电子电工第一讲
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
＋
E
－
小结
1.电压电流“实际方向”是客观存 在的物理现象，“参考方向” 是 人为假设的方向。
b －
第1章
小结
2.方程U/I=R 只适用于R 中U、I参考方向一 致的情况。即欧姆定律表达式含有正负号， 当U、I参考方向一致时为正，否则为负。 3.在解题前，一定先假定电压电流的“参考方 向 ”，然后再列方程求解。即 U、I为代数 量，也有正负之分。当参考方向与实际方 向一致时为正，否则为负。 4.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参 考方向一致（关联参考方向）。
2
t1
伏安特性：电阻元件上电压与电流间 的关系称为伏安特性。
上页 下页 返回
第1章
实际的金属导体的电阻与导体的尺寸 及材料的导电性能有关。
l R S
式中ρ称为电阻率，是表示材料对电流起阻碍 作用的物理量。l 是导体的长度， S 为导体的 截面积。 电阻的单位是欧姆（Ω），千欧（kΩ）。
上页
下页
电工电子技术
电工电子中心
周强
2011年3月
一.学习的目的： 1.科技发展、多学科交叉融合的需要
以电工基础为技术支撑的五个系统 1.通信系统 2.计算机系统 3.控制系统 4.电力系统 5.信号处理系统 当前的发展趋势：系统间的相互融合。 例：CT（核磁共振）， 3G ，网络家电
2. 人才市场的需求，系统型、跨专业复合型人才 需求扩大。
i=0
C 相当于 开路!
下页 返回
第1章
电容是一种储能元件， 储存的电场能量为：
1 2 WC C u 2
电容器的电容与其极板的尺寸及其间介 质的介电常数有关。
C
S
d
式中ε即为其间介质的介电常数（F/m)，S 为极板的面积（m2)，d 是极板的距离（m）。
上页 下页 返回
第1章
几种常见的 电容器
电 灯 电 炉 电动机
扩 音 器
扬声器
电路的作用
实现电能的传输和转换 实现信号的传递和处理
上页 下页 返回
1.1.2 电压、电流及其参考方向
电路理论的先驱：乔治.西蒙.欧姆
Georg Simon Ohm, the German physicist, 1787-1854 The Ohm’s results,when published in 1827, are of such fundamental importance that they represent the real beginnings of what we now call electrical circuit analysis.
额定值
额定电压 UN 额定电流 IN 额定功率 PN 额定转速 nN
* 负载设备通常工作于额定状态。 * 电源设备的额定功率标志着电
源的供电能力，是长期运行时 允许的上限值。
* 电源输出的功率由外电路决定，
不一定等于电源的额定功率。 上页 下页 返回
作业：
1.2.2，1.2.3，1.2.4 选作题： The total charge that has entered a circuit element is q(t ) 4(1 e 5t ) C when t 0 . Determine the current in this circuit element for t 0 .
1.1.1 电路 1.1.2 电压、电流及其参考方向 1.1.3 电路功率
上页
下页
返回
第1章
1.1.1
电路
电路是电流的通路，它是为了某种需要由 某些电工、电子器件或设备组合而成的。 S 电 路 模 型 + –
E
I R
实 际 电 路
电路的组成：
电源、负载和导线、开关等。 上页 下页 返回
第1章
电 源
二. 课程简介
电工学＋电子技术基础 （模电、数电基础）
三. 学习方法
1.大学学习的三个阶段：基础教学、专业基础教学、专业教学
学习方法上：应试学习到主动学习，到自主学习，到学习与创新 2.电工电子技术：具有综述的特点，范围广；实践性强，具有一定的 工程性；学时紧张，要求及时复习。
四. 成绩评定
平时：作业 10 % 期中考试： 40 % 期末考试： 50 %
上页 下页 返回
第1章
1.2 电阻、电感和电容元件
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 电阻元件 电感元件 电容元件 额定值
上页 下页 返回
第1章
1.2.1
＋ u －
i R
电阻元件
电阻（R）：具有消耗电能特 性的元件。
2
u u Ri, P ui Ri R t 2
2
W Ri dt
上页 下页 返回
第1章
几种常见的电感元件
陶瓷电感
带有磁心的电感 铁氧体电感 上页 下页 返回
第1章
1.2.3 电容元件
i
C du dq i= =C dt dt
电容：具有存储电场能量特性的元件。
＋
u
－
电容元件的基本 伏—安关系式
q C
u
du i=C dt
du dt =
电容元件在 直流电路中：
0
上页
上肢
35～50mA
50～70mA 500mA
人体触电模型
I=
躯干
下肢
～220V
手脚裸露触电，瞬间心肌停跳死亡
第1章
电感元件的基本关系式
+ u i i
eL +
L
d di eL L dt dt
di u eL L dt
di u=L dt
N 其中： L i i
电感元件的基本伏—安关系式， 当L为常数时称为线性电感 上页 下页 返回
P=UI
+
U
U
U、I参考方向相反
R
b-
b+ 上页
P=–UI
下页 返回
第1章
P=UI
P U I
2）将U、I 的代数值代入式中
若计算的结果P > 0, 则说明U、I 的实际方 向一致，此部分电路吸收电功率 （消耗能量） 负载 。
若计算结果P < 0, 则说明U、I 的实际方向 相反，此部分电路输出电功率 （提供能量） 电源 。
返回
第1章
1.1.3 电路功率
设电路任意两点间的电压为U，电 流为 I , 则这部分电路消耗的功率为
a I
+
U
R
P = UI
b-
如果假设方向不一致怎么办？ 问题： 功率有无正负？
上页 下页 返回
第1章
功率的计算
1)按所设参考方向列式
a
I R
+
U
a
I
U R
U、I参考方向一致
ba
b+ I a I R
a
I
U=I R
+
U R
a
I
U=－IR
+
R
b-
U b-
由计算结果可确定U、I 的实际方向： 计算结果为正，实际方向与假设方向一致； 计算结果为负，实际方向与假设方向相反。
第1章
[例1.1.1] 已知：E =2V, R =1Ω
a ＋ I UR R d
＋
问：当Uab为1V时，I = ?
解：假定I 的参考方向如图所示。
七、作业：下次公布上次的作业答案。 周一交作业，仅考察作业效果，批改 1/3~ 1/4 （简单内容不 批改）
第1章 电路分析方法
学习要点
1. 电工学的基本内容
2. 电路的作用与基本组成部分
3. 电流、电压的参考方向 4. 电路元件和电路模型 5. 电路功率的基本概念与计算方法
第1章
1.1 电路和电路的基本物理量
上页 下页 返回
第1章
[例1.1.3] 已知：U = 10 V, I = 1 A 。按图中 I 假设的正方向列式：P = UI a ＋ P =10 W (负载性质）
U －
b
若：U = 10 V, I = －1 A 则 P =－10 W （电源性质）
小结：
1 ) P 为“＋”表示该元件吸收功率； P 为“－ 则表示输出功率。 2）在同一电路中，电源产生的总功率和负 载消耗的总功率是平衡的。
返回
第1章
几种常见的 电阻元件
普通金属 膜电阻
绕线 电阻 电阻排 热敏 电阻 上页 下页 返回
电阻是一种电路模型，当一个器件主要电气特征表现为对电 流的阻碍作用（或重点讨论此种作用）时，我们将此器件抽 象为电阻。 不同电流下人体的生理反应 仅仅能感觉 3～5mA
极端痛苦
～220V 肌肉麻痹 心肌停跳
国际单位制
（ SI 国际单位制缩写） 长度 质量 时间 电流 热力学温度 光强度 米（m） 千克（kg） 秒（s） 安培（A） 开尔文（K） 坎德拉（cd）
SI导出单位
频率 力 能量和功 功 电荷 电位 电阻 电导 电容 磁通 电感 赫兹（Hz） 牛顿（N） 焦耳（J） 瓦特（W） 库仑（C） 伏特（V） 欧姆（Ω） 西门子（S） 法拉第（F） 韦伯（Wb） 亨利（H）
各种蓄电池和干 电池由化学能转换成 电能。
上页 下页 返回
第1章
汽轮发电机和风 力发电机将机械能转 换成电能。
上页
下页
返回
第1章
负 载
电动机
手电钻
吸尘器
实际的负载包括电动机、 电动工具和家用电器等等。 上页 下页 返回
第1章
电路的作用
发电机
升 压 降 压
电 力 系 统
变压器
放 大 器
话筒
变压器
则：
U ab U ad U db U R E
U R U ab E I R R
Uab 1V, 1 2 I A 1A 1
E
－
b －
Байду номын сангаас
（实际方向与参考方向相反！）
第1章
[例1.1.2] 假定U 、I 的参考方向如图所 示，若 I = -3A ，E =2V , R =1Ω a ＋ U =？ ab I 解： U ab (I )R E UR R ={[-(-3）]×1+2}V = 5V （实际方向与参考方向一致） d
第1章
1. 基本物理量
方向 单位 I（直流） A 、 mA 、μ A 正电荷移动的方向 电流 i（交流） 高电位流向低电位 U（直流） V 、 kV 、 mV 、 电位降的方向 电压 （高电位 低电位） u（交流） μ V 物理量 E（直流）V 、 kV 、 mV 、电源力驱动正电荷的方 电动势 向 （低电位 高电位） e（交流） μ V W 、 kW 、 mW (用电或供电) 功率 P
第1章
电感元件在 直流电路中
di 0 dt u 0
相当于一根 无阻导线 !
电感是一种储能元件， 储存的磁场能量为
1 2 WL L i 2
上页 下页 返回
第1章
线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附 近介质的导磁性能等有关。
对于一个密绕的N 匝线圈，其电感可表
示为
L
SN
l
2
式中μ即为线圈附近介质的磁导率（H/m)， S 为线圈的横截面积（m2)，l 是线圈的长度（m） 。
五. 参考书
叶挺秀主编，《电工电子技术 第三版》，高教出版社 秦曾煌主编，《电子学》 ，高教出版社
Electrical Engineering－For All Engineers,Willam H.Roadstrum
The Art Of Electronics，Paul Horowitz
六、答疑时间、地点： 每周二下午4：30～5：30，新主楼E座704或711
电解电容器
普通电容器 电力电容器 上页 下页 返回
第1章
理想元件的伏安关系
（u与i参考方向一致）
R L C
u Ri u = Ri
di i d u=L uL d dt t
ddu u i = C i C ddt t
上页
下页
返回
第1章
1.2.4 电气设备的额定值
任何电气设备的电压、电流和功率都有一定的限额
第1章
2. 电压、电流参考方向 a
电流方向 ba,ab？
电压、电流实际方向： + a E2 I ＋ ＋ E R U ¯ ¯ E1 b b + 问题 在复杂电路中难于预先判断某段电路
中电流的实际方向，从而影响电路求解。
解决方法:
在解题前先任意选定一个方向，称为参考方向（或正方 向）。依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从 而进行电路分析计算。 电阻上的电压电流关系：欧姆定律：
E
－
小结
1.电压电流“实际方向”是客观存 在的物理现象，“参考方向” 是 人为假设的方向。
b －
第1章
小结
2.方程U/I=R 只适用于R 中U、I参考方向一 致的情况。即欧姆定律表达式含有正负号， 当U、I参考方向一致时为正，否则为负。 3.在解题前，一定先假定电压电流的“参考方 向 ”，然后再列方程求解。即 U、I为代数 量，也有正负之分。当参考方向与实际方 向一致时为正，否则为负。 4.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参 考方向一致（关联参考方向）。
2
t1
伏安特性：电阻元件上电压与电流间 的关系称为伏安特性。
上页 下页 返回
第1章
实际的金属导体的电阻与导体的尺寸 及材料的导电性能有关。
l R S
式中ρ称为电阻率，是表示材料对电流起阻碍 作用的物理量。l 是导体的长度， S 为导体的 截面积。 电阻的单位是欧姆（Ω），千欧（kΩ）。
上页
下页
电工电子技术
电工电子中心
周强
2011年3月
一.学习的目的： 1.科技发展、多学科交叉融合的需要
以电工基础为技术支撑的五个系统 1.通信系统 2.计算机系统 3.控制系统 4.电力系统 5.信号处理系统 当前的发展趋势：系统间的相互融合。 例：CT（核磁共振）， 3G ，网络家电
2. 人才市场的需求，系统型、跨专业复合型人才 需求扩大。
i=0
C 相当于 开路!
下页 返回
第1章
电容是一种储能元件， 储存的电场能量为：
1 2 WC C u 2
电容器的电容与其极板的尺寸及其间介 质的介电常数有关。
C
S
d
式中ε即为其间介质的介电常数（F/m)，S 为极板的面积（m2)，d 是极板的距离（m）。
上页 下页 返回
第1章
几种常见的 电容器
电 灯 电 炉 电动机
扩 音 器
扬声器
电路的作用
实现电能的传输和转换 实现信号的传递和处理
上页 下页 返回
1.1.2 电压、电流及其参考方向
电路理论的先驱：乔治.西蒙.欧姆
Georg Simon Ohm, the German physicist, 1787-1854 The Ohm’s results,when published in 1827, are of such fundamental importance that they represent the real beginnings of what we now call electrical circuit analysis.
额定值
额定电压 UN 额定电流 IN 额定功率 PN 额定转速 nN
* 负载设备通常工作于额定状态。 * 电源设备的额定功率标志着电
源的供电能力，是长期运行时 允许的上限值。
* 电源输出的功率由外电路决定，
不一定等于电源的额定功率。 上页 下页 返回
作业：
1.2.2，1.2.3，1.2.4 选作题： The total charge that has entered a circuit element is q(t ) 4(1 e 5t ) C when t 0 . Determine the current in this circuit element for t 0 .
1.1.1 电路 1.1.2 电压、电流及其参考方向 1.1.3 电路功率
上页
下页
返回
第1章
1.1.1
电路
电路是电流的通路，它是为了某种需要由 某些电工、电子器件或设备组合而成的。 S 电 路 模 型 + –
E
I R
实 际 电 路
电路的组成：
电源、负载和导线、开关等。 上页 下页 返回
第1章
电 源
二. 课程简介
电工学＋电子技术基础 （模电、数电基础）
三. 学习方法
1.大学学习的三个阶段：基础教学、专业基础教学、专业教学
学习方法上：应试学习到主动学习，到自主学习，到学习与创新 2.电工电子技术：具有综述的特点，范围广；实践性强，具有一定的 工程性；学时紧张，要求及时复习。
四. 成绩评定
平时：作业 10 % 期中考试： 40 % 期末考试： 50 %
上页 下页 返回
第1章
1.2 电阻、电感和电容元件
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 电阻元件 电感元件 电容元件 额定值
上页 下页 返回
第1章
1.2.1
＋ u －
i R
电阻元件
电阻（R）：具有消耗电能特 性的元件。
2
u u Ri, P ui Ri R t 2
2
W Ri dt
上页 下页 返回
第1章
几种常见的电感元件
陶瓷电感
带有磁心的电感 铁氧体电感 上页 下页 返回
第1章
1.2.3 电容元件
i
C du dq i= =C dt dt
电容：具有存储电场能量特性的元件。
＋
u
－
电容元件的基本 伏—安关系式
q C
u
du i=C dt
du dt =
电容元件在 直流电路中：
0
上页
上肢
35～50mA
50～70mA 500mA
人体触电模型
I=
躯干
下肢
～220V
手脚裸露触电，瞬间心肌停跳死亡
第1章
电感元件的基本关系式
+ u i i
eL +
L
d di eL L dt dt
di u eL L dt
di u=L dt
N 其中： L i i
电感元件的基本伏—安关系式， 当L为常数时称为线性电感 上页 下页 返回
P=UI
+
U
U
U、I参考方向相反
R
b-
b+ 上页
P=–UI
下页 返回
第1章
P=UI
P U I
2）将U、I 的代数值代入式中
若计算的结果P > 0, 则说明U、I 的实际方 向一致，此部分电路吸收电功率 （消耗能量） 负载 。
若计算结果P < 0, 则说明U、I 的实际方向 相反，此部分电路输出电功率 （提供能量） 电源 。
返回
第1章
1.1.3 电路功率
设电路任意两点间的电压为U，电 流为 I , 则这部分电路消耗的功率为
a I
+
U
R
P = UI
b-
如果假设方向不一致怎么办？ 问题： 功率有无正负？
上页 下页 返回
第1章
功率的计算
1)按所设参考方向列式
a
I R
+
U
a
I
U R
U、I参考方向一致
ba
b+ I a I R
a
I
U=I R
+
U R
a
I
U=－IR
+
R
b-
U b-
由计算结果可确定U、I 的实际方向： 计算结果为正，实际方向与假设方向一致； 计算结果为负，实际方向与假设方向相反。
第1章
[例1.1.1] 已知：E =2V, R =1Ω
a ＋ I UR R d
＋
问：当Uab为1V时，I = ?
解：假定I 的参考方向如图所示。
七、作业：下次公布上次的作业答案。 周一交作业，仅考察作业效果，批改 1/3~ 1/4 （简单内容不 批改）
第1章 电路分析方法
学习要点
1. 电工学的基本内容
2. 电路的作用与基本组成部分
3. 电流、电压的参考方向 4. 电路元件和电路模型 5. 电路功率的基本概念与计算方法
第1章
1.1 电路和电路的基本物理量
上页 下页 返回
第1章
[例1.1.3] 已知：U = 10 V, I = 1 A 。按图中 I 假设的正方向列式：P = UI a ＋ P =10 W (负载性质）
U －
b
若：U = 10 V, I = －1 A 则 P =－10 W （电源性质）
小结：
1 ) P 为“＋”表示该元件吸收功率； P 为“－ 则表示输出功率。 2）在同一电路中，电源产生的总功率和负 载消耗的总功率是平衡的。
返回
第1章
几种常见的 电阻元件
普通金属 膜电阻
绕线 电阻 电阻排 热敏 电阻 上页 下页 返回
电阻是一种电路模型，当一个器件主要电气特征表现为对电 流的阻碍作用（或重点讨论此种作用）时，我们将此器件抽 象为电阻。 不同电流下人体的生理反应 仅仅能感觉 3～5mA
极端痛苦
～220V 肌肉麻痹 心肌停跳
国际单位制
（ SI 国际单位制缩写） 长度 质量 时间 电流 热力学温度 光强度 米（m） 千克（kg） 秒（s） 安培（A） 开尔文（K） 坎德拉（cd）
SI导出单位
频率 力 能量和功 功 电荷 电位 电阻 电导 电容 磁通 电感 赫兹（Hz） 牛顿（N） 焦耳（J） 瓦特（W） 库仑（C） 伏特（V） 欧姆（Ω） 西门子（S） 法拉第（F） 韦伯（Wb） 亨利（H）
各种蓄电池和干 电池由化学能转换成 电能。
上页 下页 返回
第1章
汽轮发电机和风 力发电机将机械能转 换成电能。
上页
下页
返回
第1章
负 载
电动机
手电钻
吸尘器
实际的负载包括电动机、 电动工具和家用电器等等。 上页 下页 返回
第1章
电路的作用
发电机
升 压 降 压
电 力 系 统
变压器
放 大 器
话筒
变压器
则：
U ab U ad U db U R E
U R U ab E I R R
Uab 1V, 1 2 I A 1A 1
E
－
b －
Байду номын сангаас
（实际方向与参考方向相反！）
第1章
[例1.1.2] 假定U 、I 的参考方向如图所 示，若 I = -3A ，E =2V , R =1Ω a ＋ U =？ ab I 解： U ab (I )R E UR R ={[-(-3）]×1+2}V = 5V （实际方向与参考方向一致） d
第1章
1. 基本物理量
方向 单位 I（直流） A 、 mA 、μ A 正电荷移动的方向 电流 i（交流） 高电位流向低电位 U（直流） V 、 kV 、 mV 、 电位降的方向 电压 （高电位 低电位） u（交流） μ V 物理量 E（直流）V 、 kV 、 mV 、电源力驱动正电荷的方 电动势 向 （低电位 高电位） e（交流） μ V W 、 kW 、 mW (用电或供电) 功率 P
第1章
电感元件在 直流电路中
di 0 dt u 0
相当于一根 无阻导线 !
电感是一种储能元件， 储存的磁场能量为
1 2 WL L i 2
上页 下页 返回
第1章
线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附 近介质的导磁性能等有关。
对于一个密绕的N 匝线圈，其电感可表
示为
L
SN
l
2
式中μ即为线圈附近介质的磁导率（H/m)， S 为线圈的横截面积（m2)，l 是线圈的长度（m） 。
五. 参考书
叶挺秀主编，《电工电子技术 第三版》，高教出版社 秦曾煌主编，《电子学》 ，高教出版社
Electrical Engineering－For All Engineers,Willam H.Roadstrum
The Art Of Electronics，Paul Horowitz
六、答疑时间、地点： 每周二下午4：30～5：30，新主楼E座704或711
电解电容器
普通电容器 电力电容器 上页 下页 返回
第1章
理想元件的伏安关系
（u与i参考方向一致）
R L C
u Ri u = Ri
di i d u=L uL d dt t
ddu u i = C i C ddt t
上页
下页
返回
第1章
1.2.4 电气设备的额定值
任何电气设备的电压、电流和功率都有一定的限额
第1章
2. 电压、电流参考方向 a
电流方向 ba,ab？
电压、电流实际方向： + a E2 I ＋ ＋ E R U ¯ ¯ E1 b b + 问题 在复杂电路中难于预先判断某段电路
中电流的实际方向，从而影响电路求解。
解决方法:
在解题前先任意选定一个方向，称为参考方向（或正方 向）。依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从 而进行电路分析计算。 电阻上的电压电流关系：欧姆定律：