电工电子技术全套课件-精编

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1、1.1 电路的概念,1.2 电路的主要物理量,1.3 电路的基本元件及其特性,1.4 基尔霍夫定律,1.5 电路的基本分析方法,直流电路,1.6 直流一阶电路的过渡过程,第 1 章,1.1 电路的概念,1.1.1 电路组成及其作用,1.1.2 电路模型,一、电路的组成,电路：电路是电流流通的路径，是为实现某种功能而将若干电气设备和元器件按一定方式连接起来的整体。,组成：电源、负载和中间环节。,1.1.1 电路组成及其作用,电源: 提供电能的设备，如发电机、电池、信号源等。 负载: 指用电设备，如电灯、电动机、洗衣机等。 中间环节: 把电源和负载连接起来，通常是一些导线、开关、接触器、保护装置等

2、。,日光灯实际电路,二、电路的作用,电力系统中：,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电子技术中：,电路可以实现电信号的传递、存储和处理。,实际电路的 分析方法,用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。,一、 理想电路元件,实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或 器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电 阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。,1.1.2 电路模型,电容,电感,电压源,电流源,电阻,用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际元件。,例如：一个线圈在有电流通过时,消耗电能 （电阻性）,产生磁场 储存磁场能量 （电感性）,忽略R

3、,为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下 常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质， 把它看成理想电路元件。,理想电路元件,将实际电路中的元件用理想电路元件表示，称为实际电路的电路模型。,电源,负 载,负载,实体电路,S,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。,二、电路模型,电路模型,检 验 学 习 结 果,2.基本的理想电路元件有几个？各用什么符号表示？,1.什么是电路？一个完整的电路包括哪几部分？各部分的作用是什么？,3.电路中引入电路模型的意义何在？,1.2 电路的主要物理量,1.2.1 电流,1.2.2 电压与电动势,1.2.3 电位,1.2.4 电

4、能和电功率,一、电流定义,带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动 形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。,二、电流的单位,A（安培）、mA(毫安）、A（微安）,1.2.1 电流,1A = 1000 mA,1mA = 1000A,三、电流的实际方向,正电荷运动的方向。(客观存在）,电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示( ),大小和方向不随时间变化的电流称为恒定电流。,量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流。,1.2.2 电压与电动势,一、电压,电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。,单位：,定义：,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,实际方向

5、：,由高电位端指向低电位端。,也可用字母顺序表示,也可用+，- 号表示。,电压的方向可用箭头表示,+ u -,定义：,电源力把单位正电荷从 “-” 极板经电源内部移到 “+” 极板所做的。,单位：,二、电动势,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,实际方向：,由低电位端指向高电位端,电动势的方向用+，- 号表示，,也可用箭头表示。,U = E,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。,对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向;如不一致，称非关联方向。,关联参考方向下： U=IR,非关联参考方向下

6、： U=IR,如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。,为什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,定义：电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做 的功。,单位：,V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）,（电路中电位参考点：接地点，Vo= 0）,1.2.3 电位,例 : 如图（a）所示，E1=12V，E2=3V，R1= R2= R3=3，I1=3A，I2=2A，I3=1A，以a点和b点为参考点，分别求Va，Vb，Vc，Vd及Uab，Uad和Uca。,解：,（1）以b为参考点，则Vb=0。,故有,Va= I3 R3=13=

7、3V，Vc=E1=12V，Vd= - E2= -3V,所以,Uab=Va- Vb=3V，Uad=Va- Vd=3-(-3)=6V，Uca=Vc-Va=12-3=9V；,（2）以a为参考点，则Va=0。,Vb= - I3 R3= -(13) = -3V，Vc= I1 R1=33=9V，Vd= - I2 R2= -(23)= -6V,故有,所以,Uab=Va- Vb=0-(-3)=3V，Uad=Va- Vd=0-(-6)=6V，Uca=Vc-Va=9-0=9V。,计算表明，当选取不同的参考点，电路中的各点电位不同，但电压相同。,电能的转换是在电流作功的过程中进行的，因此电能的多少可以用功来量度。,

8、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）也常用度作为量纲： 1度=1KWh=KVAh=1000 W3600S=3.6106J,一、电能,1.2.4 电能和电功率,功率单位时间内电流所作的功称为电功率，用“P”表示。,功的单位为焦耳，时间单位为秒时，电功率的单位是“瓦”,1W=10-3KW,电阻在t 时间内消耗的电能：,1kWh（1千瓦小时称为1度）,若 P 0，电路实际吸收功率，元件为负载；,若 P 0，电路实际发出功率元件为电源。,元件吸收或供出功率的判断,当元件电流和电压的参考方向关联情况

9、下，吸收的电功率为：,（U和I的实际方向相反，则是电源）,（U和I的实际方向相同，是负载）,非关联,关联,例 :试 判断(a)、(b) 中元件是吸收功率还是发出功率。,解：(a),(b),是吸收功率。,元件电流和电压的参考方向为关联,是发出功率。,元件电流和电压的参考方向为非关联,求图示各元件的功率。 （a）关联方向， P=UI=52=10W， P0，吸收10W功率。 （b）关联方向， P=UI=5(2)=10W， P0，吸收10W功率。,例 :,例 :求图示各元件的功率并区分器件的性质. （a）关联方向， P=UI=12(5)=60W， P0，输出60W功率为电源 （b）非关联方向， P=U

10、I=125=60W， P0，输出60W功率为电源,例 在如图1-10所示的电路中有三个元件，已知U1=5V，U2=5V，U3= -5V，I1=2A，I2=5A，I3=3A，求各元件吸收或发出的功率。,解：对于元件，因U1、I1是关联参考方向， 则 P1= U1I1=52=10W 即 P10，吸收功率，相当于负载；,对于元件2，因U2、I2是非关联参考方向， 则 P2= - U2I2= -55= -25W 即P20，发出功率，相当于电源；,对于元件3，因U3、I3是非关联参考方向， 则 P3= - U3I3= -(-5)3= 15W 即P30，吸收功率，相当于负载；,可见P2 = P1 +P3，

11、即发出的功率等于吸收的功率，功率平衡。,检 验 学 习 结 果,1. 电路由哪几部分组成？试述电路的功能。,2.请叙述电压、电位、电位差的概念与关系。,3.电路计算时得出功率的值有正有负，其含义如何？,1.3 电路的基本元件及其特性,1.3.1 常用无源元件,1.3.2 电压源和电流源,膜式(碳膜、金属膜、金属氧化膜）电阻,1.3.1 常用无源元件,一、线性电阻元件,线绕电阻器,结构：用金属电阻丝绕制在陶瓷或其它绝缘材料的骨架上，表面涂以保护漆或玻璃釉。 优点：阻值精确 (5 56k)、功率范围大、工作稳定可靠、噪声小、耐热性能好。(主要用于精密和大功率场合)。,名称： RC、RCW型磁棒线圈

12、 特性：输出电流大价格低结构坚实用途：杂波消除、滤波、扼流，广泛用于各种电子电路及电子设备,名称： TC、TBC环型线圈 特性：价格低电流大损耗小 用途：扼流线圈，广泛用于各类开关电源，控制电路及电子设备。,名称： 空心线圈 特性：体积小高频特性好滤波效果好 用途：BB机、电话机、手提电脑等超薄型电器,文字符号：,图形符号：,伏安关系：,功率情况：,R,当电压和电流取关联参考方向时，任何时 刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律,消耗有功功率,伏安特性,电阻元件是即时元件，电阻元件是耗能元件,瓷介电容器,涤纶电容器,二、电容元件,独石电容器,铝电解电容器,纸介电容器,空气可变电容器,金属化纸介电

13、容器,文字符号：,图形符号：,伏安关系：,功率情况：,C,p=ui,电流和电压的变化率成正比,在直流电路中 P = 0,电容是储能元件, 不消耗有功功率,库伏特性,电容元件是动态元件，电容元件是储能元件,三、线性电感（L为常数）,i,N,N 匝数, 磁通, 磁链,电感,i,（安）A,韦伯（Wb）,亨利（H）,文字符号：,图形符号：,伏安关系：,功率情况：,L,p=ui,电压和电流的变化率成正比,在直流电路中 P = 0,电感是储能元件, 不消耗有功功率,韦安特性,电感元件是动态元件，电感元件是储能元件。,一、 线性电容（C为常数）,二、 电容元件的电压电流关系（关联参考方向）,（电容元件的VC

14、R）,u(0) t = 0 时电压u的值，若u(0) = 0,三、 电容元件储存的能量,（关联参考方向）,电容 C 在任一瞬间吸收的功率：,电容 C 在 dt 时间内吸收的能量：,电容 C 从 0 到 t 时间内吸收的能量：,设u(0) = 0,即,P 0 吸收能量,P 0 释放能量,电容元件及其参考方向如图所示，已知u = 60sin100t V，电容储存能量最大值为18J，求电容C 的值及 t = 2/300 时的电流。,解：,电压 u 的最大值为60V，所以,干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源等。,交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源等。,直流电源：,交流电源:,一

15、个实际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。,1.3.2 电压源和电流源,理想电压源(交流),理想电压源(直流),或,电路符号,无内阻的电压源即是理想电压源,输出电压恒定, 即,特点,理 想 电 压 源,输出电流任意（随RL 而定）,一、 电压源,特点：电流及电源的功率由外电路确定，输出电 压不随外电路变化。,Us,伏安特性,I,U,理想电压源伏安特性,特点,有内阻的电压源即是实际电压源,输出电压 不再恒定！,实 际 电 压 源,实际电压源(交流),实际电压源(直流),或,电路符号,特点：输出电压随外电路变化。,伏安特性,I,U,U = US R0

16、I,实际电压源伏安特性,U0 = US,实际电压源与理想电压源的本质区别在于其内阻RO。,注意,时，实际电压源就成为理想电压源。,当,实际电压源,理想电压源,实际工程中，当负载电阻远远大于电源内阻时，实际电源可用理想电压源表示。,近似,二、 电流源,无内阻的电流源即理想电流源,特点,输出电流恒定,输出电压随RL而定,理 想 电 流 源,理想电流源(交流),理想电流源(直流),电路符号,特点：电源的端电压及电源的功率由外电路确定， 输出电流不随外电路变化。,伏安特性,I,理想电流源伏安特性,Is,实际电流源(交流),实际电流源(直流),有内阻的电流源即实际电流源,特点,输出电压和电流均 随RL而定,实 际 电 流 源,电路符号,特点：输出电流随外电路变化。,伏安特性,实际电流源伏安特性,实际电流源与理想电流源的本质区别在于其内阻RO。,注意,时，实际电流源就成为理想电流源。,当,