《電工電子技術》西安交通大學出版社第1章.ppt

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第1章電路元件與電路基本定律,1.1電路的作用和組成,1.2電路的狀態(tài),1.3電路中的參考點,1.5理想電路元件,1.4電路中的參考方向,1.6基爾霍夫定律,第1章,第1章電路元件與電路基本定律,1.1電路的作用和組成,電路是由許多電氣元件或設備為實現能量的輸送和轉換，或者實現信息的傳遞和處理而組合后的總稱。,計算機主板,變電站,電路由電源、負載和傳輸線組成,自動化生產線,1.1電路的作用和組成,,下一頁,第1章,電源(PowerSupply):提供電能，非電能轉換成電能的能量轉換裝置。,干電池化學能轉換成電能,發(fā)電機機械能轉換成電能,太陽能電池太陽能轉換成電能,,,電源符號,,下一頁,1.1電路的作用和組成,第1章,,另外，在電子技術應用中有一種將交流電轉換成恒定電壓的直流電的電源，常稱為直流穩(wěn)壓電源。,這種電源是一種電能轉換成電能的能量轉換裝置。,下一頁,1.1電路的作用和組成,第1章,負載(Load)：耗用電能，電能轉換成非電能的能量轉換裝置。,,,臺燈電能轉換成光能,電爐電能轉換成熱能,電動機電能轉換成機械能,符號：,,下一頁,1.1電路的作用和組成,第1章,傳輸裝置(Transmitdevice)：輸送電能，安全可靠地將電能從電源送到用戶。,,變電站,輸電線,,,1.1電路的作用和組成,本小節(jié)結束,第1章,1.2電路的狀態(tài),1.2電路的狀態(tài),,下一頁,1.2.1通路,電源帶負載時稱為有載，開關閉合時電路有電流流過。,第1章,電路的額定值,額定值(rating)是制造廠為了使產品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的容許值。,例如，一盞燈泡的電壓為220V，功率為60W，這就是額定值。也就是說，只有在電源電壓為220V的情況下，燈泡才能達到60W時的亮度。,在額定值下運行才能使設備的工作狀態(tài)達到最佳，大于額定值工作則會使設備的使用壽命降低。,使用時，實際值不一定等于額定值，如電源電壓可能因某種原因降低或升高。,1.2電路的狀態(tài),,下一頁,第1章,1.2電路的狀態(tài),,1.2.2開路,當一部分電路與電源斷開，該部分電路中就沒有電流流過，則這部分電路稱為開路。,開路時電路中的電流為零,1.2.3短路,電路的某一部分用導線連接起來，則稱為短接或短路。電流被短接線旁路，電源短路最危險。,本節(jié)結束,第1章,1.3電路中的參考點,1.3電路中的參考點,,將電路中的某一點選作參考點后，該點的電位定為零。,電路中其他任何一點對參考點之間的電壓稱為該點的電位。,電路中的電位是相對的，選擇不同的參考點時，電位是不同的。,,VC=0,VB=0,電位的單位是伏（V）,本節(jié)結束,第1章,,例如設：UAB=10V,則：UBA=－10V,參考方向又叫正方向,規(guī)定：電位高的一端為正，電位低的一端為負。,一旦正方向確定之后，與其相反的即為負。,UAB=VA－VB,電壓UAB是指A、B兩點間的電位差。,,下一頁,1.4電路中的參考方向,1.4電路中的參考方向,第1章,,若設：I=10A，,則：I’=－10A,電流的單位是安培（A)，毫安（mA），微安（μA）。,在正方向的設定中，若電壓的正方向設為A點電位高，B點電位低。電流的正方向設定為從A流向B，叫作正方向關聯或關聯正方向。如圖中的UAB和I；而UAB和I’則為正方向不關聯。,在復雜電路中事先并不知道某段電路中電流的實際方向，那么如何求解呢？,A,B,,下一頁,1.4電路中的參考方向,第1章,1.在解題前先任意選定一個方向作為參考方向（又叫正方向）。,解決的方法是:,若計算結果為正，說明實際方向與假設方向一致；,3.由計算結果可確定U、I的實際方向：,,,若計算結果為負，說明實際方向與假設方向相反。,2.依此參考方向，根據電路定理、定律列出方程，從而進行電路分析計算。,1.4電路中的參考方向,本節(jié)結束,第1章,,下一頁,1.5理想電路元件,1.5理想電路元件,1.5.1理想無源元件,理想無源元件包括理想電阻元件、理想電容元件和理想電感元件。,電阻是表征電路中電能消耗的理想元件；電容是表征電路中電場能儲存的理想元件；電感是表征電路中磁場能儲存的理想元件。,電流在導體中流動時，自由電子將與金屬內部存在的原子、離子發(fā)生碰撞，這些碰撞會引起電荷能量的損失，于是電子的運動受到了限制，材料的這種對電荷流動呈現的限制、阻力和能量損耗的物理特征就稱為電阻。,第1章,電阻的符號為,根據歐姆定律可知：,如果電壓電流的正方向不關聯,R,,下一頁,理想電阻的阻值不隨所加電壓或電流的大小而變化,1.5理想電路元件,第1章,,理想電阻元件的伏安關系,滿足電壓、電流間為線性關系的電阻稱作線性電阻，否則稱作非線性電阻。,根據歐姆定律，電阻吸收的功率應為,,下一頁,,,1.5理想電路元件,第1章,幾種常見的電阻元件,金屬膜電阻,水泥電阻,繞線電阻,,下一頁,固定電阻是根據需要由制造廠直接生產的，一般來說，其阻值不會改變。不同用途的電阻其使用的材料也會不同，常見的有金屬膜電阻、碳膜電阻、由特殊銅線繞制的繞線電阻等。,1.5理想電路元件,第1章,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,電源可分為獨立電源（獨立源）和非獨立電源（受控源）兩大類。獨立源能獨立地向電路提供電壓或電流。,而受控源的電壓或電流則受另一處電壓或電流控制，因而它是一種非獨立源。,獨立源不論它是以電能形式輸出或以電信號形式激勵，其共同點是向電路提供電壓或電流，所以獨立源又分為電壓源和電流源。,能夠獨立地向電路提供電壓的電源稱為理想電壓源，能夠獨立地向電路提供恒定電流的電源稱為理想電流源。,,下一頁,1.5理想電路元件,1.5.2理想電源元件,第1章,1.電壓源(VoltageSource),電壓源是一種含有電動勢(Electromotivforce,emf)US和內阻(InherentResistance)Rs的電源，在分析時往往把它們分開，組成有US和R0串聯的電源電路模型。,電路模型,電壓源外特性,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,從公式中可以看出，輸出電壓隨電流的增加而減少。,如果內阻Rs越小，則輸出電壓越趨于平穩(wěn)。,當內阻等于零時，輸出電壓就等于US，即輸出保持恒定。,這種情況稱為理想電壓源，又叫恒壓源。,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,特點：1.端電壓始終是恒定，等于電動勢US。,2.輸出電流是任意的，即隨負載(外電路）的改變而改變。,恒壓源的輸出電壓不受外接電路元件的影響,實際電壓源外特性,恒壓源外特性,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,2.電流源(CurrentSource),電源除了用電壓源表示外，還可以用另外一種電路模型即電流源來表示。,其電路模型如下,圖中，IS為一恒定電流，Rs是電源的內阻。,內阻Rs愈大，輸出電流愈趨近于IS。,當Rs等于無窮大時，輸出電流I就等于IS。,,下一頁,1.5理想電路元件,第1章,理想的電流源又叫恒流源，其輸出電流的大小是不變的。端電壓與外接負載有關。,本節(jié)結束,符號,實際電流源外特性,恒流源外特性,,1.5理想電路元件,第1章,1.6基爾霍夫定律,基爾霍夫定律是電路作為一個整體所服從的基本規(guī)律，它闡述了電路各部分電壓或各部分電流相互之間的內在聯系。,,,下一頁,1.6基爾霍夫定律,第1章,名詞解釋：,支路(Branche)：電路中的每一個分支稱為支路。同一支路流過的是同一電流。,回路(Loop)：由一條或多條支路組成的閉合電路。,支路：b=3,回路：L=3,結點：a,b(n=2）,結點(Nodal)：三個或三個以上支路的聯結點。,,,,Ⅰ,Ⅱ,,下一頁,1.6基爾霍夫定律,第1章,1.6.1基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw),KCL依據：電荷守恒的定律。即在系統(tǒng)內部電荷的代數和不會改變。,下一頁,1.6基爾霍夫定律,第1章,,應用步驟（以結點a為例）,2）根據KCL（設流入結點為正）列方程，求解。,1）在電路圖上標出各支路電流的參考方向。,若已知I1=4A,I3=2A則：,,下一頁,1.6基爾霍夫定律,第1章,,內容：在任一時刻，沿電路內任一回路以任一方向巡行一周時，沿巡行方向上的電位升之和等于電位降之和。,KVL的依據：基于能量守恒的原理。,1.6.2基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw),,下一頁,1.6基爾霍夫定律,第1章,,或：…...回路中各段電壓的代數和等于零。,1)在電路圖上標出電流電壓的參考方向。,2）標出回路的巡行方向。,3）根據KVL列方程，依?IR=?US,I(US)與參考方向一致取正，否則取負。,,,,,4）求解方程。,本章結束,1.6基爾霍夫定律,第1章,,第1章結束,