中南大學(xué)電工學(xué)課件及習(xí)題答案

電工學(xué)52學(xué)時(shí)理論教學(xué)＋12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)理論內(nèi)容有：

1：直流電路2：交流電路

3

：動(dòng)態(tài)電路4：電動(dòng)機(jī)及繼電器控制系統(tǒng)5：半導(dǎo)體二極管及三極管6：基本放大電路7：集成運(yùn)算放大電路

8：直流穩(wěn)壓電源

9：組合邏輯電路10：時(shí)序邏輯電路主要內(nèi)容（64學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)方法1掌握基本概念、基本理論和基本的分析方法2通過(guò)習(xí)題來(lái)鞏固和加深所學(xué)理論、培養(yǎng)分析能力和運(yùn)算能力3在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)電學(xué)現(xiàn)象

考核方法平時(shí)成績(jī)占30%考試成績(jī)占70%

參考教材:電工學(xué)(秦曾煌)

電工學(xué)（唐介）

電工電子技術(shù)（李守成）作業(yè)做電工學(xué)1練習(xí)冊(cè)上的作業(yè)。交作業(yè)時(shí)，寫明專業(yè)班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、編號(hào)

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(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)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(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負(fù)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(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒激勵(lì)：電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作;響應(yīng):由激勵(lì)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(fù)載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。3.電路模型

為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將實(shí)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(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。電源負(fù)載負(fù)載電源開(kāi)關(guān)ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)手電筒的實(shí)體電路RL+

U–導(dǎo)線手電筒的電路模型用理想電路元件組成的電路，稱為實(shí)際電路的電路模型。理想電路元件理想電源元件理想無(wú)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(shí)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(jì)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(shuō)明參考方向與實(shí)際方向一致；<一>電流（又叫電流強(qiáng)度）單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面積的電荷量，即：電流的實(shí)際方向：正電荷定向移動(dòng)的方向

<2>用雙下標(biāo)表示，如iABiAB=-2A，說(shuō)明參考方向與實(shí)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(shuō)明參考方向與實(shí)際方向一致；

電壓的實(shí)際方向：高電位指向低電位。<一>電壓

單位正電荷在電場(chǎng)力的作用下從A點(diǎn)到B點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功為AB兩點(diǎn)之間的電壓，即：

uAB=-2V，說(shuō)明參考方向與實(shí)際方向相反。<2>用雙下標(biāo)，如uAB；<3>用正負(fù)符號(hào)。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(méi)有特別說(shuō)明，電壓和電流一般為關(guān)聯(lián)參考方向。

在電路分析中，對(duì)一個(gè)元件既要假設(shè)通過(guò)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(gè)都可任意假定，而且獨(dú)立無(wú)關(guān)。

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

相反，當(dāng)電壓和電流的參考方向相反時(shí)，稱電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向。四、能量電壓?jiǎn)挝粸榉兀╒），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(shí)間內(nèi)元件吸收的能量W為：五、功率電壓?jiǎn)挝粸榉兀╒），電流單位為安培（A），則功率單位為瓦特（W）。功率是單位時(shí)間內(nèi)所做的功，即：六、電源與負(fù)載的判別根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別電源：U、I

實(shí)際方向相反，即電流從U“+”端流出，（發(fā)出功率）；

負(fù)載：U、I

實(shí)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(fù)載，U=220V，I=-1A試問(wèn)：哪些方框是電源，哪些是負(fù)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(fù)載；(c)電流從“+”流入，故為負(fù)載；(d)電流從“+”流出，故為電源。1.3.1電阻元件一、線性電阻（簡(jiǎn)稱電阻）根據(jù)歐姆定律：電壓?jiǎn)挝粸榉兀娏鲉挝粸榘才?，則電阻R單位為歐姆（W）。G為電導(dǎo)，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(hào)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(shuō)明電阻是一個(gè)無(wú)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(shuō)明電阻是一個(gè)無(wú)源元件。三、伏—安特性

電阻以電壓為縱或橫坐標(biāo)，電流為橫或縱坐標(biāo)，畫(huà)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(gè)常數(shù)，即：五、開(kāi)路和短路的概念

無(wú)論電壓u為多大，i=0A，則電阻R相當(dāng)于無(wú)窮大，等效為開(kāi)路。<一>開(kāi)路無(wú)論電流i為多大，u=0V，則電阻R相當(dāng)于零，等效為短路。<二>短路1.3.2電容元件一、線性電容（簡(jiǎn)稱電容）

電容符號(hào)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(gè)正實(shí)常數(shù)。當(dāng)電壓?jiǎn)挝粸榉?，電荷單位為?kù)侖（C），則電容單位為法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、庫(kù)—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(dāng)于開(kāi)路；<2>電容元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來(lái)看）；四、電容吸收的能量從t0到t的時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的能量WC求得為：WC>0，充電，以電場(chǎng)能量的形式儲(chǔ)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(gè)常數(shù)，即：電容是儲(chǔ)能元件,不消耗有功功率1.3.3電感元件一、線性電感（簡(jiǎn)稱電感）（1）當(dāng)感應(yīng)電壓的參考方向與磁通鏈成右手螺旋關(guān)系時(shí)，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(gè)正實(shí)常數(shù)。當(dāng)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(hào)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(dāng)于短路；<2>電感元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來(lái)看）；四、電感吸收的能量從t0到t的時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的能量WL求得為：WL>0，充磁，以磁場(chǎng)能量的形式儲(chǔ)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(gè)常數(shù)，即：電感是儲(chǔ)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(hào)為：<一>電壓源的特點(diǎn)<1>電壓源兩端電壓與外接電路無(wú)關(guān)；<2>流過(guò)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(fù)載狀態(tài)。二、電流源

電流源符號(hào)為：<一>電流源的特點(diǎn)<1>電流源電流與外接電路無(wú)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(fù)載狀態(tài)。無(wú)內(nèi)阻的電壓源即是理想電壓源輸出電壓恒定,即特點(diǎn)外特性u(píng)ULi特點(diǎn)有內(nèi)阻的電壓源即是實(shí)際電壓源

輸出電壓不再恒定！外特性iuUL注意

理想電壓源實(shí)際電壓源輸出電流任意（隨RL

而定）無(wú)內(nèi)阻的電流源即理想電流源特點(diǎn)輸出電流恒定輸出電壓隨RL而定有內(nèi)阻的電流源即實(shí)際電流源特點(diǎn)輸出電壓和電流均隨RL而定理想電流源實(shí)際電流源三、獨(dú)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(hào)時(shí)，在電路中起“激勵(lì)”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(lì)叫獨(dú)立電源。1.3.5受控電源受控源又稱為“非獨(dú)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(shí)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）