电工与电子技术基础 第1章电路的基本概念电子教案

《电工与电子技术基础（第2版）》电子教案主编刘莲青王连起中等职业学校教学用书（电子技术专业）《电工与电子技术基础》（第2版）第1章电路的基本概念第2章直流电路第3章正弦交流电路第4章三相供电电路及安全用电第5章变压器第6章三相异步电动机及控制电路第7章半导体二极管及应用电路第8章半导体三极管及放大电路第9章集成运算放大器及应用第10章数字电路的基本知识第11章组合逻辑电路第12章时序逻辑电路第1章电路的基本概念1.1电流1.2电压与电位1.3电源1.4电阻、导体与绝缘体1.5电阻、电流及电压测量实验1.1电流1.1.1导体中的电流1.1.2电流的大小和方向1.1.1导体中的电流自由电子在电场力的作用下，作定向运动形成电流。1.1.2电流的大小和方向电流的大小定义为单位时间内通过导体截面的电量。设在时间t内通过导体截面S的电量为Q，则电流为I=Q/ttQ电流的单位是A(安［培］)。在1秒内通过导体横截面的电荷为1C(库仑)时，其电流则为1A。计算微小电流时,电流的单位用mA(毫安)、μA(微安）或nA(1mA=10-3A，1μA=10-6A，1nA=10-9A正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。参考方向实际方向(a)i0ab参考方向实际方向(b)i0abii如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。1.2电压与电位1.2.1电压的大小和方向1.2.2电位1.2.1电压的大小和方向1.电场力把单位正电荷从电场中点A移到点B所做的功WAB称为A、B间的电压,用UAB表示，即UAB=WAB/QV(伏［特］)。如果电场力把1C电量从点A移到点B所作的功是1J(焦耳)，则A与B两点间的电压就是1V。kV(千伏），计算较小的电压时用mV(毫伏）、微伏（V）。其换算关系为：1kV=103V，1mV=10-3V，1V=10-6V2.电压的方向电压不但有大小也有方向，电压的实际方向为正电荷的运动方向，即电压的方向是由正极到负极，如图示。在电路分析中，也经常规定电压的参考方向，在参考方向下计算出电压为正，说明电压的参考方向与实际方向相同；计算电压为负时，电压的参考方向与实际方向相反。+　　u1　　－ab－　　u2　　+ab1.2.2电位在分析电路时，经常用到电位这个物理量，以便分析各点之间的电压。在电路中任选一点作为参考点，参考点的电位为零，电路中某一点的电位等于该点到参考点之间的电压，所以电位的基本单位也是伏特,点位常用V表示。在电路中任意两点的电位之差，等于这两点之间的电压，因此电压也称为电位差。电压的实际方向是由高电位指向低电位，电流的实际方向与电压的实际方向一致，由高电位流向低电位。1.3电源1.3.1电源1.3.2电动势1.3.1电源电源是一种能量转换装置，它将机械能、化学能及光能等转换为电能，如发电机、干电池和光电池等。在各种电源中，有一个共同点，即在电源的内部移动电荷，使电源的一个极具有一定数量的正电荷，另一个极具有一定数量的负电荷，这样就在两极之间形成电场，产生电位差。电源内部这种能移动电荷的作用力叫做电源力。电源力能够不断地将正电荷从负极移动到正极，从而保持了两极之间的电位差，使电流在电路中持续不断地流通。1.3.2电动势电源的电动势是衡量电源力对电荷做功能力大小的物理量，当电源力把单位正电荷从电源的低电位端B经电源内部移到高电位端A所做的功，称为电源的电动势EBA。当电源力将正电荷Q从负极B移到正极A所做的功为WBA时，则电源的电动势为EBA=WBA/Q其中当WBA的单位是焦耳、Q的单位是库仑时，EBA的基本单位与电压相同也是伏特。1.4电阻、导体和绝缘体1.4.1电阻1.4.2电阻的计算1.4.3电导1.4.4导体、绝缘体和半导体1.4.1电阻导体中的自由电子在电场力的作用下，产生定向运动形成电流。当电流通过导体时也会受到阻力，因为自由电子在运动中不断与导体内的原子、分子发生碰撞，使自由电子受到一定的阻力。导体对电流的这种阻力叫做电阻，电阻用R表示。电阻的单位是欧姆（），大电阻用千欧（k）或兆欧（M）做单位。它们的换算关系如下1k=1000=1031M=1000k=103k=1061.4.2电阻的计算导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比，还与导体的材料有关。导体电阻可以由下式计算R=l/S式中R—导体电阻（）,l—导体长度（m）S—导体截面积（mm2）,—导体电阻（·mm2/m）表1-1常用导电材料的电阻率材料名称电阻率（·mm2/m）材料名称电阻率（·mm2/m）银0.0165钢0.13铜0.0175铸铁0.50铝0.026锰铜合金0.42钨0.049镍铬合金1.51.4.3电导导体对电流有一定的阻力，同时导体也具有传导电流的能力。电导就是用来表示导体传导电流能力大小的参数。导体的电阻越大，其传导电流的能力就越差，说明导体的电导越小。反之如导体的电阻越小，则电导就越大，所以电导与电阻互为倒数关系。电导用G表示，即G=1/R电导的基本单位是西门子（S）。1.4.4导体、绝缘体和半导体电工材料按其导电性能可分为导体、绝缘体和半导体三类，各种材料的导电性能可以用电阻或电导表示。导体具有良好的导电性能，即电导大，电阻小的材料。导体材料的电阻率一般在10-2～1Ω范围内，金属材料中绝大部分为良导体，如银、铜和铝等。金属导体在电工、电子技术中得到广泛应用通常将电阻极大，导电能力非常差，电流几乎不能通过的材料称为绝缘体。绝缘体的电阻一般在1012～1022Ω范围内，所以认为绝缘体是不能导电的。绝缘体在电工和电子技术中与导体同样占有重要的地位，常用的绝缘体有橡胶、塑料、云母、陶瓷、石棉及干燥的木材等。此外，还有一类材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体。半导体的导电率在108Ω左右。常用的半导体材料有硅、锗和硒等。半导体在电子技术中得到广泛的应用，如半导体二极管、三极管、晶闸管及集成电路等都是由半导体材料制成的。1.5电阻、电流及电压测量实验1.5.1实验目的1.5.2预习要求1.5.3实验仪表及仪器1.5.4实验内容与步骤1.5.5注意事项1.5.1实验目的1．悉电气测量仪表的分类及表示符号，学习电压表、电流表、万用表的使用方法及常用电工技术实验仪器的使用方法。2．握电压、电流及电阻的测量方法。3．悉电气测量仪表误差的计算方法。1.5.2预习要求1．解如何进行电工实验安全规程及应注意的问题。2．解本次实验中所用的电气仪表的工作原理特性及使用方法。1.5.3实验仪表及仪器名称参考型号及使用参数数量可调直流稳压源XDT-181个直流稳压电源+6V、+12V切换1个万用表MF-101块直流数字电压表DICE-DG1块直流数字毫安表DICE-DG1块1.5.4实验内容与步骤实验前要先熟悉电阻元件、电压表、电流表、万用表的使用方法，然后进行电阻、电压和电流的测量。1.电阻值用万用表不同欧姆档测出给定的各电阻值，指明选择量程档位记入表1，并计算相对误差，注意万用表使用前应先应先调零。表1电阻值R1（510Ω）R2（1KΩ）R3（51kΩ）实测电阻值选择量程相对误差2．图示测量电压、电流电路接线图，经指导教师检查无误后接通电源。E2为可调直流稳压电源，将其调至+10V(用万用表测定)。3．闭合S2，用并接直流（数字）电压表的方法分别测量出A、B、C三点间的各电压值；用串接直流（数字）电流表的方法测出回路电流值，记入教材表2。注意表的极性并合理选择量程。图1-7电阻值UAB（V）UAC（V）I（mA）计算值测量值误差值表21.5.5注意事项1．在启动实验电源之前，应使直流稳压电源以及恒流源的输出旋纽置于零位，实验时再缓缓地增、减输出。2．使用各仪表测量直流量时要正确选择表的极性，同时读数要正确。读数时，应正视表面，同时认清所选测量档的标度尺；记录时要标出正负号。3．稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。4．不能用万用表的电流档和电阻档测量电压值，不能带电测电阻。5．改接线时，要断开电源避免带电操作。本章小结1．导体中的自由电子在电场力的作用下，产生有规则的定向运动形成电流。电流的实际方向为正电荷运动的方向，在电路分析时常指定电流的参考方向。电流的大小用单位时间内通过导体截面的电量表示。2．要使电荷产生定向运动形成电流，在导体两端必须有电压。电压是衡量电场力作功能力的物理量，电压的实际方向也是正电荷运动的方向。3．电路中某点的电位是该点到参考点的电压，参考点的电位为零。选择不同的参考点只影响各点的电位，不改变两点间的电压。4．要维持电路中电流的存在就必须有电源，电源把其它形式的能转换为电能，电源作功的能力用电动势表示，电动势与电压的方向相反。5．物体的导电能力用电阻或电导表示，导体的电阻与长度成正比，与截面积成反比，还与材料有关。