中职电子技术课件第2章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,中等职业教育国家规划教材,电工电子技术与技能,第,2,章 直流电路,第,2,章 直 流 电 路,学习目标,【,知识目标,】,1.,能识读基本的电气符号和简单的电路图。,2.,能掌握电路中的常用物理量的定义、符号、单位和它们之间的关系。,3.,能识读电阻器和电位器的外形与结构，能简述其在实际生活中的典型应用。,4.,能理解欧姆定律的概念及应用,5.,会分析电阻串联、并联及混联的连接方式及其电路特点。,6.,能掌握基尔霍夫定律，会应用,KCL,、,KVL,列出电路方程。,学习目标,1.,会用万用表测量直流电路的电流、电压和电位。,2.,能识读常见电阻并会用万用表检测电阻。,3.,能用万用表检查简单电路的故障。,【,技能目标,】,主要内容,2.1,电路,2.1.1,电路的组成,2.1.2,电路的状态,2.1.3,电路图,2.2,电路中的常用物理量,2.2.1,电流,2.2.2,电压、电位和电动势,2.2.3,电工和电功率,2.3,电阻元件与欧姆定律,2.3.1,电阻,2.3.2,电阻器,2.3.3,欧姆定律,主要内容,2.4,电阻的连接,2.4.1,电路的组成,2.4.2,电路的状态,2.4.3,电路图,2.5,复杂直流电路的分析,2.5.1,基尔霍夫电流定律,2.5.2,基尔霍夫电压定律,2.5.3,基尔霍夫定律的应用,2.1,电 路,2.1.1,电路的组成,电路是由电源、负载、导线和开关等按一定的方式连接起来的闭合回路。,【,电源,】,电路中把其它形式的能转换成电能的装置，其作用是向负载提供电能。常见的有干电池、蓄电池和发电机等。,用来把电源和负载接通或断开的装置，常见的有按钮、刀开关等。,【,负载,】,又称为用电器，它是消耗电能的装置，其作用是把电能转换成其它形式的能，常见的有电灯、电炉、电动机等。,【,导线,】,用来把电源和负载连接成一个闭合回路，在电路中承担电流输送与分配的任务。常见的导线有铜线和铝线。,【,开关,】,2.1.2,电路的状态,电路通常有三种状态，即通路、开路和短路。,【,通路,】,也称为闭路。当开关闭合，电路中有电流流过，即为通路状态。,【,开路,】,也称为断路。当开关断开，电路中没有电流流过，即为开路状态。,【,短路,】,如图所示，,a,、,b,两点用导线接通，这时电流不经过负载，只从导线,ab,回到电源，即为短路状态。,为简便起见，电路通常不用实物表示，而是用电路图表示，如图,2-5,所示即为手电筒实物电路的电路图。在电路图中，电路组成的元器件和连接情况是用国家统一规定的图形和文字符号来表示的。,常用的图形及文字符号如下表所示。,2.1.3,电路图,手电筒电路图,手电筒实物电路,2.2,电路中的常用物理量,2.2.1,电流,【,电流的概念,】,电荷的定向移动形成电流。,在金属导体中存在大量自由电子在做无序不规则的运动。当有电场存在时，金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动，就形成了电流。,表征电流大小的物理量称为电流强度，用单位时间内通过导体横截面的电量多少来衡量，简称电流，用字母,I,表示。若在,t,秒内通过导体横截面的电量为,Q,，则电流,I,可表示为：,【,电流的大小,】,式中，,I,表示电流，单位是安,培,，用符号,A,表示；,Q,表示电量，单位是库,仑,，用符号,C,表示；,t,表示时间，单位是秒，用符号,S,表示。,如果在,1s,内通过导体横截面的电量为,1C,，则导体中的电流即为,1A,。,电流的单位除,A,外，还有千安（,kA,）、毫安（,mA,）、微安（,uA,），它们之间的换算关系为：,1 kA=103A=106mA=109uA,。,【,电流的方向,】,人们习惯上规定正电荷的移动方向为电流的方向，因此，带负电的自由电子移动方向跟电流方向相反，如图所示。,如图,a,）所示，水流从水位高的,A,点向水位低的,B,点流动，那是因为,A,、,B,点间有水压。其实电流就像水流，电压就像水压，电位就像水位，如图,b,）中，电池就是为电路提供电压的装置。电池的正极电位高，负极电位低，正、负极之间存在电压，在电压的作用下，电流从正极向负极处流动。,2.2.2,电压、电位和电动势,【,电压的概念,】,在电路中电压的大小等于电场力把单位正电荷从高电位点移到低电位点所做的功，即：,【,电压的大小,】,式中，,U,ab,表示电压，单位为伏,特,，用符号,V,表示；,W,表示功，单位为焦,耳,，用符号,J,表示；,Q,表示电量，单位为库,仑,（,C,）。,电压的实际方向由高电位指向低电位。,电压方向有三种表示法：,【,电压的方向,】,2,）极性法：在电路的两点或元件两端标上极性表示电压的方向，如图,b,）所示。,1,）箭头法：用带箭头的线段表示电压的方向，如图,a,）所示。,3,）下标法：用符号,U,加双下标字母表示，如,Uab,表示电压方向从,a,指向,b,，如图,c,）所示。,电路中某点相对于参考点的电压称为该点的电位，用,V,表示，如,V,a,表示,a,点的电位。单位也为伏,特,（,V,）。参考点的电位规定为零电位。一般选用大地作为参考点，用符号“”表示；在电子仪器中常把金属机壳或电路的公共节点作为参考点，用符号“”表示。,【,电位,】,电动势是衡量电源将非电能转化为电能本领的物理量，用符号,E,表示，单位是伏（,V,）。电动势仅存在于电源的内部，它的方向是从低电位端指向高电位端，即从电源的负极指向正极。电源两端的电位差称之为电源的端电压。,【,电动势,】,对于一个电源来说，在开路状态下，电源两端的电压与电源的电动势大小相等而方向相反，如图所示。,在一段时间内，电流通过负载时所做的功，称为电功，用,W,表示。在电路中电功的计算公式为：,2.2.3,电工和电功率,【,电功,】,式中，表示电路消耗的电功，单位是焦耳，用符号,J,表示；表示电路两端的电压（,V,）；表示流经电路的电流（,A,）；,t,表示通电时间（,S,）。,电功的常用单位为,kWh,，也就是我们常说的“度”，,1,kWh,（度）,=3.6106J,（焦耳）。,单位时间内电流所做的功称为电功率，简称功率。它是表明电流消耗电能快慢程度的物理量，用字母,P,表示，计算公式为,【,电功率,】,代入可以得到,式中，,P,为电功率，单位是瓦,特,，用符号,W,表示；表示电路两端的电压（,V,）；表示流经电路的电流（,A,）。,若电流在,1S,内所做的功为,1J,，则电功率就是,1W,。,2.3,电阻元件与欧姆定律,当电流流过导体时，导体会对电流起阻碍作用，这种阻碍作用称为导体的电阻。用大写字母,R,表示，单位为欧,姆,，用符号 表示。金属导体的电阻大小可以用以下公式计算：,2.3.1,电阻,式中，,R,表示电阻（）；,L,表示导体的长度（,m,）；,S,表示导体的截面积（,m,2,）；表示导体的电阻率（,m,）。,式 称为电阻定律，式中的电阻率与材料性质有关，也称为电阻系数。,在生产实际中，利用导体对电流产生的阻碍作用的特性，专门制造的具有一定阻值的元件，称为电阻元器，简称电阻。,电阻器是电子电路中使用率最高的元件，有固定电阻器和可变电阻器两大类。,2.3.2,电阻器,【,固定电阻器,】,固定电阻器的阻值是固定不变的，常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻和水泥电阻等，如图所示。,可变电阻器是阻值在预定范围内可调节的电阻，常用于调节电路中的电位，故又称做电位器。常见的可变电阻器如图所示。,【,可变电阻器,】,除以上常见的电阻器外，还有一些具有特殊功能的电阻器，比如光敏电阻、压敏电阻、磁敏电阻、热敏电阻等，广泛应用在各种电子设备中，如图所示。,【,特殊电阻器,】,德国物理学家欧姆通过大量的实验研究，于,1827,年总结出电阻元件的电压和电流的关系：流过电阻,R,的电流,I,与电阻两端的电压,U,成正比，与电阻,R,成反比，即：,2.3.3,欧姆定律,式中，,U,表示电压（,V,）；,I,表示电流（,A,）；,R,表示电阻（）。这就是后来以他的名字命名的欧姆定律。,如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的,U-I,关系曲线，称为电阻的伏安特性曲线，如图所示。,2.4,电阻的连接,将两个或两个以上的电阻依次首尾相连称为串联。如图,a,所示为由三个电阻构成的串联电路。,2.4.1,串联,【,串联的概念,】,a,）,电路中流过各个电阻的电流相同，即,【,串联电路的特点,】,b,）电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和（即具有分压功能），即,c,）电路的等效电阻（总电阻）等于各串联电阻之和，即,d,）电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和，即,e,）电路中每个电阻上分配到的电压与电阻成正比，即,此式被称为串联电路的分压公式。,将两个或两个以上的电阻并列地连接在同一电压的两端的连接方式称为并联。如图,a,所示为由三个电阻构成的并联电路。,2.4.2,并联,【,并联的概念,】,【,并联电路的特点,】,a,）电路中各并联电阻两端的电压相同，即,b,）电路中的总电流等于各电阻中的电流之和（即具有分流功能）。即,c,）电路中的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数和。即,d,）电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的总功率之和；各个电阻消耗的功率与其阻值成反比。即,e,）电路中各电阻上分配到的电流与电阻成反比。,此式被称为并联电路的分流公式,。,电路中电阻元件既有串联，又有并联的连接方式，称为混联。如图所示。,2.4.3,混联,【,混联的概念,】,【,混联电路分析方法,】,对于混联电路的计算，只要按串、并联的计算方法，一步步将电路化简，最后就可以求出总的等效电阻。,混联电路计算的一般步骤是：,a,）对原电路进行等效变换，求出电路的总等效电阻。,b,）由电路的总等效电阻和电路两端的总电压，计算出电路的总电流。,c,）根据电阻串联的分压关系和电阻并联的分流关系，逐步推算出各部分的电压和电流。,2.5,复杂直流电路的分析,在实际电路中，往往会遇到一些不能用串并联简化的电路，例如右图所示电路，这就是复杂电路。,在学习复杂电路的分析前，我们先学习几个有关复杂电路的概念：,【,支路,】,由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支的电路。在上图中有三条支路，即,bafe,、,be,、,bcde,支路。,【,节点,】,三条或三条以上支路的连接点称为节点，如上图中,b,点和,e,点。,【,回路,】,电路中任意一个闭合路径称为回路，上图中的,abefa,、,bcdeb,、,abcdefa,。都是回路。,【,网孔,】,内部不含支路的回路称为网孔。上图中的,abefa,、,bcdeb,。,基尔霍夫电流定律也称基尔霍夫第一定律或节点电流定律（简称,KCL,）。此定律说明了连接在同一节点上的几条支路中电流之间的关系。其内容为：在任一瞬间，流入任一节点的电流之和恒等于流出这个节点的电流之和，即,2.5.1,基尔霍夫电流定律,如图所示电路有五条支路会聚于,A,点，其中,I,1,和,I,3,是流入节点的，,I,2,、,I,4,和,I,5,是流出节点的，于是可得：,因此，如果我们规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，那么，基尔霍夫电流定律内容也可叙述为：对于电路中任意一个节点，电流的代数和恒等于零，即,I,=0,基尔霍夫电压定律也称基尔霍夫第二定律或回路电压定律（简称,KVL,）。其内容是：对于电路中的任一回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和等于零，其表达式为：,U,=0,2.5.2,基尔霍夫电压定律,如图所示电路中，回路,cadbc,中电源电动势、电流和各段电压的参考方向均已标出。从,c,点开始沿顺时针方向绕行一周回到,c,点时，,c,点的电位数值不变。也就是说，从一点出发绕回路一周回到该点时，各部分电压的代数和等于零。按照环线所示的回路参考方向可列出下列方程：,U,1,+,U,2,+,U,3,+,U,4,=0,基尔霍夫电压定律的内容又可叙述为：在任一闭合回路中，各个电阻上电压的代数和等于各个电动势的代数和，即：,IR,=,