電工電子學(xué)C：第一章 電路的基本概念

電工電子學(xué)C工業(yè)控制電機控制機床控制生產(chǎn)過程自動化控制樓宇電梯控制......磁懸浮列車盲人引路車大型車床信號檢測壓力、溫度、水位、流量等的測量與調(diào)節(jié)電子儀器醫(yī)療儀器......CT掃描家用電器電燈、電話廣播、電視冰箱、洗衣機家庭影院......樓宇電梯的控制2022/12/10機電一體化充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電動轉(zhuǎn)向、空調(diào)、音響、雨刷、安全報警、電動門窗…….電子機械驅(qū)動控制系統(tǒng)電機驅(qū)動系統(tǒng)汽車電子2022/12/10第一章電路的基本概念1.1電路的作用和組成1.2電路的基本物理量1.3電阻、電容和電感元件1.4電源元件1.5電路的工作狀態(tài)1.6電路的基本定律1.7電路中電位的概念及計算2022/12/101.1電路的作用和組成電路：由各種元件相互連接而構(gòu)成的電流的通路。

1、實現(xiàn)電能的傳輸、轉(zhuǎn)換；

2、實現(xiàn)信號的傳遞與處理。一、電路的作用：電池?zé)襞莘糯笃鲹P聲器話筒2022/12/10二、電路的組成及模型：1、組成：電源、負載和中間環(huán)節(jié)。電池?zé)襞蓦娫?提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用2022/12/102、模型：

為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關(guān)電池導(dǎo)線SR2022/12/10幾個概念：激勵：作用于電路上的電源或信號源的電壓或電流，也稱為輸入。響應(yīng)：由激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流，也稱為輸出。電路分析：在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，分析電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系。2022/12/101.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向：1、電流：3、實際方向：4、參考方向：2、分類：電荷在導(dǎo)體中有規(guī)則的定向移動形成電流，亦叫電流強度，簡稱電流i。直流電流I、交流電流i。習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流的實際方向。任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。2022/12/105、正負：10V10I110V10I1I1=1AI1=-1A當(dāng)電流的參考方向與其實際方向一致時，其值為正；當(dāng)電流的參考方向與其實際方向相反時，其值為負。2022/12/106、表示方法：

a、用箭頭來表示，箭頭的方向為其參考方向；

b、用雙下標表示，例如Iab表示電流參考方向由a指向b。7、單位：安培（A：Ampere）

[毫安mA微安uA]

換算：1mA=10-3A1uA=10-6A2022/12/10二、電壓和電動勢及其參考方向：（1）電壓：（3）實際方向：（4）參考方向：1、電壓：（2）分類：電場力把單位正電荷從電路中的一點移動到另一點所作的功，即為這兩點之間的電壓u。直流電壓U、交流電壓u。規(guī)定由高電位端指向低電位端。任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。2022/12/10（5）正負：U>0U<0電壓值為正時，電壓的實際極性和參考極性相同，否則相反。2022/12/10（6）表示方法：

（7）單位：a、用極性“＋”、“－”表示，參考方向由正指向負；b、用雙下標表示，例如Uab表示其參考方向由a指向b。伏特（V：Volt)[毫伏mV微伏uV千伏kV換算：1mV＝10－3V1uV＝10－6V1kV＝103V2022/12/102、關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向：關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向

關(guān)聯(lián)參考方向：

非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向一致；電流和電壓的參考方向不一致；2022/12/103、電動勢：（1）概念：（2）實際方向：（3）單位：描述了電源中外力做功的能力，它的大小等于外力在電源內(nèi)部克服電場力把單位正電荷從負極移到正極所做的功。在電源內(nèi)部由負極指向正極。伏特（V：Volt)2022/12/10三、電功率：1、概念：2、單位：3、計算：

（1）當(dāng)電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向時：（2）當(dāng)電流和電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向時：（3）若，表示該元件吸收功率；（負載）若 ,表示該元件產(chǎn)生功率。（電源）描述電路元件中電能變換的速度，其值為單位時間內(nèi)元件所吸收或輸出的電能。瓦（W）2022/12/101.3電阻、電感和電容元件一、電阻元件：

線性電阻元件：歐姆定律：R為電阻，單位：歐姆（）u

－Ri（非關(guān)聯(lián)參考方向）

令G

1/R（關(guān)聯(lián)參考方向）u

Ri伏安曲線為通過坐標原點的一條直線。G稱為電導(dǎo)單位：西門子（S：Siemens）2022/12/10

功率：

能量：非線性電阻元件：（耗能元件）伏安曲線不是通過坐標原點的一條直線。2022/12/10二、電容元件：線性電容元件：對線性電容元件有：q=Cu

C稱為電容器的電容單位：庫伏特性曲線在u－q平面上為通過原點的直線。法拉（F）[微法F

納法nF

皮法pF]1F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F2022/12/10電壓、電流關(guān)系：（直流相當(dāng)于斷路）

電場能量：非線性電容元件：（儲能元件）庫伏特性曲線在u－q平面上不是通過原點的直線。2022/12/10三、電感元件：線性電感元件：對線性電感元件有：L稱為電感器的電感單位：韋安特性曲線在i－平面上為通過原點的直線。亨利（H）[微亨H

毫亨mH]1H=10-6H1mH=10-3H電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁心、鐵心上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝2022/12/10由電磁感應(yīng)定律可得，自感電動勢為：端電壓：（直流相當(dāng)于短路）

磁場能量：（儲能元件）2022/12/101.4電源元件

能夠獨立向外電路提供能量的電源，分為電壓源和電流源。一、獨立電源：1、理想電源：

是實際電源的理想化模型，分為理想電壓源和理想電流源。（1）理想電壓源：

向負載提供一個恒定值的電壓——直流電壓US或頻率和幅值不變的交流電壓us。圖形符號伏安特性特點：

（1）恒壓源兩端的電壓與流過電源的電流無關(guān)；

（2）恒壓源輸出電流的大小取決于所連接的外電路。2022/12/10（2）理想電流源：

向負載提供一個恒定值的電流——直流電流IS或頻率和幅值不變的交流電流is。圖形符號伏安特性特點：（1）恒流源輸出的電流與恒流源的端電壓無關(guān)；

（2）恒流源的端電壓取決于與恒流源相連接的外電路。2022/12/10其電路模型通常為電源元件和電阻元件的組合。2、實際電源：（1）電壓源：2022/12/10（2）電流源：2022/12/10二、受控電源：1、定義:

2、電路符號：電壓源的電壓或電流源的電流受電路中其他部分的電壓或電流控制。2022/12/10三、分類：1、電流控制的電流源

(CurrentControlledCurrentSource)2、電流控制的電壓源

(CurrentControlledVoltageSource)

:電流放大倍數(shù)

r

:轉(zhuǎn)移電阻2022/12/103、電壓控制的電流源

(VoltageControlledCurrentSource)

4、電壓控制的電壓源

(VoltageControlledVoltageSource)g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo):電壓放大倍數(shù)2022/12/101.5電路的工作狀態(tài)一、有載狀態(tài)：1、特性：開關(guān)閉合負載電流：端電壓：U=IR負載功率：電源外特性IUE電源產(chǎn)生的功率

電源內(nèi)部消耗的功率功率平衡電源輸出的功率2022/12/102、額定值及運行狀態(tài):額定值:運行狀態(tài):欠載（輕載）：（不經(jīng)濟）過載（超載）：（設(shè)備易損壞）額定工作狀態(tài)：（經(jīng)濟合理安全可靠）電器設(shè)備的安全使用值，用UN、IN和PN表示。2022/12/103、電源與負載電源與負載的判別：根據(jù)電壓和電流的實際方向，可以確定某一電路元件是電源還是負載。電源：U和I的實際方向相反；電流從“+”流出；輸出功率，p<0。負載：U和I的實際方向相同；電流從“+”流入；取用功率，p>0。2022/12/10二、開路狀態(tài)：開關(guān)斷開特征:負載功率：電流:開路電壓：2022/12/10三、短路狀態(tài)：導(dǎo)線短接

特征:端電壓:負載功率:電源功率:短路電流:2022/12/101.6電路的基本定律

對于一個線性電阻元件而言，流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。一、歐姆定律：關(guān)聯(lián)參考方向：非關(guān)聯(lián)參考方向：2022/12/10二、基爾霍夫定律：1、幾個術(shù)語：（1）支路(branch)：（2）節(jié)點(node):（3）回路(loop)：(4)網(wǎng)孔(mesh)：電路中流過同一電流的分支。(b)電路中三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。(n)由一條或多條支路組成的閉合路徑。(l)對平面電路，內(nèi)部不含有支路的回路為網(wǎng)孔,即每個網(wǎng)眼就是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。支路：b=3

節(jié)點：n=2

回路：l=3

網(wǎng)孔：2個支路：b=6

節(jié)點：n=4

回路：l=7

網(wǎng)孔：3個

2022/12/102、基爾霍夫電流定律(KCL)：(1)內(nèi)容：(2)符號的確定：i1-i2+i3-i4=0i1+i3=i2+i4

任何時刻，對任一節(jié)點，所有支路電流的代數(shù)和為零。即：選定參考方向后，習(xí)慣上取流出該節(jié)點的支路電流為負，流入為正。2022/12/10(3)另一種表達：(4)推廣：證明：結(jié)點A：IA=IAB

－ICA

結(jié)點B：IB=IBC－IAB

結(jié)點C：IC=ICA－IBC左右兩邊相加可得IA

＋

IB＋IC

＝0在任一瞬時，流向某一結(jié)點的電流之和等于由該結(jié)點流出的電流之和。即對任一包圍幾個節(jié)點的閉合面而言，流入該閉合面（廣義節(jié)點）的電流等于流出該閉合面的電流。2022/12/103、基爾霍夫電壓定律(KVL)(1)內(nèi)容：(2)符號的確定：表達式：U1

－U2

－U3

＋U4

＝0U1

＋U4

＝U2

＋U3即：電路中的任一回路，任一時刻，按一定方向沿著回路循行一周，回路中所有電壓的代數(shù)和為零。即：a、任意選擇一個繞行方向，可以順時針也可以逆時針；b、電壓的參考方向與繞行方向一致取正號，電壓的參考方向與繞行方向相反則取負號。2022/12/10

（3）另一種表達：即：

（4）推廣：E

－RI

－

U

＝0從任一回路中的任一點出發(fā)，沿任一方向繞行一周，則在該方向上電位降之和等于電位升之和。KVL定律不僅應(yīng)用于閉合回路，也可以應(yīng)用于回路的部分電路，即假想回路。2022/12/10定律應(yīng)用中注意的問題：

1、兩個定律具有普遍性，它們適用于由不同元件所構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電流和電壓；2、在運用定律時，首先要在電路中標注出電流、電壓或電動勢的參考方向；3、在應(yīng)用KVL定律時，要選擇一個繞行方向。2022/12/10

例：有一個閉合回路如圖所示，各支路的元件是任意的，

已知：UAB＝5V，UDA

＝－3V，UBC

＝－4V。

試求：（1）UCD；（2）UCA。

解：(1)由基本的KVL定律可得:UAB

＋UBC

＋UCD

＋UDA

＝0即：5＋（