电气控制第一章-电路及基本元件分解.ppt

电气控制课程简介,本课程是工科专业的一门技术基础课。它是由电路基础与电工技术两部分组成。本课程不仅具有自身的理论体系，而且是一门实践性很强的课程。由于没有系统的高等数学和大学物理作基础，加上学时少、内容多，故重点介绍基本概念、基本知识、器件的外特性及使用方法。,第一章电路及基本元件,1.1电路及其基本物理量,1.2电路的三种状态,1.3电路基本元件,2,1,3,1.4半导体器件,1.5电源,1.1电路及其基本物理量,电路,基本物理量,电流,电压(电位、电动势),电功率(电能),包括电源、负载、中间环节三部分,用规定的符号画出,由元件按一定结构连接并完成一定功能,电路及作用,电路,弱电电路的作用是不失真地传递和处理信号。,强电电路的作用是产生、输送、分配和变换电能。,按功能分为强电电路、弱电电路,按电源性质分为直流电路、交流电路,交流电源：电压的大小和方向均随时间变化,直流电源：电压的方向不变。,按结构分为简单电路、复杂电路,按状态分有载、空载、短路三种电路,简单电路,图1-6电流方向的判断,复杂电路,1、有载状态（满载、超载、轻载）,2、空载状态（断路）,3、短路状态,电路的三种状态,常用的电路元件及符号,常用的电路元件有：电阻、电感、电容、二极管、三极管、理想电压源、理想电流源等。,定义：,任意假定的方向。,电流及其参考方向,在单位时间内通过导体截面的电荷量,大小：,即电流强度，恒定电流用I表示；瞬时电流用i表示。,方向：,规定正电荷的移动方向为实际方向，用箭头“”表示。,参考方向：,若求出（或已知）电流为正值，则说明参考方向与真实方向一致，否则相反。,单位：,安培(A、mA、A、nA),定义：,任意假定的方向。,电压及其参考方向,单位正电荷由A点运动到B点,电场力所做的功。,大小：,恒定电压用U表示；瞬时电压用u表示。,方向：,电路中电压的方向用一对”“”号表示，或用一个箭头“”表示，也可用双下标表示，如UAB表示方向从A点指向B点。,参考方向：,若求出（或已知）电压为正值，则说明参考方向与真实方向一致，否则相反。,单位：,伏特（V、KV、mV）,电压与电位的关系,为方便,常将电路中某一点设为参考点,并规定参考点的电位为零。,例如，电路中AB两点之间的电压UAB=5V,若设B点为参考点：,电压是绝对量，电位是相对量。,则UB=0V，,若设A点为参考点：,则UA=0V，,再如，若电路中A、B两点的电位分别为UA=8V，UB=3V,则AB两点间的电压：,UA=UAB=5V,UB=UBA,则其它点与参考点之间的电压称为该点的电位。任意两点间的电压等于该两点的电位差。,UABUAUB,=UAB=5V,835V,应该清楚：,电流与电压是两个相互独立的物理量。电路中的某个元件，其两端有电压，却不一定有电流流过，例如不接负载的电压源等；但是，如果元件中有电流流过，其上一般会产生电压(理想导线除外)。,在负载中，电流与电压的实际方向一致，即沿着电位降低的方向。,电压与电动势、电流之间的关系,在电源中，电流与电动势的实际方向一致，即沿着电位升高的方向。,电压是电场力做功的表现，电动势是电源力做功的表现，两者单位一致，但方向不同（沿着电压的方向，电位逐点降低；沿着电动势的方向，电位逐点升高）。,定义：,功率,单位时间内电路元件上能量的变化量,大小：,正负值的意义：,单位：,在一个电路中，产生的功率之和等于消耗的功率之和。,瓦特(W、mW、KW),若P0，消耗功率或吸收功率（负载）,若P0，产生功率或提供功率（电源）,单位：,功率与电能之间的关系,能量是功率与时间的乘积。w=pt,焦耳（J）,千瓦小时（度）,例：教室里有40盏标有“220V40W”的日光灯，接在220V的电源上。如果每天使用10小时，一个月(30天)耗电多少？若电费单价为0.5元度，则每月应付电费多少？,解：月耗电为WPt40盏40W/盏10h/天30天10-3,每月电费为0.5480240元,480KWh,电阻元件,1.3电路的基本元件,电容元件,电感元件,三极管,二极管,电压源,吸收电能,用曲线来描述。,电阻元件（简称电阻）,功能：,伏安关系：,当u与i取关联方向时：uiR,单位：,符号：,欧姆,当u与i取非关联方向时：uiR,对线性电阻：,对非线性电阻：,电阻的倒数称电导,单位：,西门子（S）,大小：,注：,电阻上的功率：,P=UI=I2R=U2/R0,耗能元件,将电能转换为热能,作用：,定义：,储存电场能量,电容元件（简称电容）,功能：,伏安关系：,单位：,符号：,当u与i取关联方向时：,大小：,对于直流：,U为常数，其电压变化率为零，故I=0,所耗功率P=UI=0,(非耗能元件),隔直流通交流,作用：,法拉,定义：,储能：,储存磁能,电感元件（简称电感）,功能：,伏安关系：,单位：,符号：,当u与i取关联方向时：,大小：,对于直流电路：,I为常数，其电流变化率为零，故U=0,所耗功率P=UI=0,(非耗能元件),平稳电流,作用：,亨利,定义：,储能：,单向导电,二极管,功能：,符号：,无触点开关,作用：,原理似单向阀：,二极管的伏安特性,两种半导体：,二极管的实质：,常见半导体材料：,硅和锗,型和型,PN结,硅和锗死区电压分别为0.5V和0.1V,硅和锗导通电压分别为0.60.8V和0.20.3V,小电流控制大电流,三极管,功能：,结构类型有NPN和PNP两种，符号分别为,电流放大无触点开关,作用：,饱和、放大、截止,三种工作状态：,三种连接方式：,共射极、共集电极、共基极,三极管伏安特性：,输入特性、输出特性,NPN型,PNP型,原理似水轮控制阀,Ib=很小，IC0,截止。C-E之间断开,Ib中等，IC=Ib,放大。,Ib过大，IC达到最大,饱和。C-E之间闭合,三极管常见的3种偏置方式对应的工作状态及特点,发射结正编电压：,饱和电压：,NPN型、PNP型分别为0.60.8V和0.20.3V,NPN型、PNP型分别约为0.3和0.1V,三种连接方式,共射极三极管（NPN管）伏安特性,输出特性,输入特性,电压源-一般用电动势E（或US）和电源内阻RS相串联来表示,理想电压源（内阻为零）,符号,实际电压源（内阻不为零）,伏安特性或外特性,U=USI由US及外电路共同决定,U=USIRS,符号中的竖线表示US=0，相当于短路,小结一,电压、电流都是具有大小和方向的量。,在关联的参考方向下，功率为正时表示消耗功率（负载），功率为负时表示产生功率（电源）。,电路是由电路元件按一定的连接方式组成的，元件的特性是由伏安关系所约束的，在关联的参考方向下：,电阻元件,电容元件,电感元件,小结之二,二极管由P型和N型半导体组成，具有单向导电性，在电路中常作为开关元件使用。,二极管和三极管的伏安关系均为非线性关系，三极管的伏安特性包括输入特性和输出特性。,三极管是一种电流控制器件它可作为开关和放大器。,小结之三：电源外特性,理想电压源：,实际电压源：,理想的直流