电工电子技术电路基本概念以及定律研究

1、电工电子技术电路基本概念以及定律研究 课程性质 电工电子技术是高等学校理工科电类专业以及很多非电类专业必修的一门专业基础课程。 教学目标 通过本课程的学习，使学生获得电工和电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工和电子技术的应用及发展概况，为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作打下一定的基础。 电工电子技术 教材简介多学时：两学期 本学期（72学时） 学时 包含电工基础知识电子技术基础电气控制技术基础电工测量与电子仪器仪表四部分内容。5. 成绩评定 平时(考勤、作业、课堂表现)：40%考试：60% 1.1 电路的作用与组成部分1.2 电路模型1.3 电压和电流的参考方向

2、1.4 欧姆定律1.5 电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算第1章 电路的基本概念与基本定律教学内容 了解电路模型及其理想电路元件的意义；理解电压、电流参考方向的意义；理解电路基本定律并能正确应用；了解电源的有载工作、开路与短路状态，并能理解电功率和额定值的意义；掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法。教学要求重点 电压和电流的参考方向，基尔霍夫定律，电路中电位的概念及计算。 本章内容比较简单，无难点。难点学时数4学时。 实现电能的传输和转换 1.1.1 电路的作用 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。 1

3、.1 电路的作用与组成部分输电线发电机典型例子：电力系统升压变压器降压变压器电灯电动机电炉 实现信号的传递和处理扬声器话筒典型例子：扩音机放大器1.1 电路的作用与组成部分1.1.2 电路的组成电源（信号源）、中间环节、负载电源 供应电能负载 取用电能中间环节传输和分配电能1.1 电路的作用与组成部分输电线发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉中间环节信号处理负载接受和转换信号信号源 提供信号激励：电源或信号源的电压或电流输入，它推动电路工作。响应：由激励在电路各部分产生的电压和电流输出。 分析电路，其实质就是分析激励和响应之间的关系。1.1 电路的作用与组成部分扬声器话筒放大器 为了便于对

4、实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，将它近似地看做理想元件，如电炉。 对实际电路分析，就是在一定条件下将实际元件理想化表示，即将电路中元器件看作理想元件，所组成的电路称为电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、二极管、三极管和电源元件等。1.2 电路模型1.2 电路模型+-手电筒的电路模型 电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro； 灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R； 筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体

5、。 开关用来控制电路的通断。 今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。R+RoES+UI灯泡开关电池导线实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向。1.3.1 电流的方向参考方向（正方向）：任意选定的方向。1.3 电压和电流的参考方向Iab 双下标：表示方法：I箭头：1.3.2 电压的方向实际方向：高电位端指向低电位端。参考方向（正方向）：任意选定的方向。Uab 双下标：1.3.3 电动势的方向实际方向：电源内部由低电位端指向高电位端。电动势与电压的关系：方向相反，数值相等。表示方法：1.3 电压和电流的参考方向正负极性：+-实际方向与参考方向

6、一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。1.3.4 实际方向与参考方向的关系若 I = 6A，则电流实际方向为从a流向b；例：若 I = -6A，则电流实际方向为从b流向a。I参考方向实际方向实际方向1.3 电压和电流的参考方向参考方向选定后电流(或电压)值才有正负之分 若 U = 6V，则电压的实际方向为从a指向b， 实际方向与参考方向一致；若 U= -6V，则电压的实际方向为从b指向a，实际方向与参考方向相反。实际方向参考方向1.3 电压和电流的参考方向U+-+- 若电压与电流参考方向相同，则为关联参考方向；1.3.5 关联参考方向与非关联参考方向 反

7、之，则为非关联参考方向。本书如未作特殊声明均采用关联参考方向1.3 电压和电流的参考方向U = IR+- U = - IR+-练习与思考 如图，U1=-6V，U2=4V，试问Uab等于多少伏？解： 如图，Uab=-6V，试问a，b两点哪点电位高？解：a点电位低，b点电位高。1.3 电压和电流的参考方向U1U2ab+-+-ab例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。解：欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。1.4 欧姆定律图(b)单位：欧姆（）图(a)+-图（a）+-图（b）伏安特性曲线：电阻端电压与电流的关系。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性曲线线性电阻：以电压为横坐标，电流

8、为纵坐标，电阻的特性是一条经过原点的直线，如图（a）。具有该特性的电阻称为线性电阻。非线性电阻：U和I不具有图（a）所示关系的，称为非线性电阻。1.4 欧姆定律二极管伏安特性曲线欧姆定律只适用于线性电阻。练习与思考 为了测量某直流电机励磁线圈的电阻R，采用了下图所示的“伏安法”。电压表读数为220V，电流表读数为，试求线圈的电阻。如果在实验时有人误将电流表当作电压表，并联在电源上，其后果如何？已知电流表的量程为1A，内阻Ro为。解：正确连接时，有错误连接时，有电流表中游丝将立即被烧断，电流表损坏。理想状态下，电压表内阻无穷大，电流表内阻无穷小。注意1.4 欧姆定律+-1.5 电源有载工作、开路

9、与短路 电压与电流1.5.1 电源有载工作 当电源内阻 Ro R 时，则U E ，表明当电流(负载)变动时电源的端电压变动不大，这说明它带负载能力强。EUIO电源的外特性曲线+-+-电源输出的功率电源产生的功率内阻损耗的功率 在一个电路中，电源产生的功率和负载取用的功率以及内阻上所损耗的功率是平衡的。 功率与功率平衡1.5 电源有载工作、开路与短路 3.额定值与实际值 电气设备的额定值常有额定电压、额定电流和额定功率等，分别用UN、IN、PN表示。 每一个电气设备都有一个正常条件下运行而规定的正常允许值。设备生产厂家根据其使用寿命、所用材料的耐热性能、绝缘强度等标注的，这就是改设备的额定值。电

10、气设备的额定值常标注在铭牌上或写在说明书上。 使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。1.5 电源有载工作、开路与短路 当开关断开时，电源处于开路(空载)状态，不输出电能，其特征如下： 电源开路电源端电压 （ 即开路电压）等于电源电动势负载功率为零开路电流为零1.5 电源有载工作、开路与短路+-+- 电源短路电源端电压为零负载功率为零电源产生的电能全被内阻所消耗短路电流（很大）1.5 电源有载工作、开路与短路+-+- 当电源的两端被短接时，其特征如下： 电源短路1.5 电源有载工作、开路与短路 短路通常是一种严重事故，会使电源或电气设备因严重发热二烧毁，因此要积极预防和在电路中

11、增加安全保护措施。 短路原因绝缘损坏接线不当熔断器自动断路器支路：电路中通过同一电流的分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的连接点，如结点a、b。回路：由支路组成的闭合路径，如回路1、2、3。网孔：内部不含支路的回路，如网孔1、2。I1I2I3ba1.6 基尔霍夫定律123+-+-cd 基尔霍夫电流定律(KCL定律) 定律内容 任何时刻，流入任一结点的支路电流之和等于流出该结点的支路电流之和。 电路中的任何一个结点，所有支路电流的代数和为零。对结点a： P.S:一般规定为：流入为正，流出为负。1.6 基尔霍夫定律+-+-I1I2I3ab 即：即： KCL定律可以

12、推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。 推广应用广义结点 根据KCL定律，分别对A、B、C三个结点列电流方程：1.6 基尔霍夫定律例： 基尔霍夫电压定律（KVL定律) 定律内容即： U = 0 在任一回路中，从任意一点出发循行一周(顺时针方向或逆时针方向)，回路中各段电压的代数和恒等于零。对回路3：1.6 基尔霍夫定律+-+-I1I2I33首先要在电路图上标出各支路电流、电压参考方向及回路循行方向；应用 U = 0列方程时，支路参考方向与循行方向一致，则支路电压取正；反之，取负。 推广应用对回路1：KVL不仅适用于闭合回路，还可推广应用于回路的部分电路,用于求回路中的开路电压。1注意1.6

13、 基尔霍夫定律+-+-+-2例：如图，已知R2=20k，R1=10k，E2=E1=6V，UBE=-，求：IB，I2，I1。解：对回路1对回路2对结点a1.6 基尔霍夫定律1a+-+-+-电位：在电路中任选一点为参考点，且设参考点的电位为零，则电路中任一点的电位等于该点到参考点的电压。1.7.1 电位的概念 参考点可任意选定，但通常选大地、接地点或电气设备机壳，电路分析中常选择多条之路的连接点作参考点，在电路图中参考点常用符号“”标明。 其它各点的电位同它比较，比它高的为正；比它低的为负。1.7 电路中电位的概念及计算1.7.2 例：求图示电路中各点的电位：Va、Vb、Vc、Vd及Ucd 。设a为参考点，即Va = 0V，则Vb = Uba= -106 = -60V设b为参考点，即Vb = 0V，则Va = Uab= 106 = 60VUcd = VcVd = 50VUcd = VcVd = 50V解：Vc = Uca= 420 = 80VVd = Uda= 65 = 30VVc= Ucb= E1= 140VVd = Udb= E2 = 90V1.7 电路中电位的概念及计算bac204A610AE290VE1140V56Ad+-+-结论电路中各点电位值随参考点的不同而不同，电位是相对的；电路中任意两点间电压大小与参考点的选择无关，电压是绝对的。借助电位的概念可以