电工学+第一章_直流电路.ppt

教材：(第1版)，实验教材：课程介绍，电气工程不是电气专业的技术基础课。 通过本课程的学习，获得电气技术、电子技术所需的基本知识、基本理论和基本实践技能，为学习后续专业课程和相关工程技术工作奠定基础。 通过电气工程实验，学会了识别各种电子元件和电路仿真的分析方法。学会了常用电气电子仪器仪表的使用方法，锻炼了电气电子仪器方面的手腕力和实验技能。 电子技术：第1章半导体装置44第2章基本放大电路102第3章运算放大器42第5章数字电路124第6章整流电路和直流稳压电源42电气技术：理论学时(52 )实验学时(20 )第1章直流电路72第2章单相交流电路72第3章三相交流电路42、教育内容和学时计划(72学时)成绩评价： 平日考试(上班考试.作业) 10分期末考试70分。 教育要求：不逃课，认真听不迟到的课，上课后做作业。 第一章直流电路、1.1电路和电路的主要物理量1.2电路的基本法则1.3电路中的电位分析1.4电路的几种状态和电气设备额定1.5电压源、电流源及其等效变换1.6线性网络的分析方法的总结本章的要点作业：教材29页练习题4、11、12、13、22、23、31、 35 (1)电流I(2)判断某点电位UA(3)电力PUs、PIs以及是电源还是负载的电路基本分析方法： (1)电源等效转换法(2)旁路电流法(3)节点电压法(4)重叠原理(5)大卫南定理，主知识点为电流法则(KCL )、电压法则(KVL )、电路基本法则： 1.1回路和回路主要物理量， 理想电路元件：计算电阻(r )、电感(l )、电容器(c )和理想电源(Us、Is )、1.1.1电路和电路模型、1.1.2电路主要物理量、1 .电流(I )、大小：正电荷运动的方向、单位：安培(a )、毫安培(mA )、微安培(mA ) (1)首先设定基准方向，作为电流的虚拟方向，(2)根据基准方向和电路的基本法则，列举物理量间的相互关系的代数方程式，(3)根据计算结果的正负来决定电流的实际方向。 即，正方向是任意设定的虚拟方向，电路中用箭头标记。 分析计算电路时，首先设定电流的基准方向，电流IR :注意：基准方向可以任意设定。 从结果的正负决定实际方向：如果正确，实际方向与参考方向一致(参照a图)。 结果为负时，实际方向与参照方向相反(参照b图)。 仅在设定为基准方向时，电流值有正负区别。实际方向、(a )、(b )、I、I、2 .电压(u )、大小：方向：从高电位指向低电位。 分析(电位下降方向)计算时，还必须设置参考方向。 然后，根据结果的正负判断实际的方向，单位：伏(v )、千伏(kV )、毫伏(mV )、微伏(V )、3 .电动势(e )、大小：方向：电源内部从低电位朝向高电位。 (电位上升方向)在分析计算时也设定为参考方向。 另外，根据结果的正负决定实际的方向，忽略电源的内部电阻时，单位：伏特(v )、千伏特(kV )、4 .功率(p )、电阻：或恒压源：对恒流源：对电动势：电阻在电路中消耗一定的功率，发挥负载作用的恒压源或恒流源在电路中吸收功率(负载)或释放功率(电源) 单位：w、kw等，如何判断电路中的元件是发电功率(即电源)还是吸收功率(即负载)？ 从电压、电流的实际方向判断，电流从高电位侧流过，电流从低电位侧流过，如果不是成为电源，就是负载。 在完整的电路内，功率平衡，即总产生功率等于总吸收功率。 p发生=p吸收、5 .电能(w )、电能耗费电力，即：单位：或电压与电流的实际方向相反时为电源，否则为负载。 此外，在图中，可知U1=-1V、U2=-3V、U3=-1V、U4=1V、U5=2V、I1=4A、I5=-2A、I3=-2A判定各元件是电源还是负载。元件1、3、4、5是负载元件2是电源，根据电压、电流的实际方向进行判断：例1，在u和I的正方向一致的情况下，在U=IR，u和I的正方向相反的情况下，u=-ir，1.2电路的基本法则，1.2.1欧姆法则，1 .无源电路欧姆法则，u=uab=uacucb=e-ir 2 .有源旁路欧姆定律，u=uab=uacucb=eiir，(a) (b )、u=E1-ir1，3，3 .简单地闭合电路欧姆定律，在U=E2 IR2，左侧：右侧：即，E1-IR1=E2 IR2，分子e中，与电流I的正方向一致的电动势为“ ”，相反旁路：共3条，环路：共3条，节点： a、b (共2条)，包括1.2.2基尔霍夫定律(KCL )和电压定律(KVL )两个定律。 名词概念：，1 .基尔霍夫电流定律(KCL)-应用于节点，某节点中流动的电流之和等于该节点中流动的电流之和。 基尔霍夫电流法则的依据：电流的连续性，例如：流入正则流出为负或者在某一时刻，节点上的电流代数和为零。 电流定律也扩展到电路的任何闭合面。 I1 I2=I3、I=0、I=？对于广义节点、电路中的任意电路，向任意迂回方向旋转1圈，其电压的代数和为0。 或者，电位下降等于电位上升。 例如，当电路#1，即：对电路#2:对电路#3:电势下降到正常电势并且变为负时，电压定律被应用于，2 .基尔霍夫电压定律(KVL)-电路，并且电压定律还被扩展到开口(不闭合)电路。 (a )，-U E-IR=0，(b )，-U E-IR=0，即U=E-IR，例1 :已知I2=2A、I3=2A、R1=10、R2=6，(本以上例1-3 )求出UAB=24v、E2=48V、I1、E1、R3 . 解：因为对节点a :对电路I :所以R3=18，I1=I2 I3=2 2=4A，-E1 I1R1 I2R2 E2=0，所以E1=100V，对电路ii :-Uab-I3R3 I2R2 E2=0，Uab，(1)首先设定正方向，作为参考的方向，(2)根据基准方向和电路的基本法则总结：分析电路时，首先设定基准方向，电流IR步骤：分析电路中某点的电位：Ua=Uab=、a点的电位：Ub=Uba=、b点的电位：1.3电路中的电位，必须求出该点的基准点间的电压。 例如，5V、Ub=0V、Ua=0V (注意：电位为“UX”，下标为下标)。 请注意，-5V、的电位值是相对的。 两点之间的电位差，两点之间的电压值是绝对的。 已知有I1=4A、I2=2A、I3=2A、R1=10、R2=6、Uab=24V、E2=48V、E1=100V、R3=18. b点为基准点，电位Ua，Uc和电压Uac，2)c点为基准点，电位Ua，Ub和电压Uab，例1 :结论：基准点不同，各点的电位不同，但任意两点间的电位差(即电压)不变。 2)c点为基准点，Uc=0，Uab=24V，1)b点为基准点，Ub=0，i1=4ai2=2ai3=2ar1=10R2=6R3=18E1=100 ve2=48v，特征：开关s断开，1 .切断状态，1.4电路的几个状态和电气设备额定值，开关s断开U2=IRL特征3360，2 .负载状态，U2，负载获取功率，电源产生功率，内阻，线路损耗功率，和负载幅度的概念：负载增加是指用于获取负载的电流和功率两者的增加。 (如果电压恒定，则负载增加意味着负载电阻器RL减小。 )电气设备的额定值(UN，IN，PN )、额定：电气设备正常运行时的规定使用值、电气设备的3个运行状态、过载(轻负载):UIN，PPN (设备容易损坏)、额定运行状态： U=UN，I=IN，P=PN (满)(经济合理且安全)，电源外部端子短路，3 .短路状态，I，upn另外，R0越小斜率越小，1 .电压源、伏安特性，在U=US-IR0、R0=0的情况下，U=US电压源成为恒压源，由电源电压的串联电阻构成，R0被称为电源的内部电阻，R0是1.5电压源、电流源及其等效变换、输出电压与电流的关系：理想电压源(恒压源)、特征输出电压不变化，其值始终与电源电压US相等(2)输出电流I在R1、R2同时访问时： I=10A， I=IS-(Uab/R0 )，内部电阻r0=时，i=Is的电流源成为恒流源，2 .电流源由与电流浪涌并联的一个电阻构成，输出电流与电压的关系：r0越大斜率越小，外部特性、理想电流源(恒流源)、a，b，I，uab，Is， (1)输出电流不变，其值始终与电源电流is相等(2)输出电压u由外部电路决定，外部特性、等价兼容的条件：在连接了相同负载的情况下，外部的电压电流相等。 I=IUab=Uab，即：3 .电压源和电流源等效交换，或US=ISR0、R0=R0、IS=US/R0、等效变换关系式：等效交换导出过程：I，R0，b，a，Uab， 由于US=ISR0、R0=R0或IS=US/R0等效变换关系，因此在Us=10V、r0=2或RL=3的情况下，电压源和电流源的等效变换的注意事项(例如，5A : )在两个情况下是不同的。 另一个例子是，在rl=的情况下，电压源的内阻R0没有损失功率，而电流源的内阻R0有损失功率。 求电源功率时，必须从原电路中求出。 注意转换前后的Us和Is的对应方向，(2)，(3)与恒压源并联连接的任何元件都不对外部电路发挥作用，外部与等效于恒压源的恒流源串联连接的任何元件都不对外部电路发挥作用，外部与恒流源等效。 (4)求出恒压源和恒流源的电力时，必须从原始电路中求出。 利用对电激流Is :对电源电压Us :电源等效变换，可简化解决复杂的电路。 此外，任意一个源极电流IS与电阻r并联连接的电路都可以是源极电压US与该电阻r串联连接的电路。 另外，已知通过U1=12V、U3=16V、R1=2、R2=4、R3=4、R4=4、R5=5、IS=3A、电源等效变换的方法求出电流I，计算恒流源IS的电力. 例3 :(续)， R1/R2/R3，i3，代入数值计算即可，-，R2，R5，R4，I=？U3，U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R5=5，IS=3A，解： i=-0.2a (负号表示与实际方向相反的方向)， 练习： (1)求出电流I(2)电位UA(3)功率PIs，判断是电源还是负载，(1)I=-0.5A，(2)UA=，(3)PIs=UIsIs，或者UA=-22 UIs=9，UIs=13v，10V，9V，=26w，从高电位侧流过电流，流过低电位侧，成为电源。 -UIs 22 2(-0.5) 10=0，解：a节点： I1 I2=I3，环路1:-U1 I1R1 I3R3=0，环路2:-I2R2 U2-I3R3=0，I1=1.75AI2=-0.5AI3=1.25A，1.6线性网络分析方法，例2，电流方程式：电路图， 用旁路电流法求出电流I1、I2的注意：电路中含有恒流源时，恒流源的两端有电压，电压方程式：旁路电流法是最基本的分析方法，适用于旁路数少的电路，用概念：2，双重原理求出电流I1、I2、I3，U1=12V，U2=3V，r1=3v 从R2=4，R3=4，解：U1单独作用时：U2单独作用时：重叠原理可知：例1，恒压源不起作用”为“u1=0”，相当于短路。 例2、用重叠原理求出： I=？I=2A、i=1a、i=i-i=1a、“恒流源不起作用”为“is=0”，相当于开关。 注意：电力p不能用叠加原理计算。 此叠加原理法适用于电源数少的电路。 另外，在电路中仅有两个节点a、b的情况下，可以求出两个节点之间的电压Uab并计算各分支中的电流。而且，3节点电压法、a、b、节点电压式的导出、各分支电流分别用ua-b表示：节点电流式：a点：a、b，将各分支电流代入节点a电流式，节点电压式、节点电压式：b、(1)分母1/R是各分支等效电阻的倒数和，但不包括与Is串联的电阻(3)在分子is中，在节点a中流过电流的情况下，取“”。 否则，取“ ”，注意：此方法仅适用于两个节点或等效于两个节点的电路。 已知的是，a、例1，U1=12V，U2=3V，R1=4，R2=4，R3=4节点电压法用电流I1，I2，I3，b，节点电压法求出电流I。 练习，10V，UAB=ir10，4，4等效电源定理，大卫南定理，任何活动的双端网络都可以用一个等效电压源代替。 2 .内阻R0是无源双端网络a、b之间的等效电阻。 1 .电源电压US是有源的二端子网络的开路电压U0，是负载刚被切断后的a、b的两端间的电压，该方法适于求出具有复杂电路的电路的电流。 例1 :电路图、U1=4V、U2=2V、R1=R2=2、R3=3、用戴维南定理求出电流I3 .a，b，主动双端子网络，等效电压源，例1，解： (1)等效电压源的电源电压US (双端子网络开路电压U0)，US=U0=U2 IR2=2 0.52=3V，或： us=u0=u1-ir1=4-0.52=3v， (2)求出等效电压源的内部电阻R0，除去所有