電工學(xué)基礎(chǔ)從零開始演示文稿

電工學(xué)基礎(chǔ)從零開始演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有39頁\編輯于星期日優(yōu)選電工學(xué)基礎(chǔ)從零開始現(xiàn)在是2頁\一共有39頁\編輯于星期日

第1章電路的基本概念與基本定律1.1

電路的作用與組成部分1.2

電路模型1.3

電壓和電流的參考方向1.4

歐姆定律1.5

電源有載工作、開路與短路1.6

基爾霍夫定律1.7

電路中電位的概念及計(jì)算現(xiàn)在是3頁\一共有39頁\編輯于星期日本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義；4.會計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位。第1章電路的基本概念與基本定律現(xiàn)在是4頁\一共有39頁\編輯于星期日1.1

電路的作用與組成部分

(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線現(xiàn)在是5頁\一共有39頁\編輯于星期日電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)?，F(xiàn)在是6頁\一共有39頁\編輯于星期日直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源:

提供信息放大器揚(yáng)聲器話筒

電路分析，就是在已知電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系?，F(xiàn)在是7頁\一共有39頁\編輯于星期日電路分析與設(shè)計(jì)的區(qū)別電路分析：已知電路結(jié)構(gòu)，得到電路的功能。應(yīng)用電路仿制，沒有知識產(chǎn)權(quán)。電路設(shè)計(jì)：按照客戶的要求，構(gòu)建電路，使之實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。創(chuàng)新的工作，往往有知識產(chǎn)權(quán)?，F(xiàn)在是8頁\一共有39頁\編輯于星期日1.2

電路模型如何理解模型：模型往往是用數(shù)學(xué)的方法將研究對象理想化，使之反映事物的主要矛盾。電路模型化：為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對應(yīng)的電路模型。（理論上的分析都是模型的分析?。ㄈ绾卫斫狻袄硐搿保刻子谜軐W(xué)的術(shù)語：理想的過程就是保留主要矛盾，舍去次要矛盾的過程?。?/p>

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件。例：如一個白熾燈，一般將它理想化為純電阻，當(dāng)實(shí)際上它還有少量的電感和電容存在，只是這些于電阻相比是次要矛盾，可以忽略。另外在模擬電路中，同一個電路在不同的工作環(huán)境下（如高頻或低頻）它的模型也不一樣，主要也是矛盾發(fā)生了變化?，F(xiàn)在是9頁\一共有39頁\編輯于星期日手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開關(guān)

電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢E和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。

開關(guān)用來控制電路的通斷。

今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。它由理想元件組成。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。現(xiàn)在是10頁\一共有39頁\編輯于星期日1.3

電壓和電流的參考方向

物理中對基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實(shí)際方向物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動的方向電動勢E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV現(xiàn)在是11頁\一共有39頁\編輯于星期日(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標(biāo)電壓：(1)參考方向IE+_

在分析與計(jì)算電路時，對電量任意假定的方向。Iab

雙下標(biāo)2.電路基本物理量的參考方向aRb箭標(biāo)abRI正負(fù)極性+–abUU+_現(xiàn)在是12頁\一共有39頁\編輯于星期日實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)計(jì)算值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)計(jì)算值為負(fù)值。(3)

實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系注意：

在參考方向選定后，電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。

若I=5A，則電流從a流向b；例：若I=–5A，則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實(shí)際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實(shí)際方向從b指向a。參考方向現(xiàn)在是13頁\一共有39頁\編輯于星期日1.4

歐姆定律（關(guān)聯(lián)）RU+–IRU+–I結(jié)論：對歐姆定律而言，在電壓與電流處于關(guān)聯(lián)時，取正號，不關(guān)聯(lián)時取負(fù)號。U=IR

U=–

IR電壓與電流關(guān)聯(lián)：電壓降方向和電流方向一致；反之不關(guān)聯(lián)。上述的方向是指參考方向。關(guān)聯(lián)不關(guān)聯(lián)現(xiàn)在是14頁\一共有39頁\編輯于星期日解：對圖(a)，關(guān)聯(lián)，有,U=IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)，不關(guān)聯(lián)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A現(xiàn)在是15頁\一共有39頁\編輯于星期日電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。

遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點(diǎn)的直線。這個是電阻模型。另外也提供了一種測量電阻的方法。即伏安法?，F(xiàn)在是16頁\一共有39頁\編輯于星期日圖中電阻R為負(fù)載，R0為電源內(nèi)阻。根據(jù)負(fù)載電阻R的不同將電源分為三種工作狀態(tài)。（1）有載：0<R<∞（2）開路：R→∞（往往用開關(guān)斷開來實(shí)現(xiàn)）（3）短路：R＝0。1.5電源有載工作、開路與短路IR0R+

-EU+

-IK現(xiàn)在是17頁\一共有39頁\編輯于星期日1.5

電源有載工作、開路與短路有載：0<R<∞負(fù)載端電壓：U=IR，或U=E–IR0

特征:1.5.1電源有載工作IR0R+

-EU+

-I①

電流的大小由負(fù)載決定。在電源有內(nèi)阻時，IU。電源的外特性EUI0

當(dāng)

R0<<R時，則UE

，表明當(dāng)負(fù)載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負(fù)載能力強(qiáng)。對應(yīng)外特征曲線越平?，F(xiàn)在是18頁\一共有39頁\編輯于星期日負(fù)載端電壓U=IR

特征:

電源有載工作①

電流的大小由負(fù)載決定。②在電源有內(nèi)阻時，IU?；騏=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE

–P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率③電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小和電阻大小是不同概念！IR0R+-

EU+

-現(xiàn)在是19頁\一共有39頁\編輯于星期日問題為什么當(dāng)線路上并入許多電燈時，電燈會變暗，電源會發(fā)熱？現(xiàn)在是20頁\一共有39頁\編輯于星期日電源與負(fù)載的判別U、I參考方向相關(guān)聯(lián)時，P=UI。非關(guān)聯(lián)時,P=

-

UI

。當(dāng)P>0時，負(fù)載；當(dāng)p<0時，電源。

討論課文1.

根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別2.

根據(jù)U、I的參考方向判別電源：

U、I實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出，（發(fā)出功率）；

負(fù)載：

U、I實(shí)際方向相同，即電流從“+”端流入。（吸收功率）。IR0R+-

EU+

-+U－現(xiàn)在是21頁\一共有39頁\編輯于星期日(1)電源

U＝E1－U1＝E1－R01IE1＝U＋R01I＝220＋0.6×5=223V

（2）負(fù)載U＝E2＋U2＝E2＋R02IE2＝U－R02I＝220－0.6×5

R01＝217V例：如圖，U＝220V，I＝5A，內(nèi)阻R01＝R02＝0.6(1)求電源的電動勢E1和負(fù)載的反電動勢E2；(2)試說明功率的平衡解：現(xiàn)在是22頁\一共有39頁\編輯于星期日（2）由（1）中兩式得E1＝E2＋R01I＋R02

I等號兩邊同乘以I

得E1I＝E2I＋R01I2＋R02I2223×5＝217×5＋0.6×52＋0.6×521115W=1085W＋15W＋15WE2I＝1085WR01I2＝15WR02I2＝15W負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生的功率負(fù)載內(nèi)阻損耗功率電源內(nèi)阻損耗功率現(xiàn)在是23頁\一共有39頁\編輯于星期日電氣設(shè)備的額定值（一般下標(biāo)為N）額定值:電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟(jì))

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟(jì)合理安全可靠)

1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W現(xiàn)在是24頁\一共有39頁\編輯于星期日特征:

開關(guān)斷開，R→∞

電源開路I=0電源端電壓

(開路電壓)負(fù)載功率U

=U0=EP

=01.開路處的電流等于零；

I

=02.開路處的電壓U＝E。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-現(xiàn)在是25頁\一共有39頁\編輯于星期日電源外部端子被短接，R＝0。

電源短路

特征:電源端電壓負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=P=I2R0P

=01.

短路處的電壓等于零；

U

=02.短路處的電流I視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IR0R+

-EU0+

-現(xiàn)在是26頁\一共有39頁\編輯于星期日1.6

基爾霍夫定律支路：電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。如a，b。回路：由支路組成的閉合路徑。如：cabc，abda，cadbaI1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123cd現(xiàn)在是27頁\一共有39頁\編輯于星期日例1：支路：ab、bc、ca、…（共6條）回路：abda、abca、adbca…

（共7個）結(jié)點(diǎn)：a、b、c、d

(共4個）網(wǎng)孔：abd、abc、bcd

（共3個）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I現(xiàn)在是28頁\一共有39頁\編輯于星期日

基爾霍夫電流定律(KCL定律)

（應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)）1．定律

即:Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬間，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。實(shí)質(zhì):節(jié)點(diǎn)不能存儲電荷。或:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1對結(jié)點(diǎn)a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0注意：上面的流入和流出都是指電路的參考方向?，F(xiàn)在是29頁\一共有39頁\編輯于星期日

電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。在任何一個時刻，流過任何一個閉合面的電流的代數(shù)和為0。2．推廣：從節(jié)點(diǎn)到閉合面例:廣義結(jié)點(diǎn)IA+IB+IC=0（1）ABCIAIBIC問題：如果這個閉合面中包含電源，是不是還滿足Si＝0？左圖式（1）可以用基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定理來證明?，F(xiàn)在是30頁\一共有39頁\編輯于星期日

基爾霍夫電壓定律（KVL定律，應(yīng)用于回路)1．定律即：U=0，U是指參考方向?qū)芈?：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。現(xiàn)在是31頁\一共有39頁\編輯于星期日1．列方程前標(biāo)注回路循行方向；

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2

U=0

I2R2–E2+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時，項(xiàng)前符號的確定：

如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負(fù)號。3.開路電壓可按回路處理，就認(rèn)為在此處連上了一個阻值為無窮大的電阻。

注意：1對回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_現(xiàn)在是32頁\一共有39頁\編輯于星期日解：應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列出

EB－RBI2－UBE＝0得I2＝0.315mAEB－RBI2－R1I1＋US＝0得I1＝0.57mA應(yīng)用基爾霍夫電流定律列出

I2－I1－IB＝0得IB＝－0.255mA例：如圖：RB＝20K，R1＝10K，EB＝6VUS＝6V，UBE＝－0.3V，試求電流IB

，I2及I1?，F(xiàn)在是33頁\一共有39頁\編輯于星期日例：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對回路adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用U=0列方程對回路cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I現(xiàn)在是34頁\一共有39頁\編輯于星期日1.7

電路中電位的概念及計(jì)算電位：電路中某點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點(diǎn)的電位為零。對電位而言，整個電路就一個參考點(diǎn)；對電壓來說，參考點(diǎn)是相對的。電位與電壓的關(guān)系：某一點(diǎn)a的電位Va的大小等于a點(diǎn)與電位參考點(diǎn)r的電壓Uar.類似海拔高度（電位）與相對地面的高度（電壓）。1.電位的概念某點(diǎn)電位為正，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)高；某點(diǎn)電位為負(fù)，說明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)低?，F(xiàn)在是35頁\一共有39頁\編輯于星期日1.7

電路中電位的概念及計(jì)算

電位的計(jì)算步驟:(1)任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零；

(2)標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算；

(3)計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位?，F(xiàn)在是36頁\一共有39頁\編輯于星期日2.舉例

求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點(diǎn)，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點(diǎn)，即V