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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材,電工電子技術與技能,第,2,章 直流電路,第,2,章 直 流 電 路,學習目標,【,知識目標,】,1.,能識讀基本的電氣符號和簡單的電路圖。,2.,能掌握電路中的常用物理量的定義、符號、單位和它們之間的關系。,3.,能識讀電阻器和電位器的外形與結構，能簡述其在實際生活中的典型應用。,4.,能理解歐姆定律的概念及應用,5.,會分析電阻串聯、并聯及混聯的連接方式及其電路特點。,6.,能掌握基爾霍夫定律，會應用,KCL,、,KVL,列出電路方程。,學習目標,1.,會用萬用表測量直流電路的電流、電壓和電位。,2.,能識讀常見

2、電阻并會用萬用表檢測電阻。,3.,能用萬用表檢查簡單電路的故障。,【,技能目標,】,主要內容,2.1,電路,2.1.1,電路的組成,2.1.2,電路的狀態(tài),2.1.3,電路圖,2.2,電路中的常用物理量,2.2.1,電流,2.2.2,電壓、電位和電動勢,2.2.3,電工和電功率,2.3,電阻元件與歐姆定律,2.3.1,電阻,2.3.2,電阻器,2.3.3,歐姆定律,主要內容,2.4,電阻的連接,2.4.1,電路的組成,2.4.2,電路的狀態(tài),2.4.3,電路圖,2.5,復雜直流電路的分析,2.5.1,基爾霍夫電流定律,2.5.2,基爾霍夫電壓定律,2.5.3,基爾霍夫定律的應用,2.1,電 路

3、,2.1.1,電路的組成,電路是由電源、負載、導線和開關等按一定的方式連接起來的閉合回路。,【,電源,】,電路中把其它形式的能轉換成電能的裝置，其作用是向負載提供電能。常見的有干電池、蓄電池和發(fā)電機等。,用來把電源和負載接通或斷開的裝置，常見的有按鈕、刀開關等。,【,負載,】,又稱為用電器，它是消耗電能的裝置，其作用是把電能轉換成其它形式的能，常見的有電燈、電爐、電動機等。,【,導線,】,用來把電源和負載連接成一個閉合回路，在電路中承擔電流輸送與分配的任務。常見的導線有銅線和鋁線。,【,開關,】,2.1.2,電路的狀態(tài),電路通常有三種狀態(tài)，即通路、開路和短路。,【,通路,】,也稱為閉路。當開關

4、閉合，電路中有電流流過，即為通路狀態(tài)。,【,開路,】,也稱為斷路。當開關斷開，電路中沒有電流流過，即為開路狀態(tài)。,【,短路,】,如圖所示，,a,、,b,兩點用導線接通，這時電流不經過負載，只從導線,ab,回到電源，即為短路狀態(tài)。,為簡便起見，電路通常不用實物表示，而是用電路圖表示，如圖,2-5,所示即為手電筒實物電路的電路圖。在電路圖中，電路組成的元器件和連接情況是用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形和文字符號來表示的。,常用的圖形及文字符號如下表所示。,2.1.3,電路圖,手電筒電路圖,手電筒實物電路,2.2,電路中的常用物理量,2.2.1,電流,【,電流的概念,】,電荷的定向移動形成電流。,在金屬導體中存

5、在大量自由電子在做無序不規(guī)則的運動。當有電場存在時，金屬導體中的自由電子在電場力作用下定向移動，就形成了電流。,表征電流大小的物理量稱為電流強度，用單位時間內通過導體橫截面的電量多少來衡量，簡稱電流，用字母,I,表示。若在,t,秒內通過導體橫截面的電量為,Q,，則電流,I,可表示為：,【,電流的大小,】,式中，,I,表示電流，單位是安,培,，用符號,A,表示；,Q,表示電量，單位是庫,侖,，用符號,C,表示；,t,表示時間，單位是秒，用符號,S,表示。,如果在,1s,內通過導體橫截面的電量為,1C,，則導體中的電流即為,1A,。,電流的單位除,A,外，還有千安（,kA,）、毫安（,mA,）、微

6、安（,uA,），它們之間的換算關系為：,1 kA=103A=106mA=109uA,。,【,電流的方向,】,人們習慣上規(guī)定正電荷的移動方向為電流的方向，因此，帶負電的自由電子移動方向跟電流方向相反，如圖所示。,如圖,a,）所示，水流從水位高的,A,點向水位低的,B,點流動，那是因為,A,、,B,點間有水壓。其實電流就像水流，電壓就像水壓，電位就像水位，如圖,b,）中，電池就是為電路提供電壓的裝置。電池的正極電位高，負極電位低，正、負極之間存在電壓，在電壓的作用下，電流從正極向負極處流動。,2.2.2,電壓、電位和電動勢,【,電壓的概念,】,在電路中電壓的大小等于電場力把單位正電荷從高電位點移到

7、低電位點所做的功，即：,【,電壓的大小,】,式中，,U,ab,表示電壓，單位為伏,特,，用符號,V,表示；,W,表示功，單位為焦,耳,，用符號,J,表示；,Q,表示電量，單位為庫,侖,（,C,）。,電壓的實際方向由高電位指向低電位。,電壓方向有三種表示法：,【,電壓的方向,】,2,）極性法：在電路的兩點或元件兩端標上極性表示電壓的方向，如圖,b,）所示。,1,）箭頭法：用帶箭頭的線段表示電壓的方向，如圖,a,）所示。,3,）下標法：用符號,U,加雙下標字母表示，如,Uab,表示電壓方向從,a,指向,b,，如圖,c,）所示。,電路中某點相對于參考點的電壓稱為該點的電位，用,V,表示，如,V,a,

8、表示,a,點的電位。單位也為伏,特,（,V,）。參考點的電位規(guī)定為零電位。一般選用大地作為參考點，用符號“”表示；在電子儀器中常把金屬機殼或電路的公共節(jié)點作為參考點，用符號“”表示。,【,電位,】,電動勢是衡量電源將非電能轉化為電能本領的物理量，用符號,E,表示，單位是伏（,V,）。電動勢僅存在于電源的內部，它的方向是從低電位端指向高電位端，即從電源的負極指向正極。電源兩端的電位差稱之為電源的端電壓。,【,電動勢,】,對于一個電源來說，在開路狀態(tài)下，電源兩端的電壓與電源的電動勢大小相等而方向相反，如圖所示。,在一段時間內，電流通過負載時所做的功，稱為電功，用,W,表示。在電路中電功的計算公式為

9、：,2.2.3,電工和電功率,【,電功,】,式中，表示電路消耗的電功，單位是焦耳，用符號,J,表示；表示電路兩端的電壓（,V,）；表示流經電路的電流（,A,）；,t,表示通電時間（,S,）。,電功的常用單位為,kWh,，也就是我們常說的“度”，,1,kWh,（度）,=3.6106J,（焦耳）。,單位時間內電流所做的功稱為電功率，簡稱功率。它是表明電流消耗電能快慢程度的物理量，用字母,P,表示，計算公式為,【,電功率,】,代入可以得到,式中，,P,為電功率，單位是瓦,特,，用符號,W,表示；表示電路兩端的電壓（,V,）；表示流經電路的電流（,A,）。,若電流在,1S,內所做的功為,1J,，則電功

10、率就是,1W,。,2.3,電阻元件與歐姆定律,當電流流過導體時，導體會對電流起阻礙作用，這種阻礙作用稱為導體的電阻。用大寫字母,R,表示，單位為歐,姆,，用符號 表示。金屬導體的電阻大小可以用以下公式計算：,2.3.1,電阻,式中，,R,表示電阻（）；,L,表示導體的長度（,m,）；,S,表示導體的截面積（,m,2,）；表示導體的電阻率（,m,）。,式 稱為電阻定律，式中的電阻率與材料性質有關，也稱為電阻系數。,在生產實際中，利用導體對電流產生的阻礙作用的特性，專門制造的具有一定阻值的元件，稱為電阻元器，簡稱電阻。,電阻器是電子電路中使用率最高的元件，有固定電阻器和可變電阻器兩大類。,2.3.

11、2,電阻器,【,固定電阻器,】,固定電阻器的阻值是固定不變的，常見的有碳膜電阻、金屬膜電阻、繞線電阻和水泥電阻等，如圖所示。,可變電阻器是阻值在預定范圍內可調節(jié)的電阻，常用于調節(jié)電路中的電位，故又稱做電位器。常見的可變電阻器如圖所示。,【,可變電阻器,】,除以上常見的電阻器外，還有一些具有特殊功能的電阻器，比如光敏電阻、壓敏電阻、磁敏電阻、熱敏電阻等，廣泛應用在各種電子設備中，如圖所示。,【,特殊電阻器,】,德國物理學家歐姆通過大量的實驗研究，于,1827,年總結出電阻元件的電壓和電流的關系：流過電阻,R,的電流,I,與電阻兩端的電壓,U,成正比，與電阻,R,成反比，即：,2.3.3,歐姆定律

12、,式中，,U,表示電壓（,V,）；,I,表示電流（,A,）；,R,表示電阻（）。這就是后來以他的名字命名的歐姆定律。,如果以電壓為橫坐標，電流為縱坐標，可畫出電阻的,U-I,關系曲線，稱為電阻的伏安特性曲線，如圖所示。,2.4,電阻的連接,將兩個或兩個以上的電阻依次首尾相連稱為串聯。如圖,a,所示為由三個電阻構成的串聯電路。,2.4.1,串聯,【,串聯的概念,】,a,）,電路中流過各個電阻的電流相同，即,【,串聯電路的特點,】,b,）電路兩端的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和（即具有分壓功能），即,c,）電路的等效電阻（總電阻）等于各串聯電阻之和，即,d,）電路中消耗的總功率等于各個電阻消耗的功

13、率之和，即,e,）電路中每個電阻上分配到的電壓與電阻成正比，即,此式被稱為串聯電路的分壓公式。,將兩個或兩個以上的電阻并列地連接在同一電壓的兩端的連接方式稱為并聯。如圖,a,所示為由三個電阻構成的并聯電路。,2.4.2,并聯,【,并聯的概念,】,【,并聯電路的特點,】,a,）電路中各并聯電阻兩端的電壓相同，即,b,）電路中的總電流等于各電阻中的電流之和（即具有分流功能）。即,c,）電路中的總電阻的倒數等于各并聯電阻的倒數和。即,d,）電路中消耗的總功率等于各個電阻消耗的總功率之和；各個電阻消耗的功率與其阻值成反比。即,e,）電路中各電阻上分配到的電流與電阻成反比。,此式被稱為并聯電路的分流公式

14、,。,電路中電阻元件既有串聯，又有并聯的連接方式，稱為混聯。如圖所示。,2.4.3,混聯,【,混聯的概念,】,【,混聯電路分析方法,】,對于混聯電路的計算，只要按串、并聯的計算方法，一步步將電路化簡，最后就可以求出總的等效電阻。,混聯電路計算的一般步驟是：,a,）對原電路進行等效變換，求出電路的總等效電阻。,b,）由電路的總等效電阻和電路兩端的總電壓，計算出電路的總電流。,c,）根據電阻串聯的分壓關系和電阻并聯的分流關系，逐步推算出各部分的電壓和電流。,2.5,復雜直流電路的分析,在實際電路中，往往會遇到一些不能用串并聯簡化的電路，例如右圖所示電路，這就是復雜電路。,在學習復雜電路的分析前，我

15、們先學習幾個有關復雜電路的概念：,【,支路,】,由一個或幾個元件首尾相接構成的一段無分支的電路。在上圖中有三條支路，即,bafe,、,be,、,bcde,支路。,【,節(jié)點,】,三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點，如上圖中,b,點和,e,點。,【,回路,】,電路中任意一個閉合路徑稱為回路，上圖中的,abefa,、,bcdeb,、,abcdefa,。都是回路。,【,網孔,】,內部不含支路的回路稱為網孔。上圖中的,abefa,、,bcdeb,。,基爾霍夫電流定律也稱基爾霍夫第一定律或節(jié)點電流定律（簡稱,KCL,）。此定律說明了連接在同一節(jié)點上的幾條支路中電流之間的關系。其內容為：在任一瞬間，流入任一

16、節(jié)點的電流之和恒等于流出這個節(jié)點的電流之和，即,2.5.1,基爾霍夫電流定律,如圖所示電路有五條支路會聚于,A,點，其中,I,1,和,I,3,是流入節(jié)點的，,I,2,、,I,4,和,I,5,是流出節(jié)點的，于是可得：,因此，如果我們規(guī)定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負，那么，基爾霍夫電流定律內容也可敘述為：對于電路中任意一個節(jié)點，電流的代數和恒等于零，即,I,=0,基爾霍夫電壓定律也稱基爾霍夫第二定律或回路電壓定律（簡稱,KVL,）。其內容是：對于電路中的任一回路，沿回路繞行方向的各段電壓的代數和等于零，其表達式為：,U,=0,2.5.2,基爾霍夫電壓定律,如圖所示電路中，回路,cadbc,中電源電動勢、電流和各段電壓的參考方向均已標出。從,c,點開始沿順時針方向繞行一周回到,c,點時，,c,點的電位數值不變。也就是說，從一點出發(fā)繞回路一周回到該點時，各部分電壓的代數和等于零。按照環(huán)線所示的回路參考方向可列出下列方程：,U,1,+,U,2,+,U,3,+,U,4,=0,基爾霍夫電壓定律的內容又可敘述為：在任一閉合回路中，各個電阻上電壓的代數和等于各個電動勢的代數和，即：,IR,=,