电工电子技术-第一章基本概念与基本定律课件.ppt

1、1电工技术：电工技术：电路理论：电路理论：直流、交流、暂态、非正弦。直流、交流、暂态、非正弦。磁路和电机：磁路和电机：变压器、电磁铁、变压器、电磁铁、三相异步电动机及控制。三相异步电动机及控制。电子技术：电子技术：模拟电子线路：模拟电子线路：半导体器件、分离件放大器、半导体器件、分离件放大器、集成运放、电源集成运放、电源数字电路：数字电路：各种门电路、组合电路、各种门电路、组合电路、时序电路及时序电路及555的应用电路。的应用电路。2一、电工学课程的作用和任务一、电工学课程的作用和任务 电工学是研究电工学是研究电工技术电工技术和和电子技术电子技术的理论和应的理论和应用的技术基础课程。作为技术基

2、础课程，它应具有用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有基础性、应用性基础性、应用性和和先进性先进性。 基础基础是指基本理论、基本知识和基本技能。是指基本理论、基本知识和基本技能。 应用应用是指课程内容要理论联系实际，建立是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。重视实验技能的训练。 先进性先进性是指电工学课程内容和体系随着电是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新。工技术和电子技术的发展应不断更新。3二、电工技术和电子技术发展概况二、电工技术和电子技术发展概况45三、课程的学习

3、方法三、课程的学习方法6 电路理论电路理论就是研究电路基本规律的一门学就是研究电路基本规律的一门学科，它是一门具有丰富内容的学科，它的理论科，它是一门具有丰富内容的学科，它的理论和方法，在其它领域也得到了和方法，在其它领域也得到了广泛的应用。广泛的应用。已知输出输入的条件，已知输出输入的条件，求元件参数和电路结构。求元件参数和电路结构。电路理论：电路理论：电路分析电路分析：电路综合电路综合：已知电路结构、元件参数，已知电路结构、元件参数，求电路中的电流、电压和求电路中的电流、电压和功率。功率。7下面我们看一个例题，下面我们看一个例题，USRRLILLIU US SR+RR+RL LU US1S

4、1-U-US1S1? ? 不会求的原因是不会求的原因是电路中出现了两个回电路中出现了两个回路，我们对电路结构路，我们对电路结构的约束关系不了解，的约束关系不了解，所以不会求。所以不会求。求图示电路中的电流。求图示电路中的电流。U US2S2R R2 28第一章第一章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1-1 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分一、电路的组成一、电路的组成1电路：电路：电电池池负负载载开关开关2组成：组成：9（1）电能的传输与转换。）电能的传输与转换。 3作用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用户用户负载负载如：输配电电路。如：输

5、配电电路。10（2）信息的传输与处理。）信息的传输与处理。放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器如：各种信息处理电路等。如：各种信息处理电路等。E111A.EXEE111A.EXE111-2 1-2 电路的模型电路的模型 所谓所谓电路模型电路模型就是指一个就是指一个实际元件实际元件在在特定的特定的条件下条件下，所表现的，所表现的主要的主要的电磁特性电磁特性，而忽略其次，而忽略其次要因素，如要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我等。这种表示的参数，我们称为们称为集总参数集总参数。电电池池负负载载开关开关开关开关+-ER0UR 实际电路都是由一些实际电路都是由一些实际的元器件实际的元器件所组成。所组

6、成。在分析电路时，我们要对实际电路建立在分析电路时，我们要对实际电路建立数学模型数学模型电路模型电路模型。E111BE111B121-3 1-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2I II I电流的实际方向为正电荷的运动方向。电流的实际方向为正电荷的运动方向。（1）为什么要引入参考方向？）为什么要引入参考方向？a）复杂电路很难确定电流的实际方向。）复杂电路很难确定电流的实际方向。b）交流电路中，电流本身就是交变的。）交流电路中，电流本身就是交变的。（2）参考方向的选择：）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和原则上是任意的，实际和 电压的参考方向一

7、起选。电压的参考方向一起选。（3）参考方向的表示方法：）参考方向的表示方法：a）箭头；）箭头； b）双下标。）双下标。（4）电流正负的意义：）电流正负的意义： E112AE112AE112DE112D负负表示参考方向和实际方向相反。表示参考方向和实际方向相反。正正表示参考方向和实际方向一致。表示参考方向和实际方向一致。13-4Vc)正负号。正负号。电压和电动势的参考方向电压和电动势的参考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭头；箭头；b)双下标；双下标； 那么，在一个电路中，电流和电压的参考方那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应该向应该怎样选择怎样选择呢？呢？E112BE112B

8、14I（A）U（V）0U U- -+ +I IU U+ +- -I I欧姆定律是德国物理学家欧姆定律是德国物理学家乔治乔治欧姆欧姆在在1826年发现的年发现的（1787年年1854年）年）E112EE112EE113AE113AE113BE113B151-5 1-5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路本节主要讨论电路中本节主要讨论电路中电流、电压电流、电压和和功率功率方面的内容。方面的内容。1.5.1 电源有载工作电源有载工作R0EURabcd+-IR0EURabcd+-I 所谓有载工作状态，是指电源与负载所谓有载工作状态，是指电源与负载相连通，构成一个电流的回路。相连通，构成一

9、个电流的回路。E电动势电动势U端电压端电压R0电源内阻电源内阻R负载负载E114AE114A161、电压与电流、电压与电流 电源的伏安特性是指电源对电源的伏安特性是指电源对外供电时，其外供电时，其端电压端电压U和流过其和流过其中中电流电流I的关系。此种关系也称的关系。此种关系也称电源的外特性。电源的外特性。U=E-R0IRREI0RIU UI0E电源的外特性曲线电源的外特性曲线理想电源的理想电源的外特性曲线外特性曲线U=ER0EURabcd+-I172功率及功率平衡功率及功率平衡因为：因为：U=E-R0I所以各项同乘电流后可得功率平衡式：所以各项同乘电流后可得功率平衡式： 可以看出电源产生的功

10、率和电路中所有消耗可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗的功率是平衡的。的功率是平衡的。 R0EURabcd+-I式中：式中：P为电源输出功率；为电源输出功率；PE为电源产生功率；为电源产生功率；P为内阻损耗的功率。为内阻损耗的功率。功率的单位是瓦特（功率的单位是瓦特（W W）或千瓦（）或千瓦（KWKW）。）。183、电源与负载的判别方法、电源与负载的判别方法元件元件I+-UP=UI关联方向关联方向0电源电源0负载负载元件元件I-+U非关联方向非关联方向0电源电源0负载负载UIP19吸收）(414WUIP吸收）(11100WIUP发出）(551WEIPE00PPPE0P即：例题例题5V4I+-

11、Uab11A4VE ER R0 0R RU U0 0试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。解：解：20 （5）当）当R=RO时，电源输出功率为最大（最时，电源输出功率为最大（最大功率传输）。大功率传输）。几点注意事项：几点注意事项： （1）功率与电压的平方成比，即电压增大）功率与电压的平方成比，即电压增大1倍，倍，P增大增大4倍。倍。（2）P=UI为关联方向的关系式。为关联方向的关系式。 （3）在关联方向下功率大于）在关联方向下功率大于0为耗能，小为耗能，小于于0为放能（为放能（电源与负载的判别电源与负载的判别）。）。（4）对于独立电路来说）对于独立电

12、路来说P0。21 各种电气设备的各种电气设备的电压、电流及功率电压、电流及功率都有一个额定都有一个额定值，值，额定值额定值是是标明设备在给定条件下能正常工作而规标明设备在给定条件下能正常工作而规定的正常允许值。定的正常允许值。UN额定电压额定电压IN额定电流额定电流PN额定功率额定功率E114AE114A22特征特征1.5.2电源开路（引伸为支路电流为零）电源开路（引伸为支路电流为零）R0EURabcd+-II=0P=0U=E=U0（开路电压）（开路电压）E114BE114B23 特征特征1.5.3 电源短路电源短路R0EURabcd+-IU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I2，P=024

13、1-61-6基尔霍夫基尔霍夫定律定律（德国物理学家）（德国物理学家） 除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，还有基尔霍夫还有基尔霍夫电流定律电流定律(KCL)和和电压定律电压定律(KVL)。基。基尔霍夫电流定律应用于尔霍夫电流定律应用于结点结点 ，基尔霍夫电压定律应，基尔霍夫电压定律应用于用于回路回路 。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd255网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。1.6.1 名词解释名词解释+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd 1支路：电路中由一个或多个元件首尾相接构支路：电

14、路中由一个或多个元件首尾相接构成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。2结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。3回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。4网孔：内部不包含支路的回路。网孔：内部不包含支路的回路。E115AE115A261定义：在任一时刻，任一结点上的所有支定义：在任一时刻，任一结点上的所有支 路电流的代数和恒为零。路电流的代数和恒为零。 即即I=0；或；或 I入入= I出出 1.6.2 KCL（电流定律）（电流定律） I1+ I2-I3=0或或 -I1- I

15、2+I3=0也可写成：也可写成： I1+ I2 = I3 （入）（入） （出）（出）+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd273推广到广义结点上使用，任一闭合面。推广到广义结点上使用，任一闭合面。IAIBICIABIBCICAABCIC= ICA- IBC将三式相加得：将三式相加得： IA+IB+IC=0或或 I=0IA= IAB- ICAIB= IBC- IABIA+IB+IC=0【证明证明】28图示电路中，已知图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求求I2，I3和和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例题例题解：解：I3=I1I5=116=5（mA)I2

16、=I3I4=512=7（mA)I6=I1I2=11(7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)294物理意义：物理意义：KCL是电流的连续是电流的连续 性的体现，也是能量守衡的体现。性的体现，也是能量守衡的体现。5KCL对各支路电流施加了约束，对各支路电流施加了约束， 而与支路元件的性质无关。而与支路元件的性质无关。qq2q1301定义：定义：在任一时刻，沿任一回路内所有支路或在任一时刻，沿任一回路内所有支路或元件元件电压降电压降的代数和的代数和恒为零恒为零。1.6.3 KVL（电压定律）（电压定律）E= U 2表达式表达式 U=0 +-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd

17、E1=I1R1+ I3R3E2=I2R2+ I3R3E1=I1R1I2R2+E231例题：例题： 电路如图所示，已知电路如图所示，已知UAB=5V，UBC=4V，UDA=3V。试求：（。试求：（1）UCD；（；（2）UCA+-UABUDAUCDUBCABCD+-UCA解：解：（2）ABCA不是闭合回不是闭合回路，也可应用路，也可应用KVL求解。求解。（1）UAB+UBC+UCD+UDA=05+（4）+UCD+（3）=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=0UCA=1V32 （1）列）列KVL前，要首先选定回路绕行方向，前，要首先选定回路绕行方向，然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取然后再列

18、方程，电压降和回路绕行方向一致取正，否则取负。正，否则取负。 （3）KVL对闭合回路中各支路电压施加了对闭合回路中各支路电压施加了约束，约束，它与元件性质无关。它与元件性质无关。3讨论讨论U=E（2）KVL的另一种表达式。的另一种表达式。此时注意正负号的取法。此时注意正负号的取法。4绕行方向的选择：原则上是任意。绕行方向的选择：原则上是任意。33KCL和和KVL是在实验的基础上是在实验的基础上得出的，是分析电路的理论基得出的，是分析电路的理论基础，它和欧姆定律一起构成了础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的电路分析的两个两个基本依据基本依据。 局部约束方程：局部约束方程：U=RI整体约束方程：整

19、体约束方程：KCL和和KVL34 提到电位必须有参考点，在电路中，参考提到电位必须有参考点，在电路中，参考点选的不同时，电路中各点电位不同，但任意点选的不同时，电路中各点电位不同，但任意两点间的电位差不变。两点间的电位差不变。 1-7 电路中电位的计算电路中电位的计算+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V例如：例如：电路如图所示，如选电路如图所示，如选D或或B为参考点，为参考点，求各个电位及电位差。求各个电位及电位差。E116AE116A35+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V解：（解：（1）选选D为参考点则：为参考点则：UAC=VA-VC=50V（2）选

20、）选B为参考点则：为参考点则：UAB=VA-VB=80VVD=0VVA=140VVB=106=60VVC=90VUAB=VA-VB=80VVB=0V ；VA=80V ；VC=30V；VD=-106=-60V ；UAC=VA-VC=50V36204A6A10AABDC56+140V+90V电电路路化化简简电路化简电路化简E116BE116B+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V37例：例：电路如图所示，求开关电路如图所示，求开关S闭合和断开两种闭合和断开两种情况下的情况下的VA的电位。的电位。解：解：AS+12V10K10K（2）当）当S闭合时闭合时 （1）当）当S断开时断开时VA=12V VA=0V E116CE116C38作业作业2：作业作业1：P121.3.1，1.3.2