路模电子教案1章.ppt

本课程是一门实践性较强的专业基础课 学习目的 掌握电路基础知识和模拟电子的基本理论及分析方法 为后续课打基础 为工程实践培养操作技能 共11章 1 5章电路基础知识 6 10章模拟电子技术 11章技能训练及应用实践三个部分 章末有小结和习题便于自学 电路与模拟电子技术 绪论 电路是学习电子技术的基础 本章主要介绍 三个物理量 电流 电压 功率 三种状态 开路 负载和短路 三个定律 欧姆定律 电流定律和电压定律 一个概念 电位 上篇电路基础知识第1章电路的基本概念和基本定律 电路是电流流通的路径1 1 1电路的作用电路的作用是进行电能的传输和转换 或是实现信号的传递和处理 1 1 2电路的组成电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成 电路可分成电源 负载和中间环节三个部分电源是提供电能的设备 是电路工作的能源 电源的作用是将非电能转换成电能 负载是用电设备 是电路中的主要耗电器件 负载的作用是将电能转换成非电能 中间环节是指电源与负载之间的部分 1 1电路 1 1 3电路模型 忽略电路元器件的次要因素 将其理想化 并用规定的电气图形符号表示所组成的电路 称为电路 电荷的定向运动形成电流 电流的方向不变为直流I 方向和大小都变化为交流i 1A 103mA 106 A 1kA 103A规定 正电荷运动的方向为电流的实际方向 假设的电流流向称为电流的参考方向 1 2电流 电压 功率1 2 1电流 电场力将单位正电荷从电场中的a点移到b点所做的功 称其为a b两点间的电压 直流电压Uab 交流电压uab 1V 103mV 106 V 1kV 103V习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向 电压实际方向和电压参考方向 1 2 2电压1 电压 电压等于电路中两点间的电位差Uab Ua Ub电位是电路中某点到参考点之间的电压参考点是任意选择的一点 零电位点 接地 点 选b点为参考点Ub 0 Uab Ua Ub Ua 2 电压与电位 E是电源力将单位正电荷从低电位点b移动到高电位点a所做的功E的方向是从低电位 电源负极 指向高电位 电源正极 3 电动势E 电场力在单位时间内所做的功 单位瓦W 关联参考方向 元件上电流和电压的参考方向一致 P UI 1 1 非关联参考方向 电流和电压的参考方向不一致 P UI 1 2 P 0吸收功率 消耗功率 为负载 P 0发出功率 产生功率 为电源 1 2 3功率 有一个收录机供电电路 用万用表测出收录机的供电电流为80mA 供电电源为3V 忽略电源的内阻 收录机和电源的功率各是多少 根据计算结果说明是发出功率还是吸收功率 解 收录机流与压是关联参考方向P UI 3V 80mA 240mW 0 24W结果为正 说明收录机是吸收功率 电池流与压是非关联参考方向P UI 3V 80mA 0 24W结果为负 说明电池是发出功率 例1 1 如果例1 1题中的电池已经降为2V 现将收录机换为充电器 充电电流为 150mA 问此时电池的功率为多少 是吸收功率还是发出功率 充电器的功率为多少 是吸收功率还是发出功率 解 电池为非关联P UI 2V 150mA 0 3W结果为正吸收功率 电池是充电器的负载 充电器为关联P UI 2V 150mA 0 3W结果为负发出功率 充电器是电路中的电源 规定 1千瓦的用电设备使用1小时消耗的电量为1度电 1kW 1h 1度电 1 3 例1 2 有一个电饭锅 额定功率为750W 每天使用2小时 一台25吋电视机 功率为150W 每天使用4小时 一台电冰箱 输入功率为120W 电冰箱的压缩机每天工作8小时 计算每月 30天 耗电多少度 解 0 75kW 2h 0 15kW 4h 0 12kW 8h 30天 1 5度 0 6度 0 96度 30 91 8度答 每月耗电91 8度 例1 3 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 与电阻本身成反比 I 1 4 式中R为电阻 单位为欧姆 常用的单位还有k 和M 兆欧 1M 106 电阻一定时 电压愈高电流愈大 电压一定 电阻愈大电流就愈小 根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为 P UI I2R 1 5 1 3欧姆定律 在电路分析时 如果电流与电压的参考方向不一致 既为非关联参考方向时 如图1 12 b c 所示 欧姆定律的表达式为 I 或U IR 1 6 已知图1 12中的电阻为6 电流为2A 求电阻两端的电压U 解 图1 12 a 关联U IR 2A 6 12V图1 12 b 非关联U IR 2A 6 12V图1 12 c 非关联U IR 2A 6 12V计算结果图1 12 a 电压是正值 说明图1 12 a 中的电压实际方向与所标的参考方向一致 图1 12 b c 电压为负值 说明图1 12 b c 中的电压实际方向与所标的参考方向相反 例1 4 一个100W的灯泡 额定电压为220V 求灯泡的电流和电阻 解 I 0 45AR 489 例1 5 电路如图1 13所示 E1 40V E2 5V R1 R2 10 R3 5 I1 3A I2 0 5A I3 2A 取d点为参考点 求各点的电位及电压Uab和Ubc 解 各点的电位d点为参考点 Ud 0VUb Ubd I3R3 2A 5 10VUa Uab Ubd I1R1 Ubd 3A 10 10V 40V或Ua Uad E1 40VUc Ucb Ubd I2R2 Ubd 0 5A 10 10V 5V或Uc Ucd E2 5V电压Uab Ua Ub 40V 10V 30VUbc Ub Uc 10V 5V 5V 例1 6 如果选取图1 13中b点为参考点 如图1 14所示 再求各点的电位及电压Uab和Ubc 则可得出 电位Ub 0VUd Udb I3R3 10VUa Uab I1R1 3A 10 30VUc Ucb I2R2 0 5A 10 5V电压Uab Ua Ub 30V 0V 30VUbc Ub Uc 0V 5V 5V 利用电位的概念可将图1 13所示的电路简化为图1 15所示的形式 不画电源 只标出电位值 这是电子电路惯用的画法 开路 负载和短路1 4 1开路状态电源与负载断开 称为开路状态 又称空载状态 开路状态电流为零 负载不工作U IR 0 而开路处的端电压U0 E 1 4电路的三种状态 电源与负载接通 构成回路 称为有载状态 I 1 7 U IR E IR0 1 8 有载状态时的功率平衡关系为 电源电动势输出的功率PE EI电源内阻损耗的功率PR0 I2R0负载吸收的功率P I2R PE PR0功率平衡关系PE P PR0 1 9 用电设备都有限定的工作条件和能力 称为额定值 使用值等于额定值为额定状态 实际电流或功率大于额定值为过载 小于额定值为欠载 1 4 2有载状态 电源两端没有经过负载而直接连在一起时 称为短路状态 短路是电路最严重 最危险的事故 是禁止的状态 短路电流IS E R0很大 如果没有短路保护 会发生火灾 产生短路的原因主要是接线不当 线路绝缘老化损坏等 应在电路中接入过载和短路保护 1 4 3短路状态 基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律 三个术语 支路 电路中流过同一电流的分支 称为支路 图1 19中共有三条支路 结点 三条或三条以上支路的连接点 称为结点 图1 19中共有两个结点 回路 电路中任一闭合的路径 称为回路 图1 19中共有三个回路 1 5基尔霍夫定律 在任一瞬间流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和 对结点a可以写出 I1 I2 I3 1 10 改写成 I1 I2 I3 0即 I 0 1 11 这说明在任一瞬间 一个结点上电流的代数和等于零 KCL解题 首先应标出各支路电流的参考方向 列 I 0表达式时 流入结点的电流取正号 流出结点的电流取负号 1 5 1基尔霍夫电流定律 KCL KCL也可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面 对虚线所包围的闭合面可视为一个结点 而面外三条支路的电流关系可应用KCL得 IB IC IE 或IB IC IE 0 已知图1 20中的IC 1 5mA IE 1 54mA 求IB 解 根据KCL可得IB IC IEIB IE IC 1 54mA 1 5mA 0 04mA 40 A 例1 7 1 5 2基尔霍夫电压定律 KVL 在任一瞬间沿任一回路绕行一周 回路中各个元件上电压的代数和等于零 可用公式表示为 U 0 1 12 KVL解题 先标出回路中各个支路的电流方向 各个元件的电压方向和回路的绕行方向 顺时针方向或逆时针方向均可 然后列 U 0表达式 在列 U 0表达式时 电压方向与绕行方向一致取正号 相反取负号 列出图1 21所示电路中回路 和回路 的KVL表达式 解 标出各支路的电流方向 各元件的电压方向和回路的绕行方向 如图1 12中所示 列回路 U 0表达式回路 UE1 UR1 UR3 0 E1 I1R1 I3R3 0回路 UE2 UR2 UR3 0 E2 I2R2 I3R3 0 例1 8 1 三个物理量电流 电压的参考方向是任意假定的 数值是正 实际方向与参考方向一致 数值是负 实际方向与参考方向相反 功率P UI 如果