1、任务一任务一 认识电路与电路图认识电路与电路图1.掌握电路的基本组成以及各组成部分的作用。2.能描述电路中各种常用电器元件图形符号的含义。在日常生活中，经常会用开关去控制一盏灯的亮灭，这时就需要将电池、灯泡、开关等电气元件组合起来，就构成了电路。如图1-1所示为开关控制一盏灯的实物图和电路图。下面结合该图来具体学习电路及其组成的有关知识。所谓电路,就是指电流所流过的路径。如图11所示,就是通过开关、连接导线把电池和灯泡连接起来的一个照明电路。当合上开关时,有电流流过灯泡,灯泡亮起来;当断开开关时,没有电流流过灯泡,灯泡熄灭。1.电源电源电源是产生电能的装置,其作用是将其他形式的能转化为电能。2
2、.负载负载负载又称为用电器,它是消耗电能的装置,其作用是把电能转化为其他形式的能。3.开关开关开关属于控制装置,在电路中起着接通或断开电路的作用。4.连接导线连接导线电源、负载、开关可以通过连接导线连接起来,组成一个完整的电路。电路可以用电路图表示,电路图是由理想元件的图形符号所表示的电路模型。如图12 所示为几种常见的电路图形式。图12 几种常见的电路图形式 a)全电路 b)共基极放大电路 c)三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路 图12 几种常见的电路图形式 为了读图方便直观,通常采用国家统一规定的图形符号来画电路图。常用电气元件的图形符号及文字 代 号 见 表 11任务二任务二 认识电
3、流与电压认识电流与电压1.熟练掌握电流的概念、分类,以及电流大小、方向的规定能描述电路中各种常用电器元件图形符号的含义。2.熟练掌握电压的概念3.熟练掌握电位及电动势的概念为了让使用者能够正确使用各种电气设备,一般都在其显著位置上标注有关的电路参数。如图14所示为一个电力驱动控制电路中常见的行程开关,其表面标有“AC 3 8 0V,DC 2 2 0V,5A”等字样,用来提示使用者它们的性能参数。它们的含义是什么呢?通过本任务的学习来认识这些电工学中的基本物理量。电流是电荷有规则地定向移动形成的。规定以正电荷定向移动的方向为电流的正方向;而在金属导体中,电流是由自由电子有规则地定向移动形成的,即
4、与电流的正方向相反,如图15所示。在分析计算电路时,需这在直流电路中比较容易。而在交流电路中，就需要先假设电流的正方向（参考方向），然后在求解。若求解出的电流为正值，则表明实际方向与假设的参考方向相反；否则，实际方向与参考方向相反，如图1-6所示。电流是一个既有大小又有方向的物理量,根据电流大小和方向随时间变化的情况,可以把电流分为直流电流(DC)和交流电流(AC)两大类。直流电流又分为稳恒直流电和脉动直流电。稳恒直流电是大小和方向都不随时间变化的电流,如图17 a所示;脉 动直流电是指方向不变,而大小随时间变化的电流,如图17 b和图17 c所示;交流电流是指大小和方向都 随 着 时 间 变
5、 化 而 变 化 的 电 流,如 图 17 d所 示 为最 常 用 的 正 弦 交流电的波形图。我们知道水在一定的压力下能产生水流,那么电荷是不是也是在一定的“压力”下才能产生电流呢?如图18所示,电荷Q 会在电场力的作用下从a点移动到b点,这时称电场力对电荷做了功。为了衡量电场力对电荷做功本领的大小,引入一个物理量 电压。图18 电场力做功示意图 电压的单位是伏特(V),常用的单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)和微伏(V),它们之间的换算关系为 1kV=10 0 0V1V=10 0 0mV1mV=10 0 0V 电压与 电 流 一 样,既 有 大 小 又 有 方 向。对 于 负 载 而言,规
6、定电流流进的端为电压的正端,电流流出的端为电压的负端,电压的方向由正端指向负端。如图19所示的白炽灯电路中,标注出了电压与电流的方向。讨论电位时,需要首先在电路中任选一个点作为参考点(零电位点),那么电路中a点的电位就可以定义为:电场力将单位正电荷从a点移动到参考点o所做的功,即 电动势是衡量电源将非电能转化为电能的本领的物理量,其定义是:在电源内部,外力将单位正电荷 Q 从电源的负极移到电源的正极所做的功。电动势用符号 E表示,单位也是伏特(V)。电动势既有大小又有方向,由定义可知,在电源内部,电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极,即由低电位指向高电位,如图11 0所示。图11 0 电源
7、的电动势方向 任务三任务三 认识电阻与电阻定律认识电阻与电阻定律1.掌握电阻的有关概念和性质2.掌握伏安特性曲线3.熟悉常见电阻器的外形及表示方法4.能规范使用万用表测量电阻电阻是电路中最常见的元件。那么,什么是电阻?它的大小与哪些量有关?如何对电阻的大小进行测量?本任务中将具体学习电阻的有关知识,并学习一个重要的测量工具-万用表。自然界中的各种物体,按其导电性能来分,可分为导体、绝缘体、半导体三类。其中导电性能良好的物体叫作导体,例如,在电路中常用的铜导线、铝导线等都是导体。任何导体都有电阻,电阻是客观存在的,并且不随导体两端电压的变化而变化。电阻率是与导体材料性质有关的物理量,它在一定温度
8、下为常数,表13列出了几种常用材料在2 0时的电阻率。表13 几种常用材料的电阻率 在温度一定的条件下,通过导体的电流随电压变化而变化的关系曲线,称为电阻的伏安特性曲线,如图111所示。其中线性电阻的阻值不随外加电压的变化而变化,是一个常数,常见的电阻大多数是线性电阻。非线性电阻的阻值不是一个常数,它随着外加电压的变化而变化,电子技术中使用的二极管、三极管都属于非线性电阻。图11 1 电阻的伏安特性曲线 另外,还可以通过伏安特性的斜率大小来判断电阻值的大小。图112中给出了3个电阻的伏安特性曲线,斜率越大表明电阻值越小,图中三个电阻的关系为R3R2R1。图11 2 伏安特性曲线 电阻是电路中使
9、用最多的元件之一,按结构可分为固定电阻器、可变电阻器和特殊电阻器三大类。常见电阻器的外形图如图11 3所示。图11 3 常见电阻器的外形图 电阻器在实际选用中主要考虑标称阻值、额定功率和允许偏差这三个参数。这些参数一般在元器件的表面标注出来,电阻器常用的标注方法有直标法和色环法两种。直标法就是将电阻器的主要参数直接标注在电阻器的表面,主要应用在大功率的电阻器上,比较直观,便于读数。如图11 4所示为直标法的电阻标注及其含义。色环法就是用不同的颜色环标在电阻上表示不同的数字,通过颜色的不同来表示电阻值和精度的方法,一般有四环法和五环法,如图11 5所示。有关色环标注的含义见表14。图11 5 色
10、环标注的含义 例如,一只标有蓝、灰、橙、金4个色环的电阻器,其阻值大小为6 8k,允许偏差为5%;一只标有红、红、黑、金、棕5个色环的电阻器,其阻值大小为2 2,允许偏差为2%。图11 6 模拟式万用表 1.测电2.测直流电流压3.测电阻 用指针式万用表测量电阻的方法用指针式万用表测量电阻的方法 任务四任务四 认识欧姆定律认识欧姆定律1.熟练掌握部分电路欧姆定律2.熟练掌握全电路欧姆定律有一只量程为2 5 0V 的直流电压表,其等效电路如图11 8所示,电压表内阻为5 0k。用它测量电压时,允许通过的最大电流是多少?对于如图11 9所示的“部分电路”,通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比,与电
11、阻成反比,这就是部分电路欧姆定律。全电路欧姆定律的内容:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路的总电阻成反比(总电阻包括电源的内阻和外阻),数学表达式为 U内 电源内阻的电压降;U外 外电路的电压降,也就是常说的电源端电压 图12 0 全电路 如图12 1所示,开关S可以分别处于位置1、2、3上,分别对应电路的短路、开路和通路状态,利用全电路欧姆定律,可以分析出电路在不同状态下输出电流与电源端电压之间的关系。1.短路 当开关处于位置1时,电路处于短路状态。实际上相当于用导线直接将电源两端进行连接,所以电源的端电压U外=0,电流实际应用时常使用熔断器来实现短路保护,一旦电路中发生短路事故,
12、熔断器就会因为过大的电流而自动切断电源,从而起到了保护电路的作用。如图12 2所示为熔断器及其符号以及在电路中的应用。2.开路 当开关处于位置2时,电路处于开路状态,也称为断路。这时电路的总电阻为。根据全电路欧姆定律可知,电路中的电流I=0,电源的端电压U外=E-I r=E,即电源的开路电压等于电源的电动势。3.通路 当开关处于位置3时,电路处于通路状态。电路中的电流为 由此也可推导出电源的端电压与输出电流之间的关系为 U外=E-U内=E-I r 任务五任务五 认识电功与电功率认识电功与电功率1.掌握电功和电功率的定义以及两者之间的关系2.理解电气设备额定值的重要意义 3.能根据负载获得最大功
13、率的条件推算负载功率并准确选用负载 电功率是用来表示电流做功快慢的物理量,是单位时间内电场力所做的功。常用电功率单位的换算关系为 1MW=10 0 0kW1kW=10 0 0 W 1 W=10 0 0mW 电功是用来表示负载在一段时间内所消耗电能的大小,电功不仅取决于负载功率的大小,还与负载的工作时间长短有关,即 为了保证电气元件和电气设备能够长期安全地工作,需要按照元件和设备上所标注的额定值进行工作。电气设备通常有三种工作状态:满载、轻载和过载。额定功率下的状态称为额定工作状态,也就是满载;低于额定功率的工作状态为轻载;高于额定功率的工作状态称为过载(或超载),在过载情况下电气设备和元件很容
14、易被烧毁,因此,实际中应采取相应措施,如采用热继电器、过流继电器或熔断器等,来防止过载现象的发生。在电源一定的情况下,当负载电阻和电源内阻相等时,负载可获得最大功率,所获得的最大功率可以用下式计算:任务一任务一 分析电阻串联电路分析电阻串联电路1.掌握电阻串联电路的基本特点 2.掌握电阻串联电路在实际中的应用3.能进行电阻串联电路的分析计算 某电路需要2 0k 的电阻进行限流,而目前只有若干5k 的电阻,应对电阻如何连接才能满足要求?本任务将主要学习电阻串联电路的特点及其实际应用。(1)串联电路中电流处处相等。即(2)中,总电压等于各电阻两端的电压之和。即串联电路(3)串联电路中,总电阻等于各
15、个串联电阻之和。即 由于串联电路中电流处处相等,所以在各个电阻上产生的电压为 因此等效电阻(4)串联电路中,各电阻上的电压之比等于各电阻大小之比。即 1.分压作用 利用电阻串联的分压作用可以实现扩大电压表量程的目的 当电流表指针满刻度时,电流表两端的电压为 Ug=I gRg=5 01 0-6 31 0 3=0.1 5V 则所串入的电阻分得的电压为9.8 5V,由于串联电路中电流处处相等,由此可求出电阻值为1 9 7k。2.限流作用 在大功率电动机启动时,为防止启动电流对电动机的冲击作用,常采用串电阻启动的方法来减小启动电流,从而保护电动机。这就是利用了串联电阻后,总等效电阻增大,而在电源电压不
16、变的情况下,电阻越大,电流越小的特点,从而起到“限制电流”的作用。通过以上分析,要想由若干5k 的电阻得到2 0k 的电阻,可以将四个5k 的电阻进行串联使用,由此得到2 0k 的等效电阻,如图12 7所示。任务二任务二 分析电阻并联电路分析电阻并联电路1.掌握电阻并联电路的基本特点2.掌握电阻并联电路在实际中的应用3.能进行电阻并联电路的分析计算如图12 8所示为电阻并联电路。把几个电阻的一端连接在电路的一个点上,另一端连接在另一个点上,这种连接方式称为电阻的并联。如图12 9所示为n个电阻的并联电路。图12 9 电阻并联电路 a)并联电路的基本结构 b)等效电路(1)并联电路中各电阻两端的
17、电压相等,且等于电路两端的电压。即(2)并联电路的总电流等于各电阻支路电流之和。即(3)并联电路总等效电阻的倒数等于各电阻的倒数之和。即 U=U1=U2=U3=Un I=I 1+I 2+I 3+In(4)并联电路中电流的分配与电阻大小成反比。即(5)并联电路中功率的分配与电阻大小成反比。即 1.分流作用 在电工测量中,可以使用并联电阻的方法扩大电流表的量程,如图13 0所示,在只能测量小电流的表头两端,并联上一个合适的电阻 R L,可以实现扩大电流表量程的目的。2.恒压供电 3.获得较小电阻值 任务三任务三 分析电阻混联电路分析电阻混联电路1.掌握电阻混联电路的基本特点2.能进行电阻混联电路的分析计算 如图13 1所示的电路中,既包含电阻的串联,又有电阻的并联,这样的电路叫作电阻的混联电路
