电工技术基础教程课件.ppt
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1、第1章 直流电路1.1电路的作用和组成电路的作用和组成1.3电路的状态电路的状态1.2电路的基本物理量电路的基本物理量1.4电路中的参考方向电路中的参考方向1.5理想电路元件理想电路元件1.6基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7支路电流法支路电流法1.8叠加定理叠加定理1.9等效电源定理等效电源定理1.10非线性电阻电路非线性电阻电路教学基本要求教学基本要求分析与思考题分析与思考题练习题练习题第第1章章 直直 流流 电电 路路返回主页返回主页基本概念基本概念基本定理基本定理了解了解理解理解 掌握掌握电电源源1.1电路的作用和组成电路的作用和组成电路(电路(electric circuitelectr
2、ic circuit)-电流流通的路径。电流流通的路径。返返 回回下一页下一页上一页上一页下一节下一节US 电路的大小可以相差很大,小到硅片上的集成电路,大电路的大小可以相差很大,小到硅片上的集成电路,大到输电网。根据所处理信号的不同,电路可以分为模拟电路到输电网。根据所处理信号的不同,电路可以分为模拟电路和数字电路。和数字电路。电路的作用电路的作用返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节(强电领域)(强电领域)放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒(弱电领域)(弱电领域)发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源:提供提供电能的装置电
3、能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节:中间环节:传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电路的组成电路的组成(强电领域)(强电领域)直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理:信号处理:放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电路的组成电路的组成(弱电领域)(弱电领域)返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节E电源:电源:E将非电形态的能量转化为将非电形态的能量转化为电能的供电设备。电能的供电设备。(电
4、(电源亦称为源亦称为内电路内电路)负载:负载:将电能转化为非电形态的将电能转化为非电形态的能量的用电设备。能量的用电设备。中间环节:中间环节:沟通电路、输送、控制沟通电路、输送、控制电能。电能。图图 1.1.1 简单照明电路简单照明电路 电源或信号源的电压或电流称为电源或信号源的电压或电流称为激励激励,它推动电路,它推动电路工作;由激励所产生的电压和电流称为工作;由激励所产生的电压和电流称为响应响应。负载和中间环节亦合称负载和中间环节亦合称外电路外电路。电路的组成电路的组成(弱电领域)(弱电领域)电路的作用和组成v组成:电源、负载、中间环节v作用:电能的传输、分配与转换(强电领域)信号的传递与
5、处理(弱电领域)内电路外电路1.3电路的状态电路的状态(一)通路(一)通路(有载工作有载工作)返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节EUSUL+_IS电路的状态电路的状态通路通路(closed circuit)电源的状态电源的状态有载有载(loaded)/负载状态负载状态 电气设备工作时,其电压、电流和功率均有一定限电气设备工作时,其电压、电流和功率均有一定限额,这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能额,这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能力,称为电气设备的力,称为电气设备的额定值(额定值(rated value)。图图 1.3.1 通路通路额定值额定值:电气设
6、备在正常运行时的规定使用值。电气设备在正常运行时的规定使用值。1.额定值反映电气设备的使用安全性;额定值反映电气设备的使用安全性;2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例:例:灯泡:灯泡:UN=220V,PN =60W电阻:电阻:RN=100 ,PN =1 W 满载满载 I=IN,P=PN,过载过载 I IN,P PN,欠载欠载 I IN,P 0ab参考方向实际方向(b)i0 u2 0,吸收,吸收10W功率,为负载。功率,为负载。(b)关联方向,)关联方向,P=UI=5(2)=10W,P0,吸收,吸收10W功率,为负载。功率,为负载。欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相
7、同,参考方向相同,即关联时即关联时:RU+IRU+IU=I R解:解:对图对图(a)有有,U=IR例:例:应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子,并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IR326 :IUR所所以以326:IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 电动势电动势是衡量外力即非静电力(亦称是衡量外力即非静电力(亦称“电源电源力力”)做功能力的物理量。外力克服电场力把单位)做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为电电源的电动势源的电动势。dqdWe 电动势
8、的实际方向与电压实际方向相反,电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为在电源内部,由负极指向正极。规定为在电源内部,由负极指向正极。e+电动势电动势电路基本物理量及其参考方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V电路基本物理量及其参考方向v关联正方向:选取的电流方向与电压方向相同v电功率的计算:正方向关联时 p=ui 正方向不关联时 p=-uiv
9、电源负载的判断:P0 负载;P0 电源;v电位的求取:定义法 电位升降法1.5理想电路元件理想电路元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节 由实际电路元件组成的电路称为由实际电路元件组成的电路称为电路实体电路实体。可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的其物理性质的理想电路元件理想电路元件代替。代替。用理想电路元件组成的电路称为电路实体的用理想电路元件组成的电路称为电路实体的电电路模型(路模型(circuit modelcircuit model)。(一)理想无源元件(一)理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返
10、回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物(一)理想无源元件(一)理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物R电路中电能消耗的元件电路中电能消耗的元件是参数元件是参数元件线性元件线性元件图图 1.5.1 电阻电阻(一)理想无源元件(一)理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物RR=u/i在直流电路中,在直流电路中,R=U/IR 的单位为欧姆(的单
11、位为欧姆()uip=UI=U2/R=RI2图图 1.5.1 电阻电阻(一)理想无源元件(一)理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物电阻器的色环电阻器的色环电位器电位器电容元件是一种能够贮存电场能量的元件,是实际电电容元件是一种能够贮存电场能量的元件,是实际电容器的理想化模型。容器的理想化模型。伏安关系:伏安关系:i C+u dtduCi dtduCi只有电容上的电压变化时,电容两端才有电流。在直流电路中,只有电容上的电压变化时,电容两端才有电流。在直流电路中,电容上即使有电压,但电容上即使有
12、电压,但,相当于开路,即,相当于开路,即 电容具有电容具有隔直作隔直作用用。C称为电容元件称为电容元件的电容,单位是的电容,单位是法拉(法拉(F)。常)。常用单位:用单位:F、nF、pF。i C u +电容两片极板上的电压要建立起来,需要电荷的积累,而电荷的电容两片极板上的电压要建立起来,需要电荷的积累,而电荷的积累就意味着电容上有电流流过;电容上流过的电流与其两端电积累就意味着电容上有电流流过;电容上流过的电流与其两端电压的变化率成正比。压的变化率成正比。符号及正方向:符号及正方向:.理想电容元件理想电容元件只有变化的电压才能在电容上只有变化的电压才能在电容上产生电流产生电流电容器电容器电容
13、器电容器伏安关系:伏安关系:符号及正方向:符号及正方向:电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件,是实际电电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件,是实际电感器的理想化模型。感器的理想化模型。+u i LdtdiLu dtdiLu称为电感元件称为电感元件的电感,单位是的电感,单位是亨利()。常亨利()。常用单位:用单位:mH、H只有电感上的电流变化时,电感两端才有电压。在直流电路只有电感上的电流变化时,电感两端才有电压。在直流电路中,电感上即使有电流通过,但,相当于中,电感上即使有电流通过,但,相当于短路短路。u +i L 电感所产生的感应电流总是阻碍流过它的电流的变化;电感所产生的感应电流总是阻碍流
14、过它的电流的变化;其两端的电压与电感上流过电流的变化率成正比。其两端的电压与电感上流过电流的变化率成正比。3 3理想电感元件理想电感元件只有变化的电流才能在电感上只有变化的电流才能在电感上产生电压产生电压电感器电感器(二)理想电源元件(二)理想电源元件本身功耗忽略不计,本身功耗忽略不计,只起产生电能的作用只起产生电能的作用返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节1.1.理想电压源(恒压源)理想电压源(恒压源)返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节(二)理想电源元件(二)理想电源元件输出电压为恒定值输出电压为恒定值us(由它本由它本身确定的身确定的定值定值,与输
15、出电流和,与输出电流和外电路情况无关外电路情况无关,既使短路亦如既使短路亦如此)此);故又称为恒压源。;故又称为恒压源。输出电流由外电路决定(输出电流由外电路决定(不是定值,与输出电流和外电不是定值,与输出电流和外电路情况有关)路情况有关)。us+u Us O I 符号符号特性曲线特性曲线.理想电流源(恒流源)理想电流源(恒流源)返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节(二)理想电源元件(二)理想电源元件输出电流为恒定值输出电流为恒定值is(由它(由它本身确定的本身确定的定值定值,与输出电压,与输出电压和外电路情况无关。即使开路和外电路情况无关。即使开路)故又称为恒流源;输出故
16、又称为恒流源;输出电压由外电决确定(电压由外电决确定(不是定不是定值,与输出电压和外电路情况值,与输出电压和外电路情况有关)。有关)。is i Is O U 符号符号特性曲线特性曲线分析实际电源的伏安特性可知两种实际电源存在等效的基础。分析实际电源的伏安特性可知两种实际电源存在等效的基础。oIRUUsoRUIIs一个一个实际电源实际电源可可用两种电路模型用两种电路模型表示:一种为理表示:一种为理想电压源想电压源Us和内和内阻阻Ro串联即串联即电压电压源源,另一种为理,另一种为理想电流源想电流源Is和内和内阻阻Ro并联即并联即电流电流源源。电压源及电流源的模型和外特性电压源及电流源的模型和外特性
17、 +Us I(a)电压源 Ro+U +U I(b)电流源 Is Ro 等效原则:用两种电源分别对同一电阻等效原则:用两种电源分别对同一电阻R供电,若在供电,若在R上得上得到相等的电压和电流,则认为两种电源到相等的电压和电流,则认为两种电源对外电路等效对外电路等效。oRIUssoRUIss等效方法如下:等效方法如下:R0由串改并由串改并R0由并改串由并改串注意:注意:R0在等效前后大小不变,在等效前后大小不变,US与与IS的的极性对应极性对应。注意:注意:1.两种实际电源的等效仅针对两种实际电源的等效仅针对外电路外电路而言,其而言,其内部并不等效内部并不等效;2.两种两种理想电源理想电源不存在等
18、效基础,故不存在等效基础,故不能进行等效不能进行等效。例例:(1)用电源模型等效变换的方法将下图简化用电源模型等效变换的方法将下图简化 (2)求图(求图(a)电路的电流)电路的电流i1和和i2。(a)电路 2A i1 i2 +5V 10 5 课堂练习课堂练习例:用电源模型等效变换的方法求图(例:用电源模型等效变换的方法求图(a)电路的电流)电路的电流i1和和i2。解:将原电路变换为图(解:将原电路变换为图(c)电路,由此可得:)电路,由此可得:(a)电路2Ai1i2 +5V 105(b)(a)的等效电路2Ai21051A3Ai210 5(c)(b)的等效电路A1351052iA121221 i
19、i电源的等效变换是一种简化电路的有效方法电源的等效变换是一种简化电路的有效方法 例例 1.5.1 图示直流电路已知理想电压源的电压图示直流电路已知理想电压源的电压 US3 V,理想电流源的电流,理想电流源的电流 IS=3 A,电阻,电阻 R=1。求(求(1)理想电压源的电流和理想电流源的电压;)理想电压源的电流和理想电流源的电压;(2)讨论电路的功率平衡关系。)讨论电路的功率平衡关系。返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节注意:v电源输出的功率:100Wv负载取用的功率:50Wv电源的功率:100W (含义为输出)v负载的功率:50W (含义为取用、消耗)不带符号不带符号必须
20、带符号必须带符号1.6基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律,又分为:基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律,又分为:返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节电路中通过同一电流的每个分支称为电路中通过同一电流的每个分支称为。用。用b表示其数量。表示其数量。+us1 i1R1i2i3R2R3 +us2 abcde图示电路有图示电路有3条支条支路,路,2个节点,个节点,3个个回路回路,2个网孔。个网孔。术语:术语:电路中任一闭合的路径称为电路中任一闭合的路径称为。3条或条或3条以上支路的连接点称为条以上支路的连接点称为。用。用n表示其数量。表示其数量。不包含其它
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