电工电子技术全套课件

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。220V开关S镇流器L启辉器日光灯管R日光灯实际电路升压变压器用电设备（a）电力系统电路输电线等发电机降压变压器其它中间环节二、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。放大器话筒扬声器（b）扩音机电路电子技术中：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何为电路元件？无源电路元件有源电路元件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RL消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁场能量（电感性）忽略R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Li+–u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。电源负载负载电源开关实体电路ISUS+_R0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。RL+U–导线二、电路模型220V开关S镇流器L启辉器Q日光灯管R实际电路sRLus+-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。dtdqi二、电流的单位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安）1.2.1电流1A=1000mA1mA=1000μA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()abiRiabI直流电流i交流电流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：由高电位端指向低电位端。也可用字母顺序表示abuRuab也可用+，-号表示。电压的方向可用箭头表示,+u-baababVVuqAudd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。qAedd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，R–+IEU+-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。aIRUb关联参考方向下：U=IRaIRUb非关联参考方向下：U=－IR+　　u　　－(a)关联方向abi－　　u　　+(b)非关联方向abi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=3Ω，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=I3R3=1×3=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=-I3R3=-(1×3)=-3V，Vc=I1R1=3×3=9V，Vd=-I2R2=-(2×3)=-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。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】。UItW日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度=1KW•h=KV•A•h=1000W×3600S=3.6×106J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。tdWpdRURIUItWP22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：ptW1kWh（1千瓦小时称为1度）若P0，电路实际吸收功率，元件为负载；若P0，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UI当元件电流和电压的参考方向关联情况下，吸收的电功率为：UIP（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）UI非关联UIP关联例:试判断(a)、(b)中元件是吸收功率还是发出功率。I=-1AU=2V+–(a)U=-3V+–(b)I=2A解：(a)(b)是吸收功率。元件电流和电压的参考方向为关联W2)1(2UIP是发出功率。元件电流和电压的参考方向为非关联W62)3(UIP+　　U=5V－(a)(b)I=2A+　　U=5V－I=-2A(c)+　　U=5V－I=-2A求图示各元件的功率。（a）关联方向，P=UI=5×2=10W，P0，吸收10W功率。（b）关联方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P0，产生10W功率。（c）非关联方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P0，吸收10W功率。例:+U=12V－(a)(b)I=－5A+U=12V－I=5A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=－UI=－12×5=－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１，因U1、I1是关联参考方向，则P1=U1I1=5×2=10W即P10，吸收功率，相当于负载；I1U2U1++_1U3I2I323_+_图1-10例1.2电路图对于元件2，因U2、I2是非关联参考方向，则P2=-U2I2=-5×5=-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，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iuRUI0RURIUIP/22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容器文字符号：图形符号：伏安关系：功率情况：Cp=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qu0dtduCiCC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）iN+–uN—匝数Φ—磁通Ψ—磁链N电感iLiL+–u（安）A韦伯（Wb）亨利（H）文字符号：图形符号：伏安关系：功率情况：Lp=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。dtdiLuLψLi0一、线性电容（C为常数）iCuuqC二、电容元件的电压电流关系（关联参考方向）tuCtqidddd（电容元件的VCR）)0(d10utiCutu(0)—t=0时电压u的值，若u(0)=0ttiC0d1三、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：tuCuiupdd电容C在dt时间内吸收的能量：uCutpWddd电容C从0到t时间内吸收的能量：设u(0)=0)(21dd2)(00tCuuuCtpWtutC即221CuWCP0吸收能量P0释放能量电容元件及其参考方向如图所示，已知u=-60sin100tV，电容储存能量最大值为18J，求电容C的值及t=2π/300时的电流。1860212CiCu+-解：电压u的最大值为60V，所以F10360036603622CA100cos60d)100sin60(d01.0ddttttuCi时300π2tA302160π32cos60i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)us+-Us+-理想电压源(直流)Us+-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uULi理想电压源输出电流任意（随RL而定）一、电压源u0i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Us+-IRU理想电压源伏安特性有内阻的电压源即是实际电压源输出电压不再恒定！iuULURRRULLL0实际电压源实际电压源(交流)实际电压源(直流)或us+-ROROUs+-Us+-RO电路符号特点：输出电压随外电路变化。伏安特性IRUu0iUs理想电压源伏安特性U=US–R0IUs+-RO实际电压源伏安特性U0=USOSSRUI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。0OR当Us+-RO实际电