第01章《实用电工电子技术教程(第二版)》-电子教案

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1、实用电工电子技术教程 (第二版)中国水利水电出版社中国水利水电出版社21世纪高职高专规划教材艾建春 主编一本书包括了二大技术精典， 不需要另外配备实验指导书！用计算机仿真技术再现电路的 实际情况，解决了学习的难！1.1 电路分析的基础知识1.2 电路中的基本物理量1.3 欧姆定律及基尔霍夫定律1.4电压源和电流源 1.5 复杂电路分析基础1.6 习题分析技术1.7 实用培训技术学习内容1.1 电路分析的基础知识1.1.1 电路的作用与组成(一)1. 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设 备和元器件按一定方式连接而成的。复杂的电 路呈网状, 又称网络。 电路和网络这两个术语 是通用的。2.

2、电路的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。1.1.1 电路的作用与组成（二）图1.1 电路的组成负载的 电路符 号电源：电路 中提供电能 或信号的器 件电源 的 电路 符号负载：电路中 吸收电能或输 出信号的器件1.1.2 电路及电路模型1.实际电路:由一些根据需要具备不同作用的电路元件或器件所.组 成.2.电路模型: 由一些理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电 路模型.3.理想电路元件:是一种理想化的模型, 简称为电路元件。电阻元件是一种只表示消耗电能的元件; 电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件; 电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储

3、存电场能量的元件等。 4.对具有两个引出端的元件, 称为二端元件; 对具有两个以上引出端的元件, 称为多端元件。 1.2 电路中的基本物理量1.2.1 电流（一） 1.电流的定义：带电粒子（电子、离子等） 的定向运动, 称为电流。 2.电流强度：单位时间内通过导体横截面的 电荷量其数学表达式为：直流： I=Q/t 交流：i=q/t 3. 电流的实际方向：正电荷运动方向1.2.1 电流（二）4.直流：当电流的量值和方向都不随时间变化 时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文 大写字母I表示。5.交流：量值和方向随着时间按周期性变化的 电流, 称为交流电流,简称交流。常用英文小写字 母i

4、表示。1.2.1 电流（三）6.单位：安培, 符号为A。常用的单位有千安（kA）, 毫安（mA）, 微安（ A）等。1KA=103A=106mA=1012uA1.2.1 电流（四） 7.在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作 为电流的参考方向或正方向。图1.2 电流的参考方向参考方 向和实 际方向 相同， 电流为 正参考方 向和实 际方向 相反， 电流为 负1.2.2 电压电位及电动势（一）1. 电路中A、 B两点间的电压是单位正电 荷在电场力的作用下由A点移动到B点 所作的功, 即Uab=Wab/Q1.2.2电压电位及电动势(二）2. 电压的实际方向：是使正电荷电能减少的方向。电压的S

5、I单位：是伏特, 符号为V。 常用的单位：千伏（kV）、毫伏（mV）、 微伏（V ）等。 1.2.2电压电位及电动势（三）3.量值和方向都不随时间变化的直流电压, 用大 写字母U表示。交流电压, 用小写字母u表示。图1.3 电压的参考方向1.2.2电压电位及电动势（四）4.若电压的参考方向与实际方向一致，电压为正。若电压的参考方向与实际方向相反，电压为负。5.分析电路时，首先应该规定电流电压的参考方向。1.2.2电压电位及电动势（五）6.元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。图1.4 电流和电压的关联参考方向1.2.2电压电位及电动势（六）. 电位: 在电路中任选一点(

6、o点），并规定此 点电位为0伏, 叫做参考点. 则某点的电位就是由 该点到参考点的电压。单位为伏特Va =Uao注意:参考点不同，电路中各点的电位不同 ，但两点间的电压与参考点的选择无关。电压与电位的关系:Uab=VaVb1.2.2电压电位及电动势10.电动势：电源力将单位正电荷从电源负极经 其内部移到正极所作的功单位为伏特（V)E=Wba/Q11.电源电压与电动势关系:U=EUad=-4V Ubc=-2-8=-10Vabcd取a点为参考点，各点电位值仿真实验演示电压数值Uad=-4V Ubc=-2-8=-10Vabcd取a点为参考点，各点电位值仿真实验演示电压数值取b点为参考点时，各点的电位

7、值babc dUad=2-6=-4V Ubc=0-10=-10V电压数值重要结论电路各点的电位可因参考点选 择不同而不相同，但是，二个确 定点的电压（电位差）却与参考 点选择无关。1.2.3 电功率1.电功率的定义：传递转换电能的速率叫电功率，简称功率，用p或P表示。P=W/t P=UI P=U2/R P=I2R计量单位：瓦特（w)2.功率的正负如果电流、 电压选用关联参考方向, 则所得的p应看成支路接受的功率, 计算所得功率为负值时, 表示支路实际发出功率。 如果电流、 电压选择非关联参考方向, p应看成支路发出的功率, 即计算所得功率为正值时, 表示支路实际发出功率; 计算所得功率为负值时

8、, 表示支路接受功率。3.直流功率在直流情况下：P=UI功率的单位为瓦特, 简称瓦, 符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。例1.1（一）图1.5所示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并 求整个电路的功率P。图 1.5 例1.1图P1=U1I=44 =16W (接受16W)P2=U2I=-(-8)4=32W (接受32W)P3=-U3I=-(64) =-24W (发出24W)整个电路的功率P=16+32-24=24W(吸收功率)1. 欧姆定律及基尔霍夫定律1.3.1 欧姆定律(1)式中,

9、R是元件的电阻, 它是一个反映电路中电 能消耗的电路参数, 是一个正实常数。式中电压单位用V , 电流用A时, 电阻的单位是 欧姆, 符号为。电阻的十进倍数单位有千欧（ k）、 兆欧（M）等。1.一段电阻电路的欧姆定律：在电流和电压的关联参考方向下, 线性电阻元件欧姆定律的表达式为U=IR(1.7)附：非线性电阻元件电流和电压的大小不成正比的电阻元件叫非线性电阻元件。本书只讨论线性电阻电路。1.3.1 欧姆定律(2)2.全电路欧姆定律：（）全电路：一个完整的闭合电路 （）数学表达式：I=Us/(R0+R)R0为电源内阻1.3.2 基尔霍夫定律 1.理解支路、节点、回路、网孔的定义 2.掌握基尔

10、霍夫电流定律、基尔霍夫电压定 律1.理解支路、节点、回路、网孔的定义 2.掌握基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定 律基尔霍夫定律是 集中参数电路的基本定律, 它包括电流定律和电压定律（1）支路: 电路中流过同一电流的一个分支称为一条支路。（2）节点: 三条或三条以上支路的联接点称为节点。(3) 回路: 由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次, 这条闭合路径称为回路。(4) 网孔: 网孔是回路的一种。将电路画在平面上, 在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。基尔霍夫电流定律（KCL）相关名词 基尔霍夫电流定律（KCL）（ 一）1.在集中参数电路中, 任何时刻, 流出（或流入） 一个节 点

11、的所有支路电流的代数和恒等于零, 这 就是基尔霍夫电流定律, 简写为KCL。即：I入= I出 或 I 基尔霍夫电流定律（KCL） （ 二）图1.11 电路实例Ia I1+I3+I4=0Is I1+I+I =0在集中参数电路中,任何时刻, 流入一个节点电流之和等于流出该节点电流之和。KCL原是适用于节点的, 可以把它推广运用于电路的任一假设的封闭面。 基尔霍夫电压定律（KVL）（ 一）1.定义：在集中参数电路中, 任何时刻, 沿着任一 个回路绕行一周, 所有支路电压的代数和恒等 于零, 这就是基尔霍夫电压定律, 简写为KVL 。用数学表达式表示为：U=0基尔霍夫电压定律（KVL） （二 ）2.

12、在列方程式时, 先要任意规定回路绕行的方向, 凡支路电压的参考方向与回路绕行方向一致者, 此电压前面取“+”号, 支路电压的参考方向与回路绕行方向相反者, 则电压前面取“-”号。在图1.11中, 对回路abcga 应用KVL, 有Ubc+Ucg+Uga+Uab=0基尔霍夫电压定律（KVL） （ 三）3. 如果一个闭合节点序列不构成回路, 例如 图1.11中的节点序列acga,在节点ac之间没有支路, 但节点ac之间有开路电压Uac, KVL同样适用于 这样的闭合节点序列, 即有Uac+Ucg+Uga=0 (1.17)基尔霍夫电压定律（KVL） （ 四） 4. 将式（1.17）改写为Uac=Uc

13、g Uga电路中任意两点间的电压是与计算路径无关的, 是单 值的。所以, 基尔霍夫电压定律实质是两点间电压与计算 路径无关这一性质的具体表现。 不论元件是线性的还是非线性的, 电流、电压是直流的还是交流的, 只要是集中参数电路,KCL和KVL总是成立的。 例 1.4（一）试计算图 1.12 所示电路中各元件的功率。 图. 例.图元件 1 与元件 2 串联:P1=(1010) =100W 元件 1 发出功率P2=210=20W 元件 2 吸收功率P3=5(-5）=25W 元件 3 吸收功率I5=10-5 =5A据KVL有： U5-10+2=0U5=8V P5=58=40W 吸收功率P4用功率平衡

14、可以 求得：P4=15W元件 4 吸收功率思考题（一） 1.在下图电路中，每条线段表示一个二端元件 ，试求各电 路中的未知电流i。（a) (b)思考题（二）2.应用KVL列出下图各网孔的回路电压方程 。 1.4 电压源与电流源（一）1.4.1 电压源与电流源的定义: 1.电压源:用一个恒定电压源Us与内阻Rs串联表示的 电源系统称为电压源 电压源是一个理想二端元件。端电压U与输出电流I之间的关系：U=UsIR0上式称为电压源的外特性方程,它具有两个特点： 外特性图形是一条下斜的直线，直线下垂倾斜 程度越大，电源的外特性就越差。 电源内阻R0=0的理想情况下，无论电源输出电 流I如何变化，电源端

15、电压U将恒等于Us。1.4 电压源与电流源（二）2.电流源：用一个恒定电流Is与内阻Rs并联表 示的电源系统称为电流源电流源的端电压U与输出电流I的关系为：I=Is-U/Rs上式称为电流源的外特性方程,它具有两个特点： 外特性图形是一条下斜的直线，直线下垂倾斜 程度越大，电源的外特性就越差。 电源内阻Rs=的理想情况下，电源的输出电流 I将恒等于Is。1.4 电压源与电流源(三）.4.2 电压源与电流源的等效变换： 1.注意点：（）等效变换仅对外电路而言， 对电源内部并不等效（）在变换过程中，电压源的电 压Us和电流源的电流Is的参考方向必须保持 一致 2.变换公式： （）对电压源模型有：Us=IsRs （）对电流源模型有：Is=Us/Rs例题1.5：求如图1-13中的电流I。 图1-13 例题1-5图 方法一：等效变换法思路化简电源电路是本题的关键！步骤 并联二个电源化为电流源，再合并为一 个电压源。 串联在干路中的电流源 先化为电压源，再和上一 个电压源合并为一个电压 源即可。由等效图 可求出： I=1/10 =0.1A =100mA仿真方法二：戴维南法5R0Us+-I5R0Us+-Us5R0+-5R0+-步骤1：求二端含