河南理工大学电工电子技术之电工技术第一章

下一页总目录章目录返回上一页《电工与电子技术》教师：陈滟涛河南理工大学电气学院电话[phone]下一页总目录章目录返回上一页课程性质包含《电路理论》《电机学基础》《模拟电子技术》《数字电子技术》四部分内容。本课程是非电专业的专业基础课程。课程内容下一页总目录章目录返回上一页问题1电是谁发现的？问题3为什么收音机调台旋钮调节时可以收到不同电台的信号问题4为什么我国电网采用50Hz供电问题5为什么经常开、关灯时容易出现灯坏掉的情况问题2为什么低压电力网采用四线制问题6为什么话筒可以使声音清晰的变大问题7交流电如何变成直流电的问题8为什么红绿灯会自动每一秒减少一并显示出来的问题9自动报警如何实现下一页总目录章目录返回上一页微波防盗报警器下一页总目录章目录返回上一页要求认真听课，重视概念、掌握规律，课后复习，重视实验，作业要认真、规范（必须画电路图、按解题步骤求解）。考试：平时成绩：20%（作业、考勤、实验）期末成绩：80%下一页总目录章目录返回上一页电路理论实际电路电路模型电气特性电路分析电路综合下一页总目录章目录返回上一页本章要求:1.理解电路模型的概念；2.掌握电压与电流参考方向的意义；3.掌握电路中的基本物理量及其计算；4.掌握各个理想元件的性质；5.掌握电路理论中最基本的定理；第1章电路的基本概念与基本定律下一页总目录章目录返回上一页1.1实际电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信息的传递、控制与处理放大器扬声器话筒1.实际电路的作用实际电路是由电气设备按预期目的连接构成的电流通路。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线下一页总目录章目录返回上一页2.电路的组成部分电源: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发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线下一页总目录章目录返回上一页直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。下一页总目录章目录返回上一页一、实际电路：电气元件由导线连接构成的闭合通路，并进行着能量形式转换，电能的传输和分配过程。二、电路模型：（简称电路）用于分析计算的电路图形。由理想电路元件构成的模型。忽略掉次要因素，突出其主要因素的元件是组成电路模型的最小单元，是具有某种确定的电磁性质的假想元件根据端子的数目，理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等。1.2电路模型下一页总目录章目录返回上一页基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。下一页总目录章目录返回上一页①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一电路模型表示。②同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。电感线圈的电路模型注意下一页总目录章目录返回上一页手电筒的电路模型例2：手电筒R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。负载电源ER电池导线灯泡开关下一页总目录章目录返回上一页电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、能量、电功率等，但是电路分析中主要关心的物理量是电流、电压、功率以及能量。电压:单位时间内通过导体横截面的电荷量1.3电压和电流的参考方向电流：单位电荷由a点到b点电场力所做的功tqtqitddΔΔlim)(0Δdeftqwudd)t(def下一页总目录章目录返回上一页1.3电压和电流的参考方向1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μAkV、V、mV、μV下一页总目录章目录返回上一页电压、电流的实际方向：REIUEIRUab+_+_都是实际的电压、电流方向，都是高电位指向低电位。ab问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？E1ABRE2IR电流方向AB？电流方向BA？Uab=Va-Vb下一页总目录章目录返回上一页电流参考方向任意假定一个方向为电流的正方向，这个假定的正方向称为电流的参考方向。i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：i参考方向ABi参考方向ABi参考方向AB电流(代数量)表明下一页总目录章目录返回上一页电压的参考方向U0参考方向U+–参考方向U+–0U假设的高电位指向低电位的方向。+实际方向–+实际方向–电压下一页总目录章目录返回上一页(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_下一页总目录章目录返回上一页实际方向与参考方向一致，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。abRIabRU+–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。下一页总目录章目录返回上一页同一元件或支路的u，i采用一致的参考方向称之为关联参考方向，反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向i+-+-iuu电压电流参考方向的关联性下一页总目录章目录返回上一页IU元件元件元件元件IUIIUU关联参考方向非关联参考方向习惯取法：负载取关联参考方向、电源取非关联参考方向。下一页总目录章目录返回上一页例电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。＋－uBAiREIUI+-UREIUI+-U设E=4V，R=2Ω，求U、I？可知R上电压大小为4V，流过电流大小为2AU=4V、I=-2A问题：参考方向不同会不会使得结果不同呢？U=-4V、I=2A下一页总目录章目录返回上一页“实际方向”是客观存在的物理现象，参考方向是人为假设的方向。注意①分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。②参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注，计算依据参考方向进行。③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。缺少参考方向的物理量，其数值含义不清。下一页总目录章目录返回上一页1.4电功率和能量1.电功率twpdduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)单位时间内电场力所做的功。qwuddtqidd下一页总目录章目录返回上一页u,i取关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0吸收负功率(实际发出)P=ui表示元件发出的功率P0发出正功率(实际发出)P0发出负功率(实际吸收)u,i取非关联参考方向+-iu+-iu2元件吸收或者发出功率的判断下一页总目录章目录返回上一页例求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1AU6U156412I2I3I1++++++－－－－－U5U4U3U2－3下一页总目录章目录返回上一页解）（发出W221111IUP）（发出W62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3)1()3(366IUP）（发出W7)1(7355IUP）（发出W41)4(244IUP功率守恒：对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率注意已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1AU6U156412I2I3I1++++++－－－－－U5U4U3U2－3下一页总目录章目录返回上一页从t0到t元件能量的变化：ttttξuiξpW00dd能量单位：J(焦)(Joule，焦耳)下一页总目录章目录返回上一页根据图所示的参考方向和电压、电流的数值确定各元件电流和电压的实际方向，并计算各元件的功率，说明元件是吸收功率还是发出功率。下一页总目录章目录返回上一页在图所示电路中，试求：(1)若元件A吸收10W功率，求其电压UA；(2)若元件B吸收－10W功率，求其电流IB；(3)若元件C发出10W功率，求其电流IC；(4)若元件D吸收－10W功率，求其电流ID。＋A－UA4A＋B－10VIB－C+6VIC＋D－10VID下一页总目录章目录返回上一页1.5理想电路元件是电路中最基本的组成单元。5种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。注意如果表征元件端子特性（元件性质）的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。电路元件下一页总目录章目录返回上一页电路符号R电阻元件端电压与端电流可以表示为代数关系的元件。其特性可用u～i平面上的一条曲线来描述：0),(iufiu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。伏安特性01定义2线性电阻元件电阻元件下一页总目录章目录返回上一页u～i关系（VCR）R称为电阻，单位：(Ohm)满足欧姆定律GuRuiiuR单位G称为电导，单位：S(Siemens)u、i取关联参考方向Riu伏安特性为一条过原点的直线ui0Rui+－下一页总目录章目录返回上一页②如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；③线性电阻是无记忆、双向性的元件。欧姆定律①只适用于线性电阻(R为常数）；则欧姆定律写为u–Rii–Gu公式和参考方向必须配套使用！注意Rui-+通常电阻元件的电压电流取关联参考方向！下一页总目录章目录返回上一页解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A下一页总目录章目录返回上一页电阻元件在任何时刻总是消耗功率的，因此电阻又称为“无源元件”和“耗能元件”。pui(–Ri)i–i2R-u2/Rpuii2Ru2/RRui+-表明Rui-+3电阻元件的功率与能量下一页总目录章目录返回上一页从t0到t电阻消耗的能量：ttttRξuiξpW00dd能量下一页总目录章目录返回上一页实际电阻器下一页总目录章目录返回上一页普通金属膜电阻绕线电阻电阻排变频器铝合金线绕电阻大功率电阻器精密电阻器水泥电阻器下一页总目录章目录返回上一页贴片超低阻值电阻热敏电阻压敏电阻光敏电阻电阻成型机下一页总目录章目录返回上一页电容元件电容器：在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。_+qqU电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。注意下一页总目录章目录返回上一页1.定义电容元件储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷q与其两端的电压u能用q～u平面上的一条曲线来描述。0),(qufuqo下一页总目录章目录返回上一页任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比。qu特性曲线是过原点的直线。Cuqquo2.线性电容元件tanuqC电容器的电容值下一页总目录章目录返回上一页电路符号CF(法拉),常用F，pF等表示。单位1F=106F1F=106pF下一页总目录章目录返回上一页电容耐压等极16V﹑25V﹑35V﹑50V﹑63V﹑100V﹑160V﹑250V﹑400V﹑630V﹑1000V﹑1250V﹑2000V﹑3000V到更高