電工學(xué) 秦曾煌第七版 第一章課件

1、（1-0）第一章第一章電路的基本概念和電路的基本概念和基本定律基本定律（1-1）第一章第一章 電路的基本概念電路的基本概念 和基本定律和基本定律1.1 1.1 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分1.2 1.2 電路模型電路模型1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向1.4 1.4 歐姆定律歐姆定律1.5 1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.7 1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電路中電位的概念及計(jì)算（1-2）1.1 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分電路：電路：電流的通路。它由電工設(shè)備電流的通路。它由電工設(shè)

2、備 或元件按一定方式組合而成?；蛟匆欢ǚ绞浇M合而成。（1-3）放大放大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線電力電路電力電路強(qiáng)電電路強(qiáng)電電路電子電路電子電路弱電電路弱電電路（1-4）電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線（1-5）直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大

3、、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒（1-6）電路中的電源或信號(hào)源的電壓或電流電路中的電源或信號(hào)源的電壓或電流激勵(lì)激勵(lì)：響應(yīng)響應(yīng)：激勵(lì)在電路中各部分產(chǎn)生的電壓或電流激勵(lì)在電路中各部分產(chǎn)生的電壓或電流電路分析：電路分析：在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路的激勵(lì)與響應(yīng)的關(guān)系。的激勵(lì)與響應(yīng)的關(guān)系。（1-7）用用理想電路元件理想電路元件或它們的組合來模擬實(shí)際電路或它們的組合來模擬實(shí)際電路1. 2 電路模型電路模型具有某種確定的電磁性質(zhì)的假想元件具有某種確定的電磁性質(zhì)的假想元件電阻元件電阻元件 電感元件電

4、感元件 電容元件電容元件 電源元件電源元件實(shí)際元件理想化，是在一定條件下突出其主要的電實(shí)際元件理想化，是在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素磁性質(zhì)，忽略其次要因素。（1-8）常用理想元件符號(hào)常用理想元件符號(hào)（1-9）例：例：（1-10）電池電池是電源元件，其參數(shù)為是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro燈泡燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；筒體筒體用來連接電池和燈泡，其用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。的理想導(dǎo)體。R+RoES+UI電池電池?zé)襞轃襞?/p>

5、導(dǎo)線導(dǎo)線開關(guān)開關(guān)開關(guān)開關(guān)用來控制電路的通斷用來控制電路的通斷。（1-11）物理量的實(shí)際正方向物理量的實(shí)際正方向1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向正電荷移動(dòng)的方向正電荷移動(dòng)的方向 電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向 ( (低電位低電位 高電位高電位) ) 電位降落的方向電位降落的方向 (高電位高電位 低電位低電位) )（1-12）參考方向參考方向-電路分析中的假設(shè)正方向電路分析中的假設(shè)正方向問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量，如何求解？在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量，如何求解？電流方向電流方向AB？電流方向電流方向BA？E1ABRE2IR（1-13）(

6、1) (1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法解決方法: :(3) (3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2) (2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；系的代數(shù)表達(dá)式；E1ABRE2IR（1-14）參考方向的表示方法參考方向的表示方法+-IR電流：電流：u_+正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)abUab（

7、高電位在前，高電位在前， 低電位在后）低電位在后） 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭uab電壓電壓（1-15）實(shí)際正方向：實(shí)際正方向： 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。參考方向：參考方向： 在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。Notice（1-16）IRa ba bRa b+-RUI = -1AU = -3VUab = +3V（1-17）（1-17）已知：已知：E=2V, R=1問：?jiǎn)枺?當(dāng)當(dāng)U分別為分別為 3V 和和 1V 時(shí)，時(shí)，IR=?E RabUIRUR+ -（1-18）某元件上電流的參考方向與電壓的參考方向一致，某元件上電流的參考方向與電壓的

8、參考方向一致，稱為稱為關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向元件元件i+_u關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向（1-19）U、I 參考方向相同時(shí)參考方向相同時(shí)RU+IRU+IU = I R1.4 歐姆定律歐姆定律（1-20） 例例: 應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻RRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A（1-21） 式前的正負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考 方向之間的關(guān)系。方向之間的關(guān)系。用歐姆定律列方程時(shí)，一定要在圖中標(biāo)明參考方向用歐姆定律列方程時(shí)，

9、一定要在圖中標(biāo)明參考方向! !電路分析中盡可能采用關(guān)聯(lián)參考方向電路分析中盡可能采用關(guān)聯(lián)參考方向歐姆定律歐姆定律UIR （1-22）（1-22）伏安特性伏安特性iuconstiuRRiuuiconstiuR線性電阻線性電阻非線性電阻非線性電阻電阻電阻 R（常用單位：（常用單位： 、k 、M ）（1-23） I2= -1A5abc55I1= 2AI3= -3AUab = ?Ubc = ?Uca = ?P14 題題 1.4.2（b）練習(xí)練習(xí)（1-24）1.5 1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路開關(guān)閉合開關(guān)閉合, 接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載RREI 0負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓U =

10、 IR電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系在電源有內(nèi)阻時(shí)在電源有內(nèi)阻時(shí) I I U U 或或 U = E IR0電源的外特性電源的外特性EUI0R0ER+I電源內(nèi)阻越小，當(dāng)電流有變動(dòng)時(shí)，電源端電源內(nèi)阻越小，當(dāng)電流有變動(dòng)時(shí)，電源端電壓變動(dòng)不大電壓變動(dòng)不大- 帶負(fù)載能力強(qiáng)帶負(fù)載能力強(qiáng)。負(fù)載大小的概念負(fù)載大小的概念: :負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加*（1-25）（1-25）aIRUb功率的概念功率的概念 PUI如果如果U I方向不一方向不一致結(jié)果如何？致結(jié)果如何？功率與功率平衡功率與功率平衡（1-26）U = E IRoUI = EI I2RoP = PE P負(fù)載取負(fù)載取

11、用功率用功率電源產(chǎn)電源產(chǎn)生功率生功率內(nèi)阻消內(nèi)阻消耗功率耗功率R0ER+I 功率與功率平衡功率與功率平衡P16 P16 例例1.5.11.5.1（1-27）（1-27） 電源：電源：U 和和 I 的的，即電流從實(shí)，即電流從實(shí)際的際的“+”端端，發(fā)出功率。，發(fā)出功率。IUab+-U 、 I P = UI 0電源與負(fù)載的判別電源與負(fù)載的判別（1-28）（1-28） 負(fù)載：負(fù)載：U 和和 I 的的，即電流從實(shí)，即電流從實(shí)際的際的“+”端端，發(fā)出功率。，發(fā)出功率。U 、 I P = UI 0U 、 I P = UI 0 負(fù)載負(fù)載 P IN ，P PN ： I IN ，P PN 額定值額定值（1-34）（

12、1-34）例：一只例：一只220V,60W220V,60W的白熾燈的白熾燈, , 接在接在220V220V的電源上，求的電源上，求通過電燈的電流和電燈此時(shí)的電阻。如果每晚工作通過電燈的電流和電燈此時(shí)的電阻。如果每晚工作3h(3h(小時(shí)小時(shí)) )，問一個(gè)月消耗多少電能，問一個(gè)月消耗多少電能? ? P17：例：例1.5.2（1-35）例：有一額定值為例：有一額定值為5W 5005W 500的繞線電阻，其額定電流的繞線電阻，其額定電流是多少？在使用時(shí)電壓不得超過多大的數(shù)值？是多少？在使用時(shí)電壓不得超過多大的數(shù)值？P18：例：例1.5.3（1-36） 開關(guān)斷開開關(guān)斷開( ( 開路電壓或空載電壓開路電壓

13、或空載電壓 ) )特征特征:I = 0U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零開路處的電流等于零2. 開路處的電壓開路處的電壓 等于電源電動(dòng)勢(shì)等于電源電動(dòng)勢(shì)3.電源不輸出功率電源不輸出功率IRoR - -EU0 - -（1-37）電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 0IRRo - -E（1-38）例：若電源的開路電壓例：若電源的開路電壓Uo =12VUo =12V，短路電流，短路電流Is=30AIs=30A，試問，試問電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻各為多少？電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻各為多少？P19：例：例1.5.4ER 0+-+

14、-UI0（1-39）練習(xí)：練習(xí)：為使為使6V6V、50mA50mA的電珠正常發(fā)光，應(yīng)采用那個(gè)電路？的電珠正常發(fā)光，應(yīng)采用那個(gè)電路？P31 題題 1.5.13（1-40）（1-40）1：試問可否將：試問可否將110100W和和110V40W的兩只白的兩只白熾燈串聯(lián)在熾燈串聯(lián)在220V的電源上使用？的電源上使用？2：試問將：試問將4010W和和20020W的兩只電阻串聯(lián)的兩只電阻串聯(lián)使用，其兩端最高允許電壓應(yīng)多大？使用，其兩端最高允許電壓應(yīng)多大？3：據(jù)日常觀察，電燈在深夜要比黃昏時(shí)亮一些，：據(jù)日常觀察，電燈在深夜要比黃昏時(shí)亮一些，為什么？為什么？練習(xí)：練習(xí)：（1-41） 用來描述電路中各部分電壓或

15、電流間的關(guān)系，用來描述電路中各部分電壓或電流間的關(guān)系，包括包括電流電流(KCL)和和電壓電壓(KVL)兩個(gè)定律。兩個(gè)定律。名名詞詞結(jié)點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：支路：電路中每一個(gè)分支電路中每一個(gè)分支 每每條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流回路：回路：電路中任一閉合路徑電路中任一閉合路徑1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律（1-42）支路數(shù)支路數(shù)結(jié)點(diǎn)數(shù)結(jié)點(diǎn)數(shù)回路數(shù)回路數(shù)R1R2R3R4R5+_+_uS1uS2支路、支路、結(jié)點(diǎn)、回路結(jié)點(diǎn)、回路（1-43）一、基爾霍夫電流定律一、基爾霍夫電流定律(KCL)(KCL) 對(duì)任何結(jié)點(diǎn)，在任一

16、瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于對(duì)任何結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。由結(jié)點(diǎn)流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個(gè)結(jié)或者說，在任一瞬間，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0 0。 I1I2I3I44231IIII基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性 I =0即：即：例例或或：04231-IIII（1-44）KCL的應(yīng)用的應(yīng)用漏電保護(hù)器漏電保護(hù)器220VIiIOIi IO時(shí)，時(shí)，表明有漏電出現(xiàn)表明有漏電出現(xiàn)開關(guān)開關(guān)S立刻打開，立刻打開，起到漏電保護(hù)的作用。起到漏電保護(hù)的作用。電器電器漏電漏電保護(hù)器保護(hù)器SSIr（1-45）KCLKCL可以

17、擴(kuò)展到電路的任意封閉面可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面!I1+ I2=I3例例基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展I=?例例I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-46）二、基爾霍夫電壓定律二、基爾霍夫電壓定律(KVL)(KVL) 對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其對(duì)電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降。電位升等于電位降。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIEERIRI電位升電位升電位降電位降0U或：或：033355444-ERIRIERI或電壓的代數(shù)和為或電壓的代數(shù)和為 0。（1-47）0-ERIUabE+_RabUabI基

18、爾霍夫電壓定律也適合開口電路基爾霍夫電壓定律也適合開口電路例例RIUEab電位升電位升電位降電位降RIEUab-（1-48）例：已知例：已知 U UABAB = 5V = 5V，U UBCBC= -4V= -4V，U UDADA= -3V = -3V 試求試求 U UCDCD = = ？U UCACA = = ？ P24：例：例1.6.2A_+BCDUAB_+UCDUDAUCA+（1-49）例：已知例：已知 R R1 1= 10k= 10k，R RB B= 20k= 20k，E EB B= 6V= 6VU US S= 6V = 6V ， U UBEBE= -0.3V = -0.3V 試求試求I

19、 IB B 、 I I2 2 、 I I1 1R1US+-RB+_A+_UBEBEEBI1IBI2（1-50）1列方程前標(biāo)注回路循行方向；列方程前標(biāo)注回路循行方向；2應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)：項(xiàng)前符號(hào)： 使用使用KVLKVL注意注意U = 0 I2R2 E2 + UBE = 01 1E2UBEE+B+R2I2_例例（1-51）3321III+-10V35-3A4AI4ABCI1I2I3I5基爾霍夫定律僅與元件的相互聯(lián)接有關(guān)，基爾霍夫定律僅與元件的相互聯(lián)接有關(guān)，與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。（1-52）電位的概念電位的概念：Va = 5V a 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：ab1 5Aab1 5AV

20、b = -5V b 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：在電路中任選一結(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用在電路中任選一結(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用 標(biāo)記），標(biāo)記），此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各結(jié)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各結(jié)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該結(jié)點(diǎn)的電位。記為：結(jié)點(diǎn)的電位。記為：“VX” 1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電路中電位的概念及計(jì)算電位和電壓的區(qū)別：電位和電壓的區(qū)別：電位為單下標(biāo)，其值是相對(duì)的。參考點(diǎn)電位為單下標(biāo)，其值是相對(duì)的。參考點(diǎn)選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變（1-53）電位在電路中的表示法電位在電路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3

21、+E1-E2（1-54）R1R2+15V-15V 參考電位在哪里參考電位在哪里？R1R215V+-15V+-（1-55）（1-55）例：已知例：已知R R1 1=100k=100k，R R2 2=50k=50k，B B點(diǎn)開路，試求點(diǎn)開路，試求B B點(diǎn)點(diǎn)的電位？的電位？P27：例：例1.7.1+6VACIBR1R2-9V+_ABCR1R29V+_6V（1-56）思考？思考？I = 0E2E3E1+_RR1R+_+_R通常：通常：I 0I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-57）例：例：A A點(diǎn)開路點(diǎn)開路, ,試求開關(guān)試求開關(guān)S S閉合和斷開時(shí)閉合和斷開時(shí)A A點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位 P28：題：題1.7.3ARR+6VSI（1-58）（1-58）例：已知例：已知E E1 1= 6V,E= 6V,E2 2=4V,R=4V,R1 1=4,R=4,R2 2=R=R3 3=2=2， A A點(diǎn)開路，點(diǎn)開路，求求A A點(diǎn)的電位？