《电工电子技术》全套课件-第1章-电路的基本概念与基本定律.ppt
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- 电工电子技术 电工 电子技术 全套 课件 电路 基本概念 基本 定律
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1、1青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III刘华波刘华波博远楼(西博远楼(西5教)教)5122青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III 就要毕业了。就要毕业了。回头看自己所谓的大学生活,我想哭,不是回头看自己所谓的大学生活,我想哭,不是因为离别,而是因为什么都没学到。因为离别,而是因为什么都没学到。我不知,简历该怎么写,若是以往我会让它我不知,简历该怎么写,若是以往我会让它空白。空白。最大的收获也许是最大的收获也许是对什么都没有的忍耐对什么都没有的忍耐和适应和适应 大学应该学什么?大学应该学什么?3青岛大
2、学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III转载转载李开复给中国学生的第四封信:大学最李开复给中国学生的第四封信:大学最重要的七项学习重要的七项学习.doc标标 题:等你大学毕业之后再读会后悔一辈子题:等你大学毕业之后再读会后悔一辈子的的50条忠告条忠告(转载转载).doc4青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电工电子技术是一门专业技术基础课。电工电子技术是一门专业技术基础课。基础要求:基础要求:2 2、高等数学中的微积分及常系数微分方程。、高等数学中的微积分及常系数微分方程。1 1、大学物理大学物理中的电部
3、分;中的电部分;5青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III课程概述课程概述 教材包括教材包括5个模块,囊括了电路、模拟电子、个模块,囊括了电路、模拟电子、数字电子、电气控制等诸多内容,其中第数字电子、电气控制等诸多内容,其中第4模块模块 EDA技术将在实验课上进行学习。技术将在实验课上进行学习。课程要求课程要求1.课堂认真听讲课堂认真听讲,掌握要点掌握要点,课后要复习巩固课后要复习巩固;2.关键在课后练习关键在课后练习,举一反三;举一反三;3.作业要求认真独立完成作业要求认真独立完成。6青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电
4、子技术电工电子技术III1.1 电路的基本概念电路的基本概念 1.2 电路的基本定律电路的基本定律1.3 电路的分析方法电路的分析方法电路的基本定律与分析方法电路的基本定律与分析方法第第1章章7青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIl理解物理量的参考方向的概念。理解物理量的参考方向的概念。l掌握各种理想电路元件的伏安特性。掌握各种理想电路元件的伏安特性。l掌握基尔霍夫定律。掌握基尔霍夫定律。l能够正确使用支路电流法、节点电压法列些电能够正确使用支路电流法、节点电压法列些电路方程。路方程。l掌握电源等效变换、叠加原理、等效电源定理。掌握电源等效变换
5、、叠加原理、等效电源定理。l理解电位的概念,掌握电位的计算。理解电位的概念,掌握电位的计算。本章学习目标本章学习目标8青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电源电源电源电源负载负载负载负载中间环节中间环节中间环节中间环节1.1 电路的基本概念电路的基本概念1.1.1 电路的组成及作用电路的组成及作用EIU+_9青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电源(或信号源):电源(或信号源):提供电能(或信号)的部分;提供电能(或信号)的部分;负负 载:载:吸收或转换电能的部分;吸收或转换电能的部分;中间环节
6、:中间环节:连接和控制电源和负载的部分;连接和控制电源和负载的部分;电路中各部分在正常工作时,必须工电路中各部分在正常工作时,必须工作在作在额定状态额定状态!即电源、负载、导线!即电源、负载、导线等都有相应的等都有相应的额定值额定值。注意注意!10青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1.1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向电流和电压的电流和电压的正方向正方向:实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向:实际正方向:物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。电流电流I电动势电动势E电压电压U正方向正方向物理量物理量单位单
7、位正电荷移动的方向正电荷移动的方向电源驱动正电荷的方向电源驱动正电荷的方向电位降落的方向电位降落的方向低电位低电位高电位高电位高电位高电位低电位低电位A,kA,mA,AV,kV,mV,VV,kV,mV,V11青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUabE+_abu_+正负号正负号abUab(高电位在前,高电位在前,低电位在后低电位在后)双下标双下标箭箭 头头uab+-RI12312青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III假设正方向(参考方向)假设正方向(
8、参考方向)在分析计算时,对电量人为规定的方向。在分析计算时,对电量人为规定的方向。在复杂电路中难于判断元件中物理在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向,电路如何求解?量的实际方向,电路如何求解?问题的提出问题的提出电流方向电流方向AB?电流方向电流方向BA?E1ABRE2IR13青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III(1)在解题前先任意设定一个正方向,作为参考方向;在解题前先任意设定一个正方向,作为参考方向;若计算结果为正,则实际方向与参考方向一致;若计算结果为正,则实际方向与参考方向一致;若计算结果为负,则实际方向与参考方向相反;若计算结果
9、为负,则实际方向与参考方向相反;若未标参考方向,则结果的正、负无意义!若未标参考方向,则结果的正、负无意义!(2)根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关 系的代数表达式;系的代数表达式;(3)根据计算结果确定实际方向:根据计算结果确定实际方向:假设正方向(参考方向)的应用假设正方向(参考方向)的应用注意注意!14青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III例例1已知已知:E=2V,R=1求求:当当U 分别为分别为 3V 和和 1V 时时,求求IR的大小和方向的大小和方向?解解:(1)假定电路中物理量的正方向如图
10、所示;假定电路中物理量的正方向如图所示;(2)列电路方程:列电路方程:EUUR+=REURUIRR-=EUUR-=IRURUE Rab+-(3)数值数值 计算计算A112-3 3V=RIUA-112-1 1V=RIU实际方向与参实际方向与参考方向一致考方向一致实际方向与参实际方向与参考方向相反考方向相反15青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III(4)为了避免列方程时出错,为了避免列方程时出错,习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方的方向按相同方向假设。称为向按相同方向假设。称为关联参考方向关联参考方向。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于仅适用于
11、U,I参考方向一致的情参考方向一致的情况。况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的,而是物理中规定的,而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中,注意一定要在以后的解题过程中,注意一定要先假定先假定“正正方向方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向),然后再然后再列方程计算列方程计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的物理量是无意义的。的。归纳归纳16青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIRIURR=IRURab假设假
12、设:与与 的方向一致的方向一致RIRURIURR-=IRURab例例2假设假设:与与 的方向相反的方向相反RIRU(关联参考方向)(关联参考方向)17青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1.1.3 能量与能量与 功功 率率aIRUb设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I,则这部分电路消则这部分电路消耗的功率为耗的功率为:P=U I功率的概念功率的概念单位单位:W,kW,mW负载负载若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向实际方向一致一致,则该元件则该
13、元件吸收功率吸收功率,为为负载负载;电源电源若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向实际方向相反相反,则该元件则该元件发出功率发出功率,为为电源电源。18青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III在在 U、I 为关联参考方向的前提下:为关联参考方向的前提下:IRUab或或IRUab则吸收功率则吸收功率为负载为负载若若 P=UI 0若若 P=UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P(吸收吸收)=P(发出发出)则发出功率则发出功率为电源为电源19青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技
14、术电工电子技术III根据根据 电压和电流的实际方向电压和电流的实际方向判断器件的性质判断器件的性质,或是,或是电源电源,或是,或是负载负载。当元件上的当元件上的U、I 的实际方向一致,则此元件消耗的实际方向一致,则此元件消耗电功率,电功率,为为负载负载。当元件上的当元件上的U、I 的实际方向相反,则此元件发出的实际方向相反,则此元件发出电功率,电功率,为电源为电源。实际方向根据实际方向根据参考方向和计算结果的正、负参考方向和计算结果的正、负得到。得到。结结 论论20青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III根据根据 P 的的+或或-可以可以区分器件的
15、性质,或是区分器件的性质,或是电源,电源,或是或是负载。负载。在进行功率计算时,在进行功率计算时,如果假设如果假设 U、I 正方向一致。正方向一致。当当P 0 时时,说明说明 U,I 实际方向一致,电路消耗电实际方向一致,电路消耗电功率,功率,为为负载负载。21青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III负载电阻负载电阻1.1.4 电源的工作状电源的工作状态态1.有载工作状态有载工作状态+-SER0RLIU电源电源电源电动势电源电动势电源内阻电源内阻电路电流电路电流:0LEIRR电源端电压电源端电压:0IREU 电路功率电路功率:02RIEIUI 电源
16、外特性电源外特性:IUE0PPPE 功率平衡功率平衡22青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2.开路状态开路状态+-SER0IU0I=0U=U0=EP=03.短路状态短路状态U=0+-ER0ISU0REIS 20IRPE 23青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III1.理想电压源理想电压源(恒压源)(恒压源)特点特点:(1)输出电输出电 压不变,其值恒等于电动势。压不变,其值恒等于电动势。即即 Uab E;(2)电源中的电流由外电路决定。电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性I
17、UabE1.1.5 电路模型与理想电路元电路模型与理想电路元件件24青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设:E=10VIE+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时:同时接入时:I=10AR22 当当R1接入时接入时:I=5A则:则:例例325青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III2、理想电流源、理想电流源(恒流源)(恒流源)特点特点:(1)输出电流不变,其值恒等于电)输出电流不变,其值恒等于电 流源电流流源电流 IS;abIUabIsI
18、UabIS伏伏安安特特性性(2)输出电压由外电路决定。)输出电压由外电路决定。26青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设:IS=1 A R=10 时时,U=10 V R=1 时时,U=1 V则则:例例427青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_abIUabUab=E(常数常数)Uab的大小、方向均为恒定,的大小、方向均为恒定,外电
19、路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI=Is (常数常数)I 的大小、方向均为恒定,的大小、方向均为恒定,外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变-I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变-Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定28青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定?电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少?原则原则:Is不能变,不能变,E 不能变。不能变。E-Ua
20、b=恒压源中的电流恒压源中的电流 I=IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压IE _+abUab=?Is例例529青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III伏伏-安安 特性特性iuRiuui3.电阻电阻 R(常用单位常用单位:、k、M )constiuR 线性线性电阻电阻非线性非线性电阻电阻constiuR iRu 30青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III消耗能量消耗能量吸收功率吸收功率RURIUIP22 电阻元件是耗能元件电阻元件是耗能元件 tuidtW0(W)单位单位:P(W),),t(s),W(J
21、)P(kW),),t(h),),W(kWh)31青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III4.电感电感 L(单位单位:H,mH,H)单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链线圈线圈匝数匝数磁通磁通理想电感元件:理想电感元件:ui 即即:L i=N iNL 32青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIlSNL2线圈线圈面积面积线圈线圈长度长度导磁率导磁率电感和电感和结构结构参数的关系参数的关系线性电感线性电感:L=Const (如如:空心电感空心电感 不变不变)非线性电感非线性电感:L=Const (如如:铁心
22、电感铁心电感 不为常数不为常数)ui 线圈线圈匝数匝数33青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电感中的感应电动势电感中的感应电动势eui ee 的方向的方向:与电流方向一致与电流方向一致与磁通符合右螺旋法则与磁通符合右螺旋法则e 的大小的大小:dtdiLdtdNe34青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系当当 Ii(直流直流)时时,0dtdi0u所以所以,在直流电路中电感相当于短路。在直流电路中电感相当于短路。ueiLdtdiLdtdNe eu dtdi
23、Lu udtLi1直流电直流电路中,路中,电感中电感中的电流的电流是否为是否为0?35青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电感是一种电感是一种储能元件储能元件,储存的储存的磁场磁场能量为:能量为:电感的储能电感的储能dtdiLu 20021LiLidiuidtWtiL 221LiWL?电感中的电流是直流时电感中的电流是直流时,储储存的磁场能量是否为存的磁场能量是否为0?否!否!221LIWL 36青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III5.电容电容 C单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷(单位单
24、位:F,F,pF)ui电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+q=CuuqC 37青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIdsC极板极板面积面积板间板间距离距离介电介电常数常数电容和结构参数的关系电容和结构参数的关系线性电容线性电容:C=Const (不变不变)非线性电容非线性电容:C=Const (不为常数不为常数)uiC38青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术IIIdtduCdtdqi电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系当当 Uu(直流直流)时时,0dtdu0i所以所以,在直流电路中电容相当
25、于开路在直流电路中电容相当于开路。uiCq=CudtduCi idtCu1直流电直流电路中,路中,电容两电容两端的电端的电压是否压是否为为0?39青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III电容是一种电容是一种储能元件储能元件,储存的储存的电场电场能量为:能量为:电容的储能电容的储能dtduCi 20021CuCuduuidtWtuC 221CuWC?电容两端的电压是直流时电容两端的电压是直流时,储存的电场能量是否为储存的电场能量是否为0?否!否!221CUWC 40青岛大学电工电子实验教学中心青岛大学电工电子实验教学中心电工电子技术电工电子技术III
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