jī)床控制消費(fèi)過程自動(dòng)化控制樓宇電梯控制......磁懸浮列車盲人引路車大型車床信號(hào)檢測(cè)壓力、溫度、水位、流量等的丈量與調(diào)理電子儀器醫(yī)療儀器......CT掃描家用電器電燈、廣播、電視冰箱、洗衣機(jī)家庭影院......樓宇電梯的控制機(jī)電一體化充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電動(dòng)轉(zhuǎn)向、空調(diào)、音響、雨刷、平安報(bào)警、電動(dòng)門窗…….電子機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)汽車電子1/9/2024第一章電路的根本概念1.1電路的作用和組成1.2電路的根本物理量1.3電阻、電容和電感元件1.4電源元件1.5電路的任務(wù)形狀1.6電路的根本定律1.7電路中電位的概念及計(jì)算1/9/20241.1電路的作用和組成電路：由各種元件相互銜接而構(gòu)成的電流的通路。1、實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、轉(zhuǎn)換；2、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳送與處置。一、電路的作用：電池?zé)襞莘糯笃鲹P(yáng)聲器話筒1/9/2024二、電路的組成及模型：1、組成：電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。電池?zé)襞蓦娫?提供電能的安裝負(fù)載:取用電能的安裝中間環(huán)節(jié)：傳送、分配和控制電能的作用1/9/20242、模型：為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,普通要將實(shí)踐電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)踐電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)踐電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關(guān)電池導(dǎo)線SR1/9/2024幾個(gè)概念：鼓勵(lì)：作用于電路上的電源或信號(hào)源的電壓或電流，也稱為輸入。呼應(yīng)：由鼓勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流，也稱為輸出。電路分析：在知電路構(gòu)造和元件參數(shù)的條件下，分析電路的鼓勵(lì)與呼應(yīng)之間的關(guān)系。1/9/20241.2電路的根本物理量一、電流及其參考方向：1、電流：3、實(shí)踐方向：4、參考方向：2、分類：電荷在導(dǎo)體中有規(guī)那么的定向挪動(dòng)構(gòu)成電流，亦叫電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流i。直流電流I、交流電流i。習(xí)慣上規(guī)定正電荷挪動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。任選某一方向?yàn)槠鋮⒖挤较颍步衅湔较颉?/9/20245、正負(fù)：10V10I110V10I1I1=1AI1=-1A當(dāng)電流的參考方向與其實(shí)踐方向一致時(shí)，其值為正；當(dāng)電流的參考方向與其實(shí)踐方向相反時(shí)，其值為負(fù)。1/9/20246、表示方法：a、用箭頭來表示，箭頭的方向?yàn)槠鋮⒖挤较?；b、用雙下標(biāo)表示，例如Iab表示電流參考方向由a指向b。7、單位：安培〔A：Ampere〕[毫安mA微安uA]換算：1mA=10-3A1uA=10-6A1/9/2024二、電壓和電動(dòng)勢(shì)及其參考方向：〔1〕電壓：〔3〕實(shí)踐方向：〔4〕參考方向：1、電壓：〔2〕分類：電場(chǎng)力把單位正電荷從電路中的一點(diǎn)挪動(dòng)到另一點(diǎn)所作的功，即為這兩點(diǎn)之間的電壓u。直流電壓U、交流電壓u。規(guī)定由高電位端指向低電位端。任選某一方向?yàn)槠鋮⒖挤较?，也叫其正方向?/9/2024〔5〕正負(fù)：U>0U<0電壓值為正時(shí)，電壓的實(shí)踐極性和參考極性相同，否那么相反。1/9/2024〔6〕表示方法：

〔7〕單位：a、用極性“＋〞、“－〞表示，參考方向由正指向負(fù)；b、用雙下標(biāo)表示，例如Uab表示其參考方向由a指向b。伏特〔V：Volt)[毫伏mV微伏uV千伏kV換算：1mV＝10－3V1uV＝10－6V1kV＝103V1/9/20242、關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向：關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向：非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向一致；電流和電壓的參考方向不一致；1/9/20243、電動(dòng)勢(shì)：〔1〕概念：〔2〕實(shí)踐方向：〔3〕單位：描畫了電源中外力做功的才干，它的大小等于外力在電源內(nèi)部抑制電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極移到正極所做的功。在電源內(nèi)部由負(fù)極指向正極。伏特〔V：Volt)1/9/2024三、電功率：1、概念：2、單位：3、計(jì)算：〔1〕當(dāng)電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：〔2〕當(dāng)電流和電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：〔3〕假設(shè)，表示該元件吸收功率；〔負(fù)載〕假設(shè) ,表示該元件產(chǎn)生功率。〔電源〕描畫電路元件中電能變換的速度，其值為單位時(shí)間內(nèi)元件所吸收或輸出的電能。瓦〔W〕1/9/20241.3電阻、電感和電容元件一、電阻元件：線性電阻元件：歐姆定律：R為電阻，單位：歐姆〔〕u－Ri〔非關(guān)聯(lián)參考方向〕令G1/R〔關(guān)聯(lián)參考方向〕uRi伏安曲線為經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線。G稱為電導(dǎo)單位：西門子〔S：Siemens〕1/9/2024功率：能量：非線性電阻元件：〔耗能元件〕伏安曲線不是經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線。1/9/2024二、電容元件：線性電容元件：對(duì)線性電容元件有：q=CuC稱為電容器的電容單位：庫(kù)伏特性曲線在u－q平面上為通過原點(diǎn)的直線。法拉〔F〕[微法F納法nF皮法pF]1F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F1/9/2024電壓、電流關(guān)系：〔直流相當(dāng)于斷路〕電場(chǎng)能量：非線性電容元件：〔儲(chǔ)能元件〕庫(kù)伏特性曲線在u－q平面上不是通過原點(diǎn)的直線。1/9/2024三、電感元件：線性電感元件：對(duì)線性電感元件有：L稱為電感器的電感單位：韋安特性曲線在i－平面上為經(jīng)過原點(diǎn)的直線。亨利〔H〕[微亨H毫亨mH]1H=10-6H1mH=10-3H電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁心、鐵心上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝1/9/2024由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動(dòng)勢(shì)為：端電壓：〔直流相當(dāng)于短路〕磁場(chǎng)能量：〔儲(chǔ)能元件〕1/9/20241.4電源元件可以獨(dú)立向外電路提供能量的電源，分為電壓源和電流源。一、獨(dú)立電源：1、理想電源：是實(shí)踐電源的理想化模型，分為理想電壓源和理想電流源。〔1〕理想電壓源：向負(fù)載提供一個(gè)恒定值的電壓——直流電壓US或頻率和幅值不變的交流電壓us。1/9/2024圖形符號(hào)伏安特性特點(diǎn)：〔1〕恒壓源兩端的電壓與流過電源的電流無關(guān)；

〔2〕恒壓源輸出電流的大小取決于所銜接的外電路。1/9/2024〔2〕理想電流源：向負(fù)載提供一個(gè)恒定值的電流——直流電流IS或頻率和幅值不變的交流電流is。圖形符號(hào)伏安特性特點(diǎn)：〔1〕恒流源輸出的電流與恒流源的端電壓無關(guān)；

〔2〕恒流源的端電壓取決于與恒流源相銜接的外電路。1/9/2024其電路模型通常為電源元件和電阻元件的組合。2、實(shí)踐電源：〔1〕電壓源：1/9/2024〔2〕電流源：1/9/2024二、受控電源：1、定義:2、電路符號(hào)：電壓源的電壓或電流源的電流受電路中其他部分的電壓或電流控制。1/9/2024三、分類：1、電流控制的電流源(CurrentControlledCurrentSource)2、電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource):電流放大倍數(shù)r:轉(zhuǎn)移電阻1/9/20243、電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)4、電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo):電壓放大倍數(shù)1/9/20241.5電路的任務(wù)形狀一、有載形狀：1、特性：開封鎖合負(fù)載電流：端電壓：U=IR負(fù)載功率：電源外特性IUE電源產(chǎn)生的功率電源內(nèi)部耗費(fèi)的功率功率平衡電源輸出的功率1/9/20242、額定值及運(yùn)轉(zhuǎn)形狀:額定值:運(yùn)轉(zhuǎn)形狀:欠載〔輕載〕：〔不經(jīng)濟(jì)〕過載〔超載〕：〔設(shè)備易損壞〕額定任務(wù)形狀：〔經(jīng)濟(jì)合理平安可靠〕電器設(shè)備的平安運(yùn)用值，用UN、IN和PN表示。1/9/20243、電源與負(fù)載電源與負(fù)載的判別：根據(jù)電壓和電流的實(shí)踐方向，可以確定某一電路元件是電源還是負(fù)載。電源：U和I的實(shí)踐方向相反；電流從“+〞流出；輸出功率，p<0。負(fù)載：U和I的實(shí)踐方向一樣；電流從“+〞流入；取用功率，p>0。1/9/2024二、開路形狀：開關(guān)斷開特征:負(fù)載功率：電流:開路電壓：1/9/2024三、短路形狀：導(dǎo)線短接特征:端電壓:負(fù)載功率:電源功率:短路電流:1/9/20241.6電路的根本定律對(duì)于一個(gè)線性電阻元件而言，流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。一、歐姆定律：關(guān)聯(lián)參考方向：非關(guān)聯(lián)參考方向：1/9/2024二、基爾霍夫定律：1、幾個(gè)術(shù)語：〔1〕支路(branch)：〔2〕節(jié)點(diǎn)(node):〔3〕回路(loop)：(4)網(wǎng)孔(mesh)：電路中流過同一電流的分支。(b)電路中三條或三條以上支路的銜接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。(n)由一條或多條支路組成的閉合途徑。(l)對(duì)平面電路，內(nèi)部不含有支路的回路為網(wǎng)孔,即每個(gè)網(wǎng)眼就是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。1/9/2024支路：b=3節(jié)點(diǎn)：n=2回路：l=3網(wǎng)孔：2個(gè)支路：b=6節(jié)點(diǎn)：n=4回路：l=7網(wǎng)孔：3個(gè)1/9/20242、基爾霍夫電流定律(KCL)：(1)內(nèi)容：(2)符號(hào)確實(shí)定：i1-i2+i3-i4=0i1+i3=i2+i4任何時(shí)辰，對(duì)任一節(jié)點(diǎn)，一切支路電流的代數(shù)和為零。即：選定參考方向后，習(xí)慣上取流出該節(jié)點(diǎn)的支路電流為負(fù)，流入為正。1/9/2024(3)另一種表達(dá)：(4)推行：證明：結(jié)點(diǎn)A：IA=IAB－ICA結(jié)點(diǎn)B：IB=IBC－IAB結(jié)點(diǎn)C：IC=ICA－IBC左右兩邊相加可得IA＋I(xiàn)B＋I(xiàn)C＝0在任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該結(jié)點(diǎn)流出的電流之和。即對(duì)任一包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面而言，流入該閉合面〔廣義節(jié)點(diǎn)〕的電流等于流出該閉合面的電流。1/9/20243、基爾霍夫電壓定律(KVL)(1)內(nèi)容：(2)符號(hào)確實(shí)定：表達(dá)式：U1－U2－U3＋U4＝0U1＋U4＝U2＋U3即：電路中的任一回路，任一時(shí)辰，按一定方向沿著回路循行一周，回路中一切電壓的代數(shù)和為零。即：a、恣意選擇一個(gè)繞行方向，可以順時(shí)針也可以逆時(shí)針；b、電壓的參考方向與繞行方向一致取正號(hào)，電壓的參考方向與繞行方向相反那么取負(fù)號(hào)。1/9/2024〔3〕另一種表達(dá)：即：〔4〕推行：E－RI－U＝0從任一回路中的任一點(diǎn)出發(fā)，沿任一方向繞行一周，那么在該方向上電位降之和等于電位升之和。KVL定律不僅運(yùn)用于閉合回路，也可以運(yùn)用于回路的部分電路，即假想回路。1/9/2024定律運(yùn)用中留意的問題：

1、兩個(gè)定律具有普遍性，它們適用于由不同元件所構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時(shí)對(duì)任何變化的電流和電壓；2、在運(yùn)用定律時(shí)，首先要在電路中標(biāo)注出電流、電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向；3、在運(yùn)用KVL定律時(shí)，要選擇一個(gè)繞行方向。1/9/2024

例：有一個(gè)閉合回路如下圖，各支路的元件是恣意的，知：UAB＝5V，UDA＝－3V，UBC＝－4V。試求：〔1〕UCD；〔2〕UCA。解：(1)由根本的KVL定律可得:UAB