J《电工电子技术基础》电子教案电工电子技术电路基础探素

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1、,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,跳转到第一页,,,,*,电工电子技术,第1章 电路分析根底,第2章 正弦沟通电路,第3章 三相沟通电路,第,4,章 磁路与变压器,第5章 异步电动机及其把握,第一篇 电工电子技术,,理解电流、电压参考方向的问题；把握基尔霍夫定律及其应用；了解电气设备额定值的定义；生疏电路在不同工作状态下的特点；深刻理解电路中电位的概念并能娴熟计算电路中各点的电位。,第1章 电路分析基础,学习要点,,第1章 电路分析根底,1.1 电路分析基础知识,1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态,1.3 基

2、本电路元件和电源元件,1.4 电路定律及电路基本分析方法,1.5 电路中的电位及其计算方法,,1.1 电路分析根底学问,1.,导体、绝缘体和半导体,原子核,原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电,绕原子核高速旋转的电子带负电,自然界物质的电构造：,电子,正电荷,负电荷,=,原子结构中,：,原子核,导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受到原子核的束缚力很小，极易摆脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，自由电子在外电场作用下定向移动形成电流。,原子核,半导体的外层电子数一般为,4,个，其导电性界于导体和绝缘体之间。,原子核,绝缘体外层电子数常为8个，且距离原子核较近，因此受到原子

3、核很强的束缚力而无法摆脱，我们把外层电子数为8个称为稳定构造，这种构造中不存在自由电子，因此不导电。,,绝缘体是否在任何条件下都不导电？,当外界电场的作用超过原子核对外层电子的束缚力时，绝缘体的外层电子也同样会摆脱原子核的束缚成为自由电子，这时我们称为绝缘被 击穿。,半导体有什么特殊性？,半导体的导电性虽然 介于导体和绝缘体之间，但半导体在外界条件变化时，其导电力气会大大增加；假设掺入某些杂质后，其导电力气甚至会增加成千上万倍，半导体的这种特殊性，使它在电子技术中得到了广泛地应用。,检 验 学 习 结 果,2.,电路的组成和功能,,〔1〕 电路的组成,电路一般由电源、负载和中间环节组成。,电源

4、：,如发电机、电池等，电源可将其它形式的能量转换成电能，是向电路供给能量的装置。,负载：,指电动机、电灯等各类用电器，在电路中是接收,,电能的装置，可将电能转换成其它形式的能量。,中间环节：,将电源和负载连成通路的输电导线、把握电路通断的开关设备和疼惜电路的设备等。,,电路可以实现电能的传输、安排和转换。,〔2〕电路的主要功能：,电力系统中：,电子技术中：,,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,,3.,电路模型和电路元件,,电源,负,,载,负载,电源,开关,实体电路,I,S,U,S,+,_,R,0,中间环节,电路模型,与实体电路相对应的,电路图,称为实体电路的,电路模型,。,R,L,+,,

5、,,U,,–,导线,,电路模型中的全部元件均为抱负电路元件。,实际电路元件的电特性是多元的、简洁的。,i,R,,R,,L,消耗电,能的,电特性可用电阻元件表征,产生,磁场的电特性可用电感元件表征,由于白炽灯中耗能的因素远大于产生磁场的因素，因此L 可以无视,白炽灯的电路模型可表示为：,抱负电路元件的电特性是准确的、惟一的。,,抱负电路元件又分有有源和无源两大类,R,C,+,,,U,S,,–,I,S,电阻元件,电容元件,抱负电压源,抱负电流源,L,无源,二端元件,有源,二端元件,电感元件,,4.,电压、电流及其参考方向,大写,,I,,表示直流电流，小写,i,,表示电流的一般符号,〔1〕 电流,☆

6、,电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。,电流的单位及换算,：,1A=10,3,mA=10,6,μA=10,9,nA,☆,电荷的定向移动形成电流。,☆,电流的大小用电流强度表示，简称电流,。,或,,〔2〕 电压,☆,电路中,a,、,b,两点间的电压定义为单位正电,,荷由,a,点移至,b,点电场力所做的功。,☆ 电压是电路中产生电流的根本缘由。,☆,电压等于电路中两点电位之差。,或,大写,,U,表示直流电压，小写,u,表示电压的一般符号,电压的单位及换算,：,1V=10,3,mV=10,-3,KV,,〔3〕 电流、电压的参考方向,,解题前在电路图上标示的电压、电流方向称为参考方向。,为什

7、么要在电路图中标示参考方向？,参考方向是为了给方程式中各量前面的正、负号以依据,a,I,R,U,b,关联参考方向下：,,,,U=IR,,a,I,R,U,b,非关联参考方向下：,,,,U=,－,IR,,,,图中若,I,= 3 A,，则表明电流的实际方向与参考方向相同；反之，若,I,= –3 A,，则表明电流的实际方向与参考方向相反 。,I,–,,+,U,S,电压、电流的参考方向：,当电压、电流参考方向与实际方向一样时，其值为正，反之则为负值。,,电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用极性“,+”,、“,–”,外，还可用双下标或箭头表示,原则上：,,任意假定。,R,R,0,,例：,当,u,a

8、,=3V,u,b,= 2V,时,u,1,=1V,u,2,=,－,1V,求得的u1为正值，说明电压的实际方向与参考方向全都；,,求得的,u,2,为,负,值，说明电压的实际,方向,与参考,方向相反。,,5.,电能、电功率和效率,电能的转换是在电流作功的过程中进展的，因此电能的多少可以用功来度量。,式中电压的单位为伏特【V】，电流单位为安培【A】，时间的单位用秒【s】时，电能〔或电功〕的单位是焦耳【J】。,日常生产和生活中，电能〔或电功〕也常用度作单位：1度=1KW•h=1KV•A•h,〔1〕电能,,单位时间内电流所作的功称为电功率，用,“,P”,表示,〔2〕电功率,1W=10,-3,KW,功的单位

9、为,焦耳,，,时间单位为,秒,时，电功率的单位是,“瓦”,〔3〕效率,输出功率与输入功率的比值称为效率，用,“,η,”,表示,,则某局部电路功率 P > 0 , 说明U、I 实际方向与参考方向全都，说明电路吸取电功率，为负载。,,,所以，从,,P,的,+,或,-,可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,在进展功率计算时，假设假设 U、I 参考方向关联。,当某局部电路功率 P < 0 时, 则说明 U、I 实际方向与参考方向相反，此局部电路发出电功率，为电源。,计算功率时应留意的问题,,检 验 学 习 结 果,1. 电路由哪几局部组成？试述电路的功能。,2.,,电路元件与实体电路器件不何不同？

10、何谓电路模型？,3. 为何要引入参考方向？参考方向与实际方向有何联系与区分？,4.,如何判别元件是电源还是负载？,,1.2,电气设备的额定值及电路的工作状态,1.,,电气设备的额定值,电气设备,长期,、,安全,工作条件下的,最高限值,称为,额定值,。,电气设备的额定值是依据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。,2.,,电路的三种工作状态,〔a〕开路,＋,,,U=U,S,,,－,I,＝,0,S,＋,,U,S,,－,R,S,R,L,＋,,,U=U,S,－,IR,0,,,－,（,b,）通路,S,＋,,U,S,,－,R,S,R,L,＋,,,U=,0,,,－,I,＝,U,S,/,R,0

11、,（,c,）短路,＋,,U,S,,－,R,S,R,L,S,I,＝,U,S,/(,R,0,＋,R,L,),,检 验 学 习 结 果,1.,,电源外特性与横轴相交处的电流,=,？电源工作状态？,2.,,该电阻允许加的最高电压,=,？允许通过的最大电流,=,？,3.,,额定电流为,100A,的发电机，只接了,60A,的照明负载，还有,40A,电流去哪了,？,4.,电源的开路电压为,12V,,短路电流为,30A,,则电源的,U,S,=?,R,S,=,？,U,I,0,U,0,I=,?,“,1W,、,100,Ω,”,,1.3 根本电路元件和电源元件,2.,电感元件是储能元件,R,L,C,U,I,0,线性

12、电阻元件,,伏安特性,ψ,L,i,0,q,u,0,线性电感元件,,韦安特性,线性电容元件,,库伏特性,3.,电容元件是储能元件,1.,电阻元件是耗能元件,电阻元件是即时元件,电感元件是动态元件,电容元件是动态元件,1. 根本电路元件,第四页,,2.,,电源元件,U,=,U,S,,一个电源可以用两种模型来表示。用电压的形式,,表示称为,电压源,，,用电流的形式表示称为,电流源,。,0,I,/A,U,/V,电压源电路,I,U,+,_,当实际电压源的内阻 R0 = 0〔相当于短路〕时，U = US 为确定值，此时通过电压源的电流I 则由负载电阻 RL 和 U 共同确定，这样的电源称为抱负电压源简称电

13、压源。,抱负电压源的外特性,U,S,R,L,b,+,_,a,R,0,电 流 源,第四页,,I,=,I,S,0,U,/V,I,/A,电流源电路,I,U,+,_,当实际电流源的内阻 RS=∞〔相当于开路〕时，I= IS 为确定值，而电流源两端电压则由负载电阻 RL 和 I 共同确定，这样的电源称为抱负电流源简称电流源。,抱负电流源的外特性,电 流 源,I,S,R,L,b,a,R,S,第四页,,实际电源的两种电路模型,I,U,+,_,b,R,0,R,L,U,S,+,_,a,实际电压源模型,实际电流源模型,,R,0,U,I,a,R,L,R,0,I,S,b,假设实际电源输出的电压变化不大，可用电

14、压源和电阻相串联的电源模型表示，即实际电源的电压源模型；假设实际电源输出的电流变化不大，则可用电流源和电阻相并联的电源模型表示，即实际电源的电流源模型。,U,+,_,第四页,,两种电源之间的等效变换,当接有同样的负载时，对外的电压、电流相等。,U,s,=,I,s,R,0,内阻改并联,I,s,=,,U,s,R,0,内阻改串联,两种电源模型之间等效变换时，内阻不变。,等效变换的条件：,b,I,R,0,U,ab,+,_,U,S,+,_,a,I,S,,R,0,U,S,,b,I,R,0,U,ab,+,_,a,第四页,,检 验 学 习 结 果,1. uL=0时，WL是否也为0？假设ic=0时，WC是否为0

15、？,2. 上述直流状况下，电感线圈的等效电路模型？,3.,,电感元件在直流时相当于短路，,L,是否为零,？,电容元件在直流时相当于开路，,C,是否为零？,4. 抱负电源和实际电源有何区分？抱负电源之间能否等效互换？实际电源模型的互换如何？,+,–,L,i=,0,u,L,=0,C,+,–,12V,3A,L,第四页,,1.4 电路定律及电路根本分析方法,1.,电阻的串联与并联,R,U,I,R,2,R,1,U,I,I,1,I,2,R,1,R,2,I,U,U,1,U,2,电阻的串联,电阻的并联,等效电阻,串联各电阻中通过的电流一样。,并联各电阻两端的电压一样。,假设两个串联电阻有：,,R1>>R2，

16、则R≈R1,假设两个并联电阻有：,,R1>>R2，则R≈R2,第四页,,电阻的混联计算举例,【,解,】,R,ab,=,R,1,+,R,6,+(,R,2,//,R,3)+(,R,4,//,R,5,),R,1,R,2,R,3,R,4,R,5,R,6,a,b,分析：由a、b端向里看， R2和R3，,,R4和R5均连接在一样的两点之间，因,,此是并联关系，把这4个电阻两两并,,联后，电路中除了a、b两点不再有结,,点，所以它们的等效电阻与R1和R6,,相串联。,电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找出电路的联接点，然后分别把两两结点之间的电阻进展串、并联简化计算，最终将简化的等效电阻相加即可求出。

17、,第四页,,2.,负载获得最大功率的条件,R,0,R,L,U,S,＋,－,I,左图所示的闭合全电路中，电流为：,负载上获得的功率为：,将式子整理为：,由此式能看出负载上获得最大功率的条件吗？,*,R,0,=R,L,第四页,,检 验 学 习 结 果,当这两个电阻相串或相并时，等效电阻,R,≈,？,负载获得最大功率的条件？最大功率为多少？,10K,Ω,10,Ω,R,0,=,R,L,P,max,=,U,S,2,4,R,0,串联 ：,R,≈,10K,Ω,并联 ：,R,≈,10,Ω,,1.5,,电路中的电位及其计算方法,1.,电位,电位具有,相对性,，相对于参考点较高的电位点是,正电位,，,比参考点低的电位点为,负电位,。参考点的电位一般,取零,。,电位实际上就是电路中,某点到参考点的电压,，电压常用,双下标,，而电位则用,单下标,，电位的单位也是,伏特,【V】,。,V,a,= +5V,,a,,点电位：,a,b,1,,5A,V,b,=,－,5V,,b,点电位：,a,b,1,,5A,例,例,,电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之转变；,,电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而转变。,留意：电位和电压的区分,,