第一单元直流电路

1、1初级维修电工初级维修电工卫智敏卫智敏 主编主编电工电子技术上海石化工业学校2第一单元 直流电路第二节第二节 欧姆定律欧姆定律第三节第三节 电阻的串联电阻的串联第四节第四节 电功与电功率电功与电功率第五节第五节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律13456第六节第六节 电位及电位的计算电位及电位的计算 第七节 电容器 7 第一节 电路及基本物理量231.1 电路u观察与思考观察与思考图图1.1 手电筒的结构与电路图手电筒的结构与电路图图2.1 实际电路41.1 电路u观察图观察图1.1可以得到以下结论可以得到以下结论电流所流过的路径称为电路。电流所流过的路径称为电路。它是为了某种需要由电工设备或它是为了

2、某种需要由电工设备或元件按一定方式组合起来的元件按一定方式组合起来的。电路的基本组成包括：电源、负载、导线及开关。电路的基本组成包括：电源、负载、导线及开关。电源：将非电能形态的能量转换成电能的供电设备。如发电机、电源：将非电能形态的能量转换成电能的供电设备。如发电机、电池等。电池等。负载：将电能转换成非电能形态能量的用电设备。如电动机、负载：将电能转换成非电能形态能量的用电设备。如电动机、照明灯等。照明灯等。连接导线：传递信号、传输电能。连接导线：传递信号、传输电能。实际应用中，电路还必须有一些辅助设备，如控制电路通、断的实际应用中，电路还必须有一些辅助设备，如控制电路通、断的开关及保障安全

3、用电的熔断器等。开关及保障安全用电的熔断器等。5电路u电路的三种状态u 1通路 u 通路是指正常工作状态下的闭合电路。此时，开关闭合，电路中有电流流过，负载能正常工作。u 2开路u 开路，又叫断路，是指电源与负载之间未接成闭合电路，即电路中有一处或多处是断开的。此时，电路中没有电流通过。开关处于断开状态时，电路是正常开路；但开关处于闭合状态时，电路仍然开路则表明电路已出故障，则需要检测维修了。u 3短路u 短路是指电源不经负载直接被导线相连。此时，电源提供的电流比正常通路时的电流大许多倍，严重时会烧毁电源和电气设备。因此在电路中不允许无故短路，特别不允许电源短路。电路短路的保护装置是熔断器或自

4、动跳路开关。 6电路u电路的三种状态图2.2 电路的三种工作状态7电路u电路图u 任何电路都可用电路图来表示。为了方便起见，用国家标准统一规定的图形符号来代替实物，以此表示电路的各个组成部分。常用的电路元、器件图形符号见下表。 电路图中部分常用的图形符号表电路图中部分常用的图形符号表81.1 电路u电路图中几种常见器件的图形符号及文字符号电路图中几种常见器件的图形符号及文字符号9 电路的常用基本物理量u 物理学中我们用温度描述天气冷热，用速度描述物体运动快慢。那么在电路中又用哪些物理量来描述它的工作状态呢？u 一、电流u 1导体和绝缘体u 各种物质按导电的性质可分为：导体、半导体和绝缘体。u

5、在导体中，一些电子摆脱了原子的束缚后就成为可流动的自由电子。自由电子在整个物质中从一个原子流向另一个原子，所以导体就可以导电。如：金属中的银、铜、铝、铁等。除此之外，电解液中的正、负离子也是可流动的带电粒子，因此酸及盐溶液等许多液体也能导电。u 在绝缘体中，没有自由电子，所有电子都被固定在它们的原子中，所以绝缘体不能导电。如：玻璃、瓷器和云母等。101.2 电路的常用基本物理量u1.2.1电流电流电流的定义：电流的定义：电路中带电粒子有规则地定向移动形成电流。电路中带电粒子有规则地定向移动形成电流。电解液中的正、负离子电解液中的正、负离子( (正、负电荷正、负电荷) )带电粒子带电粒子金属导体

6、中的自由电子金属导体中的自由电子( (负电荷负电荷) )规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。111.2 电路的常用基本物理量u1.2.1电流电流电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向，电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向，称为参考方向，在电路中用箭头标出。求解电路时应根据假定的电称为参考方向，在电路中用箭头标出。求解电路时应根据假定的电流参考方向进行。如果流参考方向进行。如果电流值为正，表示电流的实际方向与参考方电流值为正，表示电流的实际方向与参考方向一致；如果电流值为负，表示实际方向与参考方向相反，向一致；如果电流

7、值为负，表示实际方向与参考方向相反，如图如图1.2所示。所示。 电路图中标注的电流方向通常都是参考方向，参考方向可以任意规定。电路图中标注的电流方向通常都是参考方向，参考方向可以任意规定。图图1.2 电流的方向电流的方向121.2 电路的常用基本物理量u1.2.1电流电流电流电流既是一种物理现象，又是一种表示带电粒子定向运既是一种物理现象，又是一种表示带电粒子定向运动动强弱强弱的物理量。的物理量。电流的大小等于通过导体横截面积的电荷量与通过这电流的大小等于通过导体横截面积的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值。些电荷量所用时间的比值。tQI 电流的单位是电流的单位是安安( (A) )；毫安；毫

8、安( (mA) )、微安、微安( ( A) )1 A = 103 mA = 106 A131.2 电路的常用基本物理量u1.2.1电流电流电流对负载的作用和效应如表电流对负载的作用和效应如表1.2所示所示141.2 电路的常用基本物理量u1.2.2电位与电压电位与电压1.电位电位空间中的每一点都有一定的高度，电路中的每一点都有一定的空间中的每一点都有一定的高度，电路中的每一点都有一定的电位。电位。电位的表示方法：用字母电位的表示方法：用字母V表示，不同点的电位用字母表示，不同点的电位用字母V加下加下标表示，如标表示，如VA。计算电位时应指定一个参考点，规定参考点的电位为计算电位时应指定一个参考

9、点，规定参考点的电位为0，原则，原则上零电位点是可以任意指定的。上零电位点是可以任意指定的。在实际应用中，对于强电的电路，以大地为参考点，用符号在实际应用中，对于强电的电路，以大地为参考点，用符号表示；在弱点中以装置的外壳或底板为参考点，用符号表示；在弱点中以装置的外壳或底板为参考点，用符号表示。表示。151.2 电路的常用基本物理量u1.2.2电位与电压电位与电压2.电压电压电压的定义：电路中电压的定义：电路中A、B两点之间的电位差称为电压。两点之间的电位差称为电压。电压的方向：规定由高电位点（标电压的方向：规定由高电位点（标“”）指向低电位点（标）指向低电位点（标“”）。）。电压（电位）的

10、单位：国际单位制为伏特（用电压（电位）的单位：国际单位制为伏特（用V表示），常用的还有表示），常用的还有毫伏（毫伏（mV）、微伏（）、微伏（V）。）。图图1.3 电压及电动势的方向电压及电动势的方向161.2 电路的常用基本物理量例例1.1 如图如图1.4所示，求分别以所示，求分别以C点和点和A点为参考点时，点为参考点时，A、B、C三点的电位以及三点的电位以及UAB 。结论：参考点选择不同，电位也不同，但两点之间的电压不变，即电结论：参考点选择不同，电位也不同，但两点之间的电压不变，即电位与参考点有关，而电压与参考点无关。位与参考点有关，而电压与参考点无关。图图1.4 例例1.1附图附图跳转到

11、第一页17ab+ 140V4A206A10A56 +90V cd4A206A10A56abcd+ 140V +90V 选选b点为参考点点为参考点求各点的电位求各点的电位选选d点为参考点点为参考点求各点的电位求各点的电位跳转到第一页18ab+ 140V4A206A10A56 +90V cd4A206A10A56abcd+ 140V +90V 选选b点为参考点点为参考点V60610abaUVV140cbcUVA90dbdUVV5090140dccdVVU选选d点为参考点点为参考点V3056adaUVV90bdbUVV5090140bdcbcUUVV50cdccdVVVU选用不同的参考点，各点电位的

12、数值不同，但任意选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化。两点之间的电压不随参考点的改变而变化。191.2 电路的常用基本物理量u1.2.3电动势电动势电动势的定义：电动势的定义：在电源内部，在电源内部，非静电力非静电力将将正电荷正电荷从电源从电源负极负极移到移到正正极极所做的功所做的功 W与其电量与其电量 Q 之比称为之比称为电动势电动势，用，用 E 表示，即表示，即QWE E 的单位是伏的单位是伏( (V) )W的单位是焦的单位是焦( (J) ) Q 的单位是库的单位是库( (C) )电动势的方向：电动势的方向：规定从规定从电源负极电源负极指向指向电

13、源正极电源正极即非静电力移动正电即非静电力移动正电荷方向，如图荷方向，如图1.5所示。所示。图图1.5 带电源的电路示意图带电源的电路示意图201.2 电路的常用基本物理量u1.2.4电能电能电场力做的功就是电路所消耗的电能。电场力做的功就是电路所消耗的电能。W = QU = UIt电能的单位：焦耳，用电能的单位：焦耳，用J表示；实际应用中也用千瓦时表示；实际应用中也用千瓦时(kW h）（俗）（俗称度）表示。称度）表示。1 kW h表示功率为表示功率为1 kW 的用电器工作的用电器工作1 h所消耗的电能。所消耗的电能。211.2 电路的常用基本物理量u1.2.4电能电能电能的测量电能的测量图图

14、1.6所示为家用电能表的表盘，所示为家用电能表的表盘，它是记录用电设备消耗电能的仪表。它是记录用电设备消耗电能的仪表。图图1.6 家用电能表及接线家用电能表及接线221.2 电路的常用基本物理量u1.2.5电功率电功率RURIUItWP22 用电设备用电设备单位时间消耗的电能单位时间消耗的电能叫做叫做电功率电功率，用字母，用字母 P 表示，即表示，即电功率的单位：瓦电功率的单位：瓦(W)或千瓦或千瓦(kW)231.2 电路的常用基本物理量u1.2.5电功率电功率241.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.1电阻电阻导体对电流阻碍作用的大小用电阻表示。导体对电流阻碍作用的大小用电阻表示。在温度不变的

15、条件下，电阻在温度不变的条件下，电阻R与导体的长度与导体的长度l成正比，与导体的横截成正比，与导体的横截面积面积A成反比，即成反比，即为比例系数，称为电阻率，单位是为比例系数，称为电阻率，单位是欧欧米（米（ m）电阻率电阻率与导体的材料和温度有关。导体的电阻率与导体的材料和温度有关。导体的电阻率 107 m，半导体的电阻率在，半导体的电阻率在106 m和和107 m之间。之间。251.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.1电阻电阻261.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.1电阻电阻271.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.2常用电阻元件常用电阻元件图图1.7 常见电阻元件的外形常见电阻元件的外形281

16、.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.2常用电阻元件常用电阻元件291.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.2常用电阻元件常用电阻元件图图1.8 色环标记表示电阻参数色环标记表示电阻参数301.3 电阻元件与欧姆定律u 1.3.3部分电路的欧姆定律部分电路的欧姆定律1. 欧姆定律：由实验可知，电阻元件中的电流与电阻两端的电压成正比欧姆定律：由实验可知，电阻元件中的电流与电阻两端的电压成正比，与其电阻值成反比。，与其电阻值成反比。311.3 电阻元件与欧姆定律u 1.3.3部分电路的欧姆定律部分电路的欧姆定律2. 电阻元件的电流、电压关系电阻元件的电流、电压关系图图1.9 电阻的电流、电压关系特性电阻的

17、电流、电压关系特性321.3 电阻元件与欧姆定律u 1.3.4全全电路的欧姆定律电路的欧姆定律闭合电路中的电流与电源电动势成正比，与电路的总电阻（负载电阻和电源内阻之和）成反比 ： rREI331.3 电阻元件与欧姆定律u 1.3.4全全电路的欧姆定律电路的欧姆定律路端电压是指整个外电路的电压，也是电源两端的电压；路端电压用 表示；路端电压的计算公式： =U 路端电压路端电压UErIRI跳转到第一页341、负载状态、负载状态I +US R0Rabcd+URRUI0SIRU 0SIRUUPPPEP=UI：电源输出的功率电源输出的功率PS=USI：电源产生的功率电源产生的功率P=I2R0：内阻消耗

18、的功率内阻消耗的功率跳转到第一页35I +US R0SRabcd+U2、空载状态、空载状态00S0CPUUUI3、短路状态、短路状态02E0SSC00RIPPPRUIIUI +US R0Rabcd+U跳转到第一页36例：设图示电路中的电源额定功率例：设图示电路中的电源额定功率PN=22kW ，额定电压额定电压UN=220V，内阻，内阻R0=0.2，R为可调为可调节的负载电阻。求：节的负载电阻。求：（1）电源的额定电流）电源的额定电流IN；（2）电源开路电压电源开路电压U0C；（3）电源在额定工作情况下的负载电阻电源在额定工作情况下的负载电阻RN；（4）负载发生短路时的短路电流负载发生短路时的短

19、路电流ISC。 +US R0SRI+U跳转到第一页37 +US R0SRI+UA10022010223NNNUPIV2401002 . 02200NNS0CRIUUU2 . 2100220NNNIURA12002 . 02400SSCRUI解：解：(1)电源的额定电流为：电源的额定电流为：(2)电源开路电压为：电源开路电压为：(3)电源在额定状态时的负载电阻为：电源在额定状态时的负载电阻为：(4)短路电流为：短路电流为：381.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.5线性电阻和非线性电阻线性电阻和非线性电阻如果电阻是固定值，遵循欧姆定律，这样的电阻称为线性电阻，它是如果电阻是固定值，遵循欧姆定律，这

20、样的电阻称为线性电阻，它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数，否则就是非线性电一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数，否则就是非线性电阻。阻。图图1.10 线性电阻和非线性电阻的电流、电压特性线性电阻和非线性电阻的电流、电压特性391.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.5线性电阻和非线性电阻线性电阻和非线性电阻热敏电阻和压敏电阻是非线性电阻热敏电阻和压敏电阻是非线性电阻图图1.11 热敏电阻热敏电阻401.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.5线性电阻和非线性电阻线性电阻和非线性电阻热敏电阻有热敏电阻有负温度系数负温度系数电阻电阻( (NTC) )和和正温度系数电阻正温度系数电阻(

21、(PTC) )温度温度电阻值电阻值 NTCPTCNTC电阻在一定的温度范围内具有大的负温度系数，其电阻值具有电阻在一定的温度范围内具有大的负温度系数，其电阻值具有随温度升高而急剧下降的特性。随温度升高而急剧下降的特性。PTC电阻在一定的温度范围内具有大的正温度系数，其电阻值具有随电阻在一定的温度范围内具有大的正温度系数，其电阻值具有随温度升高而急剧增大的特性。温度升高而急剧增大的特性。411.3 电阻元件与欧姆定律u1.3.5线性电阻和非线性电阻线性电阻和非线性电阻压敏电阻的阻值随电压的增大而急剧减小。压敏电阻的阻值随电压的增大而急剧减小。压敏电阻在低压时具有较大的电阻。当电压较大时，电流则增

22、大许多压敏电阻在低压时具有较大的电阻。当电压较大时，电流则增大许多倍，即电阻变小。压敏电阻可用于过压保护，将它并联在被保护元件两倍，即电阻变小。压敏电阻可用于过压保护，将它并联在被保护元件两端，当出现过电压时，其电阻急剧减小，将电流风流，起到保护并联在端，当出现过电压时，其电阻急剧减小，将电流风流，起到保护并联在一起的元件的目的。一起的元件的目的。图图1.12 压敏电阻压敏电阻421.4 电阻的连接u1.4.1电阻的串联电阻的串联电阻的串联是指负载电阻没有分支路地依次相连，使电流只有一条通电阻的串联是指负载电阻没有分支路地依次相连，使电流只有一条通路。路。串联电路的规律串联电路的规律图图1.1

23、4 电阻的串联电阻的串联43电阻的连接44电阻的连接u1.4.2电阻的并联电阻的并联并联电路的规律并联电路的规律图图1.16 电阻的并联电阻的并联45 电阻的连接u1.4.2电阻的并联电阻的并联46 电阻的连接u1.4.2电阻的并联电阻的并联47 电阻的连接u1.4.3电阻的混联电阻的混联串联和并联同时存在的电路称为混联电路。串联和并联同时存在的电路称为混联电路。48电阻的连接AARUI2 . 030649 基尔霍夫定律u1.5.1基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律电流定律（电流定律（KCL）支路：一段不分叉的电路。支路：一段不分叉的电路。节点：三条或三条以上支路的连接点。节点：三条或三条以上支

24、路的连接点。KCL定律的内容：对于电路中的任意定律的内容：对于电路中的任意节点上，任一瞬时，电路在该节点处电节点上，任一瞬时，电路在该节点处电流的代数和为零，即流的代数和为零，即例例列出图列出图1.21中所示电路中节点中所示电路中节点 A 的基尔霍夫第一定律表达式。的基尔霍夫第一定律表达式。 解解 对于节点对于节点 A 上的电流，假设流入节点电流为正，流出节点电上的电流，假设流入节点电流为正，流出节点电流为负，那么，根据公式流为负，那么，根据公式( (1.18) )可得可得0)(321 III或或321III KCL定律的另一种描述：流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。定律的另一种描述：

25、流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。50 基尔霍夫定律u1.5.2基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律电压定律（电压定律（KVL）回路：在电路中由支路组成的任一闭合路径。回路：在电路中由支路组成的任一闭合路径。KVL定律的内容：任一瞬时沿回路绕定律的内容：任一瞬时沿回路绕行一周，各段电路（或各元件）电压的行一周，各段电路（或各元件）电压的代数和等于零。代数和等于零。注意事项：使用时应先选定回路的绕行注意事项：使用时应先选定回路的绕行方向，可以是顺时针，也可以是逆时针方向，可以是顺时针，也可以是逆时针若电压的参考方向与回路的绕行方向一若电压的参考方向与回路的绕行方向一致，则该项电压取正，反之取

26、负。致，则该项电压取正，反之取负。如图如图1.21所示，回路所示，回路的的KVL方程方程513.1 电容u生活中我们常用收音机收听广播节目，你知道调台时调的是什么吗？当我们打开一个收音机后盖，如图所示，看到一个用铜导线绕制的器件，你知道它是什么？在电路中有什么作用？又如何检测判断其好坏的吗？它们就是我们在本章将要学习的电容器和电感器。本章主要讲述有关电容器和电感器的知识，包括元件认识、主要参数的识别及元件检测等。天线线圈天线线圈（电感器）（电感器）双联电容器双联电容器523.1 电容u3.1.1电容器电容器1任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，都可以看成一个电容器，这两任何两个彼此绝缘而又相互

27、靠近的导体，都可以看成一个电容器，这两个导体称为电容器的两个极。个导体称为电容器的两个极。2平行板电容器：两块靠近而且平行放置的金属板组成的电容器称为平行平行板电容器：两块靠近而且平行放置的金属板组成的电容器称为平行板电容器。板电容器。3在电容器两个极施加电压在电容器两个极施加电压U时，在介质中建立起电场，能量被存储在介时，在介质中建立起电场，能量被存储在介质中，如图质中，如图3.1所示。所示。 图图3.1平行板电容器平行板电容器 533.1 电容u3.1.1电容器电容器4充电和放电充电和放电（1）充电：把电容器的两个极板分别与电源的两个极相连，两个极板就会）充电：把电容器的两个极板分别与电源

28、的两个极相连，两个极板就会带上等量异种电荷，这一过程称为充电，如图带上等量异种电荷，这一过程称为充电，如图3.2（a）所示。）所示。（2）放电：用导线将电容器的两板接通，两板上的正、负电荷中和，电容）放电：用导线将电容器的两板接通，两板上的正、负电荷中和，电容器不再带电，这一过程称为放电，如图器不再带电，这一过程称为放电，如图3.2（b）所示。）所示。 图图3.2电容器的充电、放电电容器的充电、放电 54 电容器u3.1.2电容电容1电容量：电容器所带电量电容量：电容器所带电量Q与它的两极板间的电压与它的两极板间的电压U之比，称为电容器之比，称为电容器的电容量，简称电容，用的电容量，简称电容，

29、用C表示。表示。 2电容的单位：国际单位是法电容的单位：国际单位是法【拉拉】（用（用F表示），其它较小的单位是表示），其它较小的单位是mF（毫法）、（毫法）、F（微法）、（微法）、nF（纳法）和（纳法）和pF（皮法）。（皮法）。UQC 55 电容器 需要指出的是，上式只表明电容器电容需要指出的是，上式只表明电容器电容C C与与q q 、U U之之间的联系，实质电容器的电容量间的联系，实质电容器的电容量C C 的大小与的大小与q q 、U U没有没有关系，电容关系，电容C C 的大小只取决于电容器自身结构。在平行的大小只取决于电容器自身结构。在平行极板电容器中，电容极板电容器中，电容C C 的大

30、小与两极板有效面积成正比，的大小与两极板有效面积成正比，与两极板间距成反比，与两极板间绝缘介质的介电常数与两极板间距成反比，与两极板间绝缘介质的介电常数成正比。即成正比。即sCd 式中：式中：绝缘介质的介电常数，国际单位制单位绝缘介质的介电常数，国际单位制单位F/m（法（法/米）米） s平行极板电容两极板的正对面积，国际单位制单位平行极板电容两极板的正对面积，国际单位制单位m2 d 平行极板电容两极板之间的距离，国际单位制单位平行极板电容两极板之间的距离，国际单位制单位m(米米)C 平行极板电容，国际单位制单位平行极板电容，国际单位制单位F（法）（法） 56u电容器符号u 电容器在电路图中的电

31、路符号如下表所示。u电容器在电路图中的电路符号表 电容器57电容器u常见电容器的外形常见电容器的外形58电容器u常见电容器的外形常见电容器的外形59电容器u3.1.4电容的类型和额定值电容的类型和额定值1电容的分类电容的分类按结构分：固定电容、可变电容、微调电容。固定电容符号、外形及实物图按结构分：固定电容、可变电容、微调电容。固定电容符号、外形及实物图如图如图3.3所示，可变电容、微调电容符号、外形及实物图如图所示，可变电容、微调电容符号、外形及实物图如图3.4所示。所示。 按介质分：空气、云母、纸、聚苯乙烯等类型。按介质分：空气、云母、纸、聚苯乙烯等类型。 图图3.3 固定电容外形、符号及实物图固定电容外形、符号及