电子电工课件高等教育出版社总复习.ppt

1、第1章 电路分析基础,1.电路的组成部分,电源 负载 中间环节,激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作; 响应: 由激励所产生的电压和电流;,二、 理想电路元件,1) 电阻 R 表示耗能过程,3) 电感 L 表示建立磁场,2) 电容 C 表示建立电场,无源元件,空气电容器、纸介质电容器、云母介质电容器、陶瓷电容器、电解电容,有源元件,电流源,电压源,4) 电源(有源元件),(2) 参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1) 参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,三. 电路基本物理量的参考方向,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。,实际方

2、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 。,四、电源与负载的判别,根据 U、I 的实际方向判别,电源：U、I 实际方向相反， 即电流从U“+”端流出， （发出功率）；,负载：U、I 实际方向相同， 即电流从U“+”端流入， （吸收功率）。,例：,

3、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+R I2 = 9+3 = 12W,因为P2 = P1 + PR，,所以电路的功率平衡。,五、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,六、基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,

4、实质: 电流连续性的体现。,或: = 0,对结点 a ：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,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。,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则电位升之和等于电位降之和。即： U升 = U降,对回路1：,对回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,E2= I2 R2+I3 R3,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,基尔霍夫电压定律

5、（KVL） 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,七、电路中电位的概念及计算,电位：单位正电荷在某点的电势（位）能，即电路 中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零，又称接地， 表示。,1. 电位的概念,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。,举例,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= 60V

6、 Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,一、支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫 定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路 支路数： b=3 结点数：n =2,回路数 = 3 单孔回

7、路（网孔）=2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,第2章 电路分析方法,二、 结点电压法,结点电压：,任选电路中某一结点为零电位参考点， 其他各结点对参考点的电压。 结点电压的参考方向从该结点指向参考结点。,结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。,结点电压法：以结点电压为未知量，列方程求解。,在求出结点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。,在左图电路中只含有两个结点，若设 b 为参考结点，则电路中只有一个未知的结点电压Uab。,三、叠加原理,叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别单独作用时在此支路中

8、所产生的电流的代数和。,叠加原理,例：,电路如图，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，试用叠加原理求流过 R2的电流 I2和理想电流源 IS 两端的电压 US。,(b) E单独作用 将 IS 断开,(c) IS单独作用 将 E 短路,解：由图( b),例：电路如图，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，试用叠加原理求流过 R2的电流 I2 和理想电流源 IS 两端的电压 US。,(b) E单独作用,(c) IS单独作用,解：由图(c),电压源 （戴维宁定理）,电流源 （诺顿定理）,无源二端网络可化简为一个电阻,有源二端网络可化简为一

9、个电源,四、戴维宁定理与诺顿定理,稳定状态： 在指定条件下电路中电压、电流已达到稳定值。,暂态过程： 电路从一种稳态变化到另一种稳态的过渡过程。,稳态,暂态,新的稳态,换路,换路: 电路状态的改变。如：,电路接通、切断、 短路、电压改变或参数改变,第3章 电路的暂态分析,电容电路：,注：换路定则仅用于换路瞬间来确定暂态过程中 uC、 iL初始值。,换路定则,电感电路：,稳态值,初始值,一阶线性电路暂态分析的三要素法,仅含一个储能元件或可等效为一个储能元件的线性电路, 且由一阶微分方程描述，称为一阶线性电路。,据经典法推导结果,全响应,1.正弦量：随时间按正弦规律做周期变化的量。,+,_,正弦交

10、流电的优越性： 便于传输；易于变换 便于运算； 有利于电器设备的运行； . . . . .,正半周,负半周,第4章 正弦交流电路,设正弦交流电流：,幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。,2. 正弦量的相量表示,设A为复数，其表示形式有:,复数的模,复数的辐角,实质：用复数表示正弦量,式中:,(2) 三角式,由欧拉公式:,可得:,(3) 指数式,设正弦量:,相量: 表示正弦量的复数称相量,电压的有效值相量,相量表示:,相量的模=正弦量的有效值,相量辐角=正弦量的初相角,解: (1) 相量式,(2) 相量图,例1: 将 u1、u2 用相量表示,设：,则,(1) 瞬时值表达式,根据KVL可得：,

11、1. 电流、电压的关系,RLC串联的交流电路,(2)相量法,则,总电压与总电流 的相量关系式,1)相量式,令,则,Z 的模Z表示 u、i 的大小关系，辐角（阻抗角） 为 u、i 的相位差。,Z 是一个复数，不是相量，上面不能加点。,阻抗,复数形式的 欧姆定律,注意,根据,电路参数与电路性质的关系：,阻抗模：,阻抗角：,2) 相量图,( 0 感性),XL XC,参考相量,电压 三角形,( 0 容性),XL XC,( =0 阻性),XL =XC,2) 相量图,由阻抗三角形：,电压 三角形,阻抗 三角形,由电压三角形可得:,2.功率关系,储能元件上的瞬时功率,耗能元件上的瞬时功率,在每一瞬间,电源提

12、供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分与储能元件进行能量交换。,(1) 瞬时功率,设：,(2) 平均功率P （有功功率）,单位: W,总电压,总电流,u 与 i 的相位差,(3) 无功功率Q,单位：var,总电压,总电流,u 与 i 的相位差,根据电压三角形可得：,根据电压三角形可得：,(4) 视在功率 S,电路中总电压与总电流有效值的乘积。,单位：VA,注： SNUN IN 称为发电机、变压器 等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最大有功功率。,阻抗三角形、电压三角形、功率三角形,将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形,将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形,第5章 三相

13、电路,5.1 三相电源的连接方式,5.2 负载星形联结的三相电路,5.3 负载三角形联结的三相电路,5.4 三相功率,1. 三相电动势瞬时表示式,波形图,2. 三相电源的星形联结,(1) 联接方式,中性线(零线、地线),中性点,端线(相线、火线),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压：端线与端线间的电压,、Up,、Ul,(2) 线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,同理,3. 三相电源的三角形联结,1. 三角形联接,3 .负载联结方式,线电流: 流过端线的电流,相电流: 流过每相负载的电流 、 、,线电流

14、不等于相电流,(2) 相电流,(1) 负载相电压=电源线电压,即: UP = UL,一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即,2. 分析计算,相电流：,线电流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,负载对称时, 相电流对称，即,(3) 线电流,为此线电流也对称，即 。,线电流比相应的相电流 滞后30。,线电流：流过端线的电流,相电流：流过每相负载的电流,结论： 负载 Y联 结时，线电 流等于相电 流。,2. 星形联结,N 电源中性点,N负载中性点,中线电流：流过中性线的电流,三相负载连接原则（1） 电源提供的电压=负载的额定电压；（2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电

15、源上。,第5章 磁路与变压器,4.2 变压器的基本结构和工作原理,4.3 实用中的常见变压器,4.1 铁芯线圈、磁路,一、磁场的基本物理量,1. 磁感应强度B,表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度B的大小:,磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)和高斯（Gs）,5.1 铁芯线圈、磁路,1T = 104Gs,2. 磁通,穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。,说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。,在均匀磁场中 = B S 或 B= /S,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁通 的单位:韦伯(Wb) 麦克斯韦（Mx）,把磁通所经

16、过的路径称作磁路。,3. 磁导率,表示磁场介质导磁性能的物理量。,磁导率 的单位：亨/米（H/m）,自然界的物质按其导磁性能可分为： 铁磁物质（铁、镍、硅钢、坡莫合金） 非铁磁物质（空气、木材、铜、铝等）,真空的磁导率为常数，用 0表示，有：,相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。,(1) 变压器的匝数比应为：,解:,例: 如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻 R 0=800，负载为扬声器，其等效电阻为RL=8。要求: （1）当RL折算到原边的等效电阻 时，变压器的匝数比和信号源输出的功率；（2）当将负载直接与信号源联接时,信号源输出多大功率？,信号源的输出功

17、率：,电子线路中，常利用阻抗匹配实现最大输出功率。,结论：接入变压器以后，输出功率大大提高。,原因：满足了最大功率输出的条件：,（2）将负载直接接到信号源上时，,第6章 二极管及其常用器件,6.2 半导体二极管,6.3 特殊二极管,6.4 双极性三极管,6.1 半导体的基本知识,一、本征半导体与杂质半导体,N型半导体和 P 型半导体,本征半导体的导电机理,半导体有两种导电粒子（载流子）：自由电子、空穴,当半导体两端加上外电压时，载流子定向运动（漂移 运动），在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子递补空穴 空穴电流,PN结及其单向导电性,PN 结：P型半导体

18、和N型半导体交界面的特殊薄层,1. PN 结加正向电压（正向偏置）,P接正、N接负,IF,多子在外电场作用下定向移动，形成较大的正向电流。,PN 结加正向电压时，正向电阻较小，处于导通状态。,二极管电路分析举例,定性分析：判断二极管的工作状态,导通截止,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD为正，二极管导通 若 V阳 V阴或 UD为负，二极管截止,若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。,6.3 特殊二极管,1. 符号,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,2. 伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用时要加限流电阻,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,一、稳压二极管,二、 发光二极管,有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，为1.5V3V，电