电工基础电子教案设计.docx

电工基础电子教案设计.docx

《电工基础电子教案设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工基础电子教案设计.docx（124页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电工基础电子教案设计

第一章电路的根本概念和根本定理

第一节电路和电路模型

目标：

掌握电路的作用和构成与电路模型的概念。

1-1手电筒电路

电路和电路模型根本概念

1.电路特点：

电路设备通过各种连接所组成的系统，并提供了电流通过途径。

2.电路的作用：

图1-1电路模型

（1）实现能量转换和电能传输与分配。

（2）信号处理和传递。

3．电路模型：

理想电路元件：

突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件；把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路。

即为实际电路的电路模型；

例图1-1：

最简单的电路——手电筒电路

4．电路的构成：

电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。

〔1〕电源：

把其他形式的能转换成电能的装置与向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。

〔2〕负载：

把电能转换成为其它能的装置也就是用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。

〔3〕导线：

把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。

〔4〕控制和保护装置：

用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器等。

第二节、电路的根本物理量

目标：

掌握电路根本物理量的概念、定义与有关表达式；

了解参考方向内涵与各物理量的度量与计算方法。

重点：

各物理量定义的深刻了解和记忆。

一：

电流、电压与其参考方向

1．电流

（1）定义：

带电粒子的定向运动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度。

（2）电流单位：

安培（A），1A＝10³mA＝10^6μA，1kA＝10³A

（3）电流方向：

规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。

电流的大小和方向不随时间的变化而变化为直流电，用I表示，方向和大小随时间的变化而变化为交流电，用i表示。

任意假设的电流流向称为电流的参考方向。

〔4〕标定：

在连接导线上用箭头表示，或用双下标表示。

约定：

当电流的参考方向与实际方向一致时i>0，当电流的参考方向与实际方向相反时i<0，

（5）电流的测量：

利用安培表，安培表应串联在电路中，直流安培表有正负端子。

2.电压

（1）定义：

电场力把单位正电荷从电场中A点移到B点所做的功，称其为A点到B点间的电压。

用uAB表示。

或任意两点间的电位差称为电压。

（2）电压单位：

伏特〔V〕，1V＝10³mV＝10^6μV，1kV＝10³V

（3）电压方向：

规定把电位降低的方向作为电压的实际方向。

电压的方向不随时间的变化而变化为直流电压Uab，方向和大小都随时间的变化而变化为交流电压uab。

任意假设的电压方向称为电压的参考方向。

〔4〕标定：

可以采用以下几种方式来表示参考方向，可以用“+〞高电位端、“－〞低电位端来表示；可以用双下标表示；可以用一个箭头表示，当参考方向与实际方向一致时U>0，当参考方向与实际方向相反时U<0。

〔5〕电压的测量：

利用伏特表，伏特表应并联在电路中，直流伏特表有正负端子。

3.参考方向

〔1〕定义：

任意假设电压、电流的方向称为参考方向。

参考方向可任意标定，方向标定后，电流、电压、电动势之值可正可负；计算结果存在两种情况：

①“＋〞说明参考方向与真实方向一样；

②“－〞说明参考方向与真实方向相反。

注意：

①选定参考方向后，不再更改

②计算结果的正、负只与图中参考方向结合起来才有物理意义。

〔2〕关联参考方向：

元件上电流和电压的参考方向一致。

在进展功率计算时，P＝UI;

非关联参考方向：

元件上电流和电压的参考方向不一致。

在进展功率计算时，P＝-UI。

如果假设U、I参考方向一致，如此当计算的P>0时,如此说明U、I的实际方向一致，此局部电路消耗电功率，为负载。

当计算的P<0时,如此说明U、I的实际方向相反，此局部电路发出电功率，为电源。

所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。

二：

电位

电位定义：

正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。

电路中的电位是相对的，与参考点的选择有关，某点的电位等于该点与参考点间的电压。

电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位差。

即Uab=Va-Vb。

所以电压是绝对的，其大小与参考点的选择无关；但电位是相对的，其大小与参考点的选择有关。

三：

电动势

定义：

电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，用e表示。

电动势与电压有一样的单位。

按照定义，电动势e与其端纽间的电压u的参考方向选择的一样，如此e=-u;如选择的相反，如此e=u.

四：

功率与电能

1.功率

（1）定义:

单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功。

dW=u（t）dq，dq=i（t）dt

∴p（t）=u（t）i（t）（W）

（2）功率单位：

瓦特（W）

（3）功率方向：

提供、消耗

〔4〕功率的测量：

利用功率表。

2.能量

（1）定义：

在t1时间内，电路所消耗的电能。

（2）能量单位：

焦耳（J），电能的常用单位为度，１度＝１千瓦×１小时

（3）能量方向：

吸收、释放功率

例1-1：

有一个电饭锅，额定功率为1000W，每天使用2小时；一台25寸电视机，功率为60W，每天使用4小时；一台电冰箱，输入功率为120W，电冰箱的压缩机每天工作8小时。

计算每月〔30天〕耗电多少度？

解：

〔1kW×××8h〕×30天

＝〔2度＋0.24度＋0.96度〕×30＝52度

答:

每月耗电52度

作业：

p39:

1-2-2，1-2-31-2-4

第三节电阻元件和欧姆定律

学习目标：

掌握电阻定律和欧姆定律

重点：

1．电阻的特性；2．欧姆定律。

一、电阻元件

〔1〕定义：

阻碍导体中自由电子运动的物理量，表征消耗电能转换成其它形式能量的物理特征。

〔2〕电阻单位：

欧姆〔Ω〕，1MΩ＝10^3KW=10^6Ω。

〔3〕电阻的分类：

根据其特性曲线分为线形电阻和非线形电阻。

①线性电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。

R=常数； 

②非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。

如上图

〔4〕电阻定律：

对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，还与材料的导电能力有关。

或

其中

为电阻率，

为电导率。

〔5〕电导：

表示元件的导电能力，是电阻的倒数，用G表示，单位为西门子〔S〕。

〔6〕电阻与温度的关系：

①PTC电阻材料：

正温度系数较大，具有非常明显的冷导体特性，可用来制作小功率恒温发热器。

②NTC电阻材料：

负温度系数较大，具有非常明显的热导体特性，可用来制作热敏电阻。

二、欧姆定律：

反映电阻、元件上电压和电流约束关系

1．描述：

对于线形电阻元件，在任何时刻它两端的电压与电流成正比例关系，即

或

电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。

2．功率的计算公式：

根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为：

3．表达：

在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向，如图如下图〔b〕和〔c〕欧姆定律的表达式为：

或

。

例1-2：

运用欧姆定理解上图中的电阻为6Ω，电流为2A，求电阻两端的电压U。

解：

图〔a〕关联U＝IR＝2A×6Ω＝12V

图〔b〕非关联U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V，

图〔c〕非关联U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

计算结果图〔a〕电压是正值，说明图〔a〕中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图〔b〕、〔c〕电压为负值，说明图〔b〕、〔c〕中的电压实际方向与所标的参考方向相反。

本章总结：

1.三个物理量

电流、电压的参考方向是任意假定的；数值是正，表示实际方向与参考方向一致；数值是负，表示实际方向与参考方向相反。

功率P＝UI，如果电流和电压为非关联参考方向时P＝－UI。

功率是正值，表示吸收功率，为负载；功率是负值，发出功率，为电源。

开路状态：

负载与电源不接通，电流等零，负载不工作；有载状态：

负载与电源接通，有电流、电压、吸收功率。

短路状态：

故障状态，应该禁止。

3.三个定律

欧姆定律I＝U/R，应用时要考虑关联问题。

KCL定律ΣI＝0，应用时要先标出电流的参考方向。

KVL定律ΣU＝0，应用时要先标出电流、电压与回路的绕行方向。

第五节：

电路的工作状态

学习目标：

了解电路的工作状态：

有载〔满载、轻载、过载〕、开路、短路

重点和难点：

各状态特点和电路各物理量所表现的特性。

一．开路

电源与负载断开，称为开路状态,又称空载状态。

特点：

开路状态电流为零，负载不工作U＝IR＝0，而开路处的端电压U0＝E。

二．短路：

电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。

特点：

U=0,IS=US/RS,PRS=I2RS，P=0。

短路电流IS＝US/RS很大，如果没有短路保护，会发生火灾。

短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。

产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。

应在电路中接入过载和短路保护。

三．额定工作状态：

电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。

当电路工作在额定情况下时的电路有载工作状态称为额定工作状态。

特点U＝IR＝E－IR0，有载状态时的功率平衡关系为：

电源电动势输出的功率PS＝USIS，电源内阻损耗的功率PRS＝I²RS

负载吸收的功率 P＝I2R＝PS－PRS，功率平衡关系PS＝P＋PRS。

用电设备都有限定的工作条件和能力，产品在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值称为额定值。

电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。

使用值等于额定值为额定状态；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。

第九节最大功率传输定理

学习目标：

掌握最大功率传输条件

重点：

最大功率传输的分析方法与在不同情况下传输条件的运用。

难点：

解题分析

一、电能输送与负载获得最大功率

•功率分配：

最简单的电路模型为例

电源输出功率为

 I

如此

，

与I成线性关系；

消耗的功率：

，

与I的关系为一开口向上的抛物线；

负载消耗的功率：

，

与I的关系为一开口向下的抛物线。

•负载获得最大功率的条件：

当

时，

最大，

应用：

如扩音机电路，希望扬声器能获得最大功率，如此应选择扬声器的电阻等于扩音机的内阻。

┈电阻匹配。

例4-3：

有一台40W扩音机，其输出电阻为8Ω，现有8Ω、16W低音扬声器两只，16Ω、20W高音扬声器一只，问应如何接？

扬声器为什么不能像电灯那样全部并联？

解：

将两只8Ω扬声器串联再与16Ω扬声器并联，如此R并=8Ω，R总=16Ω。

线路电流为

，

如此两个8Ω的扬声器消耗的功率为：

16Ω的扬声器消耗的功率为

假如全部并联，如此R并=8//8//16=4//16=3.2Ω，如此US不变，电流变为：