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1、1,一、什么是电路,二、电路的作用,三、电路的组成,第 1 章 直流电路,1.1 电路的作用和组成,1.2 电路的基本物理量,1.电流,2.电位,3.电压,4.电动势,5.电功率,6.电能,2,1.4 电路中的参考方向,I,I,为分析某一个电路元件的电压与电流的关系而设定的参考方向,U,电源,负载,U,关联参考方向,3,1.5 理想电路元件,理想电路元件,理想有源元件,理想无源元件,电压源,电流源,电阻元件,电容元件,电感元件,各有何特点？与能量的关系怎样？（见2.2）,电容、电感与频率（交直流）有何关系？（见3.3）,4,解(1),由于电压源与电流源串联,IIS3 A,根据电流的方向可知,U
2、USRIS(3+1 3)V=6 V,(2)功率平衡关系,电压源吸收电功率：PLUS I(3 3)W=9 W,电流源发出电功率：POU IS(6 3)W=18 W,电阻 R 消耗的电功率：PRR IS(1 32)W=9 W功率平衡：PO P L PR,5,1.6 基尔霍夫定律,在电路的任何一个结点上，同一瞬间电流的代数和为零。,在电路的任何一个回路中，沿同一方向循行，同一瞬间电压的代数和为零。,u0,i0,6,1.7 支路电流法,支路电流法解题的一般步骤,(1)确定支路数，选择各 支路电流的参考方向。,I1,I2,I3,(2)确定结点数，列出 独立的结点电流方 程式。,n 个结点只能列出 n1
3、个 独立的结点方程式。,结点 a:I1I2I3 0,结点 b:I1I2I3 0,只有1个方程是独立的,7,(3)确定余下所需的方程式数，列出独立 的回路电压方程式。,左网孔:R1I1 R3I3 E1 右网孔:R2I2 R3I3 E2,(4)解联立方程式，求出各支路电流的数值。,R1I1 R3I3 E1,I1 I2 I3 0,R2I2 R3I3 E2,求出：I1、I2 和 I3。,8,解 选择各支路电流的参考方向和回路方向如图,I1,I2,I3,I4,上结点 I1I2I3 I4 0,左网孔 R1I1R3I3US10,中网孔 R1I1 R2I2US1US2 0,右网孔 R2I2R4I4US20,9
4、,代入数据,I1I2I3 I4 0,I12I3120,I1 2I21212 0,2I24I4120,I14 A，I22 A，I34 A，I42 A,10,1.8 叠加定理,在含有多个有源元件的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个有源元件分别单独作用时在该支路产生的电流和电压的代数和。,11,求电流I1、I2,12,13,（1）在考虑某一有源元件单独作用时，应令其他有源元件中的 US=0，IS=0。即应将其他电压源代之以短路，将其他电流源代之以开路。,应用叠加定理时要注意：,（2）最后叠加时，一定要注意各个有源元件单独作用时的电流和电压分量的参考方向是否与总电流和电压的参考方向一致，一
5、致时前面取正号，不一致时前面取负号。,14,1.9 等效电源定理,等效电源定理是将有源二端网络用一个等效 电源代替的定理。,有源二端网络,对 R2 而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部等效的条件下可用一个等效电源来代替。,戴维宁等效电源,诺顿等效电源,15,解 利用等效电源定理解题的一般步骤如下：,（1）将待求支路提出，使剩下的电路成为有源二端网络。,16,（2）求出有源二端网络的开路电压 UOC 和短路电流 ISC。,根据 KVL 求得,UOC US+R1IS,（6+1 3）V 9 V,根据 KCL 求得,17,（3）用戴维宁等效电源或诺顿等效电源代替有源二端网络,简化原电路。,18,或
6、用除源等效法求得,UeS UOC 9 V,IeS ISC 9 A,R0 R1 1,若用戴维宁定理,(4)求待求电流,若用诺顿定理,19,f(0)、f()和 是确定任何一个一阶电路阶跃响应的三要素。,f(0),待求响应,待求响应的初始值,电路的时间常数,2.6 一阶电路瞬态分析的三要素法,20,21,解,（1）初始值,由换路前电路,22,再由换路后电路,23,（2）稳态值,由于换路后电路无外部激励,i1()=i2()=i3()=0,（3）时间常数,24,（4）求出待求响应,25,3.1 正弦交流电的基本概念,最大值角频率初相位,i=Imsin(t+),交流电:大小和方向都周期性变化、在一个周期上
7、的函数平均值为零。正弦交流电:按正弦规律变化的交流电。,=2f,26,正弦交流电的波形:,0180,180 0,=0,=180,27,如果热效应相当，Wd=Wa，则 I 是 i 的有效值。,正弦电量的有效值：,Wd=RI2T,e、i、uEm、Im、UmE、I、U,二、交流电瞬时值、最大值、有效值,瞬时值,最大值,有效值,28,i=10 sin（1 000 t+30）Au=311sin（314 t60）V,相位:t+初相位:i=30,u=60相位差:同频率的正弦电量的初相位之差。i=100 sin（314 t+30）A u=311sin（314 t60）V=u i=6030=90,相位,初相位,
8、三、交流电的相位、初相位、相位差,29,0 180,180 0,=0,=180,u,u,u,u,u 与 i 同相位,u 超前于 i,u 滞后于 i,u 与 i 反相,30,(b)正弦交流电,(a)旋转矢量,3.2 正弦交流电的相量表示法,正弦交流电可以用 一个固定矢量表示,基尔霍夫定律在交流电路中表示：,31,例 3.2.2 已知 u1 和 u2 的有效值分别为U1=100 V，U2=60 V，u1 超前于 u2 60，求：(1)总电压 u=u1+u2 的有效值并画出相量图；(2)总电压 u 与 u1 及 u2 的相位差。,解,(1)选 u1为参考相量,相量图,(2),32,3.3 单一参数交
9、流电路,1.电压、电流的关系,(1)波形图,一、纯电阻电路,(2)大小关系 U=R I Um=R Im,(3)相量关系：,33,(2)平均功率(有功功率):,=U I(1cos2t),=U I(W),(1)瞬时功率 p=ui=Um sint Im sint=Um Im sin2t,2.功率关系,p0 耗能元件。,p 与 u2 和 i2 成比例。,34,例 3.3.1 一只电熨斗的额定电压 UN=220 V，额定功率 PN=500 W，把它接到 220 V 的工频交流电源上工作。求电熨斗这时的电流和电阻值。,解,35,1.电压、电流的关系,二、纯电容电路,(1)频率关系：同频率的正弦量;(2)大
10、小关系:,(3)相位关系:u=i-90,U=XC I,(4)相量关系:,(5)波形图:,(6)相量图:,36,瞬时功率:,p0 电容储存电场能量(电能电场能量)p0 电容释放电场能量(电场能量电能),Q=U I=XC I 2,(3)无功功率:,(var),2.功率关系,(2)平均功率(有功功率),P=0,p=U I sin 2t,乏,37,例 3.3.2 今有一只 47 F 的额定电压为 20 V 的无极性电容器，试问：(1)能否接到 20 V 的交流电源上工作；(2)将两只这样的电容器串联后接于工频 20 V 的交流电源上，电路的电流和无功功率是多少？(3)将两只这样的电容器并联后接于1 0
11、00 Hz 的交流电源上，电路的电流和无功功率又是多少？,解,故不可以接到 20 V 的交流电上。,Q=U I=200.15 var=3 乏,38,Q=U I=1011.83 var=118.3 var,39,(1)频率关系:同频率的正弦量;(2)大小关系:Um=L Im U=L I 感抗:XL=L=U/I U=XL I(3)相位关系:u=i+90(4)相量关系：,1.电压、电流的关系,三、纯电感电路,(5)波形图:,(6)相量图：,40,结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。,2.功率关系,(1)瞬时功率,取用,发出,取用,发出,p=u i=Umcost Im sint
12、=U I sin 2t,p,t,O,2,3,2,2,(3)无功功率,(2)平均功率(有功功率),41,R、L、C 串联电路,根据KVL,3.4 串联交流电路,瞬时值u=uR+uL+uC,有功功率 P=I UR（瓦）无功功率Q=I(UL U)（乏）,42,一、什么是功率因数,功率因数,功率因数角,纯电阻电路的功率因数为多少？纯电感电路的功率因数为多少？纯电容电路的功率因数为多少？,3.7 电路的功率因数,43,四、功率因数低的害处,1.降低了供电设备的利用率 P=SN cosj SN 供电设备的容量例如：SN=1 000 kVA，cos=0.5 时，输出 P=?cos=0.9 时，输出 P=?,
13、2.增加了供电设备和输电线路的功率损失 I=P/(U cos)当 P 一定时，cos I功率损失而且 线路电压降落,44,六、提高功率因数的办法,并联补偿电容。,45,第4章供电与用电,三相电源,特点,幅值相等 频率相同 相位差=120,(a)波形图,e1=Em sin t,e2=Em sin(t-120),=Em sin(t+120),e3=Em sin(t-240),46,三相电源的联结,中性点,47,星形联结,三角形联结,三相负载也有两种接法:,三相对称电路：三相电源与三相负载均对称。,48,中性线(零线),线电流I L1,相电压U 1,相线(火线),线电压U12,相电流 I 1,三相四
14、线制,1.线电流与相电流的有效值关系,2.线电压与相电压的有效值关系,IL=IP,49,4.3 三相功率,三相总有功功率 P=P1+P2+P3,P=3 UP IPcos,Q=3 UP IPsin,S=3 UP IP,三相对称负载功率表达式,相电压、相电流：,线电压、线电流：,一、三相功率的计算,三相总无功功率 Q=Q1+Q2+Q3,50,例4.2.1 有一电源为星形联结，而负载为三角形联结的对称三相电路，已知电源相电压UPS=220 V，负载每相阻抗|Z|=10。试求负载的相电流和线电流以及电源的线电流和相电流的有效值。,解,由于电源为星形联结，故电源线电压,忽略供电线路的阻抗，则负载线电压,
15、ULL=ULS=380V,负载为三角形联结，则负载相电压,UPL=ULL=380V,负载相电流,负载为三角形联结，故负载线电流,电源只向一组三相负载供电，故电源线电流,电源为星形联结，故电源相电流,ILS=ILL=66 A,IPS=ILS=66 A,51,4.6 触电防护,GB规定的安全电压额定值为：,42 V、36 V、24 V、12 V、6 V 要求：独立的电源供电。,为了防止用电事故的发生，必须十分重视安全用电。安全用电包括人身安全和设备安全。当发生用电事故时，不仅会损坏用电设备，而且还可能引起人身伤亡、火灾或爆炸等严重事故。因此，讨论安全用电问题是十分必要的。,人体触电方式、保护方式,
16、52,53,第5章 变压器,变压器主要功能体现在三个方面:,54,1、电压变换,改变匝数比，就能改变输出电压。,空载运行时,2.电流变换,原、副边电流之比约等于变比的倒数.,3.阻抗变换,变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方.,55,控制电路,操作和动作(1)接通电源(2)起动 按 SBst M 起动；手松开 M 停止。,1.起停点动控制电路,第7章 电气控制,56,2.起停长动控制电路,操作顺序(1)接通电源(2)起动 按 SBst M 起动；手松开 M 不停。长动控制。(3)停止 按 SBstp M 停止；(4)断开电源。,FR,过载保护,失(欠)压保护,隔离、短路保护,过载
17、保护,57,正反转控制,KMR,正转控 制支路,反转控 制支路,58,操作步骤：(1)按 SBstF 正转起动。(2)按 SBstP 正转停止。,59,(3)按 SBstR 反转起动。(4)按 SBstP 反转停止。,60,错误操作：正(反)转时按反(正)转起动 六个主触点同时闭合 电源短路！,61,互锁措施：采用辅助动断触点。,62,7.2.1 下列电路能否控制电机起停?,能起动,不能停止,不能起动,且造成电源短路,下一页,上一页,返 回,63,一、普通二极管,按材料分类 硅管、锗管。按用途不同分类 普通管、整流管、开关管等。,1.基本结构,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,第
18、8 章 直流稳压电源,64,二、伏安特性,反向 特性,正向 特性,死区,死区电压 Uth：硅管 0.5 V 锗管 0.1 V,导通压降 UD：硅管 0.6 0.7V 锗管 0.2 0.3V,(1)实际特性,锗管 硅管,UD,(2)近似特性,65,(3)理想特性,3.主要参数(1)额定正向平均电流（最大整流电流）IF(2)正向压降 UF(3)最高反向工作电压 UR 一般规定为反向击穿电压的 1/2 或 1/3。(4)最大反向电流 IRm,66,上一页,下一页,返回,67,上一页,下一页,返回,68,上一页,下一页,返回,69,8.3 直流稳压电源的组成,大小不合适的交流,大小合适的交流,脉动直流
19、,不稳定的直流,稳定直流,平滑的直流电压,70,71,工作状态,1放大状态,外部条件：,发射结正向偏置，集电结加上反向偏置,电流的关系IE=IB+IC,第 9 章 基本放大电路,9.1 双极型晶体管,72,特点：IB,IC 基本不变。ICUCC/RC。UCE0。晶体管相当于短路。,条件:发射结正偏,集电结正偏。,IB,IC UCE=(UCCRC IC)0ICM=UCC/RC,2.饱和状态,电路图,饱和状态时的晶体管,73,特点：IB=0 IC=0 UCE=UCC 晶体管相当于开路。,3.截止状态,条件:发射结反偏,集电结反偏。,电路图,截止状态时的晶体管,74,例 9.3.1 在如图所示的固定
20、偏置放大电路中，已知 UCC=6 V，RB=180 k，RC=2 k,=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。,解,IC=IBUCE=UCCRC IC,=0.029 4 mA,=500.029 4 mA,=1.47 mA,=(621.47)V,=3.06 V,工作点 IB,UBE，IC,UCE为所求。,75,二.静态工作点的影响,1.当 IB 太小，Q 点很低，引起后半周截止失真。2.当 IB 太大，Q 点很高，引起前半周饱和失真。,截止失真和饱和失真统称为非线形失真。,截止失真,饱和失真,先画出放大电路的交流通路。,将交流通路中的三极管用其微变等效电路来代替。,翻页,返回,77,例9
21、.4.2 求例9.3.1放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻 和输出电阻。,(1)空载电压放大倍数,解,=1 084,=92.25,ri=RB rbe,(2)输入电阻,=1.078 k,(3)输出电阻,ro=RC,=2 k,78,10.4 理想运算放大器,一、理想运放的主要条件 开环电压放大倍数：Ao 开环输入电阻：ri 开环输出电阻：ro0 共模抑制比：KCMR,理想运放的符号,79,二、理想运放的特性,uO=UOMUCC,(2)当 uu时，即 uD 0,uO=UOMUEE,(1)当 u u时，即 uD 0,1.工作在饱和区时的特点 不加反馈时，稍有 uD 即进入饱和区。,理想运算放大器的电
22、压传输特性,80,2.工作在线性区时的特点,(1)Ao,=0,u=u,(2)ri,=0,(3)ro0,uOL=uOC,故称为虚短路。,故称为虚开路。,即输出电压不受负载的影响。,引入负反馈后的理想运放,81,10.5 基本运算电路,一、比例运算电路1.反相比例运算电路,u=u=0,iD=0 i1=iF,虚地,反相比例运算电路,82,2.同相比例运算电路,Af,uO=RF iF R1 i1 uI=R1 i1 iF=i1,同相比例运算电路,83,二、加法运算电路,u=u=0,当 uI1 单独作用时,当 uI2 单独作用时,根据叠加定理:uO=uO1 uO2,加法运算电路,虚地,84,三、减法运算电
23、路,当 uI1 单独作用时,当 uI2 单独作用时,根据叠加定理:uO=uO1 uO2,减法运算电路,85,uO=uO1uO2,当 R1=RF 时,uO=uI2 uI1平衡电阻 R2R3=R1RF。,说明,减法运算电路,86,例 10.5.2 如图为两级运放组成的电路，已知 uI1=0.1 V，uI2=0.2 V，uI3=0.3 V，求 uO。,第一级为加法运算电路：,解,第二级为减法运算电路：,=0.3 V,=0.6 V,87,第 12 章 组合逻辑电路,12.1 集成基本门电路,12.2 集成复合门电路,12.3 组合逻辑电路的分析,基本门电路,“异或”门,相同为“0”不同为“1”,重要！
24、,89,0 00 11 01 1,异或门,=,例12.1 分析图示逻辑电路的功能。,0110,真值表,解：,90,RS、JK、D 触发器,第13章 时序逻辑电路,91,触发器输出的状态，由 CP 前沿所对应的 J 和 K 决定。触发器输出相应状态的时间却在 CP 后沿到来时。在 CP 有效期间输入信号不应变化，不发生一次翻转现象。,例13.2.2 已知后沿主从触发 的 JK 触发器，J 和 K 端的输入信号波形如图所示，而且已知触发器原 为 0 态，求输出端 Q 的波形。,解,注意：,92,一、555集成定时器,13.5 集成定时器,电源端,放电端,GND,低电平 触发端,高电平 触发端,电压 控制端,复位端,输出端,93,8,8,RS,Q,Q,+UDD,TH,CO,TL,D,MOS,uO,8,7,4,5,3,2,1,RD,+,+,+,RRR,6,+,U6,时：R=0,Q=0,MOS 管导通,U2,时：S=0,Q=1,MOS 管截止,94,555 集成定时器状态表,95,二、单稳态触发器,特点：在外来触发信号的作用下，能够由稳态翻转成另一暂稳状态，暂稳状态维持一 定时间后，又会自动 返回到稳态。,只有一个稳态的触发器。,96,三、无稳态触发器,产生方波的电路，又称多谐振荡器。,t1,t2,t3,97,END祝一切顺利!,
