11434-电工与电子技术课件

教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材1／628目录第1章直流电路第8章供电及安全用电第2章单相正弦交流电路第3章三相交流电路第4章磁路与变压器第5章电动机第6章低压电器与电气基本控制第7章现代控制技术《电工电子技术》第9章半导体元件第10章整流与稳压电路第11章放大电路和集成运放第12章数字电子技术基础第13章组合与时序逻辑电路第14章数字电路的应用教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材2／6281.1电路的作用与组成第1章直流电路1.2电路的常用物理量1.3欧姆定律1.4电阻的特性与应用1.5串联和并联电路1.6基尔霍夫定律1.7电压源和电流源1.8支路电流法1.9戴维宁定理1.10叠加定理1.11电阻性负载的最大功率定理本章小节教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材3／6281.1电路的作用与组成观察图1-1(a)可见，电路应由电源、负载、连接导线和开关组成。图1-1电路的实物图与电路图什么是电源？在电路中是将非电能转换成电能的供电设备称为电源。例如，光电池将太阳能转换成电能、发电机将机械能转换成电能等。负载是将电能转换成非电能的用电设备。例如，电动机将电能转换成机械能、电炉将电能转换成热能等。连接导线起着传送信号、传输电能的作用。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材4／628实际应用中，电路除了电源、负载和连接导线外，还必须有一些辅助设备，例如控制电路通、断的开关及保障安全用电的熔断器等，开关的作用是接通或切断电路。这些辅助设备不仅保证了电路安全、可靠的工作，而且使电路自动完成某些特定工作成为可能。在实际工作中为了便于交流，常将实际电路中的各种元器件用规定的图形符号和文字符号来表示电路的连接情况，这种图形称为电路图。图1-1（b）所示为图1-1（a）的电路图。电路图中的文字符号和图形符号有严格的规定，表1-1所示为电路图中几种常用器件的图形符号及和字符号。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材5／628名称图形符号文字符号名称图形符号文字符号固定电阻R白炽灯EL可变电阻R开关S电位器RP直流电源E电感L电容C熔断器FU晶体管VT表1-1电路图中几种常用的图形符号和文字符号教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材6／6281.2电路的常用物理量1.2.1电流及参考方向当电路中有电流时电珠就会发光，电流是怎么回事？如何确定电流的大小和方向？带电粒子的定向移动形成电流。而带电粒子可以是金属导体中的自由电子，也可以是电解液中的正、负离子。电流既可以是负电荷，也可以是正电荷或者是两者兼有的定向移动的结果。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向（实际方向）。电流的大小是用电流强度来衡量的。电流强度（简称电流）I是指单位时间内通过某一导体横截面的电荷量q，即I=I=tq教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材7／628在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难于确定，为此可以预先假定一个电流方向，称为参考方向（也称为正方向），并在电路中用箭头标出。求解电路电流时应根据假定的电流参考方向进行分析和计算。如果计算结果为正，表示电流实际方向与参考方向一致；如果计算结果为负，表示电流实际方向与参考方向相反。如图1-2所示电路中，假如电路中电流的实际方向是从上向下的，大小为3A，为了表达这个事实，既可以像图1-2（a）那样标注参考方向，并写出I=2A；也可以像图1-2（b）那样标注参考方向，但应写明I=-2A。也就是说电流的正、负只有在选择了参考方向之后才有意义。图1-2电流的方向教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材8／628交流电的实际方向是随时间而变的，所以也必须规定电流的参考方向。如果某一时刻电流为正值，即表示该时刻电流的实际方向与参考方向一致；如果是负值，则表示该时刻电流的实际方向与参考方向相反。也就是说，电路图中标注的电流方向都是参考方向，不是实际方向。电流的参考方向可以任意规定，电流的实际方向应结合电流参考方向的代数量I的正负来表明。要提醒注意的是，我们后面分析的电动势、电压、电位等物理量的正负时，也与参考方向（参考点）的选择有关。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材9／6281.2.2电位及电压电流是带电粒子定向移动形成的，那么，究竟是什么原因使带电粒子作定向移动的呢？液体能从高处向低处流动是由于空间高度差异引起的，电路中电流的产生也必须有一定的电位差，在电路构成通路的情况下，电流从高电位点流向低电位点。就象空间的每一点都有一定的高度一样，电路中每一点都有一定的电位。电位用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示。例如VA表示A点的电位值。讲高度先要确定一个计算高度的起点，例如，我们说一棵树有10m高，是从地面算起。讲电位也要先要指定一个计算电位的起点，称为零电位点（或参考点），该点的电位值规定为0V。原则上零电位点是可以任意指定的，而在实际应用中，对于强电的电力电气线路，以大地为参考点，用符号“”表示；在弱电的电子电路中，以装置的外壳和底板为参考点，用符号“”表示。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材10／628电路中A、B两点的电位之差称为该两点的电压，即UAB=VA–VB即：电场力F将正电荷从电源正极经电搬运到电源负极所做的功UAB=WAB（电场力）/Q例如，VA=10V，VB=4V，那么A、B之间的电压为UAB=VA–VB=10V-4V=6V电压的方向（实际方向）规定由正极（高电位端）指向负极（低电位端），--电位降。如图1-3所示。图1-3电压及电动势的方向与电流情况类似，在分析计算电路以前，我们可能并不知道电压的实际方向，所以同样采用假设一个电压参考方向，由计算结果的正、负来决定其实际方向。计算结果为正，表示实际方向和参考方向一致，反之则相反。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材11／6281.2.3电动势我们已经知道，形成电流的条件是导体两端必须有电压。发电机、电池等电源，都能够在电路中产生和保持电压，把它们连接到闭合电路中，就能在电路中形成电流。电源中非静电力F非将正电荷从电源负极经电源内部搬运到电源正极所做的功称为电动势。UAB=WAB（非静电力））/Q（如图1-4所示），搬运单位正电荷非静电力做的功越多，电源把其它形式的能转化为电能的本领就越大。电源的这种本领用电动势E来表示，单位为V（伏）。电动势的方向规定从电源负极（低电位）经电源内指向正极（高电位）的方向，--电位升。如图1-2所示。图1-4带电源的电路示意图教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材12／6281.2.4电能和电功率1．电能我们选用电气设备时都会考虑到其消耗电量的情况，在符合使用要求的情况下，尽量选择耗电少的电器。那么，什么是电能？电能跟哪些因素有关呢？当电流通过负载将电能转化为其它形式的能时，我们就说电流做了功（称为电功）。若导体两端电压为U，通过导体横截面积的电荷量为q，电流做的功就是电路所消耗的电能，即W=qU=UIt电能的单位为焦（J）。但在实际应用中常以千瓦小时（kW·h）（俗称度）作为电能的单位。1千瓦时在数值上等于功率为1千瓦的用电器工作1小时所消耗的电能。1度=1kW·h=1000W×3600s=3.6×106W·s=3.6×106J教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材13／628电能可以直接测量，图1-5所示为家用电能表及接线（俗称电度表），它是记录电路（用电设备）消耗电能的仪表。图1-5电度表及接线由图1-5可见，电度表面板上计数器是用来记录电能多少的。计数量显示5个数字，最后一位是小数，其它分别是个位、十位、百位、千位。表面板上标有“2500r/kW·h”字样，是表示用电设备每消耗1kW·h（1度）电能时，电度表的转盘转过2500转。利用这一点，记录下转盘转数和时间，也可粗略测出用电设备的功率。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材14／6282．电功率在实际应用中，考虑更多的是设备在一定时间内所消耗的电能。用电设备单位时间里所消耗的电能叫做电功率，用字母P表示。或P=UI若在电源内部，外力做功，使正电荷由低电位移向高电位，电流逆着电场方向流动，将其他能量转换为电能，其电功率为P=EI若P﹥0，元件是耗能，吸收能量（负载），若P﹤0，元件是供能，发出能量（电源）。通常用电设备上都标明它的电功率和电压（称为额定功率和额定电压），以便正确使用。例如照明灯泡上就标有“PZ220-60”的字样，表明这只普通照明灯泡使用在220V电压下，其电功率为60W（其中的P和Z是“普”、“照”汉语拼音的第一个字母）。【例1.1】一台微波灶额定功率是900W，每度电的电费为0.56元，共计工作0.5小时，电费为多少？解：彩电消耗的电能为W=UIt=Pt=900×10-3×0.5kW·h=4.5kW·h电费=4.5×0.56元=2.52元tWP教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材15／628思考电压和电动势的含义（参考方向）电压和电位的区别（电位是相对值电压是绝对值）电路中电位的计算（从某点出发，沿任选一条路径“走”到参考点所经过的全部电位降的代数和）电源和负载的判别（应用公式P=UI若P﹥0，元件是耗能，吸收能量（负载），若P﹤0，元件是供能，发出能量（电源）。注意应用P=EI计算是若P﹥0，发出能量（电源）。P﹤0，吸收能量（负载）。）关联方向如果选定的电流参考方向与电压参考方向一致，即选定电流从电压+极流向-极，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，简称参考方向。应用公式计算时若是非关联方向，在应用公式是要在前加负号。教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材16／6281.3欧姆定律1.3.1部分电路欧姆定律由实验可知：一段导体中的电流I，跟这段导体两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比，这就是部分电路欧姆定律。用公式表示为【例题1.2】试求220V、1500W的电炉在正常工作时的电阻和电流各为多少？解：由功率公式和欧姆定律公式得电阻为电流为=A=6.82ARUIRUUIP227.32150022022PURRUI27.32220教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材17／6281.3.2全电路欧姆定律对整个电路的电源来说，电源本身的电流通路称为内电路，内电路的电阻称为内阻，用R0表示，在分析问题时常将内电路等效成一个理想电动势E和一个电阻R0串联的电路。电源以外的电流通路称为外电路，外电路的所有负载可以等效成一个电阻，用R表示。内电路和外电路总称为全电路，如图1-6所示。图1-6全电路图1-6全电路在全电路中，电流、电阻和电动势之间的关系满足以下全电路欧姆定律RREI0教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材全国高职高专院校机电类专业规划教材18／6281.3.3电路的状态在不同的条件下，电路处于不同的状态，主要有以下三种：1．通路通路状态如图1-7所示，图中的电路因为形成通路，电路中有电流及能量的传输和转换。与电路通路状态对应的电源，此时处于有载状态。根据全电欧姆定律，电路中的电流