中南大學電工學課件及習題答案

電工學52學時理論教學＋12學時實驗理論內(nèi)容有：

1：直流電路2：交流電路

3

：動態(tài)電路4：電動機及繼電器控制系統(tǒng)5：半導體二極管及三極管6：基本放大電路7：集成運算放大電路

8：直流穩(wěn)壓電源

9：組合邏輯電路10：時序邏輯電路主要內(nèi)容（64學時）學習方法1掌握基本概念、基本理論和基本的分析方法2通過習題來鞏固和加深所學理論、培養(yǎng)分析能力和運算能力3在實驗中體會電學現(xiàn)象

考核方法平時成績占30%考試成績占70%

參考教材:電工學(秦曾煌)

電工學（唐介）

電工電子技術(shù)（李守成）作業(yè)做電工學1練習冊上的作業(yè)。交作業(yè)時，寫明專業(yè)班級、學號、姓名、編號

1-1電路的作用、組成及電路模型1-2電路變量及電路的參考方向1-3理想電路元件第1講電路的基本概念及定律1-1電路的作用、組成及電路模型

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:

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發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒激勵：電源或信號源的電壓或電流，推動電路工作;響應(yīng):由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流;

電路分析：在電路結(jié)構(gòu)、電源和負載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵和響應(yīng)之間的關(guān)系。3.電路模型

為了便于用數(shù)學方法分析電路，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。電源負載負載電源開關(guān)ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)手電筒的實體電路RL+

U–導線手電筒的電路模型用理想電路元件組成的電路，稱為實際電路的電路模型。理想電路元件理想電源元件理想無源元件理想電壓源理想電流源電阻R電感L電容C

理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性惟一、精確，可以定量分析和計算。1-2電路變量及電路的參考方向一、電流和電流的參考方向<二>電流的參考方向

<1>用箭頭表示，如右圖；如iAB=2A，說明參考方向與實際方向一致；<一>電流（又叫電流強度）單位時間內(nèi)通過導體截面積的電荷量，即：電流的實際方向：正電荷定向移動的方向

<2>用雙下標表示，如iABiAB=-2A，說明參考方向與實際方向相反。電流的單位是安培！1A=1000mA1mA=1000μA

二、電壓和電壓的參考方向

<二>電壓的參考方向

<1>用箭頭表示；如uAB=2V，說明參考方向與實際方向一致；

電壓的實際方向：高電位指向低電位。<一>電壓

單位正電荷在電場力的作用下從A點到B點電場力所做的功為AB兩點之間的電壓，即：

uAB=-2V，說明參考方向與實際方向相反。<2>用雙下標，如uAB；<3>用正負符號。電壓的單位是伏特！1V=1000mV1mV=1000μV

三、關(guān)聯(lián)參考方向注意：在電路分析中，沒有特別說明，電壓和電流一般為關(guān)聯(lián)參考方向。

在電路分析中，對一個元件既要假設(shè)通過它的電流參考方向，又要假設(shè)該元件兩端電壓的參考極性，兩個都可任意假定，而且獨立無關(guān)。

當電壓和電流的參考方向一致時，稱電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向；

相反，當電壓和電流的參考方向相反時，稱電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向。四、能量電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則能量單位為焦耳（J）。

根據(jù)電壓定律，從t0到t的時間內(nèi)元件吸收的能量W為：五、功率電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則功率單位為瓦特（W）。功率是單位時間內(nèi)所做的功，即：六、電源與負載的判別根據(jù)U、I的實際方向判別電源：U、I

實際方向相反，即電流從U“+”端流出，（發(fā)出功率）；

負載：U、I

實際方向相同，即電流從U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_例：已知：方框代表電源或負載，U=220V，I=-1A試問：哪些方框是電源，哪些是負載？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)電流從“+”流出，故為電源；(b)電流從“+”流入，故為負載；(c)電流從“+”流入，故為負載；(d)電流從“+”流出，故為電源。1.3.1電阻元件一、線性電阻（簡稱電阻）根據(jù)歐姆定律：電壓單位為伏特，電流單位為安培，則電阻R單位為歐姆（W）。G為電導，單位為西門子（S）。歐姆定律在非關(guān)聯(lián)參考方向情況下電阻符號為：1-3電路元件二、電阻消耗的功率

電阻一般把吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。<一>在關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=i2R>0，吸收電能，說明電阻是一個無源元件。<二>在非關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收電能，同樣說明電阻是一個無源元件。三、伏—安特性

電阻以電壓為縱或橫坐標，電流為橫或縱坐標，畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線叫該元件的伏—安特性。四、非線性電阻

非線性電阻的電阻R不等于一個常數(shù)，即：五、開路和短路的概念

無論電壓u為多大，i=0A，則電阻R相當于無窮大，等效為開路。<一>開路無論電流i為多大，u=0V，則電阻R相當于零，等效為短路。<二>短路1.3.2電容元件一、線性電容（簡稱電容）

電容符號為：則電容電壓與所帶電荷之間滿足：式中C是電容元件的參數(shù)，稱為電容。C是一個正實常數(shù)。當電壓單位為伏特，電荷單位為庫侖（C），則電容單位為法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、庫—伏特性

電容元件兩端的電荷和電壓的的關(guān)系曲線。三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電容的特性<1>在直流電路中，電容元件處相當于開路；<2>電容元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；四、電容吸收的能量從t0到t的時間內(nèi)，電容元件吸收的能量WC求得為：WC>0，充電，以電場能量的形式儲存；WC<0，放電，元件釋放電能；五、非線性電容

非線性電容的電容值C不等于一個常數(shù)，即：電容是儲能元件,不消耗有功功率1.3.3電感元件一、線性電感（簡稱電感）（1）當感應(yīng)電壓的參考方向與磁通鏈成右手螺旋關(guān)系時，則根據(jù)電磁感應(yīng)定律可得：電感的磁通鏈與電流之間滿足：式中L是電感元件的電感（自感）。L是一個正實常數(shù)。當磁通鏈單位為韋伯（Wb)，電流單位A，則電感單位為亨利或亨（H）。電感的符號為：二、韋—安特性

電感元件兩端的磁通鏈和電流的的關(guān)系曲線。三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電感的特性<1>在直流電路中，電感元件處相當于短路；<2>電感元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；四、電感吸收的能量從t0到t的時間內(nèi)，電容元件吸收的能量WL求得為：WL>0，充磁，以磁場能量的形式儲存；WL<0，放磁，元件釋放電能；五、非線性電感

非線性電感的電感系數(shù)L不等于一個常數(shù)，即：電感是儲能元件,不消耗有功功率1.3.4電壓源和電流源一、電壓源

電壓源符號為：<一>電壓源的特點<1>電壓源兩端電壓與外接電路無關(guān)；<2>流過電壓源的電流與外電路有關(guān)。R不同，i不同。<二>電壓源的工作狀態(tài)電壓源uS1工作在電源狀態(tài)；電壓源uS2工作在負載狀態(tài)。二、電流源

電流源符號為：<一>電流源的特點<1>電流源電流與外接電路無關(guān)；<2>電流源兩端的電壓與外電路有關(guān)。R不同，u不同。<二>電流源的工作狀態(tài)電流源iS1工作在電源狀態(tài)；電流源iS2工作在負載狀態(tài)。無內(nèi)阻的電壓源即是理想電壓源輸出電壓恒定,即特點外特性uULi特點有內(nèi)阻的電壓源即是實際電壓源

輸出電壓不再恒定！外特性iuUL注意

理想電壓源實際電壓源輸出電流任意（隨RL

而定）無內(nèi)阻的電流源即理想電流源特點輸出電流恒定輸出電壓隨RL而定有內(nèi)阻的電流源即實際電流源特點輸出電壓和電流均隨RL而定理想電流源實際電流源三、獨立電源

電壓源和電流源，它們不受外界電路的影響，作為電源或輸入信號時，在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生相應(yīng)的電流和電壓，這些電壓和電流便是“響應(yīng)”，而這類激勵叫獨立電源。1.3.5受控電源受控源又稱為“非獨立”電源。受控電壓源的電壓和受控電流源的電流都不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某一部分的電流或電壓的控制。如：受控源分為四類，分別如下圖所示：

電壓控制電壓源（VCVS）電壓控制電流源（VCCS）