第一章基本概念與基本定律匯總課件

1、114 十月 2022電工及電子技術(shù)總學時：118學時本學期：60學時111 十月 2022電工及電子技術(shù)總學時：118學時本214 十月 2022 緒論 電工電子技術(shù)是一門研究電能在技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課，它包括：電工技術(shù)和電子技術(shù)兩部分。電工技術(shù)：電路理論：直流、交流、暫態(tài)、非正弦。磁路和電機：變壓器、電磁鐵、三相異步電動機及控制。電子技術(shù)：模擬電子線路：半導(dǎo)體器件、分離件放大器、集成運放、電源數(shù)字電路：各種門電路、組合電路、時序電路及555的應(yīng)用電路。211 十月 2022 緒論 電工電子技術(shù)是一314 十月 2022一、電工學課程的作用和任務(wù) 電工學是研究電工技術(shù)和電子技術(shù)的理論和

2、應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。作為技術(shù)基礎(chǔ)課程，它應(yīng)具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和先進性。 基礎(chǔ)是指基本理論、基本知識和基本技能。 應(yīng)用是指課程內(nèi)容要理論聯(lián)系實際，建立系統(tǒng)概念，培養(yǎng)大家分析和解決問題的能力；重視實驗技能的訓練。 先進性是指電工學課程內(nèi)容和體系隨著電工技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)不斷更新。311 十月 2022一、電工學課程的作用和任務(wù) 414 十月 2022二、電工技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展概況 1785年庫侖確定了電荷間的相互作用力，電荷的概念開始有了定量的意義。1826年歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。 1834年雅可比制造出第一臺電動機。 1864年麥克斯韋提出了電磁波理論。 1

3、888年赫茲通過實驗獲得了電磁波，證實了麥克斯韋提出了電磁波理論。 1895年意大利和俄國分別進行了通信實驗，從而為無線電技術(shù)的發(fā)展開辟了道路。411 十月 2022二、電工技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展概況 514 十月 2022未來的發(fā)展是量子工學 1883年愛迪生發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)。1904年弗萊明發(fā)明了電子二極管。1948年貝爾實驗室發(fā)明了晶體管。 1958年生產(chǎn)出集成電路（到現(xiàn)在已經(jīng)是超大規(guī)模集成電路）?，F(xiàn)在的集成電路線寬是0.3um，可望達到0.01um（30個原子的寬度）。511 十月 2022未來的發(fā)展是量子工學 614 十月 2022三、課程的學習方法 2、上課注意聽講，下課要看除教材外的其

4、它參考書及做適當?shù)牧曨}。解題前，要對所學內(nèi)容基本掌握；解題時，要看懂題意，注意分析，用哪個理論和公式以及解題步驟也都要清楚。習題做在本子上，要書寫整潔，圖要標繪清楚，答數(shù)要注明單位。 1、重點放在物理概念和基本分析法。3、要重視實踐技能的培養(yǎng)。611 十月 2022三、課程的學習方法 2714 十月 2022第一部分 電路理論 電路理論就是研究電路基本規(guī)律的一門學科，它是一門具有豐富內(nèi)容的學科，它的理論和方法，在其它領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。已知輸出輸入的條件，求元件參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)。電路理論：電路分析：電路綜合：已知電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)，求電路中的電流、電壓和功率。711 十月 2022第一部分

5、電路理論 電814 十月 2022下面我們看一個例題，USRRLILUSR+RLUS1-US1? 不會求的原因是電路中出現(xiàn)了兩個回路，我們對電路結(jié)構(gòu)的約束關(guān)系不了解，所以不會求。求圖示電路中的電流。US2R2811 十月 2022下面我們看一個例題，USRRLILUS914 十月 2022第一章 電路的基本概念與基本定律1-1 電路的作用與組成部分一、電路的組成1電路：電池負載開關(guān)電流流通的路徑稱為電路。2組成：（1）電源：提供能量。（2）負載：消耗能量。（ 3）中間環(huán)節(jié)：連接電源和負載的導(dǎo)線及控制元件。 911 十月 2022第一章 電路的基本概念與基本定律11014 十月 2022（1）電

6、能的傳輸與轉(zhuǎn)換。 3作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器用戶負載如：輸配電電路。1011 十月 2022（1）電能的傳輸與轉(zhuǎn)換。 1114 十月 2022（2）信息的傳輸與處理。放大器話筒揚聲器如：各種信息處理電路等。E111A.EXE1111 十月 2022（2）信息的傳輸與處理。放大器話筒揚1214 十月 20221-2 電路的模型 所謂電路模型就是指一個實際元件在特定的條件下，所表現(xiàn)的主要的電磁特性，而忽略其次要因素，如R、L、C等。這種表示的參數(shù)，我們稱為集總參數(shù)。電池負載開關(guān)開關(guān)+-ER0UR 實際電路都是由一些實際的元器件所組成。在分析電路時，我們要對實際電路建立數(shù)學模型電路模型。E11

7、1B1211 十月 20221-2 電路的模型 1314 十月 20221-3 電壓和電流的參考方向+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2II電流的實際方向為正電荷的運動方向。（1）為什么要引入?yún)⒖挤较?？a）復(fù)雜電路很難確定電流的實際方向。b）交流電路中，電流本身就是交變的。（2）參考方向的選擇：原則上是任意的，實際和 電壓的參考方向一起選。（3）參考方向的表示方法：a）箭頭； b）雙下標。（4）電流正負的意義： E112AE112D負表示參考方向和實際方向相反。正表示參考方向和實際方向一致。1311 十月 20221-3 電壓和電流的參考方向+1414 十月 2022-4Vc)正負號。電壓

8、和電動勢的參考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭頭；b)雙下標； 那么，在一個電路中，電流和電壓的參考方向應(yīng)該怎樣選擇呢？E112B1411 十月 2022-4Vc)正負號。電壓和電動勢的參考1514 十月 20223）伏安特性曲線。 線性電阻為一直線。 1-4 歐姆定律 U=RI，它是電阻元件的約束方程，也是我們分析電路的主要的理論依據(jù)。I（A）U（V）0 流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這就是歐姆定律。U-+IU+-I使用時應(yīng)注意：1）U=RI為關(guān)聯(lián)方向得出的；2）U= - RI為非關(guān)聯(lián)方向；歐姆定律是德國物理學家喬治歐姆在1826年發(fā)現(xiàn)的（1787年1854年）E112

9、EE113AE113B1511 十月 20223）伏安特性曲線。1-4 歐姆定1614 十月 20221-5 電源有載工作、開路與短路本節(jié)主要討論電路中電流、電壓和功率方面的內(nèi)容。1.5.1 電源有載工作R0EURabcd+-IR0EURabcd+-I 所謂有載工作狀態(tài)，是指電源與負載相連通，構(gòu)成一個電流的回路。E電動勢U端電壓R0電源內(nèi)阻R負載E114A1611 十月 20221-5 電源有載工作、開路與短路1714 十月 20221、電壓與電流 電源的伏安特性是指電源對外供電時，其端電壓U和流過其中電流I的關(guān)系。此種關(guān)系也稱電源的外特性。U=E-R0IUI0E電源的外特性曲線理想電源的外特

10、性曲線U=ER0EURabcd+-I1711 十月 20221、電壓與電流 電源的1814 十月 20222功率及功率平衡因為：U=E-R0I所以各項同乘電流后可得功率平衡式： 可以看出電源產(chǎn)生的功率和電路中所有消耗的功率是平衡的。 R0EURabcd+-I式中：P為電源輸出功率；PE為電源產(chǎn)生功率；P為內(nèi)阻損耗的功率。PE = P +P功率的單位是瓦特（W）或千瓦（KW）。U =E -R0I P=PE-P I I I1811 十月 20222功率及功率平衡因為：U=E-R01914 十月 20223、電源與負載的判別方法元件I+-UP=UI關(guān)聯(lián)方向0電源0負載元件I-+U非關(guān)聯(lián)方向0電源0負

11、載1911 十月 20223、電源與負載的判別方法元件I+-U2014 十月 2022例題5V4I+-Uab11A4VER0RU0試求電路中各元件的功率，并驗證功率平衡。解：2011 十月 2022例題5V4I+-Uab11A4V2114 十月 2022 （5）當R=RO時，電源輸出功率為最大（最大功率傳輸）。幾點注意事項： （1）功率與電壓的平方成比，即電壓增大1倍，P增大4倍。（2）P=UI為關(guān)聯(lián)方向的關(guān)系式。 （3）在關(guān)聯(lián)方向下功率大于0為耗能，小于0為放能（電源與負載的判別）。（4）對于獨立電路來說P0。2111 十月 2022 （5）當R=RO時，電源輸出2214 十月 20224額

12、定值與實際值 通常負載都是并聯(lián)運行的。當負載增加時，電源輸出的功率也相應(yīng)增加。即電源輸出的功率和電流決定于負載的大小。 既然電源輸出的功率和電流決定于負載的大小，是可大可小的，那么，有沒有一個最合適的數(shù)值呢？回答是肯定的，這個合適的值就是額定值。 各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個額定值，額定值是標明設(shè)備在給定條件下能正常工作而規(guī)定的正常允許值。UN額定電壓IN額定電流PN額定功率E114A2211 十月 20224額定值與實際值 通常2314 十月 2022特征1.5.2電源開路（引伸為支路電流為零）R0EURabcd+-II=0P=0U=E=U0（開路電壓）E114B2311 十月 2

13、0221.5.2電源開路（引伸為支路電流為2414 十月 2022 特征1.5.3 電源短路R0EURabcd+-IU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I2，P=0短路通常是一種嚴重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。2411 十月 2022 特征1.5.3 電源短路R0EUR2514 十月 20221-6基爾霍夫定律（德國物理學家） 除了歐姆定律外，分析與計算電路的基本定律，還有基爾霍夫電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)?；鶢柣舴螂娏鞫蓱?yīng)用于結(jié)點 ，基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于回路 。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd2511 十月 20221-6基爾霍夫定律（德國物理學家）2614 十月 20

14、225網(wǎng)絡(luò)：指較多元件組成的較為復(fù)雜的電路。1.6.1 名詞解釋+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd 1支路：電路中由一個或多個元件首尾相接構(gòu)成的無分支電路稱為支路（流過同一電流）。2結(jié)點：三條及三條以上支路的交叉點稱為結(jié)點。3回路：一條或多條支路所組成的閉合電路。4網(wǎng)孔：內(nèi)部不包含支路的回路。E115A2611 十月 20225網(wǎng)絡(luò)：指較多元件組成的較為復(fù)雜的2714 十月 20221定義：在任一時刻，任一結(jié)點上的所有支 路電流的代數(shù)和恒為零。 即I=0；或 I入= I出 1.6.2 KCL（電流定律） I1+ I2-I3=0或 -I1- I2+I3=0也可寫成： I1+ I2 =

15、I3 （入） （出）2注意正負號的取法（兩套符號）+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd2711 十月 20221定義：在任一時刻，任一結(jié)點上的所2814 十月 20223推廣到廣義結(jié)點上使用，任一閉合面。IAIBICIABIBCICAABCIC= ICA- IBC將三式相加得： IA+IB+IC=0或 I=0IA= IAB- ICAIB= IBC- IABIA+IB+IC=0【證明】2811 十月 20223推廣到廣義結(jié)點上使用，任一閉合面2914 十月 2022圖示電路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求I2，I3和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例題解

16、：I3=I1I5=116=5（mA)I2=I3I4=512=7（mA)I6=I1I2=11(7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)2911 十月 2022圖示電路中，已知I1=11mA，I43014 十月 20224物理意義：KCL是電流的連續(xù) 性的體現(xiàn)，也是能量守衡的體現(xiàn)。5KCL對各支路電流施加了約束， 而與支路元件的性質(zhì)無關(guān)。qq2q13011 十月 20224物理意義：KCL是電流的連續(xù) 3114 十月 20221定義：在任一時刻，沿任一回路內(nèi)所有支路或元件電壓降的代數(shù)和恒為零。1.6.3 KVL（電壓定律）E= U 2表達式 U=0 +-E1E2R2R1R3I1I

17、2I3cabdE1=I1R1+ I3R3E2=I2R2+ I3R3E1=I1R1I2R2+E23111 十月 20221定義：在任一時刻，沿任一回路內(nèi)所3214 十月 2022例題： 電路如圖所示，已知UAB=5V，UBC=4V，UDA=3V。試求：（1）UCD；（2）UCA+-UABUDAUCDUBCABCD+-UCA解：（2）ABCA不是閉合回路，也可應(yīng)用KVL求解。（1）UAB+UBC+UCD+UDA=05+（4）+UCD+（3）=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=0UCA=1V3211 十月 2022例題： 電路如圖所示，已知UAB=53314 十月 2022 （1）列KVL前，要

18、首先選定回路繞行方向，然后再列方程，電壓降和回路繞行方向一致取正，否則取負。 （3）KVL對閉合回路中各支路電壓施加了約束，它與元件性質(zhì)無關(guān)。3討論U=E（2）KVL的另一種表達式。此時注意正負號的取法。4繞行方向的選擇：原則上是任意。3311 十月 2022 （1）列KVL前，要首先選3414 十月 2022KCL和KVL是在實驗的基礎(chǔ)上得出的，是分析電路的理論基礎(chǔ)，它和歐姆定律一起構(gòu)成了電路分析的兩個基本依據(jù)。 局部約束方程：U=RI整體約束方程：KCL和KVL3411 十月 2022KCL和KVL是在實驗的基礎(chǔ)上得出的3514 十月 2022 提到電位必須有參考點，在電路中，參考點選的不同時，電路中各點電位不同，但任意兩點間的電位差不變。 1-7 電路中電位的計算+-E1E2