电工电子技术概论

电工与电子技术,江苏技术师范学院,绪论,一、课程的地位和主要内容,电子电工技术研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。,电工技术,电工电子技术（电工学）,电子技术,电路分析基础,磁路与电机,模拟电子技术,数字电子技术,电工技术直流电路（1、2、3）；交流电路（4、5）；磁路和变压器（6）；交流电动机（7）。,模拟电子技术二极管和晶体管（14）；基本放大电路（15）；集成运算放大器（16）；电子电路中的反馈（17）；直流稳压电源（18）。,数字电子技术门电路和组合逻辑电路（20）；触发器和时序逻辑电路（21）,二、电工电子技术的发展与应用,现状,容量大型化,器件小型化,设计自动化,电能的应用非常广泛，一个国家的电力发展水平标志了其生产发展的水平。,在工业中,在农业中,在国防科技中：,在现代信息技术中：,在日常生活中：,在医疗卫生行业：,其他：,为什么学习电工学,1、电能的应用,在工业上的各种生产机械机床、起重机、轧钢机、锻压和铸造设备、鼓风机、水泵等都是用电来驱动的。,在机械制造工艺上电镀、电焊、高频淬火、电路冶炼金属、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等都离不开电能。,在自动控制系统中的某些物理量的测量和控制都可以通过电的方法来实现如测量和控制长度、温度、速度、压力、水位、流量等。,在工业中：,在冶金工业如电解、电镀和电冶炼等等,计算机检测控制系统原理框图,电工电子技术的典型应用,在农业中：,在农业生产的现代化进程中电力也是其主要动力。,大型农场的机械化、自动化播种、收割、储藏和加工。,农业水利设施的修建和农田的自动灌溉等等。,在现代信息技术中：,计算机和整个INTERNET网络都是由电能来支持的，一旦没有了电能，整个网络都将处于瘫痪状态。,任何一个与信息技术有关的行业和用户，如果没有了电能，其工作也将无法开展证卷公司将不能营业，各部分的信息也不能流动,在日常生活中：,在我们日常的生活中，电能就更是不能缺少的了。,例如：我们生活中的最基本的要求就是照明，此外，为了提高物质生活水平，有空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲等。丰富精神生活的电视机、音响、家用PC等。,所以说，电工电子水准是现代化的一个重要标志，直接影响到工业、农业、科学技术和国防建设也直接影响到亿万人民的物质、文化生活，关系着广大群众的切身利益。,电能具有其他能量形式无法比拟的优越性,便于转换,1、电能的特点,电能具有其他能量形式无法比拟的优越性,便于输送,由于发电厂通常建于能源产地，而用电单位常常位于能量匮乏的大城市，电力的输送通过电缆实现。如果输送能源，则会很不方便。,电能可以方便地被输送到远方，而且输电设备简单，输电效率很高。,此外，电能也可以不通过导线而以电磁波的形式传播。,电能具有其他能量形式无法比拟的优越性,便于控制,利用电能可以达到高度自动化。例如，控制生产过程或设备，实现程序控制、最佳状态控制；检测生产过程的各种参数，转换成一定的电信号，实现自动调节和管理自动化。同时：,可方便的控制其大小,可方便的控制其形式,可方便的控制其有无,三、如何学好电工电子技术,课程特点：内容多且广、学时相对少,1、注意掌握“三基”：,2、注重综合分析与设计注重工程化素质培养,基本原理、基本分析方法、基本应用,3、提高学习效率、培养自学能力,课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验,学习是一个完整的过程,课前：预习（Presentation响应:由激励所产生的电压和电流;,电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。,1.2电路模型,为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,器件建模：1.保留主要电磁特性2.一个器件可由多个元件模型表示,电路的建模过程,今后分析的都是指电路模型，简称电路图。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,1.3电压和电流的参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,1.电路基本物理量的实际方向,电路分析中的参考方向（正方向）,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？,电流方向AB？,电流方向BA？,E1,A,R3,E2,IR3,B,(1)在解题前先人为地设定一个正方向，作为参考方向。,(3)根据计算结果确定实际方向。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式。,解决方法,1、正方向（参考方向）的定义：在分析计算时，对电量人为规定的方向,(2)参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1)参考方向（正方向）的定义,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。,关联参考方向,负载U、I参考方向相同；,电源I参考方向与E方向相同。,2、电路基本物理量的参考方向,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,(3)实际方向与参考方向的关系,注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,若I=5A，则电流从a流向b；,例：,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,已知：E=2V,R=1问：当U分别为3V和1V时，IR=?,(3)为了避免列方程时出错，习惯上在负载两端把I与U的方向设为相关联正方向。,(4)许多方程式，如U/I=R仅适用于假设正方向一致的情况。,(1)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”（正方向）则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”，然后再列方程计算。,3、正方向小结,例,1.4欧姆定律,U、I参考方向相同时，,U、I参考方向相反时，,表达式中有两套正负号：式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；,U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。,通常取U、I参考方向相同。,U=IR,U=IR,解：对图(a)有,U=IR,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,U=IR,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,一、电源有载工作,RL越小，I越大，RL小称为负载重、RL大称为负载轻,电源提供的电流I由外电路决定；电源两端的电压Uab随着输出电流I的增大而下降。,伏安特性,1.5电源有载工作、开路与短路,（负载端电压）,U=RI,（1）特征:,电流的大小由负载决定。,在电源有内阻时，IU。,或U=ERoI,UI=EIRoI,P=PEP,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率,电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。,（2）电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,（3）电气设备的三种运行状态,欠载（轻载）：IPN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),二、电源开路,三、短路状态,Uab0,该状态为事故，应避免！,用电压表测有源二端网络的开路电压就是有源二端网络内部的E,四、电功率,1、功率的概念：设电路任意两点间的电压为U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:,在U、I正方向选择一致的前提下，,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若P=UI0,若P=UI0,（I和实际方向相反因此为负值）,当计算的P0时,则说明U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,2、结论,在进行功率计算时，如果假设U、I正方向一致。,当计算的P0时,则说明U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,例1：,已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？,解：,(a)电流从“+”流出，故为电源；,(b)电流从“+”流入，故为负载；,(c)电流从“+”流入，故为负载；,(d)电流从“+”流出，故为电源。,例2：,已知：U1=9V，I=-1A，R=3求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证电路功率是否平衡？,解：,因为U2=-RI+U1=12V,所以电流从元件1的“+”流入，从元件2的“+”流出，,故元件1为负载，元件2为电源。,电源产生功率：,P2=U2I=12W,负载取用功率：,P1+PR=U1I+RI2=9+3=12W,因为P2=P1+PR，,所以电路的功率平衡。,基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律及欧姆定律是用来描述电路中各部分电压或各部分电流之间的关系。,名词注释：,1.6基尔霍夫定律,支路：ab、ad、ac、ad、cd、bd（共6条）,回路：abda、abcda、abca、adca、abdca、bcdb、bdcab（共7个）,节点：a、b、c、d.(共4个）,例,1.6.1基尔霍夫电流定律(KCL),对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。,基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性,例,流入取正、流出取负。,或:=0,即:入=出,基尔霍夫电流定律（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。,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,基尔霍夫电流定律的扩展,I=?,1.6.2基尔霍夫电压定律(KVL),对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为0。,例如：回路a-d-c-a,即：,或：,I和E的正方向和循行方向相同取正，反之取负,U的正方向和循行方向相同取正，反之取负,即：,基尔霍夫电压定律也适合开口电路。,例,1列方程前标注回路循行方向；,电位升=电位降E2=UBE+I2R2,U=0I2R2E2+UBE=0,2应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3.开口电压可按回路处理。,注意：,对回路1：,1.7电路中电位的概念及计算,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,2.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。,例1：求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：设a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80VVd=Uda=65=30V,设b为参考点，即Vb=0V,Va=Uab=106=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90V,b,a,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,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,例2:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路如图（b）,电流I2=0，电位VA=0V。,电流I1=I2=0，电位VA=6V。,电流在闭合路径中流通,例2：,电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2)当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？,解：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源