电工电子技术基础第1章-课件(2).ppt

1、第一章 电路的基本概念与基本定律1.1电路及电路模型一.电路 电路就是电流通过的路径,以手电筒为例:图1-1E实际电路元件电路模型开关电池电珠 又如扩音机,其电路示意图为:图1-2二.电路的作用1.电能传输与转换。2.信号的传递与处理。三.电路的基本组成 以手电筒为例,包括:电源:电池,提供能量。负载:电珠,把电能转化为其他形式的能量(光能)。开关:控制电路通或断。导线:筒体,输送和分配电能。1.1.2 电流、电压及其参考方向带电粒子向一个方向移动形成电流。带电粒子如电子(带负电荷)、离子(可带正或负电荷)、空穴(带正电荷)。电流由其大小与方向来描述。1.电流的大小 用电流强度来表示,定义为单

2、位时间内通过导体横截面的电荷量。即:(1-1)图1-3tqiis在电工技术中有时采用比安培更大的单位千安培(KA),电子技术中则采用小电流的单位,如毫安(mA),微安(),纳安(nA)。电流强度的单位是安培(A)。当dq =1C,dt=1S,则i=1A。(1-2)(1-2)tqI 式(1-1)可改写为:如果电流不随时间变化,=常数,这种电流称为直流,这时,dtdquA 2.电流的方向 电流的实际方向正电荷运动的方向规定为电流的方向,负电荷形成的电流其方向与运动方向相反。图图1-41-4如图1-4,带电极板使电荷运动,电荷形成的电流方向为自A到B,这就是电流的实际方向。+电流的参考方向在较复杂的

3、电路中,某支路ab其实际电流方向在求解前往往很难判断.但描述电路元件性质和连接方式规律的公式的列写都与电流的方向有关为此在进行分析之前,我们必须给各支路的电流一个假定的正方向用箭头表示,称为电流的参考方向,也称为假定方向。电流的参考方向AB电流的实际方向将根据求解后电流数值的正负以及电流的参考方向来决定,电流的大小由电流数值的绝对值来表示。如图1-5中,若求解结果 i=5A，则表示该支路电流大小为5A，方向由a到b,若i=-5A，则表示这段电路中的电流大小为5A，方向为由b到a。注意:如果参考方向事先没有给定,也就无法根据电流的正负确定实际电流方向。此外，电流方向除了用箭头表示外,还可以用双下

4、标表示,如图1-5中电流可表示为Iab。1.1.3电压、电位、电动势1.电压电压就是单位正电荷从电路中的一点移至另一点时电路所吸收或放出的能量。若为吸收能量则称为电压降;若为放出能量则称为电压升,电压升就是负的电压降。dqdwu (1-3)应该指出,有时“电压”一词就是指电压降用u表示。即:式中dw为电路吸收的能量；dq为通过的电荷。一库仑的正电荷被电路吸收的能量若为一焦耳,则该电路的电压降为一伏特。2.电压参考极性电路中某两点a、b间,在某一时刻的电压可能是电压降,也可能是电压升。这一情况,在求解之前也是不知道的,但描述电路元件性质和连接方式的公式的列写也是与这个电压的极性有关的,所以,在作

5、电路分析之前,我们也必须给出一个假定的电压降方向,用“+”、“-”号表示,“+”号表示高电位端,“-”表示低电位端,如图1-8所示：图1-8电路中两点间电压的真实极性由求解所得电压数值的正.负以及电压的参考极性来确定。如图1-8中,若u=5v则表示a,b两点间电压的大小为5v,且a点是高电位端,b点是低电位端,a到b有5v的电压降;若u=-5v,则a,b两点间电压为5v,但b点是高电位端,或说a到b有5v电压升。在图1-10中标示的u和i的参考方向下，对元件B而言，其电压、电流的参考方向是关联的；而对元件A而言，其电压、电流的参考方向是非关联的。例1-1考察图1-10所示两电路元件.图1-10

6、第（5）页关于四端网络电压电流方向的规定。1I2I1U2U四端网络四端网络图1-11abcdE3.电位而电路中其它各点对该点的电压就称为相应点的电位。参考点的电位规定为零。在电路中，特别是在电子电路中，选择一个点作为参考点，如图1-11中,若选d点为参考点，则a、b、c各点的电位为由电压和电位的概念可知，电路中某两点的电压一定等于该两点间的电位之差，如在图1-11中cdcuu bdbuu adauu baabuuu caacuuu 在电子仪器中通常选取公共接地点或仪器的外壳作为参考点，在电路图中 符号 或 表示，必须指出，各点电位的大小和正负，与所选参考点有关，而某两点之间的电压却与参考点无关

7、。可见,不管电位参考点选在何处,灯上电压 将均为+10V。对于(a),对于(b),VuB5 VuC10 VVVuuuACCA10010 VuA5 VuC5 VVVuuuACCA10)5(5 CAu 例1-2 如图1-12所示。图1-125V灯灯E1E2ABC+-+-5V灯灯E1E2ABC+-+-(a)选选A点为参考点,点为参考点,UA=0V(b)选选B点为参考点,点为参考点,UB=0V4.电 动 势由电源E和外电路R构成的电流通路。在电源两极板电场的作用下正电荷从电极a经外电路R 流向电极b,流经R 时,正电荷放出能量,而外电路R吸收能量。电荷的移动使电极a正电荷减少,电位逐渐降低,电极b因正

8、电荷 的增多,电位逐渐升高,其结果是a和b两电极的电位之差逐渐减小,电流亦逐渐减小。为了维持电流的持续性,电源应该产生外力(电源力),把正电荷从电源负极(低电位处)电磁力又由热或机械力转化而来。对于发电机这种电源力是电磁力,在电池中这种电源力就是化学力,重新送到电源正极(高电位处)。图1-13设电源力把电荷q 从电源极板b移动到极板a,所做的功为w,则电源电动势E定义为(1-4)dqdwE 若电源力把1库仑正电荷从电源负极移动到电源正极所做的功为1焦耳,该电源的电动势等于1伏特。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位端指向 高电位端,即为电动势升高的方向。一个实际电源除了包含电动势E,还包含

9、内电阻R0,如图1-14所示.图1-14+-E电源电源0R单位时间内某电路所吸收或放出的能量称为该电路的功率。若dt时间内,电路能量的变化为dw,则定义电功率 (1-5)一个二端网络所吸收或放出的功率与端电压、电流的关系为 (1-6)当p0为吸收功率,p0为放出功率。1.1.4 电功率和电能量一.电功率dtdwp iudtdqdqdwdtdwp 结论:1.一个二端网络所吸收的功率等于在关联参考方向上的端电压与电流的乘积;如果u与i 是非关联的,则u与i 的乘积是该二端网络所放出的功率。2.要判断一个二端网络是吸收还是提供功率，只要看实际电压与电流的方向是否一致。一致的为吸收功率，不一致的为提供

10、功率。i uR 非关联 非关联放出功率放出功率 关联 关联吸收功率吸收功率图1-15对于直流电或正弦交流电，电阻所吸收的功率可以写为RIRUIUP22 (1-7)电功率P也可表述为：单位时间内电流所做的功，单位是瓦(W),或KW、mW、W等。二.电功电能)定义为：电流通过负载所做的功，与电功率的关系为：PtW 对于220伏市电，电功的实际单位是千瓦小时(KWH)，简称“度”。例1-3试计算图1-16电路中负载在一小时内消耗的电能。负载电阻为图1-16该负载一小时消耗的电能为 11002.0220AVIURkWWIUP044.0442.0220 度度044.01102202.03 IUtPtW2

11、20VUI=0.2AR负载负载1.2 电阻元件v 金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动。电子在移动的路径上，会受到阳离子的阻碍，把这种阻碍现象用电阻来描述。习惯上电阻元件常常简称为“电阻“。v电子为了克服这种阻碍继续移动，电场力就要做功，就必然引起电能的消耗。可见电子的移动过程也是电能的消耗过程。所以说电阻是耗能元件。消耗的电能一般以热能形式释放。1.1.5 电路的工作状态1.通路工作状态+-ER0RUKI电动势电动势电源内阻电源内阻负负载载最简单的电路最简单的电路图1-17研究图1-17电路，当开关K闭合时根据欧姆定律，电路中的电流为RREI 0(1-10)负载电阻两端的电压为于是IR

12、U 0IREU (1-11)上式表示了电路在有载工作状态下电源端电压U与输出电流I的关系，如图1-18所示，称为电源的外特性曲线，又称负载特性。UEI0电源的外特性曲线电源的外特性曲线图1-18结论：1.负载电阻越小，电流越大。2.电流越大，电源两端电压越小。2.2.开路开路开关断开，电路开路（空载），I0,这时电源的端电压称为开路电压或空载电压U0，显然电路开路时，EUUI 003.短路K闭合时若电源负载端短路，R=0,U=0,这时电源输出电流很大，称为短路电流IS。显然，电路短路时，0 U0REIIS 由于短路电流IS远大于正常输出电流，电源能量全部消耗在它的内阻上，造成电源损坏，这是不允

13、许的。因此常在电路中接入熔断器或自动断路器，起到保护作用。第1章1.2.1 1.2.1 电阻元件电阻元件电阻（电阻（R）：具有消耗电能特）：具有消耗电能特 性的元件。性的元件。RuRiuiPRiu22,Riu1.2.2欧姆定律一、它是电路的基本定律。欧姆定律指出：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，用公式表示RIU(1-8)式中比值R即为该电阻的阻值。用伏安特性表示该电阻,如图1-19所示。电阻单位：,K,M。图1-19U(V)I(A)线性电阻元件的伏安特性线性电阻元件的伏安特性1.2.3.电阻器的基本参数下面我们研究图1-20所示某导电材料AB两端之间的电阻阻值。A AB BS SL L材

14、料的电阻材料的电阻图1-20 由于RAB正比于长度l，反比于截面积S，即SlRAB (1-9)式中系数称为电阻率，单位为欧姆米(m)。电阻排电阻排绕线绕线电阻电阻普通金属普通金属膜电阻膜电阻热敏热敏电阻电阻几种常见的电阻元件几种常见的电阻元件 1.1.1.1.3 3 电容元件电容元件电容：具有存储电场能量特性的元件电容：具有存储电场能量特性的元件。上页下页返回uiCi=Cd ud ti=d ud tCd qd t=电容是一种储能元件，电容是一种储能元件，储存的电场能量为：储存的电场能量为：221uCWCC=q/u几种常见的几种常见的电容器电容器普通电容器普通电容器电力电容器电力电容器电解电容器电解电容器1.1.4 1.1.4 电感元件电感元件 单位单位：H,mH,HiiNL 电感：能够存储磁场能量的元件。电感：能够存储磁场能量的元件。第1章L L符号符号iddLiueLt ddddLieLtt 电感元件的基本关系式电感元件的基本关系式第1章上页下页返回uiL L+-+-i电感是一种储能元件电感是一种储能元件，储存的磁场能量为，储存的磁场能量为221iLWLeL第1章几种常见的电感元件几种常见的电感元件带有磁心的电感带有磁心的电感陶瓷电感陶瓷电感铁氧体电感铁氧体电感