電工技術(shù)第一章

1、第第1 1章章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律 電路的基本概念電路的基本概念1.11.21.3理想電路元件理想電路元件基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.參考方向、（非參考方向、（非 ）關(guān)聯(lián)參考方向）關(guān)聯(lián)參考方向 重點重點： 難點難點：2.理想電路元件及元件伏安特性（理想電路元件及元件伏安特性（VCR）3.基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.參考方向的理解參考方向的理解2.基爾霍夫兩大定律的靈活應(yīng)用基爾霍夫兩大定律的靈活應(yīng)用1.1電路的基本概念電路的基本概念1. 實際電路的組成及作用實際電路的組成及作用 實際電路是由電氣器件和電氣設(shè)備用導(dǎo)線相互實際電路是由電氣器件和電氣設(shè)備用導(dǎo)線相互連接，為

2、實現(xiàn)某種功能而構(gòu)成的電流通路。連接，為實現(xiàn)某種功能而構(gòu)成的電流通路。實際電路的作用實際電路的作用 (1) (1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換。 (2) (2) 實現(xiàn)信息的傳遞、控制與處理。實現(xiàn)信息的傳遞、控制與處理。1.1 電路的基本概念電路的基本概念實際電路的組成實際電路的組成電源電源負載負載中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)電源電源 激勵（源）激勵（源） 輸入輸入 產(chǎn)生產(chǎn)生電流和電壓電流和電壓響應(yīng)響應(yīng)輸出輸出說明說明1.1 電路的基本概念電路的基本概念1.1 電路的基本概念電路的基本概念2. 理想電路元件理想電路元件實際的電氣器件工作時產(chǎn)生的電磁現(xiàn)象比較復(fù)雜；實際的電氣器件工作時

3、產(chǎn)生的電磁現(xiàn)象比較復(fù)雜； 理想電路元件是對實際電路元件的科學(xué)抽象和概括；理想電路元件是對實際電路元件的科學(xué)抽象和概括；實際上是一種數(shù)學(xué)模型，用國家規(guī)定的標準符號表示。實際上是一種數(shù)學(xué)模型，用國家規(guī)定的標準符號表示。 基本的理想電路元件具有一種確定電磁性質(zhì)基本的理想電路元件具有一種確定電磁性質(zhì)電阻元件：電阻元件：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件電感元件：電感元件：表示產(chǎn)生磁場表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件儲存磁場能量的元件電容元件：電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：電壓源和電流源：提供電壓、電流的元件提供電壓、電流的元件受控源：受控源

4、：表示某一處電壓電流控制另一處的電磁現(xiàn)象表示某一處電壓電流控制另一處的電磁現(xiàn)象1.1 電路的基本概念電路的基本概念1.1 電路的基本概念電路的基本概念3. 電路模型電路模型 電路模型電路模型：由由理想電路元件理想電路元件構(gòu)成的模型，用于分構(gòu)成的模型，用于分析計算的析計算的電路圖形電路圖形。 電路模型電路模型 對于一個實際電路，將實際電氣器件用理想電路對于一個實際電路，將實際電氣器件用理想電路元件替代，得到的可用電路符號表示的模型，稱之元件替代，得到的可用電路符號表示的模型，稱之為電路模型或電路圖。為電路模型或電路圖。l 具有相同主要電磁性能的實際電路部件，具有相同主要電磁性能的實際電路部件，

5、在在一定條件下可用同一電路模型表示。一定條件下可用同一電路模型表示。l 同一實際電路部件在不同的條件下，其電路模同一實際電路部件在不同的條件下，其電路模型可以不同。型可以不同。l 一個實際電路若能用對應(yīng)的電路模型表示進而分一個實際電路若能用對應(yīng)的電路模型表示進而分析，必須滿足集總化條件。析，必須滿足集總化條件。ll -實際電路的最大尺寸實際電路的最大尺寸-工作頻率對應(yīng)的波長工作頻率對應(yīng)的波長1.1 電路的基本概念電路的基本概念注意注意1.1 電路的基本概念電路的基本概念4. 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向電流的定義與實際方向電流的定義與實際方向 規(guī)定：規(guī)定：正電荷移動的方向為電流實際

6、方向。正電荷移動的方向為電流實際方向。tqidd定義：定義：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 實際方向?qū)嶋H方向只有兩種可能只有兩種可能電壓的定義與實際方向電壓的定義與實際方向 定義：定義：在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從A點點移動到移動到B點所做的功，或等于兩點之間的電位之差。點所做的功，或等于兩點之間的電位之差。 規(guī)定：規(guī)定：高電位指向低電位的方向，即電位真正降高電位指向低電位的方向，即電位真正降低的方向為電壓實際方向。低的方向為電壓實際方向。實際方向?qū)嶋H方向只有兩種可能只有兩種可能qWudd1.1 電路的基本概念電路的基本

7、概念電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 復(fù)雜電路的實際方向不易判斷；復(fù)雜電路的實際方向不易判斷；正弦交流激勵時，電路中的電壓和電流隨時間變化。正弦交流激勵時，電路中的電壓和電流隨時間變化。參考方向參考方向是任意指定的電壓（電流）方向是任意指定的電壓（電流）方向。（1 1）電流的參考方向）電流的參考方向 i 0i 0u 0 元件吸收功率元件吸收功率p0 元件吸收功率元件吸收功率p0, 電容吸收功率，電容吸收功率，電容充電；電容充電； p 0吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載;p0發(fā)出功率，起電源作用。發(fā)出功率，起電源作用。1.2 理想電路元件理想電路元件（4）實際電壓源模型）實際電壓源模

8、型注意：實際電壓源不允許短路。注意：實際電壓源不允許短路。1.2 理想電路元件理想電路元件電流源電流源 (1) 定義、符號定義、符號設(shè)流過電流源的電流為設(shè)流過電流源的電流為i(t), 則定義可簡述為：則定義可簡述為：utii(t)S對于任意對于任意 , )( 不論外電路如何，端電流與其端電壓不論外電路如何，端電流與其端電壓 無關(guān)，無關(guān)，端電流總能保持給定值或一定的時間函數(shù)的元件端電流總能保持給定值或一定的時間函數(shù)的元件 其兩端的電壓受外電路的影響。其兩端的電壓受外電路的影響。（2）電流源的電壓、電流關(guān)系（）電流源的電壓、電流關(guān)系（VCR） 電流源的電流由其本身決定，與外電路無關(guān)電流源的電流由其

9、本身決定，與外電路無關(guān);utii(t)S對于任意對于任意 , )( (3) 電流源的功率電流源的功率對于電流源，一般取非關(guān)聯(lián)參考方向?qū)τ陔娏髟?，一般取非關(guān)聯(lián)參考方向suip1.2 理想電路元件理想電路元件（4）實際電流源模型）實際電流源模型 實際電流源不允許開路。實際電流源不允許開路。 因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很大，可能燒毀電源。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很大，可能燒毀電源。 實際電流源向外提供電流時，總小于電流源電流。實際電流源向外提供電流時，總小于電流源電流。1.2 理想電路元件理想電路元件1.2 理想電路元件理想電路元件5. 受控源受控源電路中的受控現(xiàn)象電路中的受控現(xiàn)象ic=b b ibd

10、oAuu A +同相輸入端反相輸入端uouu+iCui+iB+VBBRb+VCCRcuCEuo基本共射極放大電路基本共射極放大電路1.2 理想電路元件理想電路元件常用電路符號常用電路符號+受控電壓源受控電壓源受控源的定義受控源的定義受控電流源受控電流源 電壓或電流電壓或電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某處的某處的電壓電壓(或電流或電流)控制的電源，稱受控（電）源。控制的電源，稱受控（電）源。被控量被控量控制量控制量1.2 理想電路元件理想電路元件受控源的分類和符號受控源的分類和符號VCVS CCVS VCCS CCCS 根據(jù)控制量和被控制量是電壓根據(jù)控制量和

11、被控制量是電壓u 或電流或電流i，受控源，受控源可分可分四種類型：四種類型：1.2 理想電路元件理想電路元件受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較 獨立源是給定的、獨立的，而受控源由控制獨立源是給定的、獨立的，而受控源由控制量決定。量決定。 獨立源獨立源起起“激勵激勵”作用，而作用，而受控源受控源是反映電路是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流電壓或電流的的控制關(guān)系控制關(guān)系。受控源的處理方式受控源的處理方式 受控源的控制量一般不能消失受控源的控制量一般不能消失。 一般情況下，可先當獨立源處理；一般情況下，可先當獨立源處理；例例1-2：圖示電路中，電流源：

12、圖示電路中，電流源A2siS2g，VCCS的控制系數(shù)的控制系數(shù)，求，求u。解：解：V1051siuV40102221guu1.2 理想電路元件理想電路元件n1848年，總結(jié)了集總參數(shù)年，總結(jié)了集總參數(shù)電路的基本規(guī)律，提出電路的基本規(guī)律，提出：n基爾霍夫電流定律，基爾霍夫電流定律， 簡稱簡稱 KCL；n基爾霍夫電壓定律，基爾霍夫電壓定律， 簡稱簡稱KVL；基爾霍夫基爾霍夫(克希荷夫）克希荷夫） (Kirchhoff)1824 1887 德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家柏林科學(xué)院院士柏林科學(xué)院院士 被稱為被稱為“電路求解大師電路求解大師”1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1. 幾個概念幾個概念支路：支路：每

13、一個二端元件稱為一條支路。每一個二端元件稱為一條支路。結(jié)點結(jié)點：支路的連接點。：支路的連接點。b=6n=4 回路回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑。：由支路構(gòu)成的閉合路徑。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律2. 基爾霍夫電流定律（基爾霍夫電流定律（KCL） 集總參數(shù)電路中，任意時刻，任意結(jié)點上的所有集總參數(shù)電路中，任意時刻，任意結(jié)點上的所有支路電流的支路電流的代數(shù)和代數(shù)和為零。為零。流出流出該結(jié)點的支路電流該結(jié)點的支路電流取取“+ +”號號, ,否則取否則取“-”-”號。號。mti1b0)( 出出入入iior 規(guī)定：規(guī)定：對結(jié)點對結(jié)點和結(jié)點和結(jié)點應(yīng)用應(yīng)用KCL定律，可得：定律，可得： 0321+iii0

14、543+iii321iii+543iii+或或uKCL實質(zhì)：電荷守恒和電流連續(xù)性。實質(zhì)：電荷守恒和電流連續(xù)性。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律u廣義廣義KCL定律定律包含幾個結(jié)點的閉合面包含幾個結(jié)點的閉合面KCL對廣義結(jié)點同樣適用對廣義結(jié)點同樣適用廣義結(jié)點廣義結(jié)點0321III1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律3.基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL） 在集總參數(shù)電路中，任意時刻，任一回路中，在集總參數(shù)電路中，任意時刻，任一回路中，所有支路電壓的代數(shù)和等于零。所有支路電壓的代數(shù)和等于零。規(guī)定規(guī)定 支路電壓的參考方向與回路方向支路電壓的參考方向與回路方向一致取

15、一致取“+”+”號號， 否則取否則取“-”-”號。號。 0)(tu1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律l KVL的實質(zhì)：電壓與路徑無關(guān)（能量守恒）。的實質(zhì)：電壓與路徑無關(guān)（能量守恒）。06432+uuuu6243uuuu+l 對于一個假想的回路，對于一個假想的回路，KVL仍然成立。仍然成立。 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律試寫出實際電壓源的端口試寫出實際電壓源的端口VCR 。0+ssuuiRiRuussKCL、KVL的進一步說明：的進一步說明：KCL是對支路電流的線性約束，是對支路電流的線性約束，KVL是對支路電是對支路電壓的線性約束。壓的線性約束。KCL、KVL與支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。與支

16、路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。KCL表明表明了了電荷守恒；電荷守恒；KVL表明能量守恒表明能量守恒(電壓電壓與路徑無關(guān)與路徑無關(guān))。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律4.基爾霍夫定律的應(yīng)用基爾霍夫定律的應(yīng)用 例例1-3：已知電流：已知電流I12A，I21A，R65。試按照圖中所標的參考方向求電壓試按照圖中所標的參考方向求電壓U。解：解： 對結(jié)點對結(jié)點a應(yīng)用應(yīng)用KCL可得可得A31221+III06+ II由廣義由廣義KCL可得可得根據(jù)歐姆定律可得所求電壓根據(jù)歐姆定律可得所求電壓V15)3(566IRU1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例1-4 ：已知：已知Us130V，Us280V，I13A，R110，R220。（。（1）試求元件）試求元件3支路電壓支路電壓U3和流過的支路電流和流過的支路電流I3，并指出它是電源還是負載。，并指出它是電源還是負載。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例1-4對回路對回路應(yīng)用應(yīng)用KVL0122211+ssUUIRIRA12I對結(jié)點對結(jié)點a應(yīng)用應(yīng)用KCL0321+III得得得得A23I對回路對回路應(yīng)用應(yīng)用KVL03222+UUIR