ch12电工电子学1

12返回后一页前一页第一章电路的基本概念第二章电路分析基础第三章交流电路第四章分立元件放大电路（第七）第五章集成运算放大器（第八）第六章直流电源（第九）3应用举例(1)工业控制电机控制机床控制生产过程自动化控制楼宇电梯控制......电工与电子技术的应用返回后一页前一页磁悬浮列车盲人引路车大型车床组合机床4信号检测•压力、温度、水位、流量等的测量与调节•电子仪器•医疗仪器•......返回后一页前一页应用举例(2)CT扫描实验装置5家用电器•电灯、电话•广播、电视•冰箱、洗衣机•家庭影院•......返回后一页前一页应用举例(3)6楼宇电梯的控制返回后一页前一页应用举例(4)7机电机电一体化汽车照明、电动转向、空调、音响、雨刷、安全报警、电动门窗…….电子机械返回后一页前一页汽车电子8课程性质:技术基础课服务对象:非电专业课程特点：内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛。返回后一页前一页9主要教学环节注意解题方法和技巧，书写整洁。独立完成作业，按时交作业。习题紧跟老师讲课思路，积极思考，主动学习。抓住基本概念、基本理论、基本原理和分析方法。课堂教学训练实验技能，培养严谨的科学作风。注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。实验返回后一页前一页10教材及参考书教材：《电工学》（少学时）唐介主编高等教育出版社参考书：返回后一页前一页《电工学》第五版（上、下）秦曾煌主编高等教育出版社《电工与电子学》叶挺秀主编高等教育出版社《电工电子学》魏红等编科学出版社11期末考试80分平时作业和出勤20分返回后一页前一页12电路的基本概念第一章13第一章电路的基本概念1.1电路的作用和组成1.2电路的基本物理量1.3电阻、电容和电感元件1.4电源元件1.5电路的工作状态1.6电路的基本定律1.7电路中电位的概念及计算14本章的基本要求：一、理解电压与电流参考方向的意义二、能正确而熟练的应用电路基本定律三、了解电路的三种状态及额定值的意义四、会计算电路中某点的电位151.1电路的作用和组成电路：由各种元件相互连接而构成的电流的通路。1、实现电能的传输、转换；2、实现信号的传递与处理。一、电路的作用：放大器扬声器话筒信号源负载电池电源中间环节灯泡负载16二、电路的组成及模型：1、组成：电源、负载和中间环节。电池灯泡电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用172、模型：为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。+RoE-手电筒的电路模型灯泡开关电池导线SR18几个概念：激励：作用于电路上的电源或信号源的电压或电流，也称为输入。响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称为输出。电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，分析电路的激励与响应之间的关系。191.2电路的基本物理量一、电流及其参考方向：1、电流：电荷在导体中有规则的定向移动形成电流，亦叫电流强度，简称电流i。dtdqi3、实际方向：习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。4、参考方向：任选某一方向为其参考方向，也叫其正方向。2、分类：直流电流I、交流电流i。205、正负：当电流的实际方向与其参考方向一致时，其值为正；当电流的实际方向与其参考方向相反时，其值为负。10V10I110V10I1I1=1AI1=-1A216、表示方法：a、用箭头来表示，箭头的方向为其参考方向；b、用双下标表示，例如Iab表示电流参考方向由a指向b。7、单位：安培（A：Ampere）[毫安mA微安uA]换算：1mA=10-3A1uA=10-6A22二、电压和电动势及其参考方向：（1）电压：电场力把电位正电荷从电路中的一点移到另外一点所作的功，为这两点之间的电压。dqdwu（3）实际方向：规定由高电位端指向低电位端。（4）参考方向：任选某一方向为其参考方向，也叫其正方向。1、电压：（2）分类：直流电压U、交流电压u。23（5）正负：电压值为正时，电压的实际极性和参考极性相同，否则相反。+实际方向（参考方向）U+实际方向（参考方向）UU0U024（6）表示方法：a、用极性“＋”、“－”表示，参考方向由正指向负；b、用双下标表示，例如Uab表示其参考方向由a指向b。（7）单位：伏特（V：Volt)[毫伏mV微伏uV千伏kV]换算：1mV＝10－3V1uV＝10－6V1kV＝103V252、关联与非关联参考方向：+UI+U+UI+U+U+UI关联参考方向非关联参考方向关联参考方向：电流和电压的参考方向一致；非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致；263、电动势：（1）概念：描述了电源中外力做功的能力，它的大小等于外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。（2）实际方向：在电源内部由负极指向正极。（3）单位：伏特（V：Volt)27三、电功率：1、概念：描述电路元件中电能变换的速度，其值为单位时间内元件所吸收或输出的电能。uidtdwpUIP2、单位：瓦（W）3、计算：（1）当电流和电压为关联参考方向时：（2）当电流和电压为非关联参考方向时：（3）若，表示该元件吸收功率；（负载）若,表示该元件产生功率。（电源）0piupiup0p举例：教材P4例1－1281.3电阻、电感和电容元件一、电阻元件：uiR线性电阻元件：伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。欧姆定律：0uiRtanR为电阻，单位：欧姆（）u－Ri（非关联参考方向）令G1/RG称为电导单位：西门子（S：Siemens）（关联参考方向）uRi29功率：RuRiuip22能量：dtRitpdWtttt002非线性电阻元件：伏安曲线不是通过坐标原点的一条直线。（耗能元件）30二、电容元件：线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上为通过原点的直线。Ciu++Ciu++对线性电容元件有：q=CuC称为电容器的电容单位：法拉（F）[微法F纳法nF皮法pF]1F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F31电压、电流关系：tuCdtdCutqidddd（直流相当于断路）电场能量：221CuW非线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上不是通过原点的直线。（储能元件）32三、电感元件：线性电感元件：韦安特性曲线在i－平面上为通过原点的直线。Li对线性电感元件有：L称为电感器的电感单位：亨利（H）[微亨H毫亨mH]1H=10-6H1mH=10-3HLi+iueL33由电磁感应定律可得，自感电动势为：dtdiLdtdedtdiLu端电压：（直流相当于短路）磁场能量：221LiW（储能元件）341.4电源元件能够独立向外电路提供能量的电源，分为电压源和电流源。一、独立电源：1、理想电源：是实际电源的理想化模型，分为理想电压源和理想电流源。（1）理想电压源：向负载提供一个恒定值的电压——直流电压US或频率和幅值不变的交流电压us。35USSUIUSSUIUSS0UI图形符号伏安特性特点：（1）恒压源两端的电压与流过电源的电流无关；（2）恒压源输出电流的大小取决于所连接的外电路。36（2）理想电流源：向负载提供一个恒定值的电流——直流电流IS或频率和幅值不变的交流电流is。ISSUIS0UI图形符号伏安特性特点：（1）恒流源输出的电流与恒流源的端电压无关；（2）恒流源的端电压取决于与恒流源相连接的外电路。37其电路模型通常为电源元件和电阻元件的组合。USSUR0RIab1、实际电源：（1）电压源模型：uS0UIUSR0IRUUs038（2）电流源模型：ISSUR0RIab0RUIIs0UIISISR039二、受控电源：1、定义:电压源的电压或电流源的电流是受电路中其他部分的电压或电流控制。2、电路符号：+–受控电压源+–受控电压源受控电流源受控电流源40三、分类：1、电流控制的电流源(CurrentControlledCurrentSource)CCCSi1+_u2i2+_u1i1CCCSi1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSri1+_u2+_u1+_i2i1CCVSri1+_u2+_u1+_CCVSri1+_u2+_u1+_2、电流控制的电压源(CurrentControlledVoltageSource):电流放大倍数r:转移电阻413、电压控制的电流源(VoltageControlledCurrentSource)VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVSu1+_u2+_u1+_i2i1VCVSu1+_u2+_u1+_i2i14、电压控制的电压源(VoltageControlledVoltageSource)g:转移电导:电压放大倍数421.5电路的工作状态oIREUIIREUIP)(0一、有载状态：1、特性：EUR0RIS开关闭合RREI0负载电流：端电压：U=IR负载功率：PPPE电源外特性IUE20IREI电源产生的功率电源内部消耗的功率432、额定值及运行状态:额定值:电器设备的安全使用值，用UN、IN和PN表示。运行状态:欠载（轻载）：NNPPII（不经济）过载（超载）：NNPPII（设备易损坏）额定工作状态：NNPPII（经济合理安全可靠）44二、开路状态：EUR0RIS开关断开特征:0I0PEUU0负载功率：电流:开路电压：45三、短路状态：EUR0RIS导线短接特征:0REIIS0P0U端电压:负载功率:02RIPSE电源功率:短路电流:461.6电路的基本定律对于一个线性电阻元件而言，流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。iu+Riu一、欧姆定律：关联参考方向：IURRIU非关联参考方向：47二、基尔霍夫定律：1、几个术语：（1）支路(branch)：电路中流过同一电流的分支。(b)（2）节点(node):电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n)（3）回路(loop)：由一条或多条支路组成的闭合路径。(l)(4)网孔(mesh)：对平面电路，内部不含有支路的回路为网孔,即每个网眼就是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。48abab+_R1uS1+_uS2R2R3+_R1uS1+_uS2R2R3112233123123支路：b=3节点：n=2回路：l=3网孔：2个abcdI3I6I4I2I1I5R2R3R6R4R5R1E1E2支路：b=6节点：n=4回路：l=7网孔：3个492、基尔霍夫电流定律(KCL)：0I(1)内容：任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和为零。即：(2)符号的确定：选定参考方向后，习惯上取流出该节点的支路电流为负，流入为正。i1i4i2i3•例i1i4i2i3•例i1-i2+i3-i4=0i1+i3=i2+i450(3)另一种表达：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。即(4)推广：对任一包围几个节点的闭合面而言，流入该闭合面（广义节点）的电流等于流出该闭合面的电流。ABCICAIABIBCIAIBIC证明：结点A：IA=IAB－ICA结点B：IB=IBC－IAB结点C：IC=ICA－IBC左右两边相加可得IA＋IB＋IC＝0出入II513、基尔霍夫电压定律(KVL)(1)内容：在集总参数电路中，任一时刻，任一回路中，所有支路电压的代数和等于零。即：(2)符号的确定：a、任一选择一个绕行方向，可以顺时针也可以逆时针；b、电压的参考方向与绕行方向一致取正号，电压的参考方向与绕行方向相反则取负号。E1R1I1abcdR2E2I2U1U2U3U40U表达试：U1－U2－U3＋U4＝0U1＋U4＝U2＋U3即：52（3）另一种表达：从任一回路中的任一点出发，沿任一方向绕行一周，则在该方向上电位降之和等于电位升之和。即：升降＝UU（