电工电子技术基础多媒体课件(ppt 66页).ppt

第1章直流电路 1 1电路的基本概念及基本定律 1 2电路的基本分析方法 1 3电容器 第1章直流电路 本章要求 理解电路的基本概念 掌握电路的基本定律掌握电路中电位的意义及计算理解电源的等效变换法 掌握电阻串并联的特点及电路的计算了解电容器的充放电特性 理解电容C的意义 1 1电路的基本概念及基本定律 电路是电流的通路 是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成 1 1 1电路概述 1 电路的作用 1 电能的产生 传输控制和转换 电工电路 总目录 上页 章目录 下页 2 电信号的产生 传输处理和变换 2 电路的组成 电子电路 电源 负载 中间环节 信号源 负载 处理电路 返回 3 电路模型 基本的理想元件有如下五种 理想元件是指只有一种电磁性质的假想元件 电阻元件是具有消耗电能性质的假想元件 其性质用参数R表示 总目录 上页 章目录 下页 返回 电感元件是具有将电能转换成磁场能并储存起来性质的假想元件 其性质用参数L表示 电容元件是具有将电能转换成电场能并储存起来性质的假想元件 其性质用参数C表示 理想电压源的输出电压恒定不变 也称为恒压源 其恒压性用E或US表示 理想电流源的输出电流恒定不变 也称为恒压源 其恒流性用IS表示 将实际元件用理想元件或其组合等效替代 所得到的电路称为实际电路的电路模型 简称电路 总目录 上页 章目录 下页 返回 汽车照明电路的电路模型 1 电流 大小 单位时间内通过导体横截面的电荷量 电流是电荷在电场力的作用下作定向运动形成的 其大小和方向都与电荷有关 1 1 2电路的基本物理量 直流 交流 单位 A KA mA A 实际方向 正电荷的运动方向 总目录 上页 章目录 下页 返回 2 电压 大小 在电路中 任意两点a b的电压Uab等于电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功 直流 交流 单位 V KV mV 实际方向 高电位低电位即电位降落的方向 电荷运动回路 总目录 上页 章目录 下页 返回 3 电动势 大小 电源的电动势Eba等于电源力将单位正电荷从负极b经电源内部移到正极a所做的功 单位 V KV mV 实际方向 低电位高电位即电位升高的方向 电荷运动回路 电流的实际方向可用箭头 双下标 电压 电动势用正负极性 箭头 双下标 Iab 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 电流 电压 电动势的参考方向 参考方向的表示方法 总目录 上页 章目录 下页 返回 参考方向 在分析 计算电路时 人为假定的方向 电流 电压 电动势 2 实际方向与参考方向的关系 总目录 上页 章目录 下页 返回 实际方向与参考方向一致 电量值为正值 实际方向与参考方向相反 电量值为负值 若I 5A 则电流从a流向b 若I 5A 则电流从b流向a 若U 5V 则电压的实际方向从a指向b 若U 5V 则电压的实际方向从b指向a 例 2 实际方向与参考方向的关系 总目录 上页 章目录 下页 返回 若E 5V 则电动势的实际方向从b指向a 若E 5V 则电动势的实际方向从a指向b 注意 在参考方向选定后 电流 电压 电动势的值才有正负之分 在电路分析中 如果没有特别指明 所标的电量方向均指参考方向 4 导体的电阻 总目录 上页 章目录 下页 返回 电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量 电阻定律 说明 不同的导体其电阻率不同 用途也不同 导体电阻还与温度有关 通常用电阻温度系数 表示 部分导体电阻率和温度系数如下页表所示 l 导体长度 m S 导体截面积 m2 导体电阻率 m 单位 K M 总目录 上页 章目录 下页 返回 部分导体的电阻率 和电阻温度系数 1 1 3欧姆定律 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 部分电路欧姆定律 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 通常取U I参考方向相同 称为关联参考方向 总目录 上页 章目录 下页 返回 解 对图 a 有 I U R 例 应用欧姆定律对下图电路列出式子 并求电阻R 对图 b 有 I U R 总目录 上页 章目录 下页 返回 2 全电路欧姆定律 E I参考方向相同时 E I参考方向相反时 通常取E I参考方向相同 总目录 上页 章目录 下页 返回 解 例 已知E 3V R0 0 4 RL 9 6 求电流I 内阻压降IR0及电源端电压U 1 1 4功率及其计算 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 实际方向下功率的计算 电功 t时间内 电场力 或电源力 做的功 用WR 或WE 表示 根据电压定义 单位时间内电场力 或电源力 所做的功称为电功率 用PR 或PE 表示 根据电动势定义 电阻的功率 电源的功率 总目录 上页 章目录 下页 返回 功率单位 瓦 W 千瓦 KW 毫瓦 mW 电功单位 焦 J 千瓦 时 kW h 1kW h 3 6 106J 2 参考方向下功率的计算 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 P 0元件吸收功率 是负载 P 0元件发出功率 是电源 正负值的意义 总目录 上页 章目录 下页 返回 解 对图 a 有 P UI 10W A发出功率 是电源 例 计算图中各元件的功率 并指出各元件的性质 对图 b 有 P UI 20W B吸收功率 是负载 总目录 上页 章目录 下页 返回 3 电流的热效应 电流的热效应 电流通过金属导体会发热的现象 电流热效应应用广泛 汽车上的照明灯 熔断器 双金属片式断路器 电热式机油压力表和水温表的指针偏转等 焦 J 电流热效应的存在容易使导线发热 老化绝缘外皮 严重时引起漏电或短路事故 焦耳定律 电流通过金属导体产生的热量Q与电流的平方I2 导体电阻R以及通电时间t成正比 1 1 5电路的三种状态 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 通路 通路 电流通过电源和负载形成回路的状态 通路状态下 电源被接上负载 此时电源的工作状态称为有载状态 2 开路 断路 开路 电路中的某处被断开时的状态 特征 电路中没有电流流动 电源的负载被断开 此时的电源状态称空载状态 总目录 上页 章目录 下页 返回 开路可以分为控制性开路和故障性开路 控制性开路是利用开关将处于通路状态的电路断开 故障性开路是一种突发性 意想不到的断路状态 例如 在汽车电路中 电源与负载之间的连接线松脱 负载与导体的金属部分接触不良 都会引起断路故障 所以在接线时要牢固可靠 尽量避免断路故障发生 在汽车电路发生断路故障时 通常用试灯或万用表 直流电压挡 去寻找电路的断路点 总目录 上页 章目录 下页 返回 方法 将试灯一端 或电压表负表笔 接在电源负极 另一端依次触及电路接线点a b c d 如果灯亮说明此接线点至电源正极间无断路 如果灯不亮说明此接线点与前一接线点间有断路 用这种办法逐步缩小查找范围 直至找到断路点 总目录 上页 章目录 下页 返回 3 短路 短路 电路的任意两端被导体接通时的状态 电源短路时 流过大电流 烧损电源及导线 为避免该情况的发生 在电源附近要安装短路保护器 特征 被接通的两端电压为零 短路可能发生在电源上 也会发生在负载上 前者称为电源短路 后者称为负载短路 图中的短路为电源短路 总目录 上页 章目录 下页 返回 短路除了有害的一面以外 还有有利的一面 在汽车上利用短路法能快速的找到故障点 若按下起动按钮 起动机不转 经查电源 熔断器FU及搭铁线均无故障 于是就可采用短接法查找故障所在位置 汽车起动系统原理图 1 1 6基尔霍夫定律 总目录 上页 章目录 下页 返回 支路 电路中的每一个分支 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联接点 回路 由支路组成的闭合路径 网孔 内部不含支路的回路 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 基尔霍夫电流定律 KCL定律 在任一瞬间 流向任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和 I1 I2 I3 电流定律 KCL 反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系 1 定律 即 入 出 结点a 结点b I3 I1 I2 实质 电流连续性的体现 总目录 上页 章目录 下页 返回 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面 2 推广 I I 0 IA IB IC 0 总目录 上页 章目录 下页 返回 解 例 已知I1 2A I2 3A I3 2A 求I4 根据基尔霍夫电流定律得 总目录 上页 章目录 下页 返回 对任一回路 沿假定的绕行方向走一周 回路中各段电压的代数和恒等于零 1 定律 I1R1 I3R3 E1 0 I2R2 I3R3 E2 0 基尔霍夫电压定律 KVL 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系 2 基尔霍夫电压定律 KVL定律 即 U 0 对回路1 对回路2 总目录 上页 章目录 下页 返回 列方程前标注回路绕行方向 U 0I2R2 E2 UBE 0 应用 U 0列方程时 项前符号的确定 如果规定电压方向与绕行方向相同时取正号 则相反时就取负号 开口电路可按回路处理 2 注意 总目录 上页 章目录 下页 返回 解 例 已知一闭合电路 其组成元件为任意的 若UAB 5V UBC 4V UDA 3V 求UCD UCA 对回路ABCDA有 对开口电路ABCA有 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 1 7电位的概念及计算 电位 电路中某点至参考点的电压 记为 VX 通常设参考点的电位为零 1 电位的概念 电位的计算步骤 1 任选电路中某一点为参考点 设其电位为零 2 标出各电流参考方向并计算 3 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位 某点电位为正 说明该点电位比参考点高 某点电位为负 说明该点电位比参考点低 总目录 上页 章目录 下页 返回 2 举例 求图示电路中各点的电位及电压 解 设a为参考点 即Va 0V Vb Uba 10 6 60VVc Uca 4 20 80VVd Uda 6 5 30V 设b为参考点 即Vb 0V Va Uab 10 6 60VVc Ucb E1 140VVd Udb E2 90V Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V b a 总目录 上页 章目录 下页 返回 结论 1 电位值是相对的 参考点选取的不同 电路中各点的电位也将随之改变 2 电路中两点间的电压值是固定的 不会因参考点的不同而变 即与零电位参考点的选取无关 借助电位的概念可以简化电路作图 总目录 上页 章目录 下页 返回 思考题 什么是等电位点 两个等电位点用导线连通后 导线中是否有电流 答 2 在直流电路中如何用万用表测量直流电位 答 电位相等的点为等电位点 两个等电位点用导线连通后 导线中无电流流过 将万用表转换开关转到直流电压档 然后把黑表笔触及电位参考点 红表笔接触各测量点 此时万用表的电压读数即为各点的电位 1 2电路的基本分析方法 1 2 1电阻串并联的特点 特点 3 等效电阻等于各电阻之和 1 各电阻中通过同一电流 各电阻一个接一个地顺序相接 且电流相同 1 电阻的串联 串联 2 总电压等于分电压之和 R R1 R2 4 串联电阻上电压的分配与电阻成正比 总目录 上页 章目录 下页 返回 应用 降压 限流 调节电压等 两电阻串联时的分压公式 例 图为一分压器 已知输入Ui 1V 电位器电阻RP 4 7k 固定电阻R 0 3k 求输出Uo变化范围 当RP滑动触点在最下端时 有 解 总目录 上页 章目录 下页 返回 当RP滑动触点在最上端时 有 故输出电压的变化范围 0 06 1V 2 电阻的并联 特点 1 各电阻两端的电压相同 2 总电流等于各分电流之和 各电阻接在两个公共结点之间 具有相同的电压 并联 总目录 上页 章目录 下页 返回 3 等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和 两电阻并联时的分流公式 4 并联电阻上电流的分配与电阻成反比 应用 分流 调节电流等 两电阻并联的等效电阻 总目录 上页 章目录 下页 返回 例 将一个500 的电阻 分别与500 600 20 电阻并联 问并联后的等效电阻分别是多少 解 两个并联电阻的等效电阻 总目录 上页 章目录 下页 返回 例 已知电源电压US 12V 电阻R1 2 R2 12 R3 R4 3 求R4上的分流I4 解 电路的等效电阻为 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 2 2电源的两种模型及等效变换 发电机 蓄电池等都是实际电源 在电路分析中 常用电路模型表示 实际电源的电路模型有两种 电压源模型和电流源模型 两种电路模型的特点不同 但在一定条件下可以相互转换 由上图电路可得 U E IR0 电压源是由电动势E和内阻R0串联组成 电压源模型 U0 E O 电压源外特性 1 电压源 模型 总目录 上页 章目录 下页 返回 若R0 0 则U E 称为理想电压源 恒压源 若R0 RL U E 可近似认为是理想电压源 由U E IR0可知 电流由外电路决定 设E 10V 接上RL后 恒压源对外输出电流 当RL 1 时 U 10V I 10A当RL 10 时 U 10V I 1A 电压恒定 电流随负载变化 外特性曲线 理想电压源 恒压源 例1 总目录 上页 章目录 下页 返回 U0 ISR0 电流源外特性 电流源是由电流IS和内阻R0并联组成的电源的模型 由上图电路可得 若R0 理想电流源 恒流源 若R0 RL I IS 可近似认为是理想电流源 则I IS IS 太阳能电池 放大状态晶体管 O 2 电流源 模型 总目录 上页 章目录 下页 返回 恒流源两端的电压U由外电路决定 设IS 10A 接上RL后 恒流源对外输出电流 当RL 1 时 I 10A U 10V当RL 10 时 I 10A U 100V 外特性曲线 电流恒定 电压随负载变化 理想电流源 恒流源 例1 总目录 上页 章目录 下页 返回 由图a 由图b 3 电压源与电流源的等效变换 总目录 上页 章目录 下页 返回 等效变换时 两电源的参考方向要一一对应 理想电压源与理想电流源之间无等效关系 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言 对电源内部则是不等效的 注意事项 例 当RL 时 电压源的内阻R0中不损耗功率 而电流源的内阻R0中则损耗功率 任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路 都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路 总目录 上页 章目录 下页 返回 求下列各电路的等效电源 解 例1 总目录 上页 章目录 下页 返回 例2 解 统一电源形式 试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1 电阻中的电流 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 3电容器 1 3 1电容器的构成及电容量 电容器是用来存储电荷的一种容器 将两个金属导体用绝缘物质隔开 再引出导线 就构成一只电容器 两个金属导体叫极板 绝缘物质叫介质 空气蜡纸 云母 陶瓷等 电容器存储电荷的能力用电容量表示 简称电容 C 总目录 上页 章目录 下页 返回 电容 或 单位 法 F 1F 1C 1V 1 F 微法 10 6F1pF 皮法 10 12F 电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关 总目录 上页 章目录 下页 返回 1 3 2电容器的充放电特性 1 充电过程 RC串联电路 充电时间常数 充电速度的快慢取决于R C的大小 充电时间常数 充是衡量充电快慢的物理量 S合上前 S 总目录 上页 章目录 下页 返回 2 放电过程 放电时间常数 s 放电的快慢取决于放电回路中参数R C的大小 放电时间常数 放是衡量放电快慢的物理量 充电结束 总目录 上页 章目录 下页 返回 综合上述分析 可得出结论 1 电容器的充放电就是电荷的储存和释放过程或者电能的储存和释放过程 2 电容器具有隔直通交的作用 3 电容器充放电的快慢决定于