電工電子技術電路基本概念以及定律研究

1、電工電子技術電路基本概念以及定律研究 課程性質 電工電子技術是高等學校理工科電類專業(yè)以及很多非電類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎課程。 教學目標 通過本課程的學習，使學生獲得電工和電子技術必要的基本理論、基本知識和基本技能，了解電工和電子技術的應用及發(fā)展概況，為學習后續(xù)課程以及從事與本專業(yè)有關的工程技術等工作打下一定的基礎。 電工電子技術 教材簡介多學時：兩學期 本學期（72學時） 學時 包含電工基礎知識電子技術基礎電氣控制技術基礎電工測量與電子儀器儀表四部分內容。5. 成績評定 平時(考勤、作業(yè)、課堂表現)：40%考試：60% 1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電壓和電流的參考方向

2、1.4 歐姆定律1.5 電源有載工作、開路與短路1.6 基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計算第1章 電路的基本概念與基本定律教學內容 了解電路模型及其理想電路元件的意義；理解電壓、電流參考方向的意義；理解電路基本定律并能正確應用；了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)，并能理解電功率和額定值的意義；掌握分析與計算簡單直流電路和電路中各點電位的方法。教學要求重點 電壓和電流的參考方向，基爾霍夫定律，電路中電位的概念及計算。 本章內容比較簡單，無難點。難點學時數4學時。 實現電能的傳輸和轉換 1.1.1 電路的作用 電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設備或元件按一定方式組合起來的。 1

3、.1 電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機典型例子：電力系統升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐 實現信號的傳遞和處理揚聲器話筒典型例子：擴音機放大器1.1 電路的作用與組成部分1.1.2 電路的組成電源（信號源）、中間環(huán)節(jié)、負載電源 供應電能負載 取用電能中間環(huán)節(jié)傳輸和分配電能1.1 電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐中間環(huán)節(jié)信號處理負載接受和轉換信號信號源 提供信號激勵：電源或信號源的電壓或電流輸入，它推動電路工作。響應：由激勵在電路各部分產生的電壓和電流輸出。 分析電路，其實質就是分析激勵和響應之間的關系。1.1 電路的作用與組成部分揚聲器話筒放大器 為了便于對

4、實際電路進行分析和用數學描述，將實際元件理想化（或稱模型化），即在一定條件下突出其主要的電磁性質，忽略其次要因素，將它近似地看做理想元件，如電爐。 對實際電路分析，就是在一定條件下將實際元件理想化表示，即將電路中元器件看作理想元件，所組成的電路稱為電路模型，它是對實際電路電磁性質的科學抽象和概括。 理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件、二極管、三極管和電源元件等。1.2 電路模型1.2 電路模型+-手電筒的電路模型 電池是電源元件，其參數為電動勢 E 和內阻Ro； 燈泡主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，其參數為電阻R； 筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體

5、。 開關用來控制電路的通斷。 今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。R+RoES+UI燈泡開關電池導線實際方向：正電荷運動的方向或負電荷運動的相反方向。1.3.1 電流的方向參考方向（正方向）：任意選定的方向。1.3 電壓和電流的參考方向Iab 雙下標：表示方法：I箭頭：1.3.2 電壓的方向實際方向：高電位端指向低電位端。參考方向（正方向）：任意選定的方向。Uab 雙下標：1.3.3 電動勢的方向實際方向：電源內部由低電位端指向高電位端。電動勢與電壓的關系：方向相反，數值相等。表示方法：1.3 電壓和電流的參考方向正負極性：+-實際方向與參考方向

6、一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。1.3.4 實際方向與參考方向的關系若 I = 6A，則電流實際方向為從a流向b；例：若 I = -6A，則電流實際方向為從b流向a。I參考方向實際方向實際方向1.3 電壓和電流的參考方向參考方向選定后電流(或電壓)值才有正負之分 若 U = 6V，則電壓的實際方向為從a指向b， 實際方向與參考方向一致；若 U= -6V，則電壓的實際方向為從b指向a，實際方向與參考方向相反。實際方向參考方向1.3 電壓和電流的參考方向U+-+- 若電壓與電流參考方向相同，則為關聯參考方向；1.3.5 關聯參考方向與非關聯參考方向 反

7、之，則為非關聯參考方向。本書如未作特殊聲明均采用關聯參考方向1.3 電壓和電流的參考方向U = IR+- U = - IR+-練習與思考 如圖，U1=-6V，U2=4V，試問Uab等于多少伏？解： 如圖，Uab=-6V，試問a，b兩點哪點電位高？解：a點電位低，b點電位高。1.3 電壓和電流的參考方向U1U2ab+-+-ab例：應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。解：歐姆定律：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。1.4 歐姆定律圖(b)單位：歐姆（）圖(a)+-圖（a）+-圖（b）伏安特性曲線：電阻端電壓與電流的關系。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性曲線線性電阻：以電壓為橫坐標，電流

8、為縱坐標，電阻的特性是一條經過原點的直線，如圖（a）。具有該特性的電阻稱為線性電阻。非線性電阻：U和I不具有圖（a）所示關系的，稱為非線性電阻。1.4 歐姆定律二極管伏安特性曲線歐姆定律只適用于線性電阻。練習與思考 為了測量某直流電機勵磁線圈的電阻R，采用了下圖所示的“伏安法”。電壓表讀數為220V，電流表讀數為，試求線圈的電阻。如果在實驗時有人誤將電流表當作電壓表，并聯在電源上，其后果如何？已知電流表的量程為1A，內阻Ro為。解：正確連接時，有錯誤連接時，有電流表中游絲將立即被燒斷，電流表損壞。理想狀態(tài)下，電壓表內阻無窮大，電流表內阻無窮小。注意1.4 歐姆定律+-1.5 電源有載工作、開路

9、與短路 電壓與電流1.5.1 電源有載工作 當電源內阻 Ro R 時，則U E ，表明當電流(負載)變動時電源的端電壓變動不大，這說明它帶負載能力強。EUIO電源的外特性曲線+-+-電源輸出的功率電源產生的功率內阻損耗的功率 在一個電路中，電源產生的功率和負載取用的功率以及內阻上所損耗的功率是平衡的。 功率與功率平衡1.5 電源有載工作、開路與短路 3.額定值與實際值 電氣設備的額定值常有額定電壓、額定電流和額定功率等，分別用UN、IN、PN表示。 每一個電氣設備都有一個正常條件下運行而規(guī)定的正常允許值。設備生產廠家根據其使用壽命、所用材料的耐熱性能、絕緣強度等標注的，這就是改設備的額定值。電

10、氣設備的額定值常標注在銘牌上或寫在說明書上。 使用時，電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。1.5 電源有載工作、開路與短路 當開關斷開時，電源處于開路(空載)狀態(tài)，不輸出電能，其特征如下： 電源開路電源端電壓 （ 即開路電壓）等于電源電動勢負載功率為零開路電流為零1.5 電源有載工作、開路與短路+-+- 電源短路電源端電壓為零負載功率為零電源產生的電能全被內阻所消耗短路電流（很大）1.5 電源有載工作、開路與短路+-+- 當電源的兩端被短接時，其特征如下： 電源短路1.5 電源有載工作、開路與短路 短路通常是一種嚴重事故，會使電源或電氣設備因嚴重發(fā)熱二燒毀，因此要積極預防和在電路中

11、增加安全保護措施。 短路原因絕緣損壞接線不當熔斷器自動斷路器支路：電路中通過同一電流的分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結點：三條或三條以上支路的連接點，如結點a、b?；芈罚河芍方M成的閉合路徑，如回路1、2、3。網孔：內部不含支路的回路，如網孔1、2。I1I2I3ba1.6 基爾霍夫定律123+-+-cd 基爾霍夫電流定律(KCL定律) 定律內容 任何時刻，流入任一結點的支路電流之和等于流出該結點的支路電流之和。 電路中的任何一個結點，所有支路電流的代數和為零。對結點a： P.S:一般規(guī)定為：流入為正，流出為負。1.6 基爾霍夫定律+-+-I1I2I3ab 即：即： KCL定律可以

12、推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。 推廣應用廣義結點 根據KCL定律，分別對A、B、C三個結點列電流方程：1.6 基爾霍夫定律例： 基爾霍夫電壓定律（KVL定律) 定律內容即： U = 0 在任一回路中，從任意一點出發(fā)循行一周(順時針方向或逆時針方向)，回路中各段電壓的代數和恒等于零。對回路3：1.6 基爾霍夫定律+-+-I1I2I33首先要在電路圖上標出各支路電流、電壓參考方向及回路循行方向；應用 U = 0列方程時，支路參考方向與循行方向一致，則支路電壓取正；反之，取負。 推廣應用對回路1：KVL不僅適用于閉合回路，還可推廣應用于回路的部分電路,用于求回路中的開路電壓。1注意1.6

13、 基爾霍夫定律+-+-+-2例：如圖，已知R2=20k，R1=10k，E2=E1=6V，UBE=-，求：IB，I2，I1。解：對回路1對回路2對結點a1.6 基爾霍夫定律1a+-+-+-電位：在電路中任選一點為參考點，且設參考點的電位為零，則電路中任一點的電位等于該點到參考點的電壓。1.7.1 電位的概念 參考點可任意選定，但通常選大地、接地點或電氣設備機殼，電路分析中常選擇多條之路的連接點作參考點，在電路圖中參考點常用符號“”標明。 其它各點的電位同它比較，比它高的為正；比它低的為負。1.7 電路中電位的概念及計算1.7.2 例：求圖示電路中各點的電位：Va、Vb、Vc、Vd及Ucd 。設a為參考點，即Va = 0V，則Vb = Uba= -106 = -60V設b為參考點，即Vb = 0V，則Va = Uab= 106 = 60VUcd = VcVd = 50VUcd = VcVd = 50V解：Vc = Uca= 420 = 80VVd = Uda= 65 = 30VVc= Ucb= E1= 140VVd = Udb= E2 = 90V1.7 電路中電位的概念及計算bac204A610AE290VE1140V56Ad+-+-結論電路中各點電位值隨參考點的不同而不同，電位是相對的；電路中任意兩點間電壓大小與參考點的選擇無關，電壓是絕對的。借助電位的概念可以