电工电子技术概论

电工与电子技术江苏技术师范学院绪论一、课程的地位和主要内容电子电工技术——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术电工电子技术（电工学）电子技术电路分析基础磁路与电机模拟电子技术数字电子技术电工技术——直流电路（1、2、3）；交流电路（4、5）；磁路和变压器（6）；交流电动机（7）。模拟电子技术——二极管和晶体管（14）；基本放大电路（15）；集成运算放大器（16）；电子电路中的反馈（17）；直流稳压电源（18）。数字电子技术——门电路和组合逻辑电路（20）；触发器和时序逻辑电路（21）二、电工电子技术的发展与应用现状容量大型化器件小型化功率电子技术微电子技术设计自动化EDA技术1785年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出“欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1946年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。：发展快速发展原因电能易转换易传输易控制电能的应用非常广泛，一个国家的电力发展水平标志了其生产发展的水平。在工业中在农业中在国防科技中：在现代信息技术中：在日常生活中：在医疗卫生行业：其他：为什么学习电工学1、电能的应用在工业上的各种生产机械—机床、起重机、轧钢机、锻压和铸造设备、鼓风机、水泵等都是用电来驱动的。在机械制造工艺上——电镀、电焊、高频淬火、电路冶炼金属、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等都离不开电能。在自动控制系统中的某些物理量的测量和控制都可以通过电的方法来实现——如测量和控制长度、温度、速度、压力、水位、流量等。在工业中：在冶金工业——如电解、电镀和电冶炼等等计算机检测控制系统原理框图微机传感器伺服机构模拟信号处理功率放大模数转换数模转换数字接口数字接口被测控对象干扰、噪声、漂移、非线性电工电子技术的典型应用模拟电子技术数字电子技术电机在农业中：在农业生产的现代化进程中电力也是其主要动力。大型农场的机械化、自动化播种、收割、储藏和加工。农业水利设施的修建和农田的自动灌溉等等。在现代信息技术中：计算机和整个INTERNET网络都是由电能来支持的，一旦没有了电能，整个网络都将处于瘫痪状态。任何一个与信息技术有关的行业和用户，如果没有了电能，其工作也将无法开展——证卷公司将不能营业，各部分的信息也不能流动……在日常生活中：在我们日常的生活中，电能就更是不能缺少的了。例如：我们生活中的最基本的要求就是照明，此外，为了提高物质生活水平，有空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲等。丰富精神生活的电视机、音响、家用PC等。所以说，电工电子水准是现代化的一个重要标志，直接影响到工业、农业、科学技术和国防建设也直接影响到亿万人民的物质、文化生活，关系着广大群众的切身利益。电能具有其他能量形式无法比拟的优越性电能热能光能声能电能风能核能水位能机械能太阳能化学能便于转换1、电能的特点电能具有其他能量形式无法比拟的优越性便于输送由于发电厂通常建于能源产地，而用电单位常常位于能量匮乏的大城市，电力的输送通过电缆实现。如果输送能源，则会很不方便。电能可以方便地被输送到远方，而且输电设备简单，输电效率很高。此外，电能也可以不通过导线而以电磁波的形式传播。电能具有其他能量形式无法比拟的优越性便于控制利用电能可以达到高度自动化。例如，控制生产过程或设备，实现程序控制、最佳状态控制；检测生产过程的各种参数，转换成一定的电信号，实现自动调节和管理自动化。同时：可方便的控制其大小可方便的控制其形式可方便的控制其有无三、如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少1、注意掌握“三基”：2、注重综合分析与设计注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本应用3、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验学习是一个完整的过程课前：预习（Presentation&Design）课中：积极的思维课后：总结复习(Presentation&Journal)本课程的考核方式本课程考核由期末考试、实验(含实验报告)、平时（作业及考勤）三部分组成。其中，期末考试占总成绩的70%，实验(含实验报告)占总成绩的10%，平时成绩占总成绩的20%。1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算第1章电路的基本概念与基本定律电池灯泡EIRU+_负载电源电路：电路是电流的通路。是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1.1电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线t1：热端t2：冷端mVt1t2热电偶)()(21tftfEt2.电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。1.2电路模型为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。实际电路实际器件（电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、集成电路等）电路模型抽象近似理想电路元件（电阻元件、电容元件、电感元件、电源、理想运放等）器件建模：1.保留主要电磁特性2.一个器件可由多个元件模型表示电路的建模过程今后分析的都是指电路模型，简称电路图。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。电池灯泡EIRU+_负载电源1.3电压和电流的参考方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向电路分析中的参考方向（正方向）问题：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？电流方向AB？电流方向BA？E1AR3E2IR3B(1)在解题前先人为地设定一个正方向，作为参考方向。(3)根据计算结果确定实际方向。(2)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。解决方法1、正方向（参考方向）的定义：在分析计算时，对电量人为规定的方向(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向（正方向）的定义IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。Iab双下标aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_关联参考方向负载—U、I参考方向相同；电源—I参考方向与E方向相同。2、电路基本物理量的参考方向实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。例已知：E=2V,R=1Ω问：当U分别为3V和1V时，IR=?EIRRURabU解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：EUURREURUIRREUUR(3)数值计算A1121V1A112-33VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）REUIREIRRURabU(3)为了避免列方程时出错，习惯上在负载两端把I与U的方向设为相关联正方向。(4)许多方程式，如U/I=R仅适用于假设正方向一致的情况。(1)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”（正方向）则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”，然后再列方程计算。3、正方向小结RIURRIRURab假设:与的方向一致RIRU例RIRU假设:与的方向相反RIURRIRURab1.4欧姆定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同。U=IRU=–IR解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。一、电源有载工作aE+-bIUabRORLLRREI0RL越小，I越大，RL小称为负载重、RL大称为负载轻OLabIREIRU电源提供的电流I由外电路决定；电源两端的电压Uab随着输出电流I的增大而下降。IUabE伏安特性Ro越大斜率越大1.5电源有载工作、开路与短路RREI0（负载端电压）U=RI（1）特征:①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–RoIUI=EI–RoI²P=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。aE+-bIUabRORL（2）电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值（3）电气设备的三种运行状态欠载（轻载）：IIN，PPN(不经济)过载（超载）：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)①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。例：灯泡：UN=220V，PN=60W电阻：RN=100，PN=1W二、电源开路aE+-bIUabRORL0IEUab0aE+-bISRO三、短路状态Uab00REIS该状态为事故，应避免！用电压表测有源二端网络的开路电压就是有源二端网络内部的E四、电功率aIRUb1、功率的概念：设电路任意两点间的电压为U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:IUP功率有无正负？如果UI方向不一致结果如何？在U、I正方向选择一致的前提下，IRUab或IRUab“吸收功率”（负载）“发出功率”（电源）若P=UI0若P=UI0IUab+-根据能量守衡关系P（吸收）=P（发出）（I和实际方向相反因此为负值）当计算的P0时,则说明U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。2、结论在进行功率计算时，如果假设U、I正方向一致。当计算的P0时,则说明U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。例1：已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)电流从“+”流出，故为电源；(b)电流从“+”流入，故为负载；(c)电流从“+”流入，故为负载；(d)电流从“+”流出，故为电源。例2：已知：U1=9V，I=-1A，R=3Ω求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证电路功率是否平衡？解：I1RU1U22因为U2=-R