电工与电子技术B

电工与电子技术B电工与电子技术B第1章电路的基本概念与基本规律讲课老师：蒙自明（物理与光电工程学院）[e-mail]电工与电子技术B1课程内容第1章电路的基本概念与基本定律第2章电路的分析方法第3章电路的暂态分析第4章正弦交流电路第5章三相电路第6章磁路与铁心线圈电路第7章交流电动机第10章继电接触器控制系统电工与电子技术B2上册电工技术：主要体现的是电能的使用和转化。内容偏重于电路分析，即计算电路中流动的电流，阻抗以及加在电阻中的电压等。如常用的欧姆定律、基尔霍夫电流定律等。涉及到的主要是强电的电路，即电压和电流的量级单位多为伏和安，这一类的电路也叫电气电路。下册电子技术：同样基于上册的电路分析方法，在电路中引入了半导体器件，如二极管和三极管等。涉及到的电压和电流的量级单位多为毫伏和毫安，微安，所以是偏弱电的电路。这一类的电路也叫电子电路。电工与电子技术B3课程的学习方法非电类专业学生学习电工学重在应用多看教材和参考书籍相互之间的讨论（同学之间，同学老师之间）别期待着期末临时抱佛脚平时：30%（作业和到课情况（没到超过3次，会明显影响平时成绩），课堂上会随机出现一些平时加分的问题）考试：70%（期末闭卷统考）作业教完一章交一次。（每节课后布置作业，作业本/纸）课件（公共邮箱，教完一章放到邮箱）电工与电子技术B4参考资料《电路分析基础》李瀚荪编，高等教育出版社《图解电工学入门》OHM社编，科学出版社2001教材第七版序言罗列的立体化教材……麻省理工公开课：电路和电子学NIMultisim基于NIMultism10的电路仿真与设计姜三勇编《实例讲解Multisim10电路仿真》程勇编著人民邮电出版社2010年电工与电子技术B5课程的意义ForrestGump“Mymommaalwayssaid,Lifeislikeaboxofchocolates.Youneverknowwhatyou'regonnaget”电工与电子技术B6电与光电缆光缆电工与电子技术B7集成电路与集成光路Intel’sPhotonicTechnology2009report电工与电子技术B8硅材料的全光二极管阴极阳极单向导电的特性二极管FromOpticsExpressVol.19,Page26948电工与电子技术B9纳米光子学（nanophotonicsornano-optics）P.N.Prasad,“Nanophotonics,”Wiley2004.L.NovotnyandB.Hecht,“Principlesofnano-optics,”Cambridge2006NanophotonicsorNano-opticsisthestudyofthebehavioroflightonthenanometerscale.Wiki电工与电子技术B10第1章内容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电工与电子技术B11本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位。电工与电子技术B121.1电路的作用与组成部分电路是电流的通路，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。日常生活中常见的电路？？？电工与电子技术B131电路的作用(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发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线电工与电子技术B142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...输电线电工与电子技术B152电路的组成部分直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。电工与电子技术B161.2电路模型理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。手电筒的电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，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。例：手电筒R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。电工与电子技术B17符号手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。电工与电子技术B19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、mA低电位高电位kV、V、mV、mVkV、V、mV、mV1.3电压和电流的参考方向电工与电子技术B20(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_2.电路基本物理量的参考方向电工与电子技术B213实际方向与参考方向的关系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。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。abRI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。abRU电工与电子技术B221.3.2电工与电子技术B231.4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电工与电子技术B24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。电工与电子技术B261.4.21.4.3I=-2mA5V20V-25Vo断开时：Uab=6V,Ucd=0V闭合时：Uab=0V,Ucd=5.5V电工与电子技术B271.5电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载RREI0负载端电压U=IR特征:1.5.1电源有载工作IR0REUI①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。电工与电子技术B281.5.1电源有载工作开关闭合,接通电源与负载。RREI0负载端电压U=IR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–IRoUI=EI–I²RoP=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)。IR0REUI电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI0，电源；P=UI0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。1.根据U、I的实际方向判别2.根据U、I的参考方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。电工与电子技术B301.5.5电源负载负载电源I=-1A电源UR+-I=-1A负载电工与电子技术B31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电工与电子技术B321.5.2电源开路特征:开关断开I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoREU0电工与电子技术B331.5.3电源短路电源外部端子被短接特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）0SREIIU=0PE=P=I²R0P=01.短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0REU0电工与电子技术B341.5.1电工与电子技术B351.6基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。I1I2I3baE2R2R3R1E1123电工与电子技术B36例：支路：ab、bc、ca、…（共6条）回路：abda、abca、adbca…（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）adbcE–+GI2I4IGI1I3I电工与电子技术B371.6.1基尔霍夫电流定律(KCL定律)即:Ｉ入=Ｉ出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。实质:电流连续性的体现。或:Ｉ=0I1I2I3baE2R2R3R1E1对结点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。电工与电子技术B382．推广电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V电工与电子技术B39例：图中，I1=2A，I2=–3A，I3=–2A，试求I4。解：由基尔霍夫电流定律可列出：注：例式中有两套正负号，I前的正负号是由基尔霍夫电流定律根据电流的参考方向确定的，括号内数字前的则是表示电流本身数值的正负。I1–I2+I3–I4=02–（–3）+（–2）–I4=0得：I4=3Ai1i2i3i4电工与电子技术B40例I3A5A6A10A求图示电路中的电流I.解A465310I10653I3个交点合为1点，据KCL,电工与电子技术B41不可能I5=-8A电工与电子技术B42Id=-13mA电工与电子技术B431.6.2基尔霍夫电压定律（KVL定律)在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3baE2R2R3R1E112基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。电工与电子技术B441．列方程前标注回路循行方向；电位升=电位降E2=UB