电工电子技术及应用 教学课件 ppt 作者 章喜才 1

第一章 直流电路,第一节 电路的基本结构及物理量,第二节 电阻元件和欧姆定律,第三节 电阻的串联、并联及其应用,第四节 电功与电功率,第五节 基尔霍夫定律,第六节 支路电流法,*第七节 电压源与电流源,*第八节 叠加定理,*第九节 戴维南定理,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本结构及物理量,www.themegallery.com,Company Logo,电路的组成及作用,1.电路：是电流通过的路径。如图1-1a所示的电路是一个最简单的直流电路，它由电源、负载、中间环节（连接导线和开关等）组成。,图1-1 电路的基本结构,a) b),www.themegallery.com,Company Logo,电路的组成及作用,电源（供能元件）：是一种把其他能量转变成电能的设备，例如电池（把化学能转换成电能）、发电机（把机械能转换成电能）等。 负载（耗能元件）：也称用电设备，是一种把电能转变成其他能量的设备，例如白炽灯（把电能变成光能和热能）、电炉（把电能变成热能）、电动机（把电能变成机械能）、扬声器（把电能转换成声能）等。 连接导线：是把电源产生的电能传输给负载，常用的导线是铜线、铝线。 开关：是在电路中起控制作用等。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的组成及作用,2.电路通常有三种状态 （1）通路：是指电路处处接通。如图1-2a所示。通路也称为闭合电路，简称闭路。只有在通路的情况下，电路才有正常的工作电流。 （2）开路：是电路中某处断开，没有形成通路的电路。如图1-2b所示。开路也称为断路，此时电路中没有电流。 （3）短路：是指电源或负载的两端被导线连接在一起。如图1-2c所示。此时电源提供的电流要比通路时提供的电流大出很多倍，所以电源一般不允许短路。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的组成及作用,a) 通路 b) 断路 c) 短路 图1-2 电路的三种状态,此时电源提供的电流要比通路时提供的电流大出很多倍，所以电源一般不允许短路。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,1.电流 电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。在物质内部有正、负两种不同的电荷，习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。电流用字母I表示，其大小为单位时间内通过导体横截面的电荷量，即,电流的参考方向:在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向称为参考方向（也称正方向），并在电路中用箭头标出。,(1-1),www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,a) I0 b) I0 图1-3 电流参考方向,所选的电流的参考方向并不一定与电流的实际方向一致。当电流的实际方向与参考方向一致时，则电流为正值，（如图1-3a所示）。反之，电流为负值，（如图 1-3b所示）。因此，只有在参考方向选定之后，电流之值才有正负之分,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,2.电压 又称电位差。是衡量电场力做功大小的物理量，用U表示，单位为伏特（V）。在电路中电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功，定义为a、b两点间的电压Uab。电压的参考方向。 同电流一样，电压也先要任意选定其参考方向，电压的参考方向用箭头在图上表示，由起点指向终点，如图1-6a所示，或用双下标表示，前一个下标代表起点，后一个下标代表终点 。电压的方向也可以在起点标正号（），终点标负号（）表示，如图1-6b所示。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,在分析与计算电路时，按照所选定的参考方向分析电路，得出的电压为正值（U0），表明电压的实际方向与参考方向一致。反之，若得出的电压为负值（U0），则表明电压的实际方向与参考方向相反。,a) b) 图1-6 电压参考方向,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,3.电位 在电路中任选一个参考点，某一点到参考点的电压就叫做该点的电位。用V表示，单位也是伏（V）。例如电路中某点a的电位记作 Va。 在电路中计算电位时，必须先任意选定电路中的某一点O作为参考点，并规定该点的电位为零（参考点就是零电位点，即Vo=0），电路图中参考点用符号“”表示。在电路中若某点的电位比参考点高，则该点的电位为正值，反之则为负值。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,由电位的定义可知，电位实际上就是电压。电路中任意两点之间的电压即为该两点之间的电位差。例如a、b之间电压可记为 Uab=Va-Vb (1-2) 参考点的选择不同，电路中各点电位就不同。只有参考点选定之后，电路中各点电位才是确定的数值。就是说，电位的高低与参考点的选择有关。参考点变，电位就变。但是不管参考点如何选择，任意两点间的电压是不变的，与参考点的选择无关。,www.themegallery.com,Company Logo,电路的基本物理量,4.为了衡量电源内部非电场力做功的能力，引入电动势的概念：在电源内部，电源力将单位正电荷从负极移动到正极所做的功叫做电源的电动势，用E表示，电动势的单位为伏特（V）。 电动势的方向规定为在电源内部从负极指向正极，即电位升高的方向。在电路中也用带箭头的细实线表示电动势的方向。对于一个电源来说，在外部不接负载时，电源两端的电压的大小等于电源电动势的大小，但方向相反。在图1-7所示方向下，有U=E。,www.themegallery.com,Company Logo,电动势和电压的单位都是伏特（V），但两者是有区别的。从物理意义上讲，电动势是表示非电场力做功的本领，电压则表示电场力做功的本领，电动势的方向从低电位指向高电位，即电位升的方向，电压的方向从高电位指向低电位，即电位下降的方向。电动势仅存在于电源内部，而电压在电源内部、外部都存在。,电路的基本物理量,图1-7 电源开路时电动势与端电压的方向,www.themegallery.com,Company Logo,电阻元件和欧姆定律,www.themegallery.com,Company Logo,电阻,1.电阻 是表示物体对电流阻碍作用的物理量，用字母R表示。电阻的单位是欧姆，用字母表示。 实验证明，当温度一定时，导体电阻只与材料及导体的几何尺寸有关。对于一根材质均匀、长度为l、截面积为S的导体而言，其电阻大小可以用以下式表示 式中是与材料性质有关的物理量，叫做电阻率或电阻系数，其单位欧·米（·m）。各种材料的电阻率都随温度而变化。,(1-3),www.themegallery.com,Company Logo,电阻,常见的电阻器,www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,1.一段电阻电路的欧姆定律 所谓一段电阻电路是指不包括电源在内的外电路，如图1-8所示。,实验证明，一段电阻电路欧姆定律的内容是：流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与这段导体的电阻成反比。其数学表达式为,图1-8 一段电阻电路,式中 I为电流，单位（A）； U为电压，单位伏特（V）； R为电阻，单位欧姆（）。,(1-4),www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,公式1-3又可写成另外两种形式。 U=I R,例1-4 当一个白炽灯接上4.5V电压时，其灯丝的工作电阻值为1.5。请问，此时流经灯泡的电流是多少？,解： 由公式1-3得,www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,2.全电路欧姆定律 如图1-9所示为最简单的闭合电路，RO是电源内阻。,在全电路中，电源电动势、电源内阻RO、外电路电阻和电路的电流之间关系是： 公式1-5是全电路欧姆定律。说明电路中的电流与电源电动势成正比，与整个电路的电阻成反比。,Us,图1-9 最简单的闭合电路,(1-5),www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,将公式1-5变换后得,(1-6),式中U是外电路电压，是指电路接通时电源两端的电压，简称端电压。 IRO是内电阻电压。,公式1-6的含义又可叙述为：电源电动势在数值上等于闭合回路的各部分电压之和。,www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,利用全电路欧姆定律分析电路的三种状态。 当电路是通路时，如图1-10所示。由公式1-6可以得出电源两端电压为 (2) 当电路处于断路（开路）状态时，相当于外电路电阻趋于无穷大，如图1-10所示。电源开路时的端电压叫开路电压，用UOC表示，UOC=ES，电流I=0。 (3) 当电路处于短路时，外电路电阻趋近于零，此时电路电流ISC叫短路电流，如图1-11所示。由于电源内阻很小，所以短路电流很大。短路时外电路电压为零U=0。 根据欧姆定律得：,（1-7）,www.themegallery.com,Company Logo,欧姆定律,图1-10 开路电压,图1-11短路电压,I=,表1-3 电路中电压与电流的关系,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的串联、并联及其应用,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的串联,几个电阻依次连接，中间没有分支，称为串联。电路如图 1-14所示。,串联电路有以下特点： （1） 流过每个电阻的电流I是相同的。 （2） 总电压等于各电阻上的分电压之和，即 U=U1+U2+Un （1-8） （3）电阻串联时的总电阻可用一个等效电阻R来代替，其阻值等于各电阻之和，即 R= R1+R2+Rn （1-9）,图1-14 电阻的串联,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的串联,串联电阻的应用 用几个电阻串联来得到阻值较大的电阻。 用串联电阻组成分压器，使用同一电源获得几种不同的电压。 限流。当负载的额定电压低于电源电压时，采用电阻与负载串联的方法，使电源的部分电压分配到串联电阻上，以满足负载的正确使用。 在电工测量中普遍应用串联电阻法来扩大电压表的量程。,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的并联,两个或两个以上的电阻依次并接在一起，使每个电阻承受相同的电压，这种联结方式称为并联，如图1-17所示。,图1-17 电阻的并联,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的并联,并联电路有以下特点： 1. 各电阻两端的电压相等，都等于U。 2. 总电流I等于各电阻上电流之和，即 I= I1+I2+In （1-10） 3. 电阻并联的总电阻也可以用一个等效R电阻来代替，其阻值的倒数等于各电阻倒数之和，即,（1-11）,当两个电阻并联时，式（1-11）也可写成,若n个阻值均为R的电阻并联，则,www.themegallery.com,Company Logo,电阻的并联,电阻并联的应用也很广泛。例如： 因为电阻并联的总电阻小于并联电路中的任意一个分电阻，因此，用电阻并联的方法来获得较小的电阻。 分流。有些场合为了减小流过某元件的电流，就在这个元件两端并联一个数值适当的电阻进行分流。 在电工测量中