电工与电子技术优秀课件.ppt

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1、电工与电子技术第1页，本讲稿共27页1.1-2 电路的组成与电路模型电路的组成与电路模型 电路是电流的通路。由电源、负载和中间环节等电路元件或设备组成。电路是电流的通路。由电源、负载和中间环节等电路元件或设备组成。实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换;或信号的传递和处理。或信号的传递和处理。电电池池灯灯泡泡1.1.1 电路的组成电路的组成电源电源/信号源信号源负载负载中间环节中间环节负载负载电源电源EIRLU+_rO开关开关功功率率放放大大电电压压放放大大负载负载信号源信号源中间环节中间环节电路模型电路模型电路由理想电路由理想电路元件电路元件组成：组成：对实际电路电磁性质的科对实际电路电磁

2、性质的科学抽象和概括。学抽象和概括。电路电路简称简称（电阻元件、电感元件、（电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件）电容元件和电源元件）由相应的电路参数来表征。由相应的电路参数来表征。第2页，本讲稿共27页1.1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量电流、电压、电位、电动势和电功率电流、电压、电位、电动势和电功率1.电流电流-单位时间单位时间(s：秒：秒)内通过某一导体横截面的电荷量内通过某一导体横截面的电荷量Q（C:库仑库仑)，称为电流，称为电流I（A:安培）。安培）。若为恒定电流时若为恒定电流时2.电压电压-电场力将单位正电荷（电场力将单位正电荷（1C）从）从A点移至点移至B 点所做点所做

3、的功的功(1J)即为即为a b两点之间的电压两点之间的电压(1V)。3.电位电位-电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间的电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间的电压。记作电压。记作Va,参考点一般为零电位点参考点一般为零电位点Vo。则。则4.电动势电动势-用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至正极所做的用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至正极所做的功。功。ab参考点参考点（参考电位）（参考电位）R 2 I=5AUab=10VEab接地接地零电位零电位第3页，本讲稿共27页5.电功率电功率单位时间内电流所做的功，简称单位时间内电流所做的功，简称 功率功率。对于电阻负载：对于电阻负载：单位为瓦

4、特（单位为瓦特（W）：）：即，设电路任意两点间的电压为即，设电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率则这部分电路消耗的功率 P 为为:aIRUb6.电能电能电流在一段时间内所做的功，单位为焦耳电流在一段时间内所做的功，单位为焦耳(J)。当电能单位为当电能单位为“千瓦千瓦小时小时”（kWh)称为称为“度度”：1度度1 kWh36105J 电流通过负载时，若电能完全转换成热能，则在电流通过负载时，若电能完全转换成热能，则在t 时间内，负载所发出的热量等于所耗用时间内，负载所发出的热量等于所耗用的电能。的电能。7.电流的热效应电流的热效应

5、1卡卡4.817焦耳焦耳第4页，本讲稿共27页电路分析中的物理量电路分析中的物理量参考方向参考方向(假设正方向假设正方向)问题的提出：问题的提出：在复杂电路中难于判断元在复杂电路中难于判断元 件中物理量实际方向，件中物理量实际方向，电路如何求解？电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流电流方向方向BA？E1ABRE2IR解决方法解决方法:(1)在解题前先设定一个在解题前先设定一个正方向，作为正方向，作为参考方向参考方向；(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：若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与，则实际方向与参考方向参考方向一致一致；若计算结果为若计算结果为负负，则实际

6、方向与，则实际方向与参考方向参考方向相反相反。(2)根据电路的定律、定理，根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关列出物理量间相互关 系的系的代数表达式；代数表达式；IR1IR3IR2 电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向第5页，本讲稿共27页 电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向 实际正方向实际正方向 (实际方向实际方向):物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考方向）：假设正方向（参考方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分

7、析计算时，对电量人为规定的方向。(从电源内部）从电源内部）1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法正负号正负号箭箭 头头双下标双下标第6页，本讲稿共27页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法 从电源内部由负极（低电位）从电源内部由负极（低电位）指向正极（高电位）。指向正极（高电位）。电动势电动势：电压与电流：电压与电流：从电路的高电位端指向低电位端，即电压降方向从电路的高电位端指向低电位端，即电压降方向EIRLU+_rO+_E+_rO正正负负号号箭箭 头头 ErO正正负负号号+_U箭箭头头UIab双双下下标标UabIabUab与与Ia

8、b（下标字母下标字母高电高电位在前，低电位在后）位在前，低电位在后）UabUbaIabIba电压与电流同向电压与电流同向（关联方向（关联方向)箭头：箭头：电压与电动势反向电压与电动势反向USUS+-第7页，本讲稿共27页例例 已知：已知：E=2V,R=1问：问：当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E Rab解：解：(1)假定电路中物理量的假定电路中物理量的参考方向参考方向如图所示；如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：(3)数值计算数值计算（结果为（结果为正正,实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致）（结果为（结果为负负,实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相

9、反）UabIRURU?第8页，本讲稿共27页(4)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把同一个元件上把同一个元件上 I 与与 U 的方向的方向 按按相同相同 的的参考方向参考方向假假设（即设（即U 与与 I 为为关联参考方向关联参考方向）。）。(1)方程式方程式R=U/I 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“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”则则 是人们在进行电路分析计算是人们在进行电路分析计算时时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先设定先设定“

10、参考方参考方 向向”(即在图中表明物理量的即在图中表明物理量的参考方参考方向向)，然后再列然后再列 方程方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示例例 IRURab假设假设:与与 的方向的方向一致一致假设假设:与与 的方向的方向相反相反 IRURab（为关联方向）（为关联方向）（为（为非非关联方向）关联方向）P=UR IRP=UR IR第9页，本讲稿共27页RUI注意：注意：用欧姆定律列方程时，一定要标明用欧姆定律列方程时，一定要标明参考方向参考方向。RUIRUI I 和和U 参考方向参考方向相同相同（关联（关联)I 和和U 参考方向参考方向相

11、反相反 (非非关联）关联）1.4 欧姆定律欧姆定律1.电阻电路欧姆定律电阻电路欧姆定律2.含源支路欧姆定律含源支路欧姆定律当当 Uab0 表明表明I 的实际方向与图中假设方向一致。的实际方向与图中假设方向一致。当当 UabE 时，时，I 0 表明表明I 的实际方向与图中假设方向相反。的实际方向与图中假设方向相反。RLE+_baIUabr03.全电路欧姆定律全电路欧姆定律I/AU/V0遵循欧姆定律的电阻称为遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻线性电阻。第10页，本讲稿共27页例例1.4.1RUI+-6V 2A(a)RUI+-6V2A(c)RUI+-6V-2A(b)RUI-+-6V-2A(d)分别求图分

12、别求图a、b、c和和d的电阻的电阻R。解解图图a：关联方向：关联方向图图b：非关联方向：非关联方向图图c：非关联方向：非关联方向图图d：关联方向：关联方向例例1.4.2解解已知已知 Uab=-12V，I=-2A,求电阻求电阻R。RI+-abnmUnmE1E2-+5V3V据欧姆定律，关联方向，有据欧姆定律，关联方向，有设设b点为零电位，据电位的定义，有点为零电位，据电位的定义，有得得P12第11页，本讲稿共27页E+-IUroRL1.5.1 通路通路-电源带负载工作电源带负载工作负载负载 RL 两端电压两端电压 U=IRL 由上两式得由上两式得 U=E-I r0由欧姆定律由欧姆定律 可得可得1.

13、电压与电流电压与电流 1.5 电路的工作状态（通路、开路与短路）电路的工作状态（通路、开路与短路）2.功率与功率与功率功率平衡平衡上式两边乘以上式两边乘以 I,得得或或即即-电源产生的功率；电源产生的功率；-负载吸收的功率；负载吸收的功率；-电源内阻耗损的功率；电源内阻耗损的功率；IUE电源的外特性曲线UI r0在闭合电路中，根据能量守衡关系：在闭合电路中，根据能量守衡关系：P（发出）（发出）=P（吸收）（吸收）功率平衡问题功率平衡问题第12页，本讲稿共27页则元件则元件吸收功率吸收功率,起起负载负载作用作用.3.如何判断电路元件是电源（起电源作用）产生功率，还是负载（起负载作用）消耗功如何判

14、断电路元件是电源（起电源作用）产生功率，还是负载（起负载作用）消耗功率？率？则元件则元件发出功率发出功率,起起电源电源作用作用.求各图电路元件的功率，并说明该元件是吸收功率还是求各图电路元件的功率，并说明该元件是吸收功率还是发出功率发出功率 。例例解：解：图图a:U与与I的实际方向的实际方向相同相同该元件吸收功率，该元件吸收功率，是是负载负载，充充电。电。图图b，U与与I的实际方向的实际方向相反相反该元件吸收功率，该元件吸收功率，是是电源电源，供供电。电。图图c，U与与I的实际方向的实际方向相反相反该元件吸收功率，该元件吸收功率，是是电源电源，供供电。电。若元件的若元件的U与与I的实际方向的实

15、际方向相反相反，电流从端流出，电流从端流出:若元件的若元件的U与与I的实际方向的实际方向相同相同，电流从端流入，电流从端流入:I2AUab+-15V(a)I2AUab+-15V(b)I2AUab+-15V(c)小结：小结：若电流的实际方向从元件的正极若电流的实际方向从元件的正极流出流出，该元件，该元件发出发出功率，起功率，起电源电源作用。作用。若电流的实际方向从元件的正极若电流的实际方向从元件的正极流入流入，该元件该元件吸收吸收功率，起功率，起负载负载作用。作用。补充补充：实际可以看功率的正负来判断。：实际可以看功率的正负来判断。第13页，本讲稿共27页 （1）求电源的电动势求电源的电动势E1

16、和负载的反电动势和负载的反电动势E2;（2）并说明功率的平衡并说明功率的平衡 。例例1.5.1解：解：E1+-I5AUab=220Vab+-R01E2+-R020.60.6（1）求电动势求电动势E1;据含源支路欧姆定律，得据含源支路欧姆定律，得电流的实际方向从端流出电流的实际方向从端流出:E1是是电源电源，供供电。电。（2）求电动势求电动势E2;据含源支路欧姆定律，得据含源支路欧姆定律，得电流的实际方向从端流入电流的实际方向从端流入:E2是是负载负载，充充电。电。(3)说明功率的平衡说明功率的平衡由由(2)代入代入(1)得：得：两边同乘以两边同乘以I 得：得：P14第14页，本讲稿共27页1.

17、5.2 电源开路电源开路(空载空载)当当 开关断开时开关断开时,相当于相当于RL为无穷大。为无穷大。I=0 U=Uo=E P=UI=0 E+IUOrORL电源短路时电源短路时,相当于相当于RL为零。为零。U=0 I =Is=E/ro P =UI=0,PE=P=I2roE+ISUrORL1.5.3 电源短路电源短路第15页，本讲稿共27页 求求PE,P,P 和和r0 及其压降及其压降U r0例例解：解：若发生短路，则短路电流：若发生短路，则短路电流：E+I4AU 115VrORLab125VU r0例例1.5.4若电源的开路电压若电源的开路电压Uo=12V，其短路电流，其短路电流IS=30A，该

18、，该电源的电动势和内阻各为多少？电源的电动势和内阻各为多少？解解电源的电动势电源的电动势电源的内阻电源的内阻利用电源（网络）的利用电源（网络）的开路电压和短路电流，开路电压和短路电流，可求出其电动势和内可求出其电动势和内阻。阻。P17第16页，本讲稿共27页1.6 基尔霍夫定律（克希荷夫定律）基尔霍夫定律（克希荷夫定律）用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括克氏电流用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。和克氏电压两个定律。名词注释：名词注释：结结 点：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

19、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、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）结点：结点：a、b、.(共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-The Kirchhoffs laws 第17页，本讲稿共27页1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 Kirchhoffs Current Law (KCL)KCL的的依据依据：电流的连续性。：电流的连续性。对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点

20、流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。即：即：I1I2I3I4例例或或：I=0电流定律还可电流定律还可以扩展到电路以扩展到电路的任意封闭面。的任意封闭面。例例I1+I3=I2例例I=0KCL的扩展的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第18页，本讲稿共27页例例1.6.1解解SKCL的扩展的扩展I1I2I3abcI4I5I6I1+I4-I6=0a点点-I2-I4+I5=0b点点c点点I3-I5+I6=0I1 I2+I3=03式相加，得式相加，得S封闭面封闭面的的电流代数和电流代数和I1+I3=I2试求试求I

21、4。据据KCL,有有代入数据得代入数据得I1I2I3I4-3A-2A2AP20第19页，本讲稿共27页1.6.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)Kirchhoffs Voltage Law 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。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，电压的代数和为或，电压的代数和为 0。即：即：例如：例如：回路回路 a-d-c-a电位升电位升电位降电位降或：或：或：或：电动势代数和电动势代数和电阻上电压降的代数和电阻上电压降的代数和例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第20

22、页，本讲稿共27页KVL解题步骤：解题步骤：2、确定元件正方向。电阻为电流方向。、确定元件正方向。电阻为电流方向。电源为正极指向负极电源为正极指向负极(电位方向电位方向)。1、确定回路及参考方向。、确定回路及参考方向。3、利用公式、利用公式 解题。解题。解题时元件正方向与参考方向一致时取正元件，反之取负解题时元件正方向与参考方向一致时取正元件，反之取负元件。元件。IRLU+_rOU00IrUU0ab+=第21页，本讲稿共27页电位升电位升电位降电位降KVL也适合开口电路。也适合开口电路。据据KVL,得得求求a,ba,b间的电压间的电压Uab解：解：例例IE+_RabUabE2E1R16V=3V

23、8=16=1AI2I1R2baUab-3A求流过回路中的电流求流过回路中的电流I I.例例解：解：据据KVL,得得E1IR112VE23V4563R3R2R4第22页，本讲稿共27页例例1.6.2解：解：对对ABCDA回路，据回路，据KVL,有有USR1EBRBUBEBEIBI1I2UCD闭合会路中，各支路的元件是任意的，试求闭合会路中，各支路的元件是任意的，试求 和和 。UCA4V5VUABUDAUCDUCAUBCABCD3V即即得得对对ABCA开口回路，据开口回路，据KVL,有有即即得得已知已知RB 20k，R1 10k，US EB 6V,UBE 0.3V，求，求电流电流IB、I1和和I2

24、。补充例补充例题题解：解：对右开口回路，据对右开口回路，据KVL,有有即即得得对左回路，据对左回路，据KVL,有有即即得得对结点据对结点据KCL,有有得得P22第23页，本讲稿共27页电位的概念电位的概念：ab1 5A在电路中任选一节点，设其电位为零（用在电路中任选一节点，设其电位为零（用 标记），此点称为标记），此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。（注意：电位为单下标）。1.7 电路中各点电位的计算电路中各点电位的计算ab1 5A a 点电位：点电位：b 点电位：点电位：或

25、或电位的特点：电位的特点：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；变；电位为电位为单下标单下标标记。标记。电压的特点：电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的（单值性），不会因参考点的不同而改电路中两点间的电压值是固定的（单值性），不会因参考点的不同而改变。变。电压需要标下标时，标电压需要标下标时，标双下标双下标。注意：注意：电位和电压的区别。电位和电压的区别。第24页，本讲稿共27页电位在电路中的表示法电位在电路中的表示法R1R2R3-US2+US1US1+_US2+_R1R2R3US1+_US2+_R1

26、R2R3R1R2100k 50k ABC9V6VI解解R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-例例1.7.1求求B点的电位。点的电位。R1R2100k 50k ABC9V+6VIP27第25页，本讲稿共27页例例1.7.2求求A点的电位。已知点的电位。已知解解E1 6VR1R2R3I1E1E24 A4 2 I2I3BC由于开路，由于开路，或或UAC解：解：例例 已知已知 US1=5V，US2=20V，US3=30V，US4=15V，US5=60V，R1=7，R2=20，R3=15，求，求a,b,c,d,e各点各点电电位以及位以及I1，I2，I3。据电位的概念，据电位的概念，有有各支路各支路电电流流为为I1US5aUS3R3R1R2I2I3+US1-+US4-+US2-+-+dcbeE2 4VP24第26页，本讲稿共27页第 一章结 束第27页，本讲稿共27页