華科編版電工電子第一章

1、第一章電路的基本概念及基本定律 張雪凌張雪凌 2014年年7月月2022年1月3日Page 2 電工電子學(xué)是研究是電能及電子器件在技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的電工電子學(xué)是研究是電能及電子器件在技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程技術(shù)基礎(chǔ)課程2022年1月3日Page 3 課程介紹課程介紹一、課程性質(zhì)一、課程性質(zhì)非電類專業(yè)電工學(xué)重要技術(shù)基礎(chǔ)課非電類專業(yè)電工學(xué)重要技術(shù)基礎(chǔ)課二、課程特點(diǎn)二、課程特點(diǎn)理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)、有廣闊的工程背景理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)、有廣闊的工程背景三、課程內(nèi)容三、課程內(nèi)容分析電路中的電磁現(xiàn)象分析電路中的電磁現(xiàn)象（電壓、電流、電荷、磁通（電壓、電流、電荷、磁通）四、學(xué)習(xí)目的四、學(xué)習(xí)目的電路的基本定律

2、、定理電路的基本定律、定理電路的基本分析方法電路的基本分析方法初步的實(shí)驗(yàn)技能初步的實(shí)驗(yàn)技能2022年1月3日Page 4 五五、課程的作用與任務(wù)、課程的作用與任務(wù) * * 掌握電類基本理論、基本知識和基本技能。掌握電類基本理論、基本知識和基本技能。 * * 了解電工電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況了解電工電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況 * * 學(xué)習(xí)常用電子器件及其應(yīng)用技巧學(xué)習(xí)常用電子器件及其應(yīng)用技巧 * * 為從事相關(guān)的工程技術(shù)及科學(xué)研究打基礎(chǔ)為從事相關(guān)的工程技術(shù)及科學(xué)研究打基礎(chǔ)2022年1月3日Page 5 六、學(xué)習(xí)方法六、學(xué)習(xí)方法1、認(rèn)真閱讀教材認(rèn)真閱讀教材3、重視實(shí)驗(yàn)、重視實(shí)驗(yàn)2、認(rèn)真聽講、獨(dú)立完成作

3、業(yè)、認(rèn)真聽講、獨(dú)立完成作業(yè)八、參考書目八、參考書目電路（第五版）電路（第五版）邱關(guān)源邱關(guān)源電路基礎(chǔ)理論電路基礎(chǔ)理論黃冠斌黃冠斌七七、與課程有關(guān)的知識、與課程有關(guān)的知識數(shù)學(xué)：數(shù)學(xué)：多元一次方程、三角函數(shù)、復(fù)數(shù)及其計(jì)算、簡單的微分多元一次方程、三角函數(shù)、復(fù)數(shù)及其計(jì)算、簡單的微分 和積分、一階微分方程等和積分、一階微分方程等物理：物理：電場電場、磁場、電磁定律等等、磁場、電磁定律等等2022年1月3日Page 6 第一章第一章 電路的基本概念及電路的基本概念及基本定律基本定律電路組成電路組成1-1基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-5電路的基本物理量及其正方向電路的基本物理量及其正方向1-2電阻串聯(lián)和并聯(lián)電

4、阻串聯(lián)和并聯(lián)1-6電路的工作狀態(tài)電路的工作狀態(tài)1-3電壓源和電流源及其等電壓源和電流源及其等效變換效變換1-7電路基本元件電路基本元件1-4本章內(nèi)容本章內(nèi)容2022年1月3日Page 7 1. 1. 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向3. 3. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律l 重點(diǎn)重點(diǎn)：2. 2. 直流電路中電位和功率計(jì)算方法直流電路中電位和功率計(jì)算方法4. 4. 電壓源、電流源特性及其等效變換電壓源、電流源特性及其等效變換2022年1月3日Page 8 1-1電路的組成電路的組成 電路是為了某種需要由若干個(gè)電氣設(shè)備或器件按一定電路是為了某種需要由若干個(gè)電氣設(shè)備或器件按一定方式組合而成的電流

5、通路。方式組合而成的電流通路。 1-1-11-1-1實(shí)際電路實(shí)際電路 10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡負(fù)載：負(fù)載：能將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的裝置。如燈泡、電動(dòng)機(jī)等能將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的裝置。如燈泡、電動(dòng)機(jī)等電源：電源：能提供電能或電信號的器件，如電池、發(fā)電機(jī)、信號發(fā)生器。能提供電能或電信號的器件，如電池、發(fā)電機(jī)、信號發(fā)生器。中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：開關(guān)、導(dǎo)線，起傳輸、分配、控制作用開關(guān)、導(dǎo)線，起傳輸、分配、控制作用2022年1月3日Page 9 1-1-2 理想電路元件理想電路元件, ,電路模型電路模型電路理論研究的對象不是實(shí)際電路，而是電路模型電路理

6、論研究的對象不是實(shí)際電路，而是電路模型1 1、電路模型：把實(shí)際電路的本質(zhì)特征抽象出來所形成、電路模型：把實(shí)際電路的本質(zhì)特征抽象出來所形成的理想化的電路，與實(shí)際電路具有相同的電磁性質(zhì)。的理想化的電路，與實(shí)際電路具有相同的電磁性質(zhì)。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成。10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)白熾燈白熾燈RL+RoES+UI2022年1月3日Page 10 1-1-2 理想電路元件理想電路元件, ,電路模型電路模型2 2、理想電路元件（電路元件）、理想電路元件（電路元件） 根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所假想的只具根據(jù)實(shí)際電路元件所具備

7、的電磁性質(zhì)所假想的只具有單一電磁性質(zhì)的元件。有單一電磁性質(zhì)的元件。電阻元件：表示消耗電能的元件。電阻元件：表示消耗電能的元件。電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件。電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件。電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件。電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件。電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。3 3、5 5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件：2022年1月3日Page 11 1 1、電流的含義、電流的含義物理現(xiàn)象：帶電粒子的有序運(yùn)動(dòng)物理現(xiàn)象：帶電粒子的有序運(yùn)動(dòng)電流強(qiáng)度：表

8、征電流的大小電流強(qiáng)度：表征電流的大小i= =dqdt1-2 電路的基本物理量及其正方向電路的基本物理量及其正方向1-2-1 電流電流S2 2、電流的表示意義、電流的表示意義I:直流、恒定電流（不隨時(shí)間變化）直流、恒定電流（不隨時(shí)間變化）i：大小和方向隨時(shí)間變化大小和方向隨時(shí)間變化安培（安培（A A）RL+RoES+UI2022年1月3日Page 12 3、電流的正方向（參考方向）、電流的正方向（參考方向）電流實(shí)際方向的習(xí)慣規(guī)定電流實(shí)際方向的習(xí)慣規(guī)定Sab電流電流參考方向參考方向問題的提出問題的提出大小和方向隨時(shí)間變化的電流大小和方向隨時(shí)間變化的電流ERR1R2R3R4R5R6Eab 正電荷運(yùn)動(dòng)

9、的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向2022年1月3日Page 13 4、電流參考方向的表示、意義、電流參考方向的表示、意義i元件abiab 0實(shí)際方向與參考方向一致實(shí)際方向與參考方向一致 0實(shí)際方向與參考方向一致實(shí)際方向與參考方向一致0 p 0 i i 電場力做功，消耗電能電場力做功，消耗電能 起負(fù)載作用起負(fù)載作用 非電場力做功，提供電能非電場力做功，提供電能 起電源作用起電源作用dtdwp udqdwdqdwudtudqidtdqui2022年1月3日Page 22 1-2-5 功率功率2 2、電壓與電流關(guān)聯(lián)的含義、電壓與電流關(guān)聯(lián)的含義關(guān)聯(lián)和與非關(guān)聯(lián)的相對性關(guān)聯(lián)和與非關(guān)聯(lián)的相對性元件abi+-u元件ab

10、i+-ui元件1元件2+u電壓與電流正方向一致電壓與電流正方向一致稱為關(guān)聯(lián)，稱為關(guān)聯(lián)，p=u p=u i電壓與電流正方向相反電壓與電流正方向相反稱為非關(guān)聯(lián)稱為非關(guān)聯(lián) p= -u i關(guān)聯(lián)和與非關(guān)聯(lián)與元件性質(zhì)無關(guān)關(guān)聯(lián)和與非關(guān)聯(lián)與元件性質(zhì)無關(guān)注意：如無特殊說明，若電路中只標(biāo)注電壓、電流注意：如無特殊說明，若電路中只標(biāo)注電壓、電流均為相關(guān)聯(lián)參考方向。均為相關(guān)聯(lián)參考方向。2022年1月3日Page 23 U U、I I 非關(guān)聯(lián)方向不同，非關(guān)聯(lián)方向不同，P P = - = -UIUI 0 0，負(fù)載負(fù)載； P P =- =-UIUI 0 0， 電源電源。U U、I I 關(guān)聯(lián)參考方向，關(guān)聯(lián)參考方向，P P =

11、 =UI UI 0 0，負(fù)載負(fù)載； P = UIP = UI 0 0，電源電源。 U UI IU UI IU UI IU UI I2022年1月3日Page 24 4 、最大、最大功率功率 P=I2 R 負(fù)載消耗負(fù)載消耗的的功率功率 I= Us/(Rs+R)+-UsRs+U-RI P= Us2R/(Rs+R)2 當(dāng)當(dāng)Us和和Rs為定值時(shí)，為定值時(shí)，P隨著隨著R的變化而變化的變化而變化 當(dāng)當(dāng)R= Rs時(shí)，時(shí)，P有最大值，負(fù)載與信號源內(nèi)阻匹配的狀態(tài)有最大值，負(fù)載與信號源內(nèi)阻匹配的狀態(tài)Pmax= Us2/4Rs 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以利用匹配狀態(tài)獲得較大電流和功率可以利用匹配狀態(tài)獲得較大電流和功率 不足不足

12、：較大電流可能會(huì)危及電源和負(fù)載較大電流可能會(huì)危及電源和負(fù)載2022年1月3日Page 25 開關(guān)閉合開關(guān)閉合, ,接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載LsRRUsI負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓U U = = IRIR1 1、 特征特征: :I IR Rs sR RL L+ + - -UsUsU U+ + - -I I 電流的大小由負(fù)載決定。電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時(shí)，在電源有內(nèi)阻時(shí)，I I U U ?；蚧?U U = = Us Us IRIRS S1-3 電路的工作狀態(tài)電路的工作狀態(tài)1-3-1 有載狀態(tài)有載狀態(tài)P P = = P Ps s P P負(fù)載負(fù)載消耗消耗功率功率電源電源產(chǎn)生產(chǎn)生功率功率內(nèi)阻

13、內(nèi)阻消耗消耗功率功率 電源輸出的功率由負(fù)載決定。電源輸出的功率由負(fù)載決定。2022年1月3日Page 26 額定值額定值: : 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值： I II IN N ，P PP II IN N ，P PP PN N 額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)： I = II = IN N ，P = PP = PN N 例：例：燈泡：燈泡：U UN N = = 220V220V ，P PN N = = 60W60W電阻：電阻： R RN N = = 100100 ，P PN N = =1 W1 W U UN N 、P PN N 、 I IN N額定值反映電氣設(shè)備

14、的使用安全性；額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。2022年1月3日Page 27 1 1、特征、特征: : 開關(guān)開關(guān) 斷開斷開I = I = 0 0電源端電壓電源端電壓 ( ( 開路電壓開路電壓 ) )負(fù)載功率負(fù)載功率U U = U= Us s P P = = 0 01. 1. 開路處的電流等于零；開路處的電流等于零； I I = 0= 02. 2. 開路處的電壓開路處的電壓 Uoc Uoc 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開時(shí)的特征電路中某處斷開時(shí)的特征: :I I+ +UocUoc有有源源電電路路I IR Rs sR R

15、+ + - -UsUsU U+ + - -1-3-2 1-3-2 開路（空載）狀態(tài)開路（空載）狀態(tài)2022年1月3日Page 28 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征: :0SREII U U = = 0 0 P Ps s = = P = IP = IR R0 0P P = = 0 01. 1. 短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U U = 0= 02. 2. 短路處的電流短路處的電流 I Iscsc 視電路情況而定。視電路情況而定。I IScSc+ +U U有有源源電電路路I IR Rs sR RL L+ + - -UsUsU U+ + - -1-3-3 1-3-3 短路

16、狀態(tài)短路狀態(tài)2022年1月3日Page 29 1-4 1-4 電路理想元件電路理想元件1-4-1 1-4-1 電阻元件電阻元件 描述消耗電能的性質(zhì)的理想化元件描述消耗電能的性質(zhì)的理想化元件R Riu u+ +_ _參數(shù)參數(shù): :電阻電阻 R R 單位單位 歐姆歐姆 任一時(shí)間內(nèi)滿足任一時(shí)間內(nèi)滿足U-iU-i平面上為一條曲線平面上為一條曲線的確定關(guān)系的確定關(guān)系. . i / Au / V0RU-iU-i平面的曲線成為電阻的伏安特性曲線平面的曲線成為電阻的伏安特性曲線 1 .定義定義:2 .分類分類:R=U/I (R=U/I (常數(shù)常數(shù)) )線性電阻線性電阻伏安特性曲線是通過原點(diǎn)的直線伏安特性曲線是

17、通過原點(diǎn)的直線2022年1月3日Page 30 1-4 1-4 電路理想元件電路理想元件1-4-1 1-4-1 電阻元件電阻元件R Riu u+ +_ _i / Au / V02 .分類分類:非線性電阻非線性電阻伏安特性曲線不是通過原點(diǎn)的直線伏安特性曲線不是通過原點(diǎn)的直線電阻電阻R R不是常數(shù)不是常數(shù), ,隨著電壓和電流改變隨著電壓和電流改變2022年1月3日Page 31 iNiL電感電感: :( H( H、mH)mH)電流通過電流通過N N匝匝線圈產(chǎn)生線圈產(chǎn)生( (磁鏈磁鏈) )N 電流通過電流通過一匝一匝線圈產(chǎn)生線圈產(chǎn)生( (磁通磁通) )u ui + +- -1-4 1-4 電路理想元

18、件電路理想元件1-4-2 1-4-2 電感元件電感元件Li2022年1月3日Page 32 tiLtuddddLiLu+ +- -L LtiLuddL 0 tiddi 0 0 tiLuddLi 0 tidd0tidd2022年1月3日Page 33 uqCCuq)(FPFuF C、電容u ui iC C+ +_ _tuCidd 當(dāng)電壓當(dāng)電壓u u變化時(shí)，在電路中產(chǎn)生電流變化時(shí)，在電路中產(chǎn)生電流: :0dtduUu時(shí)，當(dāng)0i2022年1月3日Page 34 例：求下圖中例：求下圖中A點(diǎn)的電位。點(diǎn)的電位。 解：解：直流電路，電路中的電壓電流恒定直流電路，電路中的電壓電流恒定電感元件相當(dāng)于短路電感元

19、件相當(dāng)于短路電容元件相當(dāng)于開路電容元件相當(dāng)于開路I-8VAI1661：方法BVAUAB414VVVVA4)8(4I2642ABBAVVVV：方法VVB8VVA42022年1月3日Page 35 I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -Us2Us2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 11 12 23 3 3 31-5基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-5-1 術(shù)語術(shù)語2022年1月3日Page 36 在電路中，任一瞬間流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之在電路中，任一瞬間流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): : 或或: :

20、= 0= 0I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -USUS2 2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 1對節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn) a a ：I I1 1+ +I I2 2 = = I I3 3或或 I I1 1+ +I I2 2I I3 3= 0= 01-5-2 KCL KCL定律定律2022年1月3日Page 37 I I =?=?例例2:2:廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)I I = 0 = 0I IA A + + I IB B + + I IC C = 0= 0A AB BC CI IA AI IB BI IC C2 2 + +_ _+ +_ _I I5 5 1 1 1

21、 1 5 5 6V6V12V12V2022年1月3日Page 38 在任一瞬間，電路任一回路內(nèi)各部分電壓的代數(shù)和等于零。在任一瞬間，電路任一回路內(nèi)各部分電壓的代數(shù)和等于零。 即即 U=0U=0 對回路對回路1 1：對回路對回路2 2：或或 U US S1 1 = = I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3或或U US S2 2= = I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3 I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3 U US S1 1 = 0 = 0 I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3 U US S2 2 =

22、0 = 0 I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -UsUs2 2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 11 12 21-5-3 KVL KVL定律定律在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則電位升之和等于電位降之和。即：電位升之和等于電位降之和。即： U U升升 = = U U降降 2022年1月3日Page 39 1 1列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路方向；回路方向； 電位升電位升 = = 電位降電位降 E E2 2 = =U UBE BE + + I I2 2R R2 2 U U = 0

23、= 0 I I2 2R R2 2 E E2 2 + + U UBEBE = 0= 02 2應(yīng)用應(yīng)用 U U = 0 = 0項(xiàng)前符號的確定：項(xiàng)前符號的確定： 與回路方向相同與回路方向相同 虛擬回路可按回路處理。虛擬回路可按回路處理。1 1對回路對回路1 1：E E1 1U UBEBEE E+ +B B+ +R R1 1+ +E E2 2R R2 2I I2 2_2022年1月3日Page 40 URRRU2111 URRRU2122 1-6電阻的串聯(lián)和并聯(lián)電阻的串聯(lián)和并聯(lián)1-6-1 電阻的串聯(lián)電阻的串聯(lián)2022年1月3日Page 41 IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR

24、1-6-2 電阻的并聯(lián)電阻的并聯(lián)2022年1月3日Page 42 a ab bRabRab8 8 6 6 3 3 8 8 8 8 圖aa ab bRabRab1010 1010 7 7 4 4 4 4 圖b2022年1月3日Page 43 2022年1月3日Page 44 sSUIIR電流源電流源SSUsIR其中sSUIIR即1-7-2 電流源電流源2022年1月3日Page 45 設(shè)設(shè) I IS S = 10 A = 10 A，接上，接上R RL L 后，恒流源對外輸出電壓。后，恒流源對外輸出電壓。R RL L I IU UI IS SO OI II IS SU U+_2022年1月3日Page 46 解解: :+ +a ab bU U2 2 5V5V(a)(a)+ + + +a ab bU U5V5V(c)(c)+ + a a+ +- -2V2V5V5VU U+ +- -b b2 2 (c)(c)+ + (b)(b)a aU U 5A5A2 2 3 3 b b+ + (a)(a)a a+ +5V5V3 3 2 2 U U+ + a a5A5Ab bU U3 3 (b)(b)+ + 2022年1月3日Page 47 解解: :a a+ +b bU U18V18V(d)(d)+ + a