电工电子技术基础

原子结构中：正电荷
原子核中有质子和中 子，其中质子带正电， 中子不带电。 原子核 绕原子核高速旋转 的电子带负电。
=
负电荷
电子
原子核
原子核
原子核
导体的外层电子数很少且距 离原子核较远，因此受原子核 半导体的外层电 的束缚力很弱，极易挣脱原子 子数一般为4个，其 核的束缚游离到空间成为自由 导电性界于导体和绝 电子，即导体的特点就是内部 缘体之间。 具有大量的自由电子。
5. 电能、电功率和效率
（1）电能
电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电 流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：
W UIt
式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】
日常生产和生活中，电能（或电功）也常用 度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h
1000W的电炉加热1小时； 1度电的概念 100W的电灯照明10小时； 40W的电灯照明25小时。
b 关联参考方向
实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的 电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选 取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。
为什么要在电 路图中预选标出 参考方向？
在电路图上预先标出电压、电流的参考 方向，目的是为解题时列写方程式提供依 据。因为，只有参考方向标定的情况下， 方程式各电量前的正、负号才能确定。
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4. 电路中的电压、电流及其参考方向 （1）电流
电荷有规则的定向移动形成电流。计量电流大小的物 理量称为电流强度，简称电流。定义式为： dq …… （1-1） i= dt 若电流的大小、方向均不随时间变化，则表达式为： Q …… （1-2） I= t 电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安 【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为：
实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取 模型化处理可获得有意义的分析效果
白炽灯电路
消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征
R L
由于白炽灯中耗能 的因素大大于产生 磁场的因素，因此 L 可以忽略。 白炽灯的电 路模型可表 示为：
i
产生磁场的电 特性可用电感 元件表征
R
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟 一、精确，可定量分析和计算。
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（3）电流、电压的参考方向
对电路进行分析计算时应注意：列写电路方程式之前，首 先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、 电压参考方向的标定，原则上任意假定，但一经选定，在整 个分析计算过程中，这些参考方向就不允许再变更。
a
＋
I
电源 元件
a
＋
I
负载 元件
U －
U －
b 非关联参考方向
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1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态 1. 电气设备的额定值
电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。
电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等 因素，由制造厂家给出的技术数据。
2. 电路的三种工作状态
S RS ＋ US － I＝0 ＋ U=US － RL S I＝US÷(RS＋RL) S I＝US/RS ＋ RS ＋ U=0 US － － （c）短路 ＋ RS ＋ U=US－IRS US － －
电路的功能
电力系统中：
电路可以实现电能的传 输、分配和转换。
电子技术中：
电路可以实现电信号的传 递、存储和处理。
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3、电路模型和电路元件
中间环节
开关 电 源 连接导线 负 载 R0 S
I
+
RL
+ _ US
电源
U
–
负 载
实体电路
电路模型
与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称 为实体电路的电路模型。
绝缘体外层电子数通常为8个， 且距离原子核较近，因此受到原 子核很强的束缚力而无法挣脱， 我们把外层电子数为8个称为稳 定结构，这种结构中不存在自由 电子，因此不导电。
1、绝缘体是否在任何条件下都不导电？ 2、半导体有什么特殊性？
当外界电场的作用力超过原子核对外层 电子的束缚力时，绝缘体的外层电子同样 也会挣脱原子核的束缚成为自由电子，这 种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一 旦被击穿，就会永久丧失其绝缘性能而成 为导体。 半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间，但半 导体在外界条件发生变化时，其导电能力将大大增强 ；若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后，其导电 能力甚至会增加上万乃至几十万倍，半导体的上述特 殊性，使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。
必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的。 前提是：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研 究，并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行， 这种电路称为集总参数元件的电路。
集总参数元件的特征
1. 在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行， 其次要因素可以忽略的理想化电路元件。如前面提到的 无源电路元件R，只具有耗能的电特性；L只具有储存磁 场能量的电特性；C只具有储存电场能量的电特性。 2.对于集总参数元件，任何时刻，从元件一端流入的电 流，恒等于从元件另一端流出的电流，并且元件两端的 电压值是完全确定的。
（3）效率
电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把 输出功率与输入功率的比例数称为效率，用“η”表示：

P2 P2 100% 100% P1 P2 P
提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设 1千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约1千瓦的电 力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的1/3。通 过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性 资源投入，更不会增加环境污染。 所以，提高电能效率与加强电力建设具有相同的重要 地位，不仅有利于缓解电力紧张局面，还能促进资源节约 型社会的建立。
RL
RL
（a）开路
（b）通路
右下图电路，若已知元件吸收功率为－20W， 电压U=5V，求电流I。 U
I
分析：
+
元件
由图可知UI为关联参考方向，因此: P 20 I 4A U 5 • 举例2：右下图电路，若已知元件中电流为I=－100A， 电压U=10V，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。
解：UI非关联参考，因此:
P UI 10 (100) 1000W
I
U 元件
+
元件吸收正功率，说明元件是负载。
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U U0
“1W、100Ω”
1. 电源外特性 与横轴相交处 的电流=？电 流工作状态？ 2. 该电阻允许加 的最高电压=？ 允许通过的最大 电流=？0ຫໍສະໝຸດ 92016/7/1
（2）电功率
电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。 电功率用“P ”表示： W UIt P UI t t
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】 电功率是用来表示电流做功快慢的物理量。 用电器正常工作时的电压叫额定电压，在额定电压下的 电功率叫做额定功率。 实际加在用电器两端的电压叫实际电压，在实际电压下 的电功率叫实际功率。 只有在实际电压恰好与额定电压相等时，实际功率才等 于额定功率。
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想想 练练
1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10 小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？ 3600000J，1度电 2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少 伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？ 若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多 少瓦？额定功率有变化吗？ 220V，60W；15W，不变。 3、某电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位时间 内通过该电阻的电量为3个库仑，求在这1分钟内电阻上通 过的电流和电流所做的功各为多少？ 3A，1080J
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思考 回答
1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、 减”及“相同、相反”这几对词的不同之处 “加、 吗？ 电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算 电路提供方便和依据。
应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下， 电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“－5A”， 说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“＋100V”， 说明该电压实际方向与参考方向一致；“加、减”指参 考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同” 是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、 电流参考方向非关联。
电路由哪几部分 组成？试述电路 的功能？ 为何要引入参考 方向？参考方向 和实际方向有何 联系与区别？
理想电路元件 与实际元器件 有何不同？
如何判断元件 是电源还是负 载？ 何谓电路 模型？
学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。
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2、电路的组成与功能
电路 ——由实际元器件构成的电流的通路。
电源：电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电 池等。
电路组成 负载：在电路中接收电能的设备。如电动机、电
灯等。 中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控 制和保护部件，如连接导线、开关设 备、测量设备以及各种继电保护设备 等。
US I
+ –
R
I
R0 设参考方向下US=100V，I=－5A，则说 明电源电压的实际方向与参考方向一致； 电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。
参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。 方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量 的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。