电工电子技术概论课件.pptx

天津师范大学天津师范大学 绪绪 论论一、课程的地位和主要内容一、课程的地位和主要内容电子电工技术研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术电工技术 电电工电子技术工电子技术（电工学）（电工学）电子技术电子技术 电路分析基础电路分析基础 磁路与电机磁路与电机模拟电子技术模拟电子技术 数字电子技术数字电子技术 电工技术电工技术 直流电路（直流电路（1、2、3）；交流）；交流电路（电路（4 、5）；）；磁路和变压器（磁路和变压器（6）；交流电）；交流电动机（动机（7）。）。 模拟电子技术模拟电子技术二极管和晶体管（二极管和晶体管（14）；）；基本放大电路（基本放大电路（15）；集成运算放大器（）；集成运算放大器（16）；）；电子电路中的反馈（电子电路中的反馈（17）；直流稳压电源（）；直流稳压电源（18）。）。数字电子技术数字电子技术门电路和组合逻辑电路（门电路和组合逻辑电路（20）；）；触发器和时序逻辑电路（触发器和时序逻辑电路（21）二、电工电子技术的发展与应用二、电工电子技术的发展与应用现状容量大型化容量大型化器件小型化器件小型化功率电子技术功率电子技术微电子技术微电子技术设计自动化设计自动化EDAEDA技术技术1785年，库仑确定电荷间的作用力；年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出年，欧姆提出“欧姆定律欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1946年，诞生第一台电子计算机；年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。 ：发 展快速发展快速发展原因原因电能电能易转换易转换易传输易传输易控制易控制 电能的应用非常广泛，一个国家的电力发展水平标志了其生产发展的 水平。 在工业中在农业中 在国防科技中：在现代信息技术中：在日常生活中： 在医疗卫生行业：其他：为什么学习电工学1 1、电能的应用、电能的应用 在工业上的各种生产机械机床、起重机、轧钢机、锻压和铸造设备、鼓风机、水泵等都是用电来驱动的。 在机械制造工艺上电镀、电焊、高频淬火、电路冶炼金属、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等都离不开电能。 在自动控制系统中的某些物理量的测量和控制都可以通过电的方法来实现如测量和控制长度、温度、速度、压力、水位、流量等。 在工业中： 在冶金工业如电解、电镀和电冶炼等等 计算机检测控制系统原理框图计算机检测控制系统原理框图微微机机传传感感器器伺服伺服机构机构模拟模拟信号信号处理处理功率功率放大放大模数模数转换转换数模数模转换转换数字数字接口接口数字数字接口接口 被被 测测 控控 对对 象象干扰、噪声、漂移、非线性干扰、噪声、漂移、非线性电工电子技术的典型应用电工电子技术的典型应用模拟电模拟电子技术子技术数字电数字电子技术子技术电机电机在农业中： 在农业生产的现代化进程中电力也是其主要动力。 大型农场的机械化、自动化播种、收割、储藏和加工。 农业水利设施的修建和农田的自动灌溉等等。在现代信息技术中： 计算机和整个INTERNET网络都是由电能来支持的，一旦没有了电能，整个网络都将处于瘫痪状态。 任何一个与信息技术有关的行业和用户，如果没有了电能，其工作也将无法开展证卷公司将不能营业，各部分的信息也不能流动在日常生活中： 在我们日常的生活中，电能就更是不能缺少的了。 例如：我们生活中的最基本的要求就是照明，此外，为了提高物质生活水平，有空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲等。丰富精神生活的电视机、音响、家用PC等。 所以说，电工电子水准是现代化的一个重要标志，直接影响到工业、农业、科学技术和国防建设也直接影响到亿万人民的物质、文化生活，关系着广大群众的切身利益。 电能具有其他能量形式无法比拟的优越性电能热能光能声能电能风能核能水位能机械能太阳能化学能v便于转换便于转换1 1、电能的特点、电能的特点电能具有其他能量形式无法比拟的优越性v便于输送便于输送 由于发电厂通常建于能源产地，而用电单位常常位于能量匮乏的大城市，电力的输送通过电缆实现。如果输送能源，则会很不方便。 电能可以方便地被输送到远方，而且输电设备简电能可以方便地被输送到远方，而且输电设备简单，输电效率很高。单，输电效率很高。 此外，电能也可以不通过导线而以电磁波的形式传播。此外，电能也可以不通过导线而以电磁波的形式传播。 电能具有其他能量形式无法比拟的优越性v便于控制便于控制 利用电能可以达到高度自动化利用电能可以达到高度自动化。例如，控制生产过程或设备，实现程序控制、最佳状态控制；检测生产过程的各种参数，转换成一定的电信号，实现自动调节和管理自动化。同时： 可方便的控制其大小大小可方便的控制其形式形式可方便的控制其有无有无三、三、如何学好电工电子技术如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少课程特点：内容多且广、学时相对少1 1、注意掌握、注意掌握“三基三基”：2 2、注重综合分析与设计、注重综合分析与设计 注重工程化素质培养注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本应用基本原理、基本分析方法、基本应用3 3、提高学习效率、培养自学能力、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验课前：预习（Presentation & Design）课中：积极的思维课后：总结复习(Presentation & Journal)本课程考核由期末考试、实验(含实验报告) 、平时（作业及考勤）三部分组成。其中，期末考试占总成绩的70%，实验(含实验报告)占总成绩的10%，平时成绩占总成绩的20%。 电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源电路：电路：电路是电流的通路。电路是电流的通路。是为了某种需要由电工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。设备或电路元件按一定方式组合而成。 放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒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电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线mVt1t2热电偶热电偶)()(21tftfEt 电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的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电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大器大器扬声器扬声器话筒话筒激励：激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应响应: 由激励所产生的电压和电流由激励所产生的电压和电流;电路分析：电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。讨论激励和响应之间的关系。 为了便于用数学方法分析电路，将为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型实际电路模型化化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来，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。电路模型。实际电路实际电路实际器件（电阻器、电容器、实际器件（电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、集成电路等）电感线圈、晶体管、集成电路等）电路模型电路模型抽象抽象近似近似理想电路元件（电阻元件、电容元件、理想电路元件（电阻元件、电容元件、电感元件、电源、理想运放等）电感元件、电源、理想运放等） 器件建模：器件建模：1.1.保留主要电磁特性保留主要电磁特性2.2.一个器件可由多个元件模型表示一个器件可由多个元件模型表示电路的建模过程电路的建模过程电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V电路分析中的参考方向（电路分析中的参考方向（正正方向方向）问题问题：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1AR3E2IR3B(1) 在解题前先人为地设定一个正方向在解题前先人为地设定一个正方向，作为参考方向作为参考方向。(3) 根据计算结果确定实际方向。根据计算结果确定实际方向。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的 代数表达式。代数表达式。解决方法解决方法1、正方向（参考方向）的定义：、正方向（参考方向）的定义： 在分析计算时，对电量人为规定的方向在分析计算时，对电量人为规定的方向电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_ 在分析与计算电路时，对电量在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种任意假定的方向。一种分析方法分析方法。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_2 2、实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意：注意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负之分。值才有正负之分。 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，则电流从则电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向从则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向从则电压的实际方向从 b 指向指向 a 。例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabU解：解： (1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR (3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU(3) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上在负载两端习惯上在负载两端把把 I 与与 U 的方向设为相关联正方向。的方向设为相关联正方向。(4) 许多方程式，如许多方程式，如U/I=R 仅适用于假设正方向一致的仅适用于假设正方向一致的情况。情况。(1) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”（正（正方向）方向）则是人们在进行电路分析计算时则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(2) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向”，然后再列方程计算然后再列方程计算。3、正方向小结、正方向小结RIURR IRURab假设假设: 与与 的方向一致的方向一致RIRU例例RIRU假设假设: 与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该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。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伏安特性常数常数即：即： IUR 一、电源有载工作一、电源有载工作aE+-bIUabRORLLRREI0RL越小，越小，I越大，越大，RL小称为小称为负载重、负载重、RL大称为负载轻大称为负载轻OLabIREIRU电源提供的电流电源提供的电流I由外电路决定；由外电路决定；电源两端的电压电源两端的电压Uab随着输出电流随着输出电流I的增大而下降。的增大而下降。IUabE伏安特性伏安特性Ro越大越大斜率越大斜率越大1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路RREI 0aE+-bIUabRORL二、电源开路二、电源开路aE+-bIUabRORL0IEUab0aE+-bISRO三、三、 短路状态短路状态Uab00REIS该状态为事故，应避免！该状态为事故，应避免！用电压表测有源二端网络的开路用电压表测有源二端网络的开路电压就是有源二端网络内部的电压就是有源二端网络内部的E四、电功率四、电功率aIRUb1 1、功率的概念、功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部流入此部分电路的电流为分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: IUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一致方向不一致结果如何？结果如何？ 在在 U、 I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下， IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率” （负载）（负载）“发出功率发出功率” （电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）= P（发出）（发出）（I和实际方向相反因此为负值）和实际方向相反因此为负值） 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方向的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。2 2、结论、结论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方向的实际方向相反，此部分电路发出电功率，相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。UIUIUIUI因为因为P2 = P1 + PR ，所以电路的功率平衡。所以电路的功率平衡。 基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律及欧基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律及欧姆定律是用来描述电路中各部分电压或各部分电姆定律是用来描述电路中各部分电压或各部分电流之间的关系。流之间的关系。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径支路：支路：ab、ad、ac 、ad 、cd 、bd （共（共6条）条）回路：回路：abda、abcda、abca 、adca 、abdca 、 bcdb、bdcab （共（共7 个）个）节点：节点：a、 b、c 、d. (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1.6.11.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)(KCL) 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性例例04231IIII流入取正、流出取负。流入取正、流出取负。或或: = 0电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R1.6.2 1.6.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)(KVL) 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a035544334ERIRIRIE即：即：0U或：或：55443343RIRIRIEEI3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-I和和E的正方向和循行方向的正方向和循行方向相同取正，反之取负相同取正，反之取负U的正方向和循行方向的正方向和循行方向相同取正，反之取负相同取正，反之取负IRE即：即：RIUEabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路。基尔霍夫电压定律也适合开口电路。例例IRE更方便，更好用。更方便，更好用。1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理。开口电压可按回路处理。 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_例例1 1：求图示电路：求图示电路中各点的电位中各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dbca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点的电位点的电位VA解解: (1) 当开关当开关S S断开时断开时(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)A+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1I