电工电子技术第一章基本概念与基本定律精选PPT.ppt

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1、电工电子技术第一章电工电子技术第一章基本概念与基本定律基本概念与基本定律第1页，此课件共39页哦215 15 四月四月四月四月 2023 2023 电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术是一门研究电能在技术领域中应用的是一门研究电能在技术领域中应用的技技技技术基础课术基础课术基础课术基础课，它包括：，它包括：，它包括：，它包括：电工技术电工技术电工技术电工技术和和电子技术电子技术电子技术电子技术两部分。两部分。两部分。两部分。电工技术：电工技术：电路理论：电路理论：直流、交流、暂态、非正弦。直流、交流、暂态、非正弦。磁路和电机：磁路和电机：变压器、电磁铁、变压器、电磁铁、三相异步电动

2、机及控制。三相异步电动机及控制。电子技术：电子技术：模拟电子线路：模拟电子线路：半导体器件、分离件放大器、半导体器件、分离件放大器、集成运放、电源集成运放、电源数字电路：数字电路：各种门电路、组合电路、各种门电路、组合电路、时序电路及时序电路及555的应用电路。的应用电路。第2页，此课件共39页哦315 15 四月四月四月四月 2023 2023 电工学是研究电工学是研究电工技术电工技术和和电子技术电子技术的理论和应用的的理论和应用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有基础性、基础性、应用性应用性和和先进性先进性。基础基础是指基本理论、基本知识和基本

3、技能。是指基本理论、基本知识和基本技能。应用应用是指课程内容要理论联系实际，建立系是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。视实验技能的训练。先进性先进性是指电工学课程内容和体系随着电工是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新。技术和电子技术的发展应不断更新。第3页，此课件共39页哦415 15 四月四月四月四月 2023 2023 1785 1785年库仑确定了电荷间的相互作用力，电荷年库仑确定了电荷间的相互作用力，电荷年库仑确定了电荷间的相互作用力，电荷年库仑确定了电荷间的相互作

4、用力，电荷的概念开始有了定量的意义。的概念开始有了定量的意义。的概念开始有了定量的意义。的概念开始有了定量的意义。18261826年欧姆发现了欧姆定律。年欧姆发现了欧姆定律。18311831年法拉第发现了电磁感应定律。年法拉第发现了电磁感应定律。18341834年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。1864年麦克斯韦提出了电磁波理论。年麦克斯韦提出了电磁波理论。年麦克斯韦提出了电磁波理论。年麦克斯韦提出了电磁波理论。1888 1888年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了麦克年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了麦克年赫兹通过实

5、验获得了电磁波，证实了麦克年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了麦克斯韦提出了电磁波理论。斯韦提出了电磁波理论。斯韦提出了电磁波理论。斯韦提出了电磁波理论。1895年意大利和俄国分别进行了通信实验，从年意大利和俄国分别进行了通信实验，从年意大利和俄国分别进行了通信实验，从年意大利和俄国分别进行了通信实验，从而为无线电技术的发展开辟了道路。而为无线电技术的发展开辟了道路。而为无线电技术的发展开辟了道路。而为无线电技术的发展开辟了道路。第4页，此课件共39页哦515 15 四月四月四月四月 2023 2023未来的发展是未来的发展是未来的发展是未来的发展是量子工学量子工学 18831883年爱迪生发现

6、了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。19041904年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。1948年贝尔实验室发明了晶体管。年贝尔实验室发明了晶体管。1958年生产出集成电路（到现在已经是超大规年生产出集成电路（到现在已经是超大规年生产出集成电路（到现在已经是超大规年生产出集成电路（到现在已经是超大规模集成电路）。现在的集成电路线宽是模集成电路）。现在的集成电路线宽是模集成电路）。现在的集成电路线宽是模集成电路）。现在的集成电路线宽是0.3um0.3um，可望，可望，可望，可望达到

7、达到达到达到0.01um0.01um（3030个原子的宽度）。个原子的宽度）。个原子的宽度）。个原子的宽度）。第5页，此课件共39页哦615 15 四月四月四月四月 2023 2023 2、上课注意听讲，下课要看除教材外的其、上课注意听讲，下课要看除教材外的其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所学内它参考书及做适当的习题。解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要清楚。习用哪个理论和公式以及解题步骤也都要清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标绘清楚，答题做在本子上，要书写整洁，图要标绘清楚，答数要

8、注明单位。数要注明单位。1 1、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。3 3、要重视实践技能的培养。、要重视实践技能的培养。第6页，此课件共39页哦715 15 四月四月四月四月 2023 2023第一部分第一部分 电路理论电路理论 电电路路理理论论就就是是研研究究电电路路基基本本规规律律的的一一门门学学科科，它它是是一一门门具具有有丰丰富富内内容容的的学学科科，它它的的理理论论和和方方法法，在其它领域也得到了在其它领域也得到了广泛的应用。广泛的应用。已已知知输输出出输输入入的的条条件件，求元件参数和电路结

9、构。求元件参数和电路结构。电路理论：电路理论：电路分析电路分析：电路综合电路综合：已知电路结构、元件参数，已知电路结构、元件参数，求电路中的电流、电压和功求电路中的电流、电压和功率。率。第7页，此课件共39页哦815 15 四月四月四月四月 2023 2023下面我们看一个例题，下面我们看一个例题，USRRLILU US SR+RR+RL LU US1S1-U-US1S1?不会求的原因是电不会求的原因是电路中出现了两个回路，路中出现了两个回路，我们对电路结构的约束我们对电路结构的约束关系不了解，所以不会关系不了解，所以不会求。求。求图示电路中的电流。求图示电路中的电流。U US2S2R R2

10、2第8页，此课件共39页哦915 15 四月四月四月四月 2023 20231-1 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分一、电路的组成一、电路的组成1电路：电路：电电池池负负载载开关开关电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。2组成：组成：（1 1）电源：提供能量。）电源：提供能量。（2 2）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。（3 3）中间环节：连接电源和负载的）中间环节：连接电源和负载的导线及控制元件。导线及控制元件。第9页，此课件共39页哦1015 15 四月四月四月四月 2023 20

11、23（1）电能的传输与转换。）电能的传输与转换。3作用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用户用户负载负载如：输配电电路。如：输配电电路。第10页，此课件共39页哦1115 15 四月四月四月四月 2023 2023（2）信息的传输与处理。）信息的传输与处理。放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器如：各种信息处理电路等。如：各种信息处理电路等。E111A.EXEE111A.EXE第11页，此课件共39页哦1215 15 四月四月四月四月 2023 20231-2 1-2 电路的模型电路的模型 所谓所谓电路模型电路模型就是指一个就是指一个实际元件实际元件在在特定的条特定的条件下件下

12、，所表现的，所表现的主要的主要的电磁特性电磁特性，而忽略其次要因素，而忽略其次要因素，如如R、L、C等。这种表示的参数，我们称为等。这种表示的参数，我们称为集总参集总参数数。电电池池负负载载开关开关开关开关+-ER0UR 实际电路都是由一些实际电路都是由一些实际的元器件实际的元器件所组成。在分所组成。在分析电路时，我们要对实际电路建立析电路时，我们要对实际电路建立数学模型数学模型电路模型电路模型。E111BE111B第12页，此课件共39页哦1315 15 四月四月四月四月 2023 20231-3 1-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2I I

13、I I电流的实际方向为正电荷的运动方向。电流的实际方向为正电荷的运动方向。（1）为什么要引入参考方向？）为什么要引入参考方向？a）复杂电路很难确定电流的实际方向。）复杂电路很难确定电流的实际方向。b）交流电路中，电流本身就是交变的。）交流电路中，电流本身就是交变的。（2）参考方向的选择：）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和原则上是任意的，实际和 电压的参考方向一起选。电压的参考方向一起选。（3）参考方向的表示方法：）参考方向的表示方法：a）箭头；）箭头；b）双下标。）双下标。（4）电流正负的意义：）电流正负的意义：E112AE112AE112DE112D负负表示参考方向和实际方向相反。表示

14、参考方向和实际方向相反。正正表示参考方向和实际方向一致。表示参考方向和实际方向一致。第13页，此课件共39页哦1415 15 四月四月四月四月 2023 2023-4Vc)正负号。正负号。电压和电动势的参考方向电压和电动势的参考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭头；箭头；b)双下标；双下标；那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应该该怎样选择怎样选择呢？呢？E112BE112B第14页，此课件共39页哦1515 15 四月四月四月四月 2023 20233 3）伏安特性曲线。）伏安特性曲线。线性电阻为一直线。线性电阻为一直线。线性电阻为一

15、直线。线性电阻为一直线。1-4 1-4 欧姆定律欧姆定律 U=RIU=RI，它是电阻元件的约束方程，也是我们它是电阻元件的约束方程，也是我们分析电路的主要的理论依据。分析电路的主要的理论依据。I（A）U（V）0 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是欧姆定律欧姆定律欧姆定律欧姆定律。U U-+I IU U+-I I使用时应注意：使用时应注意：1 1）U=RIU=RI为关联方向得出的；为关联方向得出的；2 2）U=U=-RIRI为非关联方向；为非关联方向；为非

16、关联方向；为非关联方向；欧姆定律是德国物理学家欧姆定律是德国物理学家乔治乔治欧姆欧姆在在1826年发现的年发现的（1787年年1854年）年）E112EE112EE113AE113AE113BE113B第15页，此课件共39页哦1615 15 四月四月四月四月 2023 20231-5 1-5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路本节主要讨论电路中本节主要讨论电路中电流、电压电流、电压和和功率功率方面的内容。方面的内容。1.5.1 电源有载工作电源有载工作R0EURabcd+-IR0EURabcd+-I 所谓有载工作状态，是指电源与负载相连所谓有载工作状态，是指电源与负载相连通，构

17、成一个电流的回路。通，构成一个电流的回路。E电动势电动势U端电压端电压R0电源内阻电源内阻R负载负载E114AE114A第16页，此课件共39页哦1715 15 四月四月四月四月 2023 20231、电压与电流、电压与电流 电源的伏安特性是指电源对电源的伏安特性是指电源对外供电时，其外供电时，其端电压端电压U和流过其中和流过其中电流电流I的关系。此种关系也称的关系。此种关系也称电源电源的外特性。的外特性。U=E-R0IUI0E电源的外特性曲线电源的外特性曲线理想电源的理想电源的外特性曲线外特性曲线U=ER0EURabcd+-I第17页，此课件共39页哦1815 15 四月四月四月四月 202

18、3 20232功率及功率平衡功率及功率平衡因为：因为：U=E-R0I所以各项同乘电流后可得功率平衡式：所以各项同乘电流后可得功率平衡式：可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗的功率是平衡的。的功率是平衡的。R0EURabcd+-I式中：式中：P为电源输出功率；为电源输出功率；PE为电源产生功率；为电源产生功率；P为内阻损耗的功率。为内阻损耗的功率。PE=P+P功率的单位是瓦特（功率的单位是瓦特（W W）或千瓦（）或千瓦（KWKW）。）。U =E=E -R-R0 0I I P=PE E-P P I I I I I I第18页，此课件共39页哦1915 15

19、四月四月四月四月 2023 20233、电源与负载的判别方法、电源与负载的判别方法元件元件I+-UP=UI关联方向关联方向0电源电源0负载负载元件元件I-+U非关联方向非关联方向0电源电源0负载负载第19页，此课件共39页哦2015 15 四月四月四月四月 2023 2023例题例题5V4I+-Uab11A4VE ER R0 0R RU U0 0试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。解：解：第20页，此课件共39页哦2115 15 四月四月四月四月 2023 2023 （5）当）当R=RO时，电源输出功率为最大（最大功率时，电源输出功率为最大（最大功率

20、传输）。传输）。几点注意事项：几点注意事项：（1）功率与电压的平方成比，即电压增大）功率与电压的平方成比，即电压增大1倍，倍，P增大增大4倍。倍。（2）P=UI为关联方向的关系式。为关联方向的关系式。（3）在关联方向下功率大于）在关联方向下功率大于0为耗能，小于为耗能，小于0为放为放能（能（电源与负载的判别电源与负载的判别）。）。（4）对于独立电路来说）对于独立电路来说P0。第21页，此课件共39页哦2215 15 四月四月四月四月 2023 20234额定值与实际值额定值与实际值 通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源输出的通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源输出的通常负载都是并联

21、运行的。当负载增加时，电源输出的通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大小。小。小。小。既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，是既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，是既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，是既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？回答可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？回答可大可小的，那么，有没有

22、一个最合适的数值呢？回答可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。是肯定的，这个合适的值就是额定值。是肯定的，这个合适的值就是额定值。是肯定的，这个合适的值就是额定值。各种电气设备的各种电气设备的电压、电流及功率电压、电流及功率都有一个额定值，都有一个额定值，额定值额定值是是标明设备在给定条件下能正常工作而规定的正常允标明设备在给定条件下能正常工作而规定的正常允许值。许值。UN额定电压额定电压IN额定电流额定电流PN额定功率额定功率E114AE114A第22页，此课件共39页哦2315 15 四月四月四月四月 2023 2023特征特征1.5.2电源开路

23、（引伸为支路电流为零）R0EURabcd+-II=0P=0U=E=U0（开路电压）（开路电压）E114BE114B第23页，此课件共39页哦2415 15 四月四月四月四月 2023 2023 特征特征1.5.3 电源短路电源短路R0EURabcd+-IU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I2，P=0短路通常是一种严短路通常是一种严重事故，应该尽力重事故，应该尽力预防。预防。第24页，此课件共39页哦2515 15 四月四月四月四月 2023 20231-61-6基尔霍夫基尔霍夫定律定律（德国物理学家）（德国物理学家）除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，还除了欧姆定律外，分析与计算电路

24、的基本定律，还有基尔霍夫有基尔霍夫电流定律电流定律(KCL)和和电压定律电压定律(KVL)。基尔霍夫。基尔霍夫电流定律应用于电流定律应用于结点结点，基尔霍夫电压定律应用于，基尔霍夫电压定律应用于回路回路。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第25页，此课件共39页哦2615 15 四月四月四月四月 2023 20235网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。1.6.1 名词解释名词解释+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd 1支路：电路中由一个或多个元件首尾相接构成支路：电路中由一个或多个元件首尾相接构成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。的

25、无分支电路称为支路（流过同一电流）。2结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。3回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。4网孔：内部不包含支路的回路。网孔：内部不包含支路的回路。E115AE115A第26页，此课件共39页哦2715 15 四月四月四月四月 2023 20231定义：在任一时刻，任一结点上的所有支定义：在任一时刻，任一结点上的所有支 路电流的代数和恒为零。路电流的代数和恒为零。即即I=0；或；或 I入入=I出出 1.6.2 KCL（电流定律）（电流定律）I1+I2-I3=0或或-I1-I2+I3=0

26、也可写成：也可写成：I1+I2 =I3 （入）（入）（出）（出）2 2注意正负号的取法注意正负号的取法注意正负号的取法注意正负号的取法（两套符号）（两套符号）（两套符号）（两套符号）+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第27页，此课件共39页哦2815 15 四月四月四月四月 2023 20233推广到广义结点上使用，任一闭合面。推广到广义结点上使用，任一闭合面。IAIBICIABIBCICAABCIC=ICA-IBC将三式相加得：将三式相加得：IA+IB+IC=0或或 I=0IA=IAB-ICAIB=IBC-IABIA+IB+IC=0【证明证明】第28页，此课件共39页哦2915 1

27、5 四月四月四月四月 2023 2023图图示示电电路路中中，已已知知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求求I2，I3和和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例题例题解：解：I3=I1I5=116=5（mA)I2=I3I4=512=7（mA)I6=I1I2=11(7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)第29页，此课件共39页哦3015 15 四月四月四月四月 2023 20234物理意义：物理意义：KCL是电流的连续是电流的连续 性的体现，也是能量守衡的体现。性的体现，也是能量守衡的体现。5KCL对各支路电流施加了约束，对各支路电流施加了约束，而与支路元件

28、的性质无关。而与支路元件的性质无关。qq2q1第30页，此课件共39页哦3115 15 四月四月四月四月 2023 20231定定义义：在在任任一一时时刻刻，沿沿任任一一回回路路内内所所有有支支路路或或元元件件电压降电压降的代数和的代数和恒为零恒为零。1.6.3 KVL（电压定律）（电压定律）E=U 2表达式表达式 U=0 +-E1E2R2R1R3I1I2I3cabdE1=I1R1+I3R3E2=I2R2+I3R3E1=I1R1I2R2+E2第31页，此课件共39页哦3215 15 四月四月四月四月 2023 2023例题：例题：电路如图所示，已知电路如图所示，已知UAB=5V，UBC=4V，

29、UDA=3V。试求：（。试求：（1）UCD；（；（2）UCA+-UABUDAUCDUBCABCD+-UCA解：解：（2）ABCA不是闭合回路，不是闭合回路，也可应用也可应用KVL求解。求解。（1）UAB+UBC+UCD+UDA=05+（4）+UCD+（3）=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=0UCA=1V第32页，此课件共39页哦3315 15 四月四月四月四月 2023 2023 （1）列）列KVL前，要首先选定回路绕行方向，前，要首先选定回路绕行方向，然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取正，否则取负。正，否则取负。（3）KVL对闭合回路中各支

30、路电压施加了约束，对闭合回路中各支路电压施加了约束，它与元件性质无关。它与元件性质无关。3讨论讨论U=E（2）KVL的另一种表达式。的另一种表达式。此时注意正负号的取法。此时注意正负号的取法。4绕行方向的选择：原则上是任意。绕行方向的选择：原则上是任意。第33页，此课件共39页哦3415 15 四月四月四月四月 2023 2023KCL和和KVL是在实验的基础上得是在实验的基础上得出的，是分析电路的理论基础，它出的，是分析电路的理论基础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的和欧姆定律一起构成了电路分析的两个两个基本依据基本依据。局部约束方程：局部约束方程：U=RI整体约束方程：整体约束方程：KCL

31、和和KVL第34页，此课件共39页哦3515 15 四月四月四月四月 2023 2023 提到电位必须有参考点，在电路中，参考点选的提到电位必须有参考点，在电路中，参考点选的不同时，电路中各点电位不同，但任意两点间的电位差不同时，电路中各点电位不同，但任意两点间的电位差不变。不变。+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V例如：例如：电路如图所示，如选电路如图所示，如选D或或B为参考点，求为参考点，求各个电位及电位差。各个电位及电位差。E116AE116A第35页，此课件共39页哦3615 15 四月四月四月四月 2023 2023+-E1E2204A6A10AABDC56140

32、V90V解：（解：（1）选选D为参考点则：为参考点则：UAC=VA-VC=50V（2）选）选B为参考点则：为参考点则：UAB=VA-VB=80V结论：选结论：选D或或B时，各点电位变了，时，各点电位变了，但任意两点之间电位差不变。但任意两点之间电位差不变。VD=0VVA=140VVB=106=60VVC=90VUAB=VA-VB=80VVB=0V；VA=80V；VC=30V；VD=-106=-60V；UAC=VA-VC=50V第36页，此课件共39页哦3715 15 四月四月四月四月 2023 2023204A6A10AABDC56+140V+90V电路电路化简化简电路化简电路化简E116BE116B+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V第37页，此课件共39页哦3815 15 四月四月四月四月 2023 2023例例：电电路路如如图图所所示示，求求开开关关S闭闭合合和和断断开开两两种种情情况下的况下的VA的电位。的电位。解：解：AS+12V10K10K（2）当）当S闭合时闭合时 （1）当）当S断开时断开时VA=12V VA=0V E116CE116C第38页，此课件共39页哦3915 15 四月四月四月四月 2023 2023作业作业2：作业作业1：P121.3.1，1.3.2第39页，此课件共39页哦