电工电子基础PPT讲稿.ppt
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1、电工电子基础第1页,共85页,编辑于2022年,星期日电路分析的主要任务电路分析的主要任务在于解得电路物理量,其在于解得电路物理量,其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。1.1 电路基本物理量电路基本物理量为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。组合起来的电流的通路称为电路。电路的主要功能:电路的主要功能:一:进行能量的转换、传输和分配。一:进行能量的转换、传输和分配。二:实现信号的传递、存储和处理二:实现信号的传递、存储和处理。第2页,共85页,编辑于2022
2、年,星期日1.1.1 电流电流电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度电流强度电流强度表示,简称电流。表示,简称电流。电流强度:单位时间内通过导体截面的电荷量。电流强度:单位时间内通过导体截面的电荷量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电流的一般符号表示电流的一般符号第3页,共85页,编辑于2022年,星期日正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。电电 流流第4页,共85
3、页,编辑于2022年,星期日电电 流流如果求出的电流值为正,说明参考方向如果求出的电流值为正,说明参考方向与实际方向一致,否则说明参考方向与与实际方向一致,否则说明参考方向与实际方向相反。实际方向相反。2006-12-01第5页第5页,共85页,编辑于2022年,星期日1.1.2 电压、电位和电动势电压、电位和电动势 电路中电路中a a、b b点两点间的点两点间的电压电压定义为单位正电荷由定义为单位正电荷由a a点移至点移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷由该点移至参定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。考点电场力所做的功。电
4、路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点的电位差。两点的电位差。第6页,共85页,编辑于2022年,星期日电压的实际方向电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似,与电流方向的处理方法类似,可任选一方向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向电压、电位和电动势电压、电位和电动势第7页,共85页,编辑于2022年,星期日电压、电位和电动势电压、电位和电动势最后求得的最后求得的u为正值,说明电压的实际方向与参为正值,说明电压的实际方向与参考方向一致,否则说明两者相反。考方向一致,否则说明两者相反。2006
5、-12-01第8页u1=1Vu2=1V例:例:当当ua=3V ub=2V时时第8页,共85页,编辑于2022年,星期日对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称关联方向关联方向;如不;如不一致,称一致,称非关联方向非关联方向。如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向,如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向,则必须全部标示。则必须全部标示。电压、电位和电动势电压、电位和电动势第9页,共85页,编辑于2022
6、年,星期日 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为电源电源的电动势的电动势。电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为由负极指向电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为由负极指向正极。正极。电压、电位和电动势电压、电位和电动势第10页,共85页,编辑于2022年,星期日2006-12-01第11 第二章电路的基本概念和定律1.1 电阻元件和欧姆定律电阻元件和欧姆定律目的与要求目的与要求:1)掌握电阻元件上的欧姆定律2)理
7、解电路短路、开路时的特点第11页,共85页,编辑于2022年,星期日电路的基本概念1.电阻元件电阻元件是一个二端元件,它的电流和电压的方向总是一致的,它的电流和电压的大小成代数关系。电流和电压的大小成正比的电阻元件叫线性电阻元件。元件的电流与电压的关系曲线叫做元件的伏安特性曲线。线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点的直线,这个关系称为欧姆定律。2006-12-01第12 第12页,共85页,编辑于2022年,星期日电路的基本概念伏安关系(欧姆定律):伏安关系(欧姆定律):关联方向时:关联方向时:u=Ri非关联方向时:非关联方向时:u=Ri1电阻元件电阻元件符号:符号:功率:功率:电阻元件是一种
8、消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。第13页,共85页,编辑于2022年,星期日电功率在电流和电压关联参考方向下,任何瞬时线性电阻元件接受的电功率为线性电阻元件是耗能元件。第14页,共85页,编辑于2022年,星期日焦耳定律若电流不随时间变化,以上两式称为焦耳定律。如果电阻元件把接受的电能转换成热能,则从t0到t时间内。电阻元件的热量Q,也就是这段时间内接受的电能W为第15页,共85页,编辑于2022年,星期日例例2.1有220V,100W灯泡一个,其灯丝电阻是多少?每天用5h,一个月(按30天计算)消耗的电能是多少度?解解:灯泡灯丝电阻为:一个月消耗的电能为:电功率的计算第16页,
9、共85页,编辑于2022年,星期日两种特殊情况线性电阻元件有两种特殊情况值得注意:一种情况是电阻值R为无限大,电压为任何有限值时,其电流总是零,这时把它称为“开路开路”;另一种情况是电阻为零,电流为任何有限值时,其电压总是零,这时把它称为“短路短路”。第17页,共85页,编辑于2022年,星期日伏安关系:伏安关系:2电感元件电感元件符号:符号:电电感感元元件件是是一一种种能能够够贮贮存存磁磁场场能能量量的的元元件件,是是实实际际电电感感器器的的理想化模型。理想化模型。称为电感元件的电感,单位是亨利()。称为电感元件的电感,单位是亨利()。只有电感上的电流变化时,电感两端才有电只有电感上的电流变
10、化时,电感两端才有电压。在直流电路中,电感上即使有电流通过,压。在直流电路中,电感上即使有电流通过,但,相当于短路。但,相当于短路。第18页,共85页,编辑于2022年,星期日3电容元件电容元件电电容容元元件件是是一一种种能能够够贮贮存存电电场场能能量量的的元元件件,是是实实际际电电容容器器的理想化模型。的理想化模型。伏安关系:伏安关系:符号:符号:只有电容上的电压变化时,电容两端才有电流。只有电容上的电压变化时,电容两端才有电流。在直流电路中,电容上即使有电压,但,在直流电路中,电容上即使有电压,但,相当于开路,即相当于开路,即 电容具有电容具有隔直作用隔直作用。C称为电容元件的电容,单位是
11、法拉(称为电容元件的电容,单位是法拉(F)。)。第19页,共85页,编辑于2022年,星期日2.2.2 有源元件有源元件1电压源与电流源电压源与电流源(1)伏安关系)伏安关系电压源:电压源:电压源:电压源:u=uS 端电压为端电压为us,与流过电压源的电与流过电压源的电流无关,由电源本身确定,电流无关,由电源本身确定,电流任意,由外电路确定。流任意,由外电路确定。电流源电流源电流源电流源:i=iS流过电流为流过电流为is,与电源两端电与电源两端电压无关,由电源本身确定,电压无关,由电源本身确定,电压任意,由外电路确定。压任意,由外电路确定。第20页,共85页,编辑于2022年,星期日(2)特性
12、曲线与符号)特性曲线与符号电压源电压源电流源电流源第21页,共85页,编辑于2022年,星期日一、电压源(二)一、电压源(二)图1.7电压源电压波形第22页,共85页,编辑于2022年,星期日一、电压源(三)一、电压源(三)图1.8直流电压源的伏安特性图1.8是直流电压源的伏安特性。第23页,共85页,编辑于2022年,星期日一一.电压源电压源2.电压为零的电压源相当于短路。3.由图1.7(a)知,电压源发出的功率为p0时,电压源实际上是发出功率;p0时,电压源实际上是接受功率。第24页,共85页,编辑于2022年,星期日1.电流源也是一个理想二端元件,它有以下两个特点:(1)电流源向外电路提
13、供的电流i(t)是某种确定的时间函数,不会因外电路不同而改变,即i(t)=is,is是电流源的电流。(2)电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。2.如果电流源的电流is=Is(Is是常数),则为直流电流源。二、电流源(一)第25页,共85页,编辑于2022年,星期日二、电流源(二)图1.9电流源及直流电流源的伏安特性第26页,共85页,编辑于2022年,星期日二、电流源(三)3.电流为零的电流源相当与开路。4.电流源发出的功率为5.电压源和电流源,称为独立源独立源。在电子电路的模型中还常常遇到另一种电源,它们的源电压和源电流不是独立的,是受电路中另一处的电压或电流控制,称为受控源或非独
14、受控源或非独立源立源第27页,共85页,编辑于2022年,星期日例例1.3(一)(一)计算图1.10所示电路中电流源的端电压U1,5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1,P2,P3。图1.10例1.3图第28页,共85页,编辑于2022年,星期日例例1.3(二)(二)电流源的电流、电压选择为非关联参考方向,所以P1=U1Is=132=26W(发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向,所以P2=102=20W(接受)电压源的电流、电压选择为关联参考方向,所以P3=23=6W(接受)解:第29页,共85页,编辑于2022年,星期日第第2章章 电工测量电工测量6.1 6.1 电工仪表的
15、类型、误差和准确度电工仪表的类型、误差和准确度6.2 6.2 指针式仪表的结构及工作原理指针式仪表的结构及工作原理6.3 6.3 电流、电压、功率及电能的测量电流、电压、功率及电能的测量6.4 6.4 电阻的测量电阻的测量第30页,共85页,编辑于2022年,星期日2.1 电工仪表的类型、误差和准确度电工仪表的类型、误差和准确度电电工工仪仪表表是是实实现现电电工工测测量量过过程程所所需需技技术术工工具具的总称。的总称。电电工工仪仪表表的的测测量量对对象象主主要要是是电电学学量量与与磁磁学学量。电学量又分为电量与电参量。量。电学量又分为电量与电参量。通通常常要要求求测测量量的的电电量量有有电电流
16、流、电电压压、功功率率、电电能能、频频率率等等;电电参参量量有有电电阻阻、电电容容、电电感感等。等。通通常常要要求求测测量量的的磁磁学学量量有有磁磁感感应应强强度度、磁磁导率等。导率等。第31页,共85页,编辑于2022年,星期日按测量方法可分为比较式和直读式两类。比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量,常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来,常用的电流表、电压表等均属直读式仪表。直读式仪表测量过程简单,操作容易,但准确度不可能太高;比较式仪表的结构较复杂,造价较昂贵,测量过程也不如直读法简单,但测量的结果较直读式仪表准
17、确。2.1.1 电工仪表的分类电工仪表的分类第32页,共85页,编辑于2022年,星期日2.1.1 电工仪表的分类电工仪表的分类n按电流按被测量的种类可分为电流表、电压表、功率表、频率表、相位表等。n按种类可分为直流、交流和交直流两用仪表。n按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。n按显示方法可分为指针式(模拟式)和数字式。指针式仪表用指针和刻度盘指示被测量的数值;数字式仪表先将被测量的模拟量转化为数字量,然后用数字显示被测量的数值。n按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7个等级。2006-12-01第33 第33页,共85页,编辑于2022年,星期日2
18、.2.1 磁电式仪表磁电式仪表直流电流I通过可动线圈时,线圈与磁场相互作用使线圈产生转动力矩,带动指针偏转。指针偏转后扭紧弹簧游丝,使游丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时,线圈和指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布,因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比,所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比,即:=KI。可见磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。第34页,共85页,编辑于2022年,星期日2.2.1磁电式仪表磁电式仪表的优优优优点点点点:刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。磁电式仪表的缺缺点点:
19、结构复杂、造价较高、过载能力小,而且只能测量直流,不能测量交流。使使使使用用用用注注注注意意意意事事事事项项项项:电表接入电路时要注注注注意意意意极极极极性性性性,否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁均标有+、记号,以防接错。2006-12-01第35 第35页,共85页,编辑于2022年,星期日2.2.2 电磁式仪表电磁式仪表线圈通入电流时产生磁场,使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同,因此两者相斥,致使可动铁片受到转动力矩的作用,从而通过转轴带动指针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时,指针便停止偏转。由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强
20、度的平方成正比,磁感应强度又与线圈电流成正比,因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比,所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比,即:=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。第36页,共85页,编辑于2022年,星期日2.2.2 电磁式仪表电磁式仪表推斥型电磁式仪表也可以测量交流,当线圈中电流方向改变时,它所产生磁场的方向随之改变,因此动、静铁片磁化的极性也发生变化,两铁片仍然相互排斥,转动力矩方向不变,其平均转矩与交流电流有效值的平方成正比。第37页,共85页,编辑于2022年,星期日2.3 电流、电压、功率及电能的测量电流、电压、功率及电
21、能的测量测量直流电流通常采用磁电式电流表,测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联,否则将会烧毁电表。此外,测量直流电流时还要注意仪表的极性。2006-12-01第38 第38页,共85页,编辑于2022年,星期日2.3.1 电流的测量电流的测量扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA,分流器的阻值为:RA=Ro/(n1)。式中Ro为表头内阻,n=I/Io为分流系数,其中Io为表头的量程,I为扩大后的量程。第39页,共85页,编辑于2022年,星期日2.3.2 电压的测量电压的测量测量直流电压通常采用磁电式电压表,测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与
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