CH1电路电工基础与实训.ppt

,江苏经贸职业技术学院电子技术教研室 李春彪制作,Ch1 电路的基本概念与基本定律,电路的结构与功能 电路模型 电压电流及其方向 电阻与电源 基尔霍夫定律 电路的运行状态 电路中的电位 本章总结与强调,电路的结构与功能,电路的作用主要有两个：一是传输和转换电能，如图(a)所示；二是传递和处理信号，如图(b)所示。 电路的组成主要包括电源、负载和中间环节三个部分。 无论电能的传输和转换，或者信号的传递和处理，其中电源或者信号源的电压或者电流称为激励，它推动电路工作；由于激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。所谓电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。,电路模型,由一些理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。例如手电筒的电路模型，如下图。 在理想电路元件（今后理想两字略去不写）中主要有电阻元件，电感元件，电容元件和电源元件。,电压电流及其方向,1. 电压:电场力把单位正电荷从电场中点A移到点B所做的功WAB称为A、B间的电压,用UAB表示 电压的单位为V(伏特)。 如果电场力把1C电量从点A移到点B所作的功是1J(焦)，则A与B两点间的电压就是1V。 电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由“+”极指向“”极，因此，在电压的方向上电位是逐渐降低的。,2. 电流:电流是由电荷的定向移动而形成。当金属导体处于电场之内时，自由电子要受到电场力的作用,逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。 大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电流，简称直流。 电流的强弱用电流强度来表示， 对于恒定直流， 电流强度I用单位时间内通过导体截面的电量Q来表示 习惯上，规定正电荷的移动方向表示电流的实际方向。 ,参考方向：在进行电路计算时，先任意选定某一方向作为待求电流的正方向，并根据此正方向进行计算，若计算得到结果为正值，说明了电流的实际方向与选定的正方向相同；若计算得到结果为负值，说明电流的实际方向与选定的正方向相反。 电压总是相对两点之间的电位而言的， 所以用双下标表示，一个下标(如A)代表起点，后一个下标(如B)代表终点。电压的方向则由起点指向终点， 有时用箭头在图上标明。当标定的参考方向与电压的实际方向相同时，电压为正值；当标定的参考方向与实际电压方向相反时，电压为负值。,电阻与电源,通俗说，电阻就是为描述导体材料对电流的阻碍作用而引入的一种参数，以符号R表示。R与导体的长度成正比, 与导体的截面积成反比,并且与导体材料的性质有关。 线性电阻：在欧姆定律中, 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。如果用电压作为横坐标,电流作为纵坐标,则电压与电流的关系曲线（V-A曲线）为一条过原点的倾斜直线。 非线性电阻：非线性电阻的阻值随着电压或电流而变动, 计算它的电阻时必须指明它的工作电流或工作电压。,非线性电阻元件的电阻有两种表示方式。一种称为静态电阻或直流电阻, 其倒数称为静态电导或直流电导，静态电阻等于工作点（一般用Q表示）的电压与电流I的比值, 即该点到原点连线斜率的倒数。 另一种称为动态电阻或交流电阻, 其倒数称为动态电导或交流电导, 动态电导等于V-A曲线上工作点Q处的斜率, 即g=di/du。对非线性电导而言, 直流电导与交流电导都是电压u的函数。 必须指出, 非线性电阻(或电导)在电路中不遵循欧姆定律。,电源的认识与建模,电源的本质是把其他形式的能转变为电能； 电源是电路元件和负载获得电压和电流的原因； 站在电源提供电压的角度考虑问题，电源可以建模为电压源。根据串联电阻分压的原则，电压源可以用提供恒压的元件和电阻串联形式来等效或者建模，其中的电阻表达出电源自己“吃掉”电压的需要和胃口，其中的恒压元件（简称为“恒压源”）表示电源的供电压的最大能力；,站在电源提供电流的角度考虑问题，电源可以建模为电流源。根据并联电阻分流的原则，电流源可以用提供恒流的元件和电阻并联形式来等效或者建模，其中的电阻表达出电源自己“吸掉”电压的需要和胃口，其中的恒流元件（简称为“恒流源”）表示电源的供电流的最大能力；,电压源和电流源之间的等效,一个实际的电源，既可以用电压源表示，也可以用一个电流源来表示。对于外电路而言， 如果电源的外特性相同， 无论采用哪种模型计算外电路电阻RL上的电流、电压，结果都会相同。 对外电路而言， 两种模型是可以等效变换的。,电压源与电流源的等效变换只能对外电路等效， 对内电路则不等效。 把电压源变换为电流源时， 电流源中的IS等于电压源输出端短路电流IS （“压短”） ，IS方向与电压源对外电路输出电流(犹如打枪)方向相同，电流源中的并联电阻Ri与电压源的内阻R0相等。（压短看输出） 把电流源变换成为电压源时， 电压源中的电动势US等于电流源输出端断路时的端电压（“流断”）， US的方向与电流源对外输出电流（“冒泡”）的方向相同，电压源中的内阻R0与电流源的并联电阻Ri相等. （流断看输出） 理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换。,基尔霍夫定律：欧姆定律的延伸,欧姆定律指出：导体中的电流I与加在导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。 部分电路的欧姆定律：注意参考方向是否关联，表达式也不同 全电路的欧姆定律：注意一下子写出的技巧,全电路欧姆定律,要能在给出电源电压、电源内阻和外面负载端电压的情况下，写出欧姆定律的表达式。 注意：电流参考方向给出的情况下，如何直接写出电流与电源电压和电路端电压之间的关系式电源“冒电流”方向与所设电流参考方向一致取正，端电压“注入”（如打水枪）电流方向与与所设电流参考方向一致取正。务必注意这种直接写出电流表达式的方法和技巧。,基尔霍夫定律是电路中电压和电流所遵循的基本规律，也是分析和计算电路的基础。 欧姆定律的延伸可见到“基尔霍夫定律”； “基尔霍夫定律”是物质与能量转化定律在电路中的体现； 电路名词：支路 、结点、 回路、 网孔,支路: 电路中流过同一电流的一个分支称为一条支路。 结点: 三条或三条以上支路的联接点称为节点。 回路: 由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次, 这条闭合路径称为回路。 网孔: 网孔就是独立回路，在回路内部不另含有支路。,KCL（结点电流定律）,任意时刻，流入电路中任一结点的电流之和恒等于流出该结点的电流之和。 根据电荷守恒的自然法则得到解释,其实也就是电流连续性原理的集中表现。 KCL的推广,KVL（回路电压定律）,在任意时刻沿电路中任意闭和回路内各段电压的代数和恒为零。 基尔霍夫电压定律实际上是电路中两点间的电压大小与路径无关这一性质的体现。 KVL不仅适用于实际回路,同样加以推广，可适用于电路中的假想回路。,电路的运行状态,接通电源与负载，这就是电源有载工作。,如果某一电路元件上两者的参考方向选得一致时： 电源： PUI（负值） 负载： PUI（正值） 电源可能是负载,当开关断开时，电源则处于开路（空载）状态，这时的端电压（称为开路电压或者空载电压U0）等于电源电动势，电源不输出电能。,当电源的两端因为某种原因而联载一起时，电源则被短路，因为在电流回路中仅有很小的电源内阻R0，所以这时的电流很大，此电流称为短路电流Is。短路电流可能使电源遭受机械的与热的损伤或毁坏。,电路中的电位,计算电位时，必须选定电路中某一点作为参考点，它的电位称为参考电位，通常设参考电位为零。 将参考点的电位定为零,则所求点的电位就是该点到参考点的电压降。因此，电位虽是指某一点而言，但实质上还是两点之间的电压，只不过这第二点(参考点)的电位是零而已。所以计算电位的方法与计算电压的方法完全相同。参考点处用符号“”表示。 参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任一两点