第一章电工电子技术基础——PPT

1、课题2l1.1 电路的组成l1.2 电路基本物理量l1.3 电阻教学目标 1.理解电路的基本概念 2.掌握电路的基本物理量 3.掌握电阻、电阻率的基本概念 1.回路的概念 2.电流、电压、电位的定义 3.电阻的概念、电阻率教学重点教学难点 1.电位的概念 2.电阻率和电阻的温度系数1.1.1 电路的组成电能做功是通过电路完成的。电路是由电工设备和元器件组成的整体，它提供了电流通过的途径。电路一般由电源、负载、连接导线和控制装置四个部分组成。电路类型：电力电路 又称强电电路。它是发电、变电、供配电系统的总称，主要是电能的传输和应用信号的传递和处理电路 又称弱电电路。信号处理电路主要目的是传递和处

2、理信号混合控制电路 由弱电电路控制强电电路，来完成系统的控制。如输电网络的继电保护、数控机床、变频器等1.1.2电路图和回路 电路图图1-1电器模型符号图1-2 电路原理图图1-2 电路原理图图1-2 电路原理图图1-2电路原理图回路学习电路，必须建立回路的概念。电路只有构成回路，电流才能在回路中流动。 电路电路中为什么要设开关中为什么要设开关？控制电流的通断。开关断开，电路不通，开关闭合，电路接通，负载工作。有了这个概念，当电路的开关闭合了，可负载不工作，不就是回路有断的地方吗（电路出了故障），这就需要电路故障的排除。 1.2.1 电流 带电粒子在导体中的定向移动形成电流。金属中的自由电子、

3、电解液中的正、负离子均称为带电粒子。 电流的大小，用单位时间内通过导体截面积电荷量的多少来表示，称为电流强度（简称为电流）。 稳恒电流 电流的大小和方向不随时间的变化而变化，则称为稳恒直流电流，简称为直流电。数学表达式为 式中，I 电流，单位为A（安）； Q 电荷量，单位为C（库）； t 时间，单位为s（秒）。 如果电量为1C，时间为1s，则电流为1A。tQI tQI tQI 变动电流如果电流的大小和方向都随时间的变化而变化，则称为变动电流，变动电流的数学表达式为电流的常用单位还有kA、mA和A，它们之间的换算关系为1 kA =103 A1 A = 103 mA = 106 A在变动的电流中，

4、只大小变化、方向不变，称为直流；大小和方向作周期性变化，称为交流。dtdq 电流正方向的规定 正电荷的流动方向规定为电流的实际正方向。正电荷的流动方向规定为电流的实际正方向。(a)参考方向与实际方向相同(b)参考方向与实际方向相反1.2.2 电压与电位 1电压 图1-4电压与电位说明图 定义：定义：电场力将正电荷从A极板移到B极板所做的功WAB，与被移动的电荷量Q之比，称为AB两极板间的电压，用UAB表示，即UABQWAB 2电位 定义：定义：在电路中任选一点作为电位的零参考点，电路中任一点到参考点之间的电压，就称为该点的电位。 A、B两点之间的电压UAB UAB =VAVB = VA0 =

5、VA1.2.3 电动势 定义：定义：电源力将单位正电荷从B极板移动到A极板所做的功WBA，称为BA两点间的电动势 数学表达式为 EBAQWBA理想电动势符号在电路分析中常用其理想模型在电路分析中常用其理想模型符号来表示符号来表示1.3.1 电阻1导体的电阻电阻 表征导体对电流呈现阻碍作用的物理量称为电阻表征导体对电流呈现阻碍作用的物理量称为电阻。用R表示。电阻的单位为（欧姆）：如果在导体两端加上1 V电压，流过导体的电流为1 A，则导体的电阻为1 。电阻的单位还有k和M，其换算关系为1M = 103 k1k = 103 电阻率导体电阻的大小与导体的长度 成正比，与导体的横截面积S成反比，并与导

6、体材料的电阻率有关，用公式表示为式中： 导体长度，单位为m；S 导体截面积，单位为m2； 比例系数，称为导体的电阻率比例系数，称为导体的电阻率，其大小与导体的材料有关，单位为m 。SR温度系数导体的电阻除与导体的材料、几何形状有关外，还与温度有关。大多数金属在0 100内，电阻随温度变化的相对值与温度的变化量成正比，即式中， 导体材料的电阻温度系数导体材料的电阻温度系数，单位为oC1 ；R1 温度在t1时导体的电阻，单位为；R2 温度在t2时导体的电阻，单位为。 )(12112ttRRR2电阻器及电阻元件电阻是导体材料的一种电特性，任何导体材料都存在电阻，当电路的导线较长时（输电线路），必须考

7、虑其电阻的影响，选择合适的导体材料和线径。利用导电材料的电阻特性制造电阻器件。为满足电路限流、分流或电压分配的要求，根据导体的电阻特性，制成各种各样的电阻器。1.电路就是由电源和负载通过导电材料构成的闭合路径（为了控制回路的通断，回路中设有开关）。电路是闭合的，电流就能流动，电路不闭合，电流就不能流动。这个基本概念在以后分析复杂电路时是非常有用的。2.电流、电压、电势、电位是最基本的电量，要熟练掌握。 3.电阻，是电工的基本材料。凡导体材料都存有电阻，材料不同电阻率不同、温度系数不同。选择电阻率小的材料制造导线，电阻率大的材料制造电阻器；选择温度系数小的材料制造精密电阻，温度系数大的材料制造感

8、温传感器。课题3l1.3.2 欧姆定律l1.4 电能和电功率l1.5 电流的热效应、额定值教学目标 1.掌握电路的欧姆定律及其应用。 2.掌握电能和电功率的概念及计算。 3.掌握电阻通过电流就发热、就做功的概念，了解电路额定值的概念。 1.电路的欧姆及其应用 2.电能和电功率的概念、计算 3.电路额定值的概念教学重点课前复习 1.电路的基本物理量 2.电阻的概念1.3.2 欧姆定律1一段电阻电路的欧姆定律 线性电阻不含有电动势，只含有电阻，故称为一段电阻电路。一段电阻电路的欧姆定律的表述为：流经电阻的电流与流经电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比加在电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比，与

9、电阻的阻值成反比，数学表达式为 在式中，电压的正方向与电流的正方向设定一致，如果电压与电流的正方向设定相反，则表达式为U =I RRUI (a)U、I正方向一致(b)U、I正方向相反电压的正方向与电流的正方向设定一致，称为关联参考方向；反之，称为非关联参考方向。线性电阻非线性电阻如果加在电阻两端的电压与通过电阻的电流不呈线性关系（不符合欧姆定律），称为非线性电阻，白炽灯的灯丝、半导体二极管的正向电阻等均为非线性电阻。 非线性电阻2全电路欧姆定律由电源、负载和连接导线组成的闭合电路称为全电路。全电路的欧姆定律的表述为：通过全电路的电流与通过全电路的电流与电源的电动势成正比，电源的电动势成正比，与

10、电路中的总电阻成反与电路中的总电阻成反比比，数学表达式为闭合电路oRREI已知一收音机正常工作时所需的电压为2.4 3 V，电流为80 mA，现用3 V（电动势）干电池供电。当电池用了一段时间后，电池的内电阻R0上升为8，试计算收音机还能否继续工作。解： 根据已知条件，计算是否满足收音机的最低电压供电条件。根据全电路欧姆定律有U = EI R0 = 30.088= 2.36V即干电池已经不能满足收音机的2.4V最低工作电压要求，应更换电池。1电能电流在电路中流动要消耗电能对负载作功。用公式表示为W =U I t 2电功率单位时间内电路消耗的电能称为电功率，简称功率。它是表示电路消耗电能快慢的物

11、理量，用公式表示为 UItUIttWP1.5.1 电流的热效应1.电流热效应的应用应用于需要通过电流加热的场合。如电烙铁、电烤箱、电暖气、电阻炉等都是利用电流的热效应加热工作的。2.电流热效应的不利及消除因为用电器都存在电阻，只要通过电流就会发热。这个发热是我们不需要或必须消除的。1.5.2 电器设备的额定值1. 额定值的概念保证电器长期工作而不因过热而烧毁的所加电压、电流、电功率等，称为电路的额定值。分别用IN、UN、PN来表示。当电器工作在额定状态时，有PN = I N U N电器设备在额定功率下的工作状态称为额定工作状态，也称为满载；低于额定功率的工作状态称为轻载；高于额定功率的工作状态

12、称为过载。1.一段电阻电路的欧姆定律是电工最基本的定律，大家要烂记在心。全电路欧姆定律除了应用于计算电路参数之外，还含有另一个深刻的含义：回路电压平衡（回路电势=会路电压）、能量平衡（电源输出电能=负载消耗电能），这都是深入分析电路的基础。2.电能和电功率的计算、电流的热效应、额定值、电路效率等，都是应用电能的基本知识，也是最基础，大家要熟练掌握。课题4 4l1.6 电阻的串并联l1.7电压源与电流源教学目标 1.掌握电阻的串并联原理和工程应用 2.理解电压源和电流的概念及等效互换 1. 电阻串并联原理和工程应用教学重点教学难点 1. 电压源和电流的等效互换1.6.1电阻的串联 将多个电阻首、

13、尾依次相接，使电流只有一条通路，称为电阻的串联，如图所示电阻串联电路具有以下特点：1各电阻中通过的为同一电流2电路中的总电压等于各电阻上电压之和，即U =U1 + U2 + + Un （1-20） 3电路中的总电阻等于各串联电阻之和，即R =R1 + R2 + +Rn （1-21）4串联电阻电路有分压作用5电路中各电阻消耗的功率跟它的阻值成正比1.6.2电阻的并联 将多个电阻的首、尾各自相接，使电流有多条通路，这样的连接方式称为电阻的并联电阻并联电路具有以下特点：1各电阻上加的是同一电压2电路中的总电流等于各电阻中电流之和3电路的总电阻的倒数等于各电阻倒数之和4电阻并联具有分流作用1.6.3

14、电阻串并联的工程应用根据电阻串联分压、并流分流；串联通过的是同一电流，并联加的为同一电压的特点，在工程上得到广泛的应用。如电压表扩大量程在表头上串联电阻；电流表扩大量程在表头上并联电阻。1.7.1电压源1.实际电压源2.理想电压源1.7.2电流源1.实际电流源2.理想电流源1.7.3 两种电源的等效互换由于电压源和电流源均为实际电源的两种等效电路模型，故二者在外特性上可以等效互换电压源:电流源: I = IS000RURERUEISSSRU电压源电压源电流源电流源1.电阻的串联，是将多个负载做串联联接的一种方法，它的特性广泛应用在工程实践中。如应用它的串联分压、分功率的特点，可将一个高压大功率

15、的负载均分，由低压小功率的器件来承受。2.电阻的并联，其并联特性也得到广泛的应用。如我们的低压电网，提供380V或220V的固定电压，负载都是并联工作，这就为负载提供了一个统一的电压额定标准，负载只要在这个电网上，到那都能用。3.电源的等效互换。在工程中，电源的分析和计算，有时采用电压源表示比较方便，有时采用电流源表示比较方便。通过等效互换，又可以将两种方法统一起来。课题4l1.8基尔霍夫定律l1.9电容器应用教学目标 1.掌握电压回路的平衡原理 2.了解复杂电路的分析方法 3.掌握电容器件的特性、工作原理、应用 1.电压回路平衡原理的概念 2.复杂电路的分析方法 3.电容器件的特性、工作原理

16、、应用教学重点教学难点 1.负载电路的分析 2.电容器的充放电分析1.8.1简单电路和复杂电路1.简单电路能应用电阻的串并联等方法进行化简，用欧姆定律解出电流和电压关系的电路称为简单电路。2.复杂电路应用以上方法不能解出电路的结果，这一类电路称为复杂电路。1.8.2 基尔霍夫定律1. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律也称为节点电流定律，它确定了节点电流之间的关系。基尔霍夫电流定律可叙述为：在任意时刻流入节点的电流等于流出节点的电流，即I入=I出 2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律是说明在任意闭合电路中各支路段的电压的相互关系。其内容为：在任意时刻，沿回路绕行一周，回路中所有的电动势的代数和等

17、于回路中所有电阻电压降的代数和，数学表达式为：E =IR 1.8.3 支路电流法支路电流法是以支路电流为未知量进行求解的一种方法。以下图为例来说明支路电流法的解题过程。1.9.1.电容器结构彼此靠近的两个导体就存在电容，由两块彼此绝缘的平行金属板就构成一个电容器。1.9.2电容器和电容元件电容器的最基本性能是储存电场能量。如果忽略电容器的损耗、漏电等次要因素，可用理想电路模型来代表电容器，这个理想电路模型称为电容元件，也简称电容。电容元件的电容量电容元件的电容量用大写字母用大写字母C C表示表示1.9.3 电容的电压电流关系及储能1电压电流的关系当电容器两端加上电压时，电容两极板上要聚集等量异号的电荷。电容器两端电压发生变化时，极板上的电荷同时发生变化，电容中形成位移电流。2电容中的电场能量 电容在充电过程中，储存的电场能量WC为221CCCuW1.9.4 电容的并联和串联 1电容并联 2电容的串联1.9.5 电容器的工程应用 电容器是电工电路的基础器件，用途广用量大 1. 隔直通交 在电子电路中，把交直流混合信号中的直流隔断，取出交流信号。（a）交直流混合信号（b）