《電工電子技術(shù)》西安交通大學(xué)出版社第1章.ppt

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第1章電路元件與電路基本定律,1.1電路的作用和組成,1.2電路的狀態(tài),1.3電路中的參考點(diǎn),1.5理想電路元件,1.4電路中的參考方向,1.6基爾霍夫定律,第1章,第1章電路元件與電路基本定律,1.1電路的作用和組成,電路是由許多電氣元件或設(shè)備為實(shí)現(xiàn)能量的輸送和轉(zhuǎn)換，或者實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和處理而組合后的總稱。,計(jì)算機(jī)主板,變電站,電路由電源、負(fù)載和傳輸線組成,自動(dòng)化生產(chǎn)線,1.1電路的作用和組成,,下一頁(yè),第1章,電源(PowerSupply):提供電能，非電能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。,干電池化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,發(fā)電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能,,,電源符號(hào),,下一頁(yè),1.1電路的作用和組成,第1章,,另外，在電子技術(shù)應(yīng)用中有一種將交流電轉(zhuǎn)換成恒定電壓的直流電的電源，常稱為直流穩(wěn)壓電源。,這種電源是一種電能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。,下一頁(yè),1.1電路的作用和組成,第1章,負(fù)載(Load)：耗用電能，電能轉(zhuǎn)換成非電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。,,,臺(tái)燈電能轉(zhuǎn)換成光能,電爐電能轉(zhuǎn)換成熱能,電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,符號(hào)：,,下一頁(yè),1.1電路的作用和組成,第1章,傳輸裝置(Transmitdevice)：輸送電能，安全可靠地將電能從電源送到用戶。,,變電站,輸電線,,,1.1電路的作用和組成,本小節(jié)結(jié)束,第1章,1.2電路的狀態(tài),1.2電路的狀態(tài),,下一頁(yè),1.2.1通路,電源帶負(fù)載時(shí)稱為有載，開關(guān)閉合時(shí)電路有電流流過(guò)。,第1章,電路的額定值,額定值(rating)是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的容許值。,例如，一盞燈泡的電壓為220V，功率為60W，這就是額定值。也就是說(shuō)，只有在電源電壓為220V的情況下，燈泡才能達(dá)到60W時(shí)的亮度。,在額定值下運(yùn)行才能使設(shè)備的工作狀態(tài)達(dá)到最佳，大于額定值工作則會(huì)使設(shè)備的使用壽命降低。,使用時(shí)，實(shí)際值不一定等于額定值，如電源電壓可能因某種原因降低或升高。,1.2電路的狀態(tài),,下一頁(yè),第1章,1.2電路的狀態(tài),,1.2.2開路,當(dāng)一部分電路與電源斷開，該部分電路中就沒(méi)有電流流過(guò)，則這部分電路稱為開路。,開路時(shí)電路中的電流為零,1.2.3短路,電路的某一部分用導(dǎo)線連接起來(lái)，則稱為短接或短路。電流被短接線旁路，電源短路最危險(xiǎn)。,本節(jié)結(jié)束,第1章,1.3電路中的參考點(diǎn),1.3電路中的參考點(diǎn),,將電路中的某一點(diǎn)選作參考點(diǎn)后，該點(diǎn)的電位定為零。,電路中其他任何一點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位。,電路中的電位是相對(duì)的，選擇不同的參考點(diǎn)時(shí)，電位是不同的。,,VC=0,VB=0,電位的單位是伏（V）,本節(jié)結(jié)束,第1章,,例如設(shè)：UAB=10V,則：UBA=－10V,參考方向又叫正方向,規(guī)定：電位高的一端為正，電位低的一端為負(fù)。,一旦正方向確定之后，與其相反的即為負(fù)。,UAB=VA－VB,電壓UAB是指A、B兩點(diǎn)間的電位差。,,下一頁(yè),1.4電路中的參考方向,1.4電路中的參考方向,第1章,,若設(shè)：I=10A，,則：I’=－10A,電流的單位是安培（A)，毫安（mA），微安（μA）。,在正方向的設(shè)定中，若電壓的正方向設(shè)為A點(diǎn)電位高，B點(diǎn)電位低。電流的正方向設(shè)定為從A流向B，叫作正方向關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)正方向。如圖中的UAB和I；而UAB和I’則為正方向不關(guān)聯(lián)。,在復(fù)雜電路中事先并不知道某段電路中電流的實(shí)際方向，那么如何求解呢？,A,B,,下一頁(yè),1.4電路中的參考方向,第1章,1.在解題前先任意選定一個(gè)方向作為參考方向（又叫正方向）。,解決的方法是:,若計(jì)算結(jié)果為正，說(shuō)明實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；,3.由計(jì)算結(jié)果可確定U、I的實(shí)際方向：,,,若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，說(shuō)明實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。,2.依此參考方向，根據(jù)電路定理、定律列出方程，從而進(jìn)行電路分析計(jì)算。,1.4電路中的參考方向,本節(jié)結(jié)束,第1章,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,1.5理想電路元件,1.5.1理想無(wú)源元件,理想無(wú)源元件包括理想電阻元件、理想電容元件和理想電感元件。,電阻是表征電路中電能消耗的理想元件；電容是表征電路中電場(chǎng)能儲(chǔ)存的理想元件；電感是表征電路中磁場(chǎng)能儲(chǔ)存的理想元件。,電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，自由電子將與金屬內(nèi)部存在的原子、離子發(fā)生碰撞，這些碰撞會(huì)引起電荷能量的損失，于是電子的運(yùn)動(dòng)受到了限制，材料的這種對(duì)電荷流動(dòng)呈現(xiàn)的限制、阻力和能量損耗的物理特征就稱為電阻。,第1章,電阻的符號(hào)為,根據(jù)歐姆定律可知：,如果電壓電流的正方向不關(guān)聯(lián),R,,下一頁(yè),理想電阻的阻值不隨所加電壓或電流的大小而變化,1.5理想電路元件,第1章,,理想電阻元件的伏安關(guān)系,滿足電壓、電流間為線性關(guān)系的電阻稱作線性電阻，否則稱作非線性電阻。,根據(jù)歐姆定律，電阻吸收的功率應(yīng)為,,下一頁(yè),,,1.5理想電路元件,第1章,幾種常見(jiàn)的電阻元件,金屬膜電阻,水泥電阻,繞線電阻,,下一頁(yè),固定電阻是根據(jù)需要由制造廠直接生產(chǎn)的，一般來(lái)說(shuō)，其阻值不會(huì)改變。不同用途的電阻其使用的材料也會(huì)不同，常見(jiàn)的有金屬膜電阻、碳膜電阻、由特殊銅線繞制的繞線電阻等。,1.5理想電路元件,第1章,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,電源可分為獨(dú)立電源（獨(dú)立源）和非獨(dú)立電源（受控源）兩大類。獨(dú)立源能獨(dú)立地向電路提供電壓或電流。,而受控源的電壓或電流則受另一處電壓或電流控制，因而它是一種非獨(dú)立源。,獨(dú)立源不論它是以電能形式輸出或以電信號(hào)形式激勵(lì)，其共同點(diǎn)是向電路提供電壓或電流，所以獨(dú)立源又分為電壓源和電流源。,能夠獨(dú)立地向電路提供電壓的電源稱為理想電壓源，能夠獨(dú)立地向電路提供恒定電流的電源稱為理想電流源。,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,1.5.2理想電源元件,第1章,1.電壓源(VoltageSource),電壓源是一種含有電動(dòng)勢(shì)(Electromotivforce,emf)US和內(nèi)阻(InherentResistance)Rs的電源，在分析時(shí)往往把它們分開，組成有US和R0串聯(lián)的電源電路模型。,電路模型,電壓源外特性,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,從公式中可以看出，輸出電壓隨電流的增加而減少。,如果內(nèi)阻Rs越小，則輸出電壓越趨于平穩(wěn)。,當(dāng)內(nèi)阻等于零時(shí)，輸出電壓就等于US，即輸出保持恒定。,這種情況稱為理想電壓源，又叫恒壓源。,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,特點(diǎn)：1.端電壓始終是恒定，等于電動(dòng)勢(shì)US。,2.輸出電流是任意的，即隨負(fù)載(外電路）的改變而改變。,恒壓源的輸出電壓不受外接電路元件的影響,實(shí)際電壓源外特性,恒壓源外特性,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,2.電流源(CurrentSource),電源除了用電壓源表示外，還可以用另外一種電路模型即電流源來(lái)表示。,其電路模型如下,圖中，IS為一恒定電流，Rs是電源的內(nèi)阻。,內(nèi)阻Rs愈大，輸出電流愈趨近于IS。,當(dāng)Rs等于無(wú)窮大時(shí)，輸出電流I就等于IS。,,下一頁(yè),1.5理想電路元件,第1章,理想的電流源又叫恒流源，其輸出電流的大小是不變的。端電壓與外接負(fù)載有關(guān)。,本節(jié)結(jié)束,符號(hào),實(shí)際電流源外特性,恒流源外特性,,1.5理想電路元件,第1章,1.6基爾霍夫定律,基爾霍夫定律是電路作為一個(gè)整體所服從的基本規(guī)律，它闡述了電路各部分電壓或各部分電流相互之間的內(nèi)在聯(lián)系。,,,下一頁(yè),1.6基爾霍夫定律,第1章,名詞解釋：,支路(Branche)：電路中的每一個(gè)分支稱為支路。同一支路流過(guò)的是同一電流。,回路(Loop)：由一條或多條支路組成的閉合電路。,支路：b=3,回路：L=3,結(jié)點(diǎn)：a,b(n=2）,結(jié)點(diǎn)(Nodal)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。,,,,Ⅰ,Ⅱ,,下一頁(yè),1.6基爾霍夫定律,第1章,1.6.1基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw),KCL依據(jù)：電荷守恒的定律。即在系統(tǒng)內(nèi)部電荷的代數(shù)和不會(huì)改變。,下一頁(yè),1.6基爾霍夫定律,第1章,,應(yīng)用步驟（以結(jié)點(diǎn)a為例）,2）根據(jù)KCL（設(shè)流入結(jié)點(diǎn)為正）列方程，求解。,1）在電路圖上標(biāo)出各支路電流的參考方向。,若已知I1=4A,I3=2A則：,,下一頁(yè),1.6基爾霍夫定律,第1章,,內(nèi)容：在任一時(shí)刻，沿電路內(nèi)任一回路以任一方向巡行一周時(shí)，沿巡行方向上的電位升之和等于電位降之和。,KVL的依據(jù)：基于能量守恒的原理。,1.6.2基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw),,下一頁(yè),1.6基爾霍夫定律,第1章,,或：…...回路中各段電壓的代數(shù)和等于零。,1)在電路圖上標(biāo)出電流電壓的參考方向。,2）標(biāo)出回路的巡行方向。,3）根據(jù)KVL列方程，依?IR=?US,I(US)與參考方向一致取正，否則取負(fù)。,,,,,4）求解方程。,本章結(jié)束,1.6基爾霍夫定律,第1章,,第1章結(jié)束,