电工电子技术全套完整版.ppt

电工电子技术田玉主编王世桥副主编王宗贵主审 全国高职高专规划教材 精品与示范系列 制作 王玲 万用表组装 项目一电路基本概念和基本分析方法 知识重点 1 电流电压正方向 参考方向 电功率计算2 电阻欧姆定律及各种特殊电阻3 电压源 电流源伏安特性4 基尔霍夫定律5 电容伏安关系及工作特性 知识难点 1 电流源2 叠加定理 戴维南定理 教学导航 必须掌握的理论知识 1 电流电压方向 参考方向 电位概念 电功率计算2 电阻欧姆定律 电桥电路平衡条件3 电压源 电流源伏安特性及等效变换4 基尔霍夫定律及支路电流法5 叠加原理与戴维南定理6 电容伏安关系及工作特性 必须掌握的技能 1 万用表使用2 元件焊接及直流电路组装基本技能 教学导航 主要内容 项目任务实物图器械与元件背景知识任务操作与指导考核要求 万用表组装 项目任务 实物图 器械与元件 1 1电路模型1 2电路基本物理1 3欧姆定律1 4电压源与电流源1 5基尔霍夫定律1 6叠加定理与戴维南定理1 8电容充 放电 背景知识 1 1电路模型 知识分布网络 1 1电路模型 各种电气元件按一定方式组合起来构成的总体 它提供了电流流通的路径 3 控制元件及联结导线 各种形式的开关 导线等 2电路组成 1 电源 把其它形式的能量 信号 转化成电能 电信号 如干电池 蓄电池 发电机等 2 负载 或称用电器 电能 电信号 转化成其它形式的能量 信号 如电灯 电动机等 1电路 例如 手电筒电路 电源 开关 负载 1 1电路模型 1 用于电能传输 分配 与转换 如照明用电电路这种电路特点是工作电压高 传输电能大 常称为强电电路 2 用于信息传递和处理 如扬声器电路这种电路特点是工作电压 电流小 传输电能小 常称为弱电电路 3 电路根据功能分类 照明用电 发电机 升压变压器 降压变压器 电灯 热能 水能 核能转电能 传输分配电能 电能转换为光能 扬声器 放大器 扬声器 将语音转换为电信号 信号转换 放大 信号处理 接受转换信号的设备 1 1电路模型 4电路模型 在一定条件下 忽略实际电工设备和电子元器件的一些次要性质 只保留它的一个主要性质 并用一个足以反映该主要性质的模型 理想化电路元件来表示 1 理想化电路元件 如 常见的理想电路元件 理想化电阻元件 表现为电阻性 电能转换为热能 是耗能元件 理想化电感元件 表现为电感性 建立磁场储存磁场能 是储能元件 理想化电容元件 表现为电容性 建立电场储存电场能 是储能元件 1 1电路模型 将实际元件理想化 由理想化的电路元件组成的电路 如 手电筒的电路模型 理想化导线 理想化电阻 理想化电源 2 电路模型 1 2电路基本物理量 知识分布网络 1 电流 1 定义 在电场的作用下 电荷有规则的定向移动形成电流 单位时间内通过导体横截面积的电荷量 大小和方向都随时间改变的叫交流 用i表示 3 电流的单位 1安培 A 1000毫安 mA 1毫安 mA 1000微安 A i dq dt 2 电流大小 电流强度 简称电流 大小和方向都不随时间改变的叫直流 用I表示 问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向 电路如何求解 4 电流的方向 规定正电荷运动的方向为电流的实际方向 为了方便复杂电路的分析和计算 往往任意选定某一方向作为电流的正方向 也称参考方向 常常用箭头表示 电流实际方向 电流实际方向 I 0参考方向与实际方向一致I 0参考方向与实际方向相反 1 电流 参考方向 2 电压 1 定义 电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功定义为a b两点间的电压 交流电压用u表示 2 单位 u dw dq 直流电压用U表示 2 电压 1 电压的实际方向 规定为电场力推动正电荷从一点移动到另一点的方向 提示 1 电源无论是提供电能还是吸收电能 其端电压实际方向总是由正极指向负极 2 电阻元件电压电流实际方向总是相同 2 参考方向 为了计算分析问题方便而任意假定的电压的方向 电压的参考方向有三种表示方法 1 用 参考方向由 指向 2 用双下标字母表示 如UAB参考方向从第一个下标A指向第二个下标B 3 用实线箭头表示 箭头方向既是参考方向 参考方向与实际方向的关系 在规定的参考方向下 若计算结果U 0参考方向与实际方向一致U 0参考方向与实际方向相反 关联参考方向 若电流和电压的参考方向取得相同 称为关联参考方向 否则称为非关联参考方向 关联参考方向 非关联参考方向 电路中两点之间的电压等于两点的电位之差 所以电压又称电位差 3 电位 在电路中选定一个参考点 其它各点相对于参考点之间的电压称为该点电位 用V表示 单位 伏 电力电路中常以大地为参考点 电路符号是电子电路中常以多条支路汇集的公共点或机壳为参考点 电路符号为 1 定义 2 参考点 3 两点电压与电位的关系 同一电路中当以不同点为参考点时 各点电位不同 但两点间电压不变 提示 4 电动势 电源内力 非电场力 推动单位正电荷 从电源负极经过电源内部移到电源的正极所做的功 电源的负极指向正极即电位升高的方向 2 方向 1 定义 3 与电源端电压的关系 电源端电压与电动势在忽略内部消耗或空载情况下大小相同 方向相反 5 电功率 一段电路或某一电路元件在单位时间内所吸收 消耗 或提供 产生 的电能 用P表示 在直流电路中 电功率为 单位 瓦 特 w 电功率的概念 若u i方向不一致结果如何 5 电功率 若元件上的电压 电流实际方向一致 则该元件吸收功率 是负载 若元件上的电压电流实际方向相反 则该元件输出功率 是电源 当某元件的电压电流关联参考方向时 若求出的P 0 说明元件在吸收电能 一定是负载 求出的P 0 说明元件在发出电能 一定是电源 电源可能提供电能也可能吸收电能 提供电能相当于电源 吸收电能相当于负载 提示 1 3电阻 知识分布网络 1 3 1电阻元件 有电阻特性 是消耗电能的元件 2 电阻元件分类 线性电阻 非线性电阻 1 定义 1 3 1电阻元件 按材料分碳膜电阻 金属膜电阻 线绕电阻 薄膜电阻器 绕线电阻器 滑线电阻器 电位器 1 3 2欧姆定律 U和I为关联正方向时 U和I为非关联正方向时 注意 用欧姆定律列方程时 一定要在图中标明参考方向 直流电桥 c 检流计电流为0 c d两点电位相等 相对桥臂电阻乘积相等即 知识拓展 电桥电路 电桥平衡的特征 电桥平衡的条件 电桥的应用 测外界信号如温度 压力等 1 4电压源与电流源 知识分布网络 1 4 1电压源 理想电压源 恒压源 特点 1 输出电压恒定U Es 2 输出电流取决于外电路 3 内阻r 0 伏安特性 1 4 1电压源 2 实际电压源 1 4 2电流源 1 理想电流源 恒流源 RO 时的电流源 伏安特性 特点 1 输出电流恒定I IS 与端电压无关 2 输出端电压取决于外电路 3 内阻r 1 4 2电流源 RO越小 特性越陡 2 实际电流源 1 4 3电压源与电流源等效变换 I I U U 对外的电压 电流相等 即 等效的概念 电压源 电流源等效互换公式 电压源 电流源外特性表达式为 U U I I 电压源 电流源 1 等效 是指 对外 等效 等效互换前后对外伏 安特性一致 对内不等效 2 恒压源与恒流源不能等效变换 提示 1 5基尔霍夫定律 知识分布网络 1 5基尔霍夫定律 支路 电路中每一个分支 节点 三个或三个以上支路的会交点 回路 电路中任一闭合路径 网孔 内部不含其它支路的回路又称独立回路 复杂电路的几个术语 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系 其中包括基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律两个定律 支路 ab ad 共6条 回路 abda 共7个 节点 a b 共4个 网孔 abda 共4个 1 5 1基尔霍夫电流定律 KCL 在任一瞬时 流出节点电流之和等于流入该节点电流之和 另一说法 流出电路中某节点电流代数和为0 其中流出取正 流入取负 Ii IO I I1 I3 I2 I4 或 I1 I3 I2 I4 0 1 定律内容 推广 适用于封闭面 I1 I2 I3 IB IC IE 1 5 2基尔霍夫电压定律 KVL 在任一瞬时 对电路中任一回路 沿任意循行方向转一周 各元件电压代数和为0 即 U 1 定律内容 回路绕行的方向是指回路的循回方向 一般取顺时针方向为绕行方向 其中与回路绕行方向一致的元件 电压降为正 电压升为负 提示 回路a b c a 回路a d b a 回路a d b c a 2 基尔霍夫电压定律扩展应用 假想的闭合回路 1 5 3支路电流法 以各支路电流为未知量依据基尔霍夫两条定律列方程的分析方法称为支路电流法 1 支路电流法的概念 1 5 3支路电流法解题步骤 1 确定电路支路数B 并标各支路电流参考方向 4 解 联立方程组 2 确定节点数N 列出 N 1 个节点电流方程 3 对网孔回路列电压方程 节点数N 2支路数B 3 I1 I3 I3 1 6叠加定理与戴维南定理 知识分布网络 1 6 1叠加定理 在线性电路中 若有多个电源共同作用 则电路中任何支路的电流 或任意两点的电压等于各电源单独作用时产生电流或电压分量代数和 1 叠加定理 叠加时只将电源分别考虑 电路的结构和参数不变 暂时不予考虑的恒压源应予以短路 即令E 0 暂时不予考虑的恒流源应予以开路 即令Is 0 提示 迭加定理只适用于线性电路 1 6 1叠加定理 原电路 E1单独作用 E2单独作用 2 各电源作用分量电流 电压与总电流 电压参考方向一致取正 相反取负 1 解题时要标明各支路电流 电压的参考方向 提示 2 叠加时只将电源分别考虑 电路的结构和参数不变 暂时不予考虑的恒压源应予以短路 即令E 0 暂时不予考虑的恒流源应予以开路 即令Is 0 1 叠加定理只适用于线性电路 电路参数不随电压 电流的变化而改变 3 解题时要标明各支路电流 电压的参考方向 提示 4 叠加原理只能用于电压或电流的计算 不能用来求功率 1 6 2戴维南定理 二端网络 若一个电路只通过两个端点与外电路相联 则该电路称为 二端网络 无源二端网络 二端网络中没有电源 有源二端网络 二端网络中含有电源 1 6 2戴维南定理 任何一个线性含源二端网络可等效为一个电压源 等效电压源的定值电动势等于含源二端网络的开路电压 等效电压源内阻等于含源网络内电源作用置0后 剩下的纯电阻网络的等效电阻 1 戴维南定理内容 注意 等效 是指对端口外等效 2 有源二端网络用电压源模型等效的概念 即 U U I I 1 6 2戴维南定理 1 6 2戴维南定理 3 等效电压源的定值电动势和内电阻的计算 1 6 2戴维南定理 图 a 用图 b 等效代替 用戴维南定理求图 a ab支路电流 第一步 求开端电压Uab 1 6 2戴维南定理 第二步 求输入电阻r 第三步 求未知电流I US0 Uab 8V 1 6 2戴维南定理 1 8电容充 放电 知识分布网络 1 8 1电容元件 1 电容量 简称电容 反应电容器储存电荷本领大小的物理量 单位 法拉 F 1F 106 F1 F 106pF 电容储存电场能 电容元件是一种能够储存电场能量的元件 是实际电容器的理想化模型 1 8 1电容元件 只有电容上的电压变化时 电容两端才有电流 在直流电路中 电容上电压不变 相当于开路 因此电容具有 隔直 作用 2 电容的伏安特性 结论 1 8 1电容元件 云母电容器 电解电容器 陶瓷电容器 几种电容器外形图 电解电容有正负极之分 不能接错 1 8 1电容元件 3 电容电路的换路定律 1 换路 是指电路工作条件改变 比如电路连接与断开 电路联接方式变化 元件参数变化等 2 换路定律 电容电压在换路时不能跃变 1 8 2电容充 放电 实验 检流计 电容无初始电压 1 8 2电容充 放电 检流计指针先摆向最高值 然后往回摆动 直至为0 灯泡在S合向1瞬间最亮 然后逐渐变暗 直至完全不亮 1 电容充电 S合向 1 位置 充电 1 8 2电容充 放电 检流计指针反向摆至最大位置 然后逐渐摆向0位置 灯泡开始最亮 然后逐渐变暗 直至完全不亮 1 电容放电 S合向2位置 放电 越大充放电越慢 越小充放电越快 一般时 充放电基本结束 1 8 2电容充 放电 2 电容充放电快慢与充放电充放电时间常数 有关 在直流电源下 电容经短暂时间充放电后 电流变为0 相当于开路 称 隔直 在交流电源电压下 电源电压的不断变化 电容不断充放电 电路中一直有电流 称为 通交 3 电容有 隔直通交 作用 1 电容充电时电压上升 放电时电压下降 结论 1 认识电路2电路安装3万用表使用方法 任务操作指导 1 认识电路 MF47型万用表原理图 1 电阻测量电路 2 直流电压测量电路 表头 2 直流电流测量电路 4 交流电压测量电路 2 电路安装 1 清点材料2 焊接前的准备工作3 焊接元器件4 机械部分的安装与调整5 故障的排除 1 清点材料 参考材料配套清单 按材料清单一一对应 记清每个元件的名称与外形 打开时请小心 不要将塑料袋撕破 以免材料丢失 清点材料时请将表箱后盖当容器 将所有的东西都放在里面 清点完后请将材料放回塑料袋备用 注意表头不能跌坏或者拿在手里晃动 档位开关由安装在正面的档位开关旋钮和安装在反面的电刷旋钮组成 测量线路板有黄绿两面 绿面用于焊接 黄面用于安装元件 图1 35为MF47型万用表测量线路板 MF47型万用表测量线路板 2 焊接前的准备工作 清除元件表面的氧化层 元件引脚弯制成形 将弯制成型的元器件对照图1 35插放到线路板上 3 焊接元器件 检查每个元器件插放是否正确 整齐 二极管 电解电容极性是否正确 电阻读数的方向是否一致 全部合格后方可进行元器件的焊接 焊接时一定要注意电刷轨道上一定不能粘上锡 否则会严重影响电刷的运转 4 机械部分的安装与调整 提把的安装 电刷旋钮的安装 档位开关旋钮的安装 电刷的安装 线路板的安装 5 故障的排除 1 表针没任何反应可能的原因有 表头 表棒损坏 接线错误 保险丝没装或损坏 电池极板装错 如果将两种电池极板装反位置 电池两极无法与电池极板接触 电阻档就无法工作 电刷装错 2 电压档指针反偏这种情况一般是表头引线极性接反 如果DCA DCV正常 ACV指针反偏 则为二极管D1接反 3 测电压示值不准这种情况一般是焊接有问题 应对被怀疑的焊点重新处理 1 测量电阻2 测量直流电压3 测量直流电流4 测量交流电压 3 万用表使用方法 1 测量电阻 红表棒接 黑表棒接 把档位开关旋钮打到电阻档合适的量程 短接两表棒 旋动电阻调零电位器旋钮 进行调零 使指针打到电阻刻度右边的 0 处将被测电阻脱离电源 用两表棒分别接触电阻两端 从表头指针显示的读数乘所选量程的分辩率数即为被测电阻的阻值 如选用R 10档测量 指针指示50 则被测电阻的阻值为 50 10 500 如果示值过大或过小要重新调整档位 保证读数的精度 注意 1 测量时不能用手触摸表棒的金属部分 以保证安全和测量准确性 测电阻时如果用手捏住表棒的金属部分 会将人体电阻并接于被测电阻而引起测量误差 2 不允许测量带电的电阻 否则会烧坏万用表 3 在测量电解电容和晶体管等器件的阻值时要注意极性 4 电阻档每次换档都要进行调零 5 不允许用万用表电阻档直接测量高灵敏度的表头内阻 以免烧坏表头 提示 2 测量直流电压 把万用表两表