电气控制第一章电路及基本元件分解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电气控制第一章电路及基本元件分解,主讲：陈跃安,第1章,电路及基本元件,第一章电路及根本元件,1.1 电路及其根本物理量,1.2 电路的三种状态,1.3 电路根本元件,2,1,3,1.4 半导体器件,1.5 电源,1.1 电路及其根本物理量,电路,根本物理量,电流,电压(电位、电动势),电功率(电能),包括电源、负载、中间环节三局部,用规定的符号画出,由元件按一定构造连接并完成一定功能,电路及作用,电路,弱电电路的作用是不失真地传递和处理信号。,强电电路的作用是产生、输送、分配和变换电能。,按功能分为强电电路、弱电电路,按电源性质分为直流电路、交流电路,交流电源：电压的大小和方向均随时间变化,直流电源：电压的方向不变。,按构造分为简单电路、复杂电路,按状态分有载、空载、短路三种电路,简单电路,图1-6 电流方向的判断,复杂电路,1、有载状态,满载、超载、轻载,2、空载状态断路,3、短路状态,电路的三种状态,常用的电路元件及符号,常用的电路元件有：电阻、电感、电容、二极管、三极管、理想电压源、理想电流源等。,定义：,任意假定的方向。,电流及其参考方向,在单位时间内通过导体截面的电荷量,大小：,即电流强度，,恒定电流用,I,表示,；,瞬时电流用,i,表示。,方向：,规定正电荷的移动方向为实际方向，用箭头 “表示。,参考方向：,假设求出或电流为正值，那么说明参考方向与真实方向一致，否那么相反。,单位：,安培,(A、mA、,A、nA),定义：,任意假定的方向。,电压及其参考方向,单位正电荷由A点运动到B点,电场力所做的功。,大小：,恒定电压用,U,表示,；,瞬时电压用,u,表示。,方向：,电路中电压的方向用一对“号表示，或用一个箭头“表示，也可用双下标表示，如UAB表示方向从A点指向B点。,参考方向：,假设求出或电压为正值，那么说明参考方向与真实方向一致，否那么相反。,单位：,伏特V、KV、mV,电压与电位的关系,为方便,常将电路中某一点设为参考点,并规定参考点的电位为零。,例如，电路中AB两点之间的电压U,AB,=5V,假设设B点为参考点：,电压是绝对量，电位是相对量。,那么UB=0V，,假设设A点为参考点：,那么UA=0V，,再如，假设电路中A、B两点的电位分别为UA=8V，UB=3V,那么AB两点间的电压：,U,A,=U,AB,=5V,U,B,=U,BA,那么其它点与参考点之间的电压称为该点的电位。 任意两点间的电压等于该两点的电位差。,U,AB,U,A,U,B,=U,AB,=5V,835V,应该清楚：,电流与电压是两个相互独立的物理量。电路中的某个元件，其两端有电压，却不一定有电流流过，例如不接负载的电压源等；但是，如果元件中有电流流过，其上一般会产生电压(理想导线除外)。,在负载中，电流与电压的实际方向一致，即沿着电位降低的方向。,电压与电动势、电流之间的关系,在电源中，电流与电动势的实际方向一致，即沿着电位升高的方向。,电压是电场力做功的表现，电动势是电源力做功的表现，两者单位一致，但方向不同沿着电压的方向，电位逐点降低；沿着电动势的方向，电位逐点升高。,定义：,功 率,单位时间内电路元件上能量的变化量,大小：,正负值的意义：,单位：,在一个电路中，产生的功率之和等于消耗的功率之和。,瓦特,(W、mW、KW),假设P0，消耗功率或吸收功率负载,假设P0，产生功率或提供功率电源,单位：,功率与电能之间的关系,能量是功率与时间的乘积。,w=pt,焦耳J,千瓦小时度,例：教室里有40盏标有“220V 40W的日光灯，接在220V的电源上。如果每天使用10小时，一个月(30天)耗电多少？假设电费单价为0.5元度，那么每月应付电费多少？,解：,月耗电为,W,Pt,40盏40W/盏10h/天30天10,-3,每月电费为0.5480240元,480KWh,电阻元件,1.3 电路的根本元件,电容元件,电感元件,三极管,二极管,电压源,吸收电能,用曲线来描述。,电阻元件简称电阻,功能：,伏安关系：,当u与i取关联方向时：uiR,单位：,符号：,欧姆,当u与i取非关联方向时：uiR,对线性电阻：,对非线性电阻：,电阻的倒数称电导,单位：,西门子S,大小：,注：,电阻上的功率：,P=UI=I,2,R=U,2,/R0,耗能元件,将电能转换为热能,作用：,定义：,储存电场能量,电容元件简称电容,功能：,伏安关系：,单位：,符号：,当u与i取关联方向时：,大小：,对于直流：,U为常数，其电压变化率为零，故I=0,所耗功率P=UI=0,(非耗能元件),隔直流通交流,作用：,法拉,定义：,储能：,储存磁能,电感元件简称电感,功能：,伏安关系：,单位：,符号：,当u与i取关联方向时：,大小：,对于直流电路：,I为常数，其电流变化率为零，故U=0,所耗功率P=UI=0,(非耗能元件),平稳电流,作用：,亨利,定义：,储能：,单向导电,二极管,功能：,符号：,无触点开关,作用：,原理似单向阀：,二极管的伏安特性,两种半导体：,二极管的实质：,常见半导体材料：,硅和锗,型和型,PN结,小电流控制大电流,三极管,功能：,构造类型有NPN和PNP两种，符号分别为,电流放大,无触点开关,作用：,饱和、放大、截止,三种工作状态：,三种连接方式：,共射极、共集电极、共基极,三极管伏安特性：,输入特性、输出特性,NPN型,PNP型,原理似水轮控制阀,I,b,=很小，I,C,0,截止。C-E之连续开,I,b,中等，I,C,=I,b,放大。,Ib过大，IC到达最大,饱和。C-E之间闭合,三极管常见的3种偏置方式对应的工作状态及特点,工作,状态,偏置电压,特 点,发射结,集电结,放大,正偏,反偏,I,C,I,b,(,I,C,受小电流,I,b,的控制),截止,反偏或零偏,反偏,I,C,I,CEO,0(各极之间均断开),饱和,正偏,正偏,I,C,I,CS,，U,CE,U,CES, 0,(C、E之间相当于开关闭合),发射结正编电压：,饱和电压：,三种连接方式,共射极三极管NPN管伏安特性,输出特性,输入特性,电压源-一般用电动势E或US,和电源内阻RS相串联来表示,理想电压源内阻为零,符,号,实际电压源内阻不为零,伏,安,特,性或外特性,U=U,S,I由U,S,及外电路共同决定,U=U,S,IR,S,符号中的,竖线,表示U,S,=0，相当于,短路,小结一,电压、电流都是具有大小和方向的量。,在关联的参考方向下，功率为正时表示消耗功率负载，功率为负时表示产生功率电源。,电路是由电路元件按一定的连接方式组成的，元件的特性是由伏安关系所约束的，在关联的参考方向下：,电阻元件,电容元件,电感元件,小结之二,二极管由P型和N型半导体组成，具有单向导电性，在电路中常作为开关元件使用。,二极管和三极管的伏安关系均为非线性关系，三极管的伏安特性包括输入特性和输出特性。,三极管是一种电流控制器件它可作为开关和放大器。,小结之三：电源外特性,理想电压源：,实际电压源：,理想的直流电压源U,S,为一恒定值，流过其上的电流由U,S,及外电路所共同决定。,实际电压源，可由理想电压源US与内电阻RO串联来表示。其外特性即输出电压与电流的伏安关系为U=US-IRO,作 业一,1、1-118,2、1-5,作 业二,1、1-11,2、1-12,3、1-13,4、1-14,谢谢！,