《电工-电子技术基础教程》(第2版)全解

《电工电子技术基础教程》（第2版）主编：陈新龙几点建议1本课件按照100学时组织，参考学时安排是以多媒体结合粉笔教学方式进行设计的，建议使用本课件时多媒体结合粉笔教学。2由于电工电子技术课程各专业要求及学时差别非常大，使用本课件时应根据各专业的特点、学生的基础进行适当的调整。3每一章课件的开始是该章教学的简要说明，具体的每一课中还给出了具体知识点的调整建议。建议教师调整前先将本书全部课件浏览一遍4本课件中的超链接目标页为公开教学网站相关页面，其中的许多页面对学习很有帮助，建议使用本课件时保留该链接并在可以上网的电脑上使用本课件。5课件应用中有什么问题或心得可随时与我联系。陈新龙E-mail：[e-mail]公开教学网址：各章参考学时安排（全书共100学时）第一章：12学时第二章：10学时第三章：4学时第四章：6学时第五章：2学时第六章：6学时第七章：10学时第八章：10学时第九章：14学时第十章：14学时第十一章：4学时第十二章：8学时各章具体教学组织中有学时数较多（或少）时的调整建议。以上安排仅供参考，针对具体的专业特点、学生实际情况，应进行适当的调整，不可绝对照抄。第1章直流电路分析方法本章从电路的组成及其分类出发，介绍了电路模型的概念、求解电路模型的基本定律、电阻元件、电源元件的联接方式及其特点；在此基础上进一步介绍电路分析的常用方法：如等效变换、支路电流、结点电压、叠加原理、戴维宁定理等。本章为基础章，要求除书中标明的选讲内容外全部掌握本章建议学时数：12学时（学时数较多的专业建议增加1堂习题课）。一．引言本教材分两篇给大家介绍电工电子技术方面的基础知识，以使读者对其有初步了解二十一世纪是一个信息化、网络化、数字化的时代。新时代的工科生应掌握必要的电工电子技术方面的知识第1课二．直流电路概述1.直流电路的概念直流电路是指电路中的电流大小和方向均不随时间发生变化的电路电池电压能在一段时间之内能保持不变该电路在一段时间内电流大小和方向均不随时间发生变化，该电路为直流电路2．电路模型的引入将实际元件理想化，在一定条件下突出其主要电磁性质，忽略其次要性质，这样的元件所组成的电路称为实际电路的电路模型（简称电路）实际电气设备包括电工设备、联接设备两个部分。手电筒便是一个电气设备；它包括电池、筒体、开关和小灯泡电池、小灯泡为电工设备；筒体、开关为联接设备将电池视为内阻为R0，电动势为E的电压源；忽略筒体，开关视为理想开关；小灯泡视为电阻。则手电筒模型如图3.常见元件图形符号电阻元件的理想化条件R=U/I电压源的理想化条件U=EI=任意电流源的理想化条件I=ISU=任意可通过将实际元件理想化建立实际电路的电路模型，之后可利用相关理论求解该电路模型三．电压和电流的方向直流电路常用电流I、电动势E、端电压U来描述关于电压和电流的方向，有实际方向和参考方向之分正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向为电流的实际方向端电压的方向规定为高电位端（即“+”极）指向低电位端（即“-”极），即为电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位端（“-”极）指向高电位端（“+”极），即为电位升高的方向虽然电压电流的方向是客观存在的，然而，常常难以直接判断其方向常可任意选定某一方向作为其参考方向（电路中所标的电压、电流、电动势的方向一般均为参考方向）电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向一般用极性“+”、“-”来表示，也可用双下标表示。如Uab表示其参考方向是a指向b，a点参考极性为“+”，b点参考极性为“-”。选定电压电流的参考方向是电路分析的第一步，只有参考方向选定以后，电压电流之值才有正负。当实际方向与参考方向一致时为正，反之，为负。请判断上图中电动势E的方向及I’的值1.手电筒电路仿真分析演示在Multisim中打开源文件（1-2-3.ms10）单击运行按钮单击图中的开关闭合开关四．直流电路的计算机仿真分析方法仿真分析初步的思考上面的仿真做了什么工作？求出了电流！！！上面的仿真结果是否可以验证该电路设计是否正确？需要根据实际要求确定！！！额定值是电子设备的重要参数，电子设备在使用时必须遵循电子设备使用时的额定电压、电流、功率及其它正常运行必须保证的参数，这是电子设备的基本使用规则额定值是制作厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而对电压、电流、功率及其它正常运行必须保证的参数规定的正常允许值2、额定值与实际值当然，实际电子设备受实际线路、其它负载等各种实际因素的影响，电压、电流、功率等实际值不一定等于其额定值，但为了保证设备的正常运行及使用效率，它们的实际值必须与其额定值相差不多且一般不可超过其额定值。【例1.2.1】有一个额定值为0.3W的双节电池结构手电筒灯珠，请问其额定电流为多少？该灯珠额定电流为0.1A上面的仿真结果显示，当该手电筒使用0.3W的灯珠时，流经灯珠的电流达到了额定要求3.仿真分析实现的步骤建立电路的模型定义输入、输出元件并设置输入元件参数启动仿真功能，求出输出参数并分析思考题计算机仿真分析的本质是什么？六．小结下课第2课在本次课中，我们将介绍直流电路分析的基本方法一．上一课回顾答案：I’所示方向请判断如右图中电流的实际方向二．欧姆定律答案：开关S断开，电流I=0AUcd=0V欧姆定律用公式表示为：R=U/I开关S闭合，电流I=1AUcd=4V三．基尔霍夫电流定律理解了电路模型以后，可以利用欧姆定律分析求解简单电路还应理解分析与计算电路最基本的定律：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和，即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零，这便是基尔霍夫电流定律几个概念支路：电路中的每一分支称为支路，一条支路流过同一个电流，称为支路电流。结点：电路中三条或三条以上的支路相联接的点称为结点图示电路共有三个电流，因此有三条支路,分别由ab、acb、adb构成。图示电路共有两个结点a和bacb、adb两条支路中含有电源，称为有源支路；ab支路不含电源，称为无源支路对图示结点，其流入该结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和，即：I3=I1+I2基尔霍夫电流定律通常应用于结点，但也可以应用于包围部分电路的任一假设的闭合面可见，任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和恒等于0在图示电路中，有：IA+IB+IC=0（请注意IA、IB、IC均为流入电流）可通过【例1.3.2】来理解四．基尔霍夫电压定律分析与计算电路最基本的定律还有：基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律表述如下：在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零，这便是基尔霍夫电压定律。回路的概念：回路是一个闭合的电路上图中，E1、R1、R3构成一个回路；R3、R2、E2也构成一个回路回路可分为许多段，在左图中，E1、R1、R2、E2构成一个回路，可分为E1、R1、R2、E2四个电压段。回路电压关系为：U1+U4-U2-U3=0即：ΣU=0（假定电位降为正）从b点出发，依照虚线所示方向循行一周，其电位升之和为U2+U3，电位降之和为U1+U4；回路中各段电压的代数和为零，这便是基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律不仅可应用于回路，也可以推广应用于回路的部分电路对想象回路应用基尔霍夫电压定律，有UAB=UA–UB在左图示电路中，我们想象A、B两点存在一个如图示方向的电动势，其端电压为UAB，则UA、UB、UAB构成一个回路这便是基尔霍夫电压定律的推广应用可通过【例1.3.3】来理解基尔霍夫电压定律五．利用支路电流求解电路当列出全部的结点和回路方程时，有些方程不独立。选择独立方程的原则如下：对n个结点、m条支路的电路，可列出n-1个独立的结点电流方程和m-n+1个独立的回路电压方程。以支路电流作为电路的变量，应用基尔霍夫电流定律和电压定律分别对结点和回路建立求解电路的方程组，通过求解方程组求出各支路电流并求出电路其它参数的分析方法便是支路电流法图中共有3个支路和2个结点对结点a应用基尔霍夫电流定律，对abC、abd两个回路应用基尔霍夫电压定律，可列出如下三个方程：130=20I1+5I380=5I2+5I3I1+I2=I3【例1】在右图中，E1=130V、E2=80V、R1=20Ω、R2=5Ω、R3=5Ω，请求各支路电流？I1=4A、I2=6A、I3=10A六．利用结点电压公式求解电路其结点间电压如下（解释）：支路电流法是求解电路的基本方法，但随着支路、结点数目的增多将使求解极为复杂对右图示两个结点、多个支路的复杂电路运用结点电压公式解题步骤如下：1、在电路图上标出结点电压、各支路电流的参考方向；2、根据式(1-4-2)求出结点电压注意：在用式(1-4-2)求出结点电压时，电动势的方向与结点电压的参考方向相同时取正值，反之，取负值，最终结果与支路电流的参考方向无关。若电路图中结点数目多于两个，则式(1-4-2)不可直接使用，可列出联立方程或变换到两个结点求解。3、对各支路应用基尔霍夫电压定律，可求出各支路电流；4、求解电路的其它待求物理量。选定结点间电压参考方向为U方向，根据式(1-4-2)，有【例2】在右图中，E1=130V、E2=80V、R1=20Ω、R2=5Ω、R3=5Ω，请求支路电流I3？七．小结下课第3课在本次课中，我们将介绍电阻元件的串联、并联、三角形、星形联接等上一课回顾答案：为负结点示意图如右图，已知I1、I2的数值为正值，请问I3的数值为正还是为负？左图中，请判断它共存在多少个回路?有多少决定电路结构的回路答案：7、3一．什么是等效由电路元件相联接组成、对外只有两个端钮，这个网络整体称为二端网络两个二端网络等效是指对二端网络外部电路而言，它们具有相同的伏安关系对45Ω电阻而言，二端网络N1、N2具有相同的伏安关系，2个二端网络等效二端网络N1、N2内部而言，流过5Ω电阻上的电流Is、I0不同，显然是不等效的二．电阻元件的联接概述对于复杂电路，纯粹用基尔霍夫等定律分析过于困难需要根据电路的结构特点去寻找分析与计算的简便方法电阻元件是构成电路的基本元件之一，采用不同的联接方法，电路的结构便不一样，其分析方法也就可能不同。在实际使用中，电阻元件的联接方式主要有：串联联接、并联联接、三角形联接、星形联接、桥式联接方式等。三．电阻元件的串联联接如果电路中有两个或更多个电阻一个接一个地顺序相联，并且在这些电阻上通过同一电流，则这样的联接方法称为电阻串联（如右图）两个电阻R1、R2串联可用一个电阻R来等效代替，这个等效电阻R的阻值为R1+R2（即右上图可用右下图等效）串联是电阻元件联接的基本方式之一，也是其它元件联接的基本方式之一电阻串联的物理连接特征为电阻一个接一个地顺序相联电阻串联的应用很多。例如在负载额定电压低于电源电压的情况下，可根据需要与负载串联一个电阻以分压串联电阻上电压的分配与电阻成正比，电阻R1、R2上的电压如右电阻串联的几点结论两个电阻R1、R2串联可用一个电阻R来等效代替，等效电阻R的阻值为R1+R2四．电阻元件的并联联接如果电路中有两个或更多个电阻联接在两个公共的结点之间，则这样的联接方法称为电阻并联（如右图）两个电阻R1、R2并联可用一个电阻R来等效代替（这个等效电阻R的阻值的倒数为（1/R1+1/R2），即右上图可用右下图等效电阻并联的物理连接特征为两个或更多个电阻联接在两个公共的结点之间一般负载都是并联使用的。各个不同的负载并联时，它们处于同一电压下，任何一个负载的工作情况基本不受其它负载的影响并联电阻上电流的分配与电阻成反比，电阻R1、R2上的电流如右电阻并联的几点结论两个电阻R1、R2并联可用一个电阻R来等效代替（其阻值的倒数为（1/R1+1/R2）通过合并串并联电阻简化电路是分析电路的基本方法之一，下面我们通过几个例题来理解其应用用电阻R23等效替换R2、R3（这种变换对电阻R1而言是等效的，对R2、R3而言是不等效的）；再用电阻R等效替