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电工技术基础与技能ppt第2章 直流电路


电工技术基础与技能
姚锦卫 第2章 主编

第2章 直流电路
? 知识目标:

电工技术基础与技能 第2章

? 了解电路组成的基本要素,理解电路模型; ? 理解参考方向的含义和作用,会应用参考方向解决 电路中的实际问题;

? 理解电流、电压和电功率,并能进行简单计算;

/>
学习目标

? 了解电阻器及其参数,会计算导体电阻; ? 了解电阻元件电压与电流的关系,掌握欧姆定律;

? 掌握基尔霍夫电流、电压定律,并能应用基尔霍夫 电流、电压定律列出两个网孔的电路方程;
? 了解实际电源的电路模型、负载获得最大功率的条 件及其应用。

2

第2章 直流电路

电工技术基础与技能 第2章

? 技能目标: ? 会识读简单电路图,会根据简单的实物电路画 出电路图;

学习目标

? 能识别常用、新型电阻器,会识读色环电阻; 会用万用表测量电阻值;

? 会使用直流电压表、直流电流表和万用表测量 电路中的电压和电流;
? 能对电阻性电路进行故障检查。

3

第2章 直流电路
2.1 电路与电路图

电工技术基础与技能 第2章

2.2 电路的基本物理量

任务总览

2.3 电阻及电阻器 2.4 欧姆定律及其应用 2.5 一般直流电路的分析 实训项目操作指导

本章小结
4

2.1 电路与电路图
? 2.1.1 电路组成及各部分的作用

电工技术基础与技能 第2章

用导线将电池、开关和小电珠按下图连接起来,合上开关,电珠亮了,断 开开关电珠就熄灭了。

电源:把其它形式的能转换成电能。 负载:使用电能做功的装置,把电能转换成其它形式的能。 导线:将电源、开关、负载接成闭合回路,输送和分配电能。 开关:控制电路的接通和断开。
5

2.1 电路与电路图
电路的三 种状态

电工技术基础与技能 第2章

通路

断路

短路

通路状态:开关接通,构成闭合回路,电路中有电流通过。 断路状态:开关断开或电路中某处断开,电路中无电流。 短路状态:电路(或电路中的一部分)被短接。
6

2.2 电路的基本物理量
? 2.2.1 电流、电压、电位、电动势
1.电流

电工技术基础与技能 第2章

电荷的定向移动形成电流。习惯上规定正电荷的运动方向为电流 的实际方向。

参考方向

7

2.2 电路的基本物理量

电工技术基础与技能 第2章

大小和方向均不随时间变化的电流称为恒定电流,简称直流电流, 如图a所示。大小随时间变化但方向不随时间变化的电流称为脉动直流 电流,如图b所示。大小和方向都随时间变化,这样的电流称为交流电 流,如图c所示 。

a)
直流电流

b)
脉动直流电流

c)
交流电流

8

2.2 电路的基本物理量
2.电压

电工技术基础与技能 第2章

电压是衡量电场力对电荷做功本领大小的物理量。A、B两点 之间的电压UAB在数值上等于单位正电荷在电场力作用下,由A点 移动到B点电场力所做的功。 电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
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2.2 电路的基本物理量
3.电位、电动势

电工技术基础与技能 第2章

电位指电场力把单位正电荷从电场中的一点移到参考点所作的功。 在电源内部,电源力把正电荷从低电位点(电源负极)移到高电 位点(电源正极)反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量的 比,叫做电源的电动势。
10

2.2 电路的基本物理量
? 2.2.2 电功、电功率、电流热效应
1.电功

电工技术基础与技能 第2章

1)电流做的功叫做电功。公式为: W =UIt

U2 对于纯电阻电路: W ? t ? I 2 Rt R
2)电流在单位时间内所做的功称为电功率。
W U2 2 P ? ? UI ? I R ? t R

3)导体中有电流通过,导体就会发热的现象叫电流的热效应。

Q ? I Rt
2
11

2.电功率 在相同的时间内,电流通过不同的用电器所做的功, 一般并不相同。例如,电流通过电力牵引机车的电动机 所做的功,显然要比通过微风电扇的电动机所做的功要 大得多。为了表征电流做功的快慢程度,引入了电功率 这一物理量。 电功率是表明负载消耗电能快慢程度的物理量

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2.3 电阻及电阻器
? 2.3.1 电阻与电阻定律

电工技术基础与技能 第2章

电阻和电阻器

导体对电流的阻碍作用叫电阻。 一定材料制成的导体,电阻和它的长度成正比,和它的截面积成反比, 这个结论叫做电阻定律。 R ? ? L

S

几种常见材料的电阻率
材料名称 银 铜 铝 低碳钢 铂 电阻率ρ /Ω· m 1.65×10-8 1.75×10-8 2.83×10-8 1.3×10-7 1.06×10-7
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材料名称 钨 锰铜 康铜 镍铬铁 碳

电阻率ρ /Ω· m 5.3×10-8 4.4×10-7 5.0×10-7 1.0×10-6 1.0×10-6

2.3 电阻及电阻器
利用导体对电流的阻碍作用可以做成电阻器。

电工技术基础与技能 第2章

电阻器外形

固定电阻器

可变电阻器
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2.3 电阻及电阻器
电阻阻值表示法

电工技术基础与技能 第2章

常用电阻器的阻值表示方法有两种,一是用数字直接标注;二是色标法标注。
色环的具体含义
颜色
棕 红 橙 黄

有效数字
1 2 3 4

倍率
101 102 103 104

允许偏差
±1% ±2%

颜色
灰 白 黑 金

有效数字
8 9 0 -

倍率
108 109 100 10-1

允许偏差

±5%

绿
蓝 紫

5
6 7

105
106 107

±0.5%
±0.25% ±0.1%


无色




10-2

±10%
±20%

口诀:棕红橙黄绿、蓝紫灰白黑
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2.3 电阻及电阻器
四环电阻器

电工技术基础与技能 第2章

电阻阻值表示法

五环电阻器

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小知识 新型敏感电阻器

电工技术基础与技能 第2章

热敏电阻

压敏电阻

气敏电阻

湿敏电阻

光敏电阻

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2.4 欧姆定律及其应用
? 2.4.1 欧姆定律 1.部分电路欧姆定律

电工技术基础与技能 第2章

在电路中,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比, 和电阻值成反比。公式为:

U I? R

例 图示电路中,已知电源电动势E为1.5V,电阻为 100Ω,求电路中的电流。
解:根据欧姆定律

I?

U 1.5V ? ? 0.015 A ? 15mA R 100?
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2.4 欧姆定律及其应用
2.全电路欧姆定律

电工技术基础与技能 第2章

闭合电路中的电流与电源电动势成正比,与电路的总电 E 阻成反比,即 I? R?r
例 有一闭合电路如图所示,电源电动势E=12V,其内阻r=2Ω,负载 电阻R=10Ω,求电路中的电流I、负载电阻R两端的电压UR、电源内阻r 上的电压降Ur。 解:根据全电路欧姆定律 E 12V I? ? ? 1A R ? r (10 ? 2)? 负载两端电压 UR=IR=1A×10Ω=10V 电源内阻上的电压降为 Ur=Ir=1A×2Ω=2V
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2.4 欧姆定律及其应用
? 2.4.2 电阻串、并联电路 1.电阻串联电路

电工技术基础与技能 第2章

把两个或多个电阻依次连接起来,组成中间无分支的电路,叫做 电阻串联电路。 电路特点

I ? I1 ? I 2 ? I3 U ? U1 ? U2 ? U3

R ? R1 ? R2 ? R3
U U U U I? ? 1? 2 ? 3 R R1 R2 R3
20

U1 ?
分压公式

R1 U R1 ? R2

R2 U2 ? U R1 ? R2

2.4 欧姆定律及其应用
2.电阻并联电路

电工技术基础与技能 第2章

把两个或两个以上电阻接到电路中的两点之间,电阻两端承受同 一个电压的电路叫做电阻并联电路。

电路特点

U ? U1 ? U 2 ? U3
I ? I1 ? I 2 ? I3
1 1 1 1 ? ? ? R R1 R2 R3
分流公式

R2 I1 ? I R1 ? R2

U ? I1R1 ? I 2 R2 ? I3 R3
21

I2 ?

R1 I R1 ? R2

2.4 欧姆定律及其应用
3.电阻混联电路

电工技术基础与技能 第2章

既有电阻串联又有电阻并联的电路叫做电阻混联电路。

分析混联电路的方法
1)确定等电位点、标出相应的符号。导线、开关和理 想电流表的电阻可忽略不计,可以认为导线、开关和电 流表联接的两点是等电位点。 2)把标注的各字母按水平方向依次排开,待求两端的 字母排在左右两端. 3)将各电阻依次接入与原电路图对应的两字母之间, 画出等效电路图。 4)画出串并联关系清晰的等效电路图。根据等效电路 中电阻之间的串、并联关系求出等效电阻。
22

2.5 一般直流电路的分析
? 2.5.1 基尔霍夫定律 1.基本概念

电工技术基础与技能 第2章

【支路】 由一个或几个元件串联后组成的无分支电路。 【节点】 电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。

【回路】 电路中任意一个闭合路径称为回路。
【网孔】 中间无支路穿过的回路称为网孔
例 指出右图电路中的支路数、节点数、回路数。

解 图中支路数b=3、节点数n=2、回路数m=3。

23

2.5 一般直流电路的分析

电工技术基础与技能 第2章

2.基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律:也叫节点电流定律,定律是:在任一时刻,对
电路中的任一节点,流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。

?I



? ? I出

24

2.5 一般直流电路的分析
3.基尔霍夫电压定律

电工技术基础与技能 第2章

基尔霍夫电压定律:也叫回路电压定律,定律是:在任一时刻,对任一 闭合回路,沿回路绕行方向上各段电压的代数和为零,其数学表达式为

?U ? 0

25

2.5 一般直流电路的分析
? 2.5.2 电压源、电流源及其等效变换
1.电压源

电工技术基础与技能 第2章

一个能输出恒定不变的电压且输出电压值与其电流无关的电源, 称为理想电压源。

2.电流源
当负载在一定范围内变化时,它的端电压随之变化,而输出 电流恒定不变,这类电源称为理想电流源。

电压源
26

电流源

2.5 一般直流电路的分析
3.电压源、电流源等效变换

电工技术基础与技能 第2章

实际电压源和实际电流源之间可以等效变换。

US IS ? R0

U S ? I S R0
1)电压源与电流源的等效变换只对外电路等效,对内电路不等效。 2)理想电压源和理想电流源之间不能进行等效变换。 3)等效变换前后电源内阻不变。 4)等效变换时,US与IS的方向是一致的,即电流源输出电流的一端 与电压源的正极相对应。
27

2.5 一般直流电路的分析
? 2.5.3 戴维宁定理

电工技术基础与技能 第2章

戴维宁定理:任何一个线性有源二端网络,对外电路来说,可以用一 个等效的电压源来代替,这个等效电压源的电动势US等于该有源二端 网络的开路电压Uoc,等效电源的内阻R0等于该有源二端网络中所有电 源不作用时的等效电阻。

维宁定理解题步骤
1) 断开待求支路,得到有源二端网络。 2) 计算有源二端网络两端点间的开路电压 UOC。 3) 将有源二端网络内各电源置零 ,求从端口处看进去的等效电阻 R0。 4) 将待求支路与等效电源连接,画出等效简化电路,计算待求量。
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2.5 一般直流电路的分析

电工技术基础与技能 第2章

例题 如图所示电路中,已知E1=3V,E2=15V, R1=3Ω,R2=6Ω,R3=2Ω,试用戴维宁定理求通过R3的电流 及R3两端电压U3。
a)

解:1)断开R3所在支路,如图b所示,计算开路电压UOC,即等效电源 的电动势US。
I? E1 ? E2 3 ? 15 ? ? 2A R1 ? R2 3 ? 6
b)

U S ? UOC ? E2 ? IR2 ? 15 ? 2 ? 6 ? 3V

2)将有源二端网络中各电源不作用,即将电动势用短路代替,成 为无源二端网络,如图c所示,计算出等效电阻Rab,即等效电压源的 内阻R0。
29

2.5 一般直流电路的分析
R1R2 3? 6 R0 ? Rab ? ? ? 2? R1 ? R2 3 ? 6

电工技术基础与技能 第2章

c)

3)将所求的等效电源US、R0与待求支路的电阻R3联接,形成戴维宁 等效电路,如图2-67d所示。计算支路电流I3和电压U3。

US 3 I3 ? ? ? 0.75 A R0 ? R3 2 ? 2

U3 ? I3 R3 ? 0.75 ? 2 ? 1.5V

d)

30

2.5 一般直流电路的分析
? 2.5.4 负载获得最大功率的条件 负载获得最大功率的条件
当 R0=RL时,负载上获得最大功率。
Pmax US ? 4R0
2

电工技术基础与技能 第2章

负载电阻等于电源内阻,这在无线电技术中称为负载匹配。

31

实训操作指导 第2章

实训一 简易发光电路的安装与检测
? 任务一 简易发光电路的安装
【实训目标】1.会识读简单的电路突然,了解电路的组成;2.能识别 电阻、发光二极管,会用万用表电阻挡检测电阻、发光二极管;3.会 使用面包板安装简单电路;4.会测量直流电压和直流电流。
【控制要求】开关闭合,发光二极管亮;开关断开,发光二极管灭。 简易发光电路原理图如下图所示。

讲述 电路原理

简易发光电路原理图
32

实训操作指导 第2章

实训一 简易发光电路的安装与检测
【所用元器件】

面包板

发光二极管

电阻器

电池

按钮开关

导线

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实训操作指导 第2章

实训一 简易发光电路的安装与检测
【万用表初步认识】
1.挡位 2.量程 3.使用注意事项 使用前 使用后
MF47型 万用表面板
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实训操作指导 第2章

实训一 简易发光电路的安装与检测
【元器件检测】

“长脚正、短脚负”

检测开关

检测二极管

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实训操作指导 第2章

实训一 简易发光电路的安装与检测
【电路安装】

36

本章小结

电工技术基础与技能 第2章

? 1)电流所通过的路径称为电路。电路一般由电源、负载、 开关和连接导线四部分组成。电路分为通路、断路和短路 三种状态。 ? 2)电路的主要物理量有电流、电压、电位、电动势、功 率、电能等。 ? 3)导体对电流的阻碍作用叫电阻。导体电阻的大小决定 于导体本身的性质和几何尺寸,电阻定律用公式表示为

L R?? S
? 4)电阻的连接分为串联、并联、混联三种。
37

本章小结

电工技术基础与技能 第2章

? 5)欧姆定律是计算电路的最重要、最基本的定律之一, 它反映了电阻及其电压、电流之间的关系。应用于一段电 路中称为部分电路欧姆定律,应用于全电路中称为全电路 欧姆定律。 ? 6)电阻串联电路的特点 ,电阻并联电路的特点。 ? 7) 基尔霍夫定律是研究电路的基本的定律,包括基尔霍 夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。对于简 单电路、复杂电路、直流电路、交流电路、线性电路、非 线性电路都适用。

38

Pmax

US 2 ? 4 R0

本章小结

电工技术基础与技能 第2章

? 8)实际电压源与实际电流源可进行等效变换,等效变换 公式为: US U S ? I S R0 IS ? R0 ? 9)戴维宁定理是将有源二端网络用等效电压源来代替, 电压源的电动势US等于该网络的开路电压UOC,等效电源 的内阻R0等于该原网络中所有电源不作用时的等效电阻。 ? 10)负载获得最大功率的条件是:负载电阻等于电源内阻, 即当RL=R0时,负载RL上获得最大功率,最大功率为

Pmax

US 2 ? 4 R0
39

电工技术基础与技能 第2章

? 制作:姚锦卫 ? E-mail:yjinwei@126.com
40


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