直流电路浅解幻灯片

直流电路浅解幻灯片第一页，共51页。项目一直流电路基础知识知识目标：了解电流、电压、基本概念，掌握其单位及单位的换算；了解电阻的概念和电阻与温度的关系；掌握欧姆定律，熟练应用欧姆定律进行计算；理解电能和电功率的概念，掌握焦耳定律，掌握电能、电功率的计算。技能目标：会使用直流电压表、电流表会用万用表测量直流电压、直流电流和电阻。第二页，共51页。任务一电路1.1电路的组成电路是由电源、导线、开关和负载四大部分组成。下图是直流电动机控制回路，通过开关（开或关），闭合状态下才能正常工作电能转化成其他形式的能（机械能，光能，热能）第三页，共51页。（1）电源电源是电路的源泉/能量源，它为电路提供电能。（2）导线导线构成电路的通路。传递电作用。（3）开关开关是控制电路通、断的电器（设备），（4）负载负载是消耗电能的设备。如电灯、风扇、第四页，共51页。1.2电路的物理量1.2.1电流1.电流的形成。电流就是电子在电场力作用下有规则的定向运动。（可以理解为河道中的流水向一定方向移动）2.电流强度单位时间内通过导体截面电荷量的多少称为电流强度。它是表征电流大小的物理量。（可以理解为流水速度的快慢流速）电流强度的单位为安培，简称安，符号为A。图1-6电流的形成（a）未通电状态（b）通电状态第五页，共51页。设在△t时间内，流过截面S的电荷量为△Q，则电流强度为

（瞬时）

如果电流的大小和方向都不随时间的变化而变化，则称为稳恒直流电，简称直流电。其数学表达式为第六页，共51页。1.2.2电压、电位、电动势1．电压（负载二端有电流的前提条件是二端存在电压）下图是水的循环流动示意图。我们以水的循环流动来说明电流在电路中的流动原理。流和水流有着相似的规律，如图1-10所示，要想形成图中电流，必须在白炽灯两端存在电位差（类似水槽的水位差）。A、B极板之间的电位差称为A、B两点之间的电压UAB。

电压的正方向规定为：由高电位指向低电位，即从电源的正极指向负极。电压的方向用“＋”、“-”号来表示。电压的单位是伏特，简称伏，符号为V。图1-9水流方向图1-10电动势、电压说明图第七页，共51页。1.2.3电流、电压的测量1．电流的测量测量时将表的两个接线端串联在电路中（千万不可并联在电路上），表的“＋”端为电流的流入端；表的“－”端为电流的流出端。根据表针所指示的刻度，读出电流的大小。第八页，共51页。2．电压的测量测量时将表的两个接线端并联在被测电压的两端，测量时表的“+”接线端接被测电压的正极，“-”接线端接被测电压的负极。根据表针所指示的刻度，读出电压的大小。

第九页，共51页。1.3电阻1.3.1导体的电阻1.导体电阻的概念图1-14所示是电子在导体中流动示意图。图1-14a和图1-14b是不同的两种导体材料，材料内的原子结构不同，导体对电子流动呈现出的“阻力”不同；图1-14c是同一种导体材料，由于材料的截面积不同，导体对电子流动呈现出的“阻力”不同。导体对电流的阻碍作用称为导体的电阻，用符号“R”来表示，其基本单位为欧姆（Ω）。较大的单位有kΩ和MΩ。（类似河道中的石头对水流流动有阻碍作用）其换算关系为1MΩ=1000kΩ、1kΩ=1000Ω图1-14电子在导体中流动示意图a)导体中“障碍物”少b)导体中“障碍物”多c）导体截面积不同电子所受阻力不同第十页，共51页。2.导体的电阻率与温度系数1）电阻定律导体电阻的大小与导体的电阻率和导体长度成正比，与导体的横截面S成反比，用公式表示为电阻是耗能元件，它将电能不可逆地转换为热能。第十一页，共51页。电阻的标称阻值的标注方法1.直标法主要参数直接标注在电阻器的外壳上。▲——表示电阻器的商标；

RJ——“R”代表电阻器，“J”表示电阻器由金属材料制作而成；1W——表示电阻器的额定功率为1W；5.1kΩ——表示电阻器的的电阻值为5.1kΩ；±5%——电阻值的允许偏差值为±5%。第十二页，共51页。电阻的标称阻值的标注方法2.数码法用3或4位阿拉伯数字来标注电阻的阻值472表示：104表示：4501表示：1123表示：第十三页，共51页。电阻的标称阻值的标注方法3.色标法用不同颜色的色环或色点表示电阻的阻值和允许误差。（重点）使用最多的标注方法第十四页，共51页。电阻的标称阻值的标注方法第十五页，共51页。案例：色环电阻的识别例：识别某四环电阻电阻：（棕绿红金）解：第一位有效数字：3；第二位有效数字：3；第三位10的5次方（即100000）；第四位允许误差为5%即阻值为：33×100000=3.3×106Ω=3.3MΩ第十六页，共51页。敏感电阻器实物压敏电阻光敏电阻正温度热敏电阻PTC汽敏电阻负温度热敏电阻NTC湿敏电阻第十七页，共51页。1.3.2

电阻的测量测量电阻用欧姆表。图1-17是用指针式万用表的欧姆挡测量电阻，测量前先将万用表的旋转开关旋到电阻挡，然后将两表笔短路校零（两表笔短路的同时旋转表盘上的校零可调电阻，使表针指到右边零刻度）。测量时两表笔搭在被测电阻的两端，表针指示的刻度既是被测电阻的阻值。如果被测电阻连接在电路中，测量时必须将电阻与电路断开，更不允许电路带电测量。图1-16电阻元件的电路符号图1-17电阻的测量第十八页，共51页。1.4欧姆定律

电阻电路的欧姆定律可表述为：流经电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比，其表达式为1.4.1电阻电路欧姆定律一段只含有电阻、而不含有电源的电路，称为电阻电路，如图第十九页，共51页。欧姆定律只适应于线性电阻电路，即当电压和电流变化时，电阻的阻值不变。图1-20a是线性电阻的伏安特性曲线。某些电阻元件，如半导体二极管的正向电阻、白炽灯的灯丝电阻，它们不遵循欧姆定律，伏安特性曲线是一条曲线，这种电阻称为非线性电阻，它的阻值随工作电压的变化而变化，如图1-20b所示。a）线性电阻的伏安特性b）非线性电阻的伏安特性图1-20电阻的伏安特性曲线第二十页，共51页。案例1电烙铁发热量不足

2.电路参数发生了变化，使电路工作不正常案例现象某电气维修工使用的一把电烙铁发热量不足，不知是什么原因。电烙铁的正常工作参数为：电压220V，电流90mA。

图1-25电烙铁a)电烙铁外形b)等效电路第二十一页，共51页。案例分析电烙铁的发热体就是一个线绕电阻，如图1-25b所示。发热量不足一是外加电压低于220V，二是电烙铁的工作电流小于正常值。用电压表测量220V电源电压，为正常值；用电阻表（万用表的欧姆档）测量电烙铁的发热体电阻，阻值为3.1kΩ。根据欧姆公式，计算电烙铁的实际电流为I=U/R=220/3.1kΩ=71mA由于71mA<90mA，使电烙铁的发热量不足。其原因为发热体老化，阻值变大所至。第二十二页，共51页。1.5电功与电功率1.5.1电功电流在电路中流动，通过负载时要对负载做功。如电流流入电动机的绕组，电动机输出转矩，拖动机械负载运动做功，电能通过电动机将电能转化为机械能。电能通过负载做功的大小，与流过负载的电流I、负载两端的电压U以及通电时间t成正比，其数学表达式为在工程上电功又称电能，常用kW·h(千瓦时)表示，1kW·h就是通常说的1度电。它与焦耳之间的换算关系为1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J在工程上电能是由电能表进行测量的，电能表俗称电度表，图1-31是电能表的外形图。电能表在测量过程中是通过表内的转动机构带动字轮，由字轮上的数字指示出电路消耗的电能。（13进24出）图1-31电能表第二十三页，共51页。1.5.2电功率在日常生活或工程中，不仅要了解电流做功的多少，还要知道电流做功的快慢。电流做功的快慢是用“电功率”来表示的。1.电功率电流在单位时间内所做的功称为电功率，用P来表示。其表达式为

电功率的基本单位为W（瓦），还有kW（千瓦）和mW（毫瓦）2.额定功率为了使电器能安全、可靠地工作，对电器的工作电压和电流都有一个规定值。这个规定值就称为电器的额定电压和额定电流。额定电压和额定电流的乘积，称为电器的额定功率。额定电压、电流、电功率统称为用电器的额定值，用电器的额定值都在铭牌上标出，以方便使用。第二十四页，共51页。案例2某企业电压不稳，造成用电器工作不正常案例现象某企业经常自己发电，电压稳定性差，电压在200～240V之间波动，车间用的白炽灯忽明忽暗，经常损坏。案例分析以额定电压为220V、额定功率为40W的白炽灯为例。若把它接在220V的电路中，通过灯泡的电流为灯泡的电阻为第二十五页，共51页。当电路电压降为200V，输出功率为因为电压下降，白炽灯的功率由40W下降为33.1W，发光变暗。当电路电压升为240V，输出功率为因为47.64W>40W，白炽灯处于较强的过载状态，虽然发光亮度增加，但白炽灯的寿命大大下降。案例总结一切电器，工作在额定状态是最佳状态，我们要尽量使电气设备工作在额定状态。在购买电器设备时，要认真核实设备的使用条件，一是要和电源相符；二是要和电器驱动的设备相匹配。

W第二十六页，共51页。任务二直流电路分析2.1电阻的串并联2.1.1电阻的串联将两个或两个以上的电阻首尾依次相接，这种连接方式称为串联，如图2-2所示。电阻串联电路的特点（1）串联电路的总电阻等于各串联电阻之和总电阻的表达式为图2-2电阻的串联第二十七页，共51页。（2）各电阻中通过的是同一电流根据欧姆定律，串联电路的电流为（3）串联电路两端的总电压等于各电阻上的分电压之和总电压的表达式为（4）串联电路具有分压作用串联电路各电阻上的电压与电阻的阻值成正比，阻值越大，所分得的电压也越大，各电阻上分得的电压为第二十八页，共51页。根据串联电路总电阻等于分电阻之和，有R=RO+RXkΩRX=R-RO=100kΩ-1kΩ=99kΩ在表头上串联一个99kΩ的电阻，即可将表头改装为一只10V量程的电压表。（PACK基本原理）第二十九页，共51页。案例3

利用电阻串联降压限流案例叙述：图2-6是电阻串联电路，分析其工作原理。案例分析：图2-6a是指示灯电路(指示灯可等效为一个电阻)，为了限制指示灯中电流，根据串联分压原理，通过串联电阻分压，使加在指示灯上的电压U2为合适值，使指示灯正常发光。图2-6b降压原理和图2-6a相同，发光二极管也可以看作为一个电阻。该电路是电子设备上广泛使用的一种指示电路。图2-6c是电阻串联在高压电路中的一种应用。电路总电压为310V，为了提高电路的工作可靠性，降低加在电阻上的电压值，采用了4个相同阻值的电阻相串联，每个电阻上分得的电压为310V/4=77.5V。

第三十页，共51页。图2-6电阻串联电路a)电阻与指示灯串联采用在一条支路中多个电阻串联来均分功率、均分电压，以此来提高电路的工作可靠性、方便电路的安装，是电工和电子电路经常采用的方法。b)电阻与发光二极管串联c)电阻在高压电路中串联第三十一页，共51页。2.1.2电阻的并联和混联将两个或两个以上的电阻首、尾分别接在一起，使电流有多条通路，这种连接方式称为并联，如图2-7所示。1．电阻并联电路的特点（1）各并联电阻两端的电压相等；（2）并联电路的总电流等于各电阻中电流之和，即(2-5)（3）并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和，即图2-7电阻的并联第三十二页，共51页。（4）并联电路具有分流作用，并联电路中流过电阻的电流与电阻的阻值成反比，阻值越小，流过的电流越大；阻值越大，流过的电流越小。当有两个电阻并联时，其分流公式为，（5）各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比并联电路中电阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和，其数学表达式为P=P1+P2+P3第三十三页，共51页。（4）并联电路具有分流作用，并联电路中流过电阻的电流与电阻的阻值成反比，阻值越小，流过的电流越大；阻值越大，流过的电流越小。当有两个电阻并联时，其分流公式为，（5）各并联电阻上所消耗的功率与电阻的阻值成反比并联电路中电阻的阻值越小，消耗的功率越大；阻值越大，消耗的功率越小。总功率等于各并联电阻功率之和，其数学表达式为P=P1+P2+P3第三十四页，共51页。2.电阻的混联在一个电路中，既有电阻串联又有电阻并联，称为混联电路。图2-9就是一个电阻混联电路。在计算混联电路时，将电路中串联或并联的电阻按串联或并联的计算方法一步步进行化简，最后求出整个电路的等效电阻值。图2-9电阻的混联电路第三十五页，共51页。【例2-1】混联电路如图2-10所示，已知，，V，试求电路的总电阻R和总电流I。解：

图2-10例2-1图第三十六页，共51页。

案例1工作在电网上的负载都为并联3．活学活用案例叙述：工作在电网上的各种负载都为并联工作，为什么？案例分析：图2-11是电网中的一条火线和一条零线，火线和零线之间的电压为220V。在火线和零线上并联着各种用电负载。图2-12是计算机、扫描仪、打印机并联在一起的情况。图2-11并联负载第三十七页，共51页。根据并联电路各电阻上（各负载）所加电压相同的特点，在电力供电系统中，采用负载并联的运行方式。供电系统为用电器提供一个相同的额定电压，各种负载都要按照这个额定电压设计电路。例如我国民用市电的额定电压为220V，各种用电器的额定电压也都是220V，只要买了按照我国标准电压生产的电器，在我们国内都能用。我们可以想象一下：如果我们国家的低压（指220V）标准有多种，电器的电压标准也有多种，使用起来是何等的麻烦。图2-12三个负载并联第三十八页，共51页。案例2

电阻保护并联案例叙述：在高压电网和高压电路中，为了防雷，装有避雷器；在低压电路中，为了防止电路过压，安装压敏电阻，避雷器和压敏电阻是怎样对电路进行保护的？a)b)c)d)图2-15电阻保护并联第三十九页，共51页。案例分析：电网防雷保护原理是根据电阻和电网并联，电网和电阻上加的是同一电压，当雷电超过了电网的工作电压（避雷器的导通电压），避雷器导通，将雷电流通过避雷器旁路，保护了电网不会超压而损坏。避雷器实际上是一个压敏电阻，导通电压值高于电网的正常工作电压，又低于电网的损坏电压值。当避雷器导通后，雷电低于了一定值，避雷器又自动关闭，不影响电网的正常工作。电路中并联压敏电阻的保护原理为：压敏电阻上所加电压低于导通电压时，其阻值很大，相当于开路，当高于导通电压，电阻很小，相当于短路。在电路中主要是进行过压保护，一但过压，压敏电阻短路，将电路的保护熔断器熔断，切断电源，保护了负载不被烧毁。图2-15c是压敏电阻在电路中的连接图，图2-15d是压敏电阻外形。第四十页，共51页。

2.3电压源和电流源及其应用2.3.1电压源电压源表示方法，由内阻R0和电动势E相串联。电压源的符号如图2-25a所示。当电压源的内阻为零时，称为理想电压源或恒压源，其电路符号如图2-25b所示。图2-25电压源符号第四十一页，共51页。当将电压源与负载电阻相连时（如图2-26a所示），由于电流通过电压源内阻时产生了电压降，使电压源的端电压比电源的电动势要小,即（2-13）图2-26电压源供电电路第四十二页，共51页。2.3.2电流源用一恒定电流与一内阻相并联来表示的电源称为电流源。其符号如图2-27a所示。电流源的内阻越大，在上的分流越小，输出电流越接近。当内阻为无穷大时（不存在），称为理想电流源或恒流源，其输出电流与端电压无关，，理想电流源的符号如图2-27b所示。图2-27电流源第四十三页，共51页。在实际电源中，当电源的内阻>>时，在上的分流可以忽略，即可将其视为理想电流源。实际电源中，光电池、串激直流发电机以及晶体管等的输出特性，都比较接近恒流源。如果将电流源接入负载电阻，如图2-28a所示，则电路中的电流为其U—I特性曲线如图2-28b所示，负载中的电流越小，输出电压越高。图2-28电流源与输出特性第四十四页，共51页。案例1

电源短路的危害2.3.3活学活用案例叙述：电源在工作中或因事故造成短路会有什么危害？案例分析：我们在工作中，接触到的大部分电源是恒压性质的电源，因为电源的内阻很小，一但短路，将会引起很大的灾害。图2-29a是电源短路的情况，由电路参数可知，短路电流可达I=U/R=220/(0.5+0.5+0.5)A=147A(欧姆定律)每条导线上的短路功率和电源上的短路功率为P=UI=I2R=1472×0.5W=10.8kW（电阻电路的电功率）10.8kW的短路功率可引起导线严重发热，点燃绝缘层引起火灾，造成财产的严重损失和人员伤亡。第四十五页，共51页。对于电气设备上的小功率电源，因为负载短路，可将电源烧毁。造