太原理工大學(xué)電工電子技術(shù)1

本課程的性質(zhì)、內(nèi)容與要求課程性質(zhì)：

本課程是研究電工技術(shù)與電子技術(shù)的理論和應(yīng)用的一門技術(shù)基礎(chǔ)課；是高等學(xué)校工科非電類專業(yè)的一門非常重要的電類課程。課程內(nèi)容：

1、電工技術(shù)（1）電路（2）電機(jī)與控制（3）安全用電2、電子技術(shù)（1）模擬電子技術(shù)（2）數(shù)字電子技術(shù)

課程要求：

1、通過學(xué)習(xí)，掌握電工技術(shù)與電子技術(shù)的基本理論、基本知識和基本技能；2、理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力；3、多動腦、多動手、多總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識。第1章電路分析基礎(chǔ)本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的通路、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義；4.會計算電路中各點的電位。5.了解實際電源的兩種模型及其等效變換。6.掌握支路電流法、疊加原理和戴維寧定理等電路的基本分析方法。1.1.1電路及電路模型電路是由若干電路元件或設(shè)備組成的，能夠傳輸能量、轉(zhuǎn)換能量；能夠采集電信號、傳遞和處理電信號的有機(jī)整體。①電路的組成電源信號源負(fù)載中間環(huán)節(jié)

1.1電路元件1.電路的組成和作用電路——電流流通的路徑。手電筒電路·中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載②電路的作用燈泡電池開關(guān)電源負(fù)載電源：非電能電能負(fù)載：電能非電能輸送和轉(zhuǎn)換電能（如電力工程）傳遞與處理信號（如信息工程）返回發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐電力系統(tǒng)電路示意圖輸電線中間環(huán)節(jié)負(fù)載放大器話筒揚(yáng)聲器擴(kuò)音機(jī)電路示意圖信號源（電源）③電路系統(tǒng)的概念系統(tǒng)是由若干互相關(guān)聯(lián)的單元或設(shè)備組成，并具有一定功能的有機(jī)整體。激勵響應(yīng)系統(tǒng)中電源（或信號源）的作用稱為激勵。由激勵引起的結(jié)果（如某個元件的電流、電壓）稱為響應(yīng)。2理想元件和電路模型將實際電路中的元件用理想元件來表示，構(gòu)成的電路圖——電路模型,理想元件是單一物理性質(zhì)的元件。①常用的理想元件RLE+_Is電阻電感電容恒壓源恒流源C+R③

電路模型US+_RLSRO電路模型是實際電路的科學(xué)抽象，簡稱為電路。手電筒電路模型iuRL日光燈電路的模型②電路元件分類線性元件非線性元件時變元件非時變元件有源元件無源元件UsIRU+_E+_1.1.2電流、電壓的參考方向1.

實際方向物理量單位實際方向

-E

+電流

IA,kA,mA,μA正電荷定向移動的方向電壓

UV,kV,mV,μV電場力作用,電位降落的方向電動勢

EV,kV,mV,μV電源力作用,電位升高的方向+I

-+U

-分析計算電路時，人為任意設(shè)定的電量方向2.

參考方向（假設(shè)方向、正方向）I=5AI′Rab=－5A例Rab注意：引入?yún)⒖挤较蚝?，物理量為代?shù)量若計算結(jié)果為正(I>0)，則參考方向與實際方向一致；若計算結(jié)果為負(fù)(I′<0)，則參考方向與實際方向相反。電流方向ab？電流方向ba？I①參考方向的表示方法參考極性abUab

雙下標(biāo)箭頭_+USabR②參考方向的作用.便于列寫電路方程③參考方向的關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián).便于確定實際方向關(guān)聯(lián)參考方向（U與I

的方向一致）

+_IUabR_IUabR+非關(guān)聯(lián)參考方向（U與I

的方向相反）

U=IRU=-IR

+_I=3AU=6VabR例應(yīng)用歐姆定律求電阻Ra+_I=-3AU=6VbR

+_I=3AU=－6VabR

+_I=-3AU=－6VabR（3）應(yīng)用歐姆定律時，注意_____套正負(fù)號。列寫公式時，根據(jù)U、I的________得_______________U、I的值本身有____和_____之分（1）分析計算電路時，首先要畫出

，標(biāo)出電壓、電流的

。（2）參考方向是________設(shè)定的。未標(biāo)參考方向的前提下，討論電壓、電流的正、負(fù)值是_________。問題與討論電路圖參考方向兩參考方向公式中的正負(fù)號正值負(fù)值沒有意義的人為任意例試求：當(dāng)U分別為3V和1V時的電流IR解：(1)假定電路各電量的參考方向如圖所示；(2)列電路方程：IRR=1ΩE=2VURabU+—+—+—(3)數(shù)值計算（實際方向與假設(shè)方向一致）（實際方向與假設(shè)方向相反）1.1.3電阻元件

電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。實物Riu1.伏安關(guān)系(VAR)R

的單位為歐［姆］（Ω）（R常用單位：、k、M）伏安特性1.1.3電阻元件

電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。返回oiuuio線性電阻的伏安特性非線性電阻的伏安特性2.伏安特性注意:歐姆定律僅適用于線性電阻電路。3.功率和能量在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻元件的功率為單位為瓦特（W）從t1到t2時間內(nèi)，電阻元件吸收的電能為單位為焦耳（J）1.理想電源的兩種電路模型(1)理想電壓源（恒壓源）:RO=0時的電壓源.特點：①

輸出電壓

U恒定，即Uab

US

；②輸出電流

I取決于外電路。外特性U=f(I)oIUUS1.1.4獨(dú)立電源元件IUS+_abURL設(shè)

E=10VIE+_abUab2R1當(dāng)R1

R2

同時接入時I=10AR22例當(dāng)R1接入時

I=5A則③恒壓源中的電壓US為零時，恒壓源視為短路。US=0+_④與恒壓源并聯(lián)的元件對外電路而言為可視為開路。E+_abR2E+_abR1R2Is恒壓源特性中不變的是：________US恒壓源特性中變化的是：__________I_________________會引起

I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向恒壓源兩端可否短路？

a+_IUSUabbR問題與討論否因為R=0時(2)理想電流源（恒流源):

RO=

時的電流源.特點：①輸出電流

I不變，即

I

IS

外特性②輸出電壓U取決于外電路。abIUIsRLIUabISoIUIsR設(shè)IS=1A

R=10

時，U=10

V

R=1

時，U=1

V則例E+_abR1R2Is③恒流源的電流IS為零時，恒流源視為開路。④與恒流源串聯(lián)的元件對外電路而言為可視為短路。IS=0abR1Is恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab

的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向恒流源兩端可否開路？

abIUabIsR問題與討論否因為R=∞時恒壓源中的電流如何決定？恒流源兩端的電壓等于多少？例∵串聯(lián)電流相同?！嚯妷涸粗械碾娏鱅=IS恒流源兩端的電壓取決外電路IUs

R_+abUab=?Is解：恒壓源中的電流如何決定？恒流源兩端的電壓等于多少？例∵并聯(lián)電壓相同。電壓源中的電流取決外電路∴恒流源兩端的電壓解：aIUs

R_+bUab=?IsIR＊

功率的計算與判斷①概念②計算關(guān)聯(lián)時：IU+—P=UI非關(guān)聯(lián)時：IU+—P=-UI負(fù)載消耗（吸收）功率；電源產(chǎn)生（提供）功率。吸收（取用）功率，元件為負(fù)載發(fā)出（產(chǎn)生）功率，元件為電源若P0若P0③判斷根據(jù)能量守恒定律電路中的功率平衡∑P=0

例+—+——+IRURUS2US1已知：US1=15V，US2=5V，R=5Ω，試求電流I和各元件的功率。解：

已知：U1=20V，

I1=2A，U2=10V，I2=-1A，

U3=-10V，I3=-3A，試求元件的功率，并說明性質(zhì)。I3

I2I1U3U2U11423例元件1功率

元件2功率

元件3功率

元件4功率

解：元件1、2發(fā)出功率是電源，元件3、4吸收功率是負(fù)載。上述計算滿足ΣP=0

。2.實際電源的兩種電路模型①實際電壓源IURo越小斜率越小UIRO+-USRLUSO恒壓RO=0時，U=US外特性RO越大特性越陡②實際電流源外特性ISROabIURLIUISROO恒流ISRO=∞時，I=IS3.電源(電路)的三種工作狀態(tài)——

(1).通路（有載工作狀態(tài)）①電流：②電壓：③功率：RLIUE+_abRo+_RO

↓→IRO↓→U

↑通路、開路、短路④電氣設(shè)備的額定值額定值:

電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài):欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟(jì))

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN(經(jīng)濟(jì)合理安全可靠)

⑴額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；⑵額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡UN=220V

，PN=60W電阻RN=100

，PN=1W

額定電壓UN、額定電流IN和額定功率PN（2）額定電流為100A的發(fā)電機(jī)，只接60A的照明負(fù)載，還有電流40A流到哪里去了？問題與討論（1）一個100Ω、1W的電阻器，在使用時允許流過的電流和允許加的電壓不得超過多少？答:不存在40A.電源的輸出功率和輸出電流取決于負(fù)載.答:2.開路開路電壓：特點：Uo=

EIE+_RoUoabRL+_輸出功率P=0

輸出電流I=0有源二端網(wǎng)絡(luò)ab無源二端網(wǎng)絡(luò)abUo+_Roab3.短路IsUE+_abRoRLFU特點：輸出功率P=0

輸出電壓U=0短路電流：短路保護(hù):

熔斷器FU工作短接:ASR1R24.電壓源與電流源的等效變換

等效：對外電壓電流相等。IRO+-USbaUabUabISabIROaUS+-bIUabRO電壓源電流源UabRoIsabI①等效變換公式+－②等效變換的注意事項(1)對外等效，對內(nèi)不等效。(2)等效電源的內(nèi)阻不一定是電源的內(nèi)阻。(3)電源的極性。aUSbIRoISaR'obI'（4）恒壓源和恒流源之間不能進(jìn)行等效變換。abIUabIsaUS

+－bI③

應(yīng)用舉例例10V－+2A312I10V－+31I24V－+I=?1A62V－+234A22I－+1A312V－+6222I6VI=?例(接上頁)1A62V－+234A22I3A12V-+22I+13V+22V2I－-10V+－2A2I討論題哪個答案對???+－10V+－4V21.1.5電位的概念與計算電位：參考點：1.電位的概念電路中某點對參考點的電壓稱零電位點（O點）或“地”電力工程中以大地為參考點電子線路以輸入、輸出的公共線為參考點放大器bR1R2E2E1+-R3+_acdbR1R2R3a+E1-E2cd設(shè)b點為參考點電子電路的習(xí)慣畫法R1R2+15V-15V

參考電位在哪里？R1R215V+-正電源負(fù)電源電子電路的習(xí)慣畫法：電源電壓用電位值給出正電位值表示正電源，電源的負(fù)極接地。負(fù)電位值表示負(fù)電源，電源的正極接地。15V+-S斷開時各電阻為同一電流其中：UD=+12V；UC=－12V

S閉合上時：例試求開關(guān)S斷開和閉合時電路中各點的電位解：2.電位的計算AB4kΩ6kΩC20kΩS－12V+12VDUA=－4VUB=－7.2VUD=+12V；UC=－12VUA=2VUB=0Ua=5V

a

點電位：ab15AUb

－5V

b

點電位：例試求圖示電路中各點的電位及電壓UabUb=0V

b點電位：Ua=0V

a

點電位：ab15A可見:電位與參考點的選擇有關(guān)；電壓與參考點的選擇無關(guān).Uab=Ua-UbUab=5VUab=5V①電位與參考點的選擇有關(guān)；電壓與參考點的選擇無關(guān)例試分別以電路中的a、b、c點為參考點求電位和電壓。注意：②電壓等于電位之差。如Uab=Ua-Ub+_3V+_6Vabc參考點電位和電壓UaUbUcUabUbcUcaa為參考點0V-3V-9V3V6V-9Vb為參考點3V0V-6V3V6V-9Vc為參考點9V6V0V3V6V-9V

1.2基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律(KCL)應(yīng)用于結(jié)點基爾霍夫電壓定律(KVL)應(yīng)用于回路名詞注釋：結(jié)點：三個或三個以上支路的聯(lián)接點支路：電路中的一個分支回路：一條或一條以上支路所組成的閉合路徑網(wǎng)孔：中間不含支路的回路支路：3條回路：3個結(jié)點：2個例確定電路中的支路、結(jié)點、回路、網(wǎng)孔數(shù)目。網(wǎng)孔：2個baI1I2US2+－R1R3R2+_I312US11.2.1

基爾霍夫電流定律(KCL)KCL依據(jù)：電流的連續(xù)性。I1I2I3I4注意：兩套正負(fù)號。1.基本思想例任一瞬時，任一結(jié)點上電流的代數(shù)和等于零。設(shè)流入為正，流出為負(fù)。即I=0或或廣義結(jié)點

I1+I2=I3I=0I=?2.定律推廣假想閉合面例例I1I2I3例IEICIBIE=

IB+IC8V9V+_34+_4

62I1.2.2基爾霍夫電壓定律(KVL)KCL依據(jù)：電位的單值性。

任一瞬時，沿任一回路繞行一周，其電壓的代數(shù)和等于零。設(shè)電壓升為正，電壓降為負(fù)。即

回路11.基本思想baI1I2US2+－R1R3R2+_I312US1例：或注意：兩套正負(fù)號。電壓升電壓降2.定律推廣開口電路假想閉合回路例一段含源支路的歐姆定律US+_RabUabI+_R2R1USI+—U2U1例分壓公式

例分流公式

R2R1UISI2I11.2.3基爾霍夫定律的應(yīng)用(1)基本思想：以支路電流為未知量，根據(jù)KCL和KVL列獨(dú)立的電流方程和電壓方程，聯(lián)立求解。(2)解題步驟：設(shè)電路有n個結(jié)點，b條支路。①假設(shè)各支路電流的參考方向。②根據(jù)KCL列（n-1）個獨(dú)立的電流方程。③根據(jù)KVL列b-（n-1）個獨(dú)立的電壓方程（一般根據(jù)網(wǎng)孔列）。④聯(lián)立求解。1.支路電流法例試用支路電流法求圖示各支路電流。解：n=2，b=3

①假設(shè)各支路電流的參考方向②由KCL列電流方程a點:③由KVL列電壓方程回路1:回路2:④代入數(shù)據(jù)，聯(lián)立求解，得I1=4A，I2=-1A，I3=3A。baI1I2US220V+－R12R38R24+_I312US132V例試用支路電流法求各支路電流。解：①圖中恒流源支路電流已知

I1=IS=5A所以只需列兩個獨(dú)立方程即可②由KCL列電流方程a點③由KVL列電壓方程回路1④代入數(shù)據(jù)，解聯(lián)求解，得I2=2A，I3=-3A。R34ΩR18ΩR21ΩbaIS5AI2I3US10VI1+-1注意：①電路中如果有含恒流源的支路，

可減少列方程數(shù)。②列回路方程時，要避開恒流源支路。討論題你能否很快說出I1、I2

、I3

、I4、I5

的結(jié)果？1++－－3V4V11+－5VI1I2I3I4I5支路電流法小結(jié)優(yōu)點：簡單。缺點：當(dāng)電路中支路數(shù)較多時，所需方程的個數(shù)較多，求解繁瑣。支路數(shù)b=4須列4個方程式ab

（1）基本思想

以結(jié)點電壓（結(jié)點間的電壓）為未知量，根據(jù)基爾霍夫電壓定律或歐姆定律求各支路電流。2.結(jié)點電壓法(彌爾曼定理)R2R1+-I1-+UabbaR3US2US1I2I3（2）結(jié)點電壓公式推導(dǎo)特別適用于只有兩個結(jié)點的電路的分析和計算。設(shè)結(jié)點電壓為Uab則∵R2R1+-I1-+UabbaR3US2US1I2I3代入整理得分母為兩結(jié)點間各支路電阻的倒數(shù)之和，恒為正。分子為各支路US與本支路R相除后的代數(shù)和。當(dāng)US與Uab的參考方向一致時取正號，相反時取負(fù)號。結(jié)點電壓公式:+-I1-+R2UabbaR3R1US2US1I2I3例試用結(jié)點電壓法求各支路電流。已知US1=54V，US2=72V，R1=3ΩR2=6Ω，R3=2Ω。解：+-I1-+R2UabbaR3R1US2US1I2I3結(jié)點電壓法應(yīng)用舉例（接上頁）I1U1U3R1R4R3R2I4I3I2AB試求A點的電位及各支路電流。設(shè)UB=0V解：則例注意：①當(dāng)兩結(jié)點間某一條支路有理想電流源時，與之串聯(lián)的電阻不計入分母。②分子中，理想電流源電流流入獨(dú)立結(jié)點時取正，反之取負(fù)。BR1I2I1E1IsR2ARS試求A點的電位。例設(shè)解：1.3疊加定理1.3.1基本思想在含有多個電源的線性電路中，任一支路的電流（或電壓），均等于各電源單獨(dú)作用時在該支路產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和。線性電路：由線性元件組成的電路。電源單獨(dú)作用：恒壓源不作用即短路，恒流源不作用即開路。代數(shù)和：與原電路假設(shè)的電壓、電流參考方向一致者取正號，相反取負(fù)號。注意=+I2I3I1R2R3R1ISUS+-(a)原電路R2R3R1ISUS=0(b)IS單獨(dú)作用時的電路R2R3R1IS=0US+-(c)US單獨(dú)作用時的電路解：（1）畫出原電路及各電源單獨(dú)作用時的電路，并標(biāo)出各支路電流的參考方向。1.3.2應(yīng)用舉例例如圖,已知US=9V，IS=6A，R1=6Ω，R2=4Ω，R3=3Ω。試用疊加原理求各支路中的電流。②US單獨(dú)作用時R2R3R1IS=0US+-

US單獨(dú)作用時的電路①IS單獨(dú)作用時R2R3R1ISUS=0IS單獨(dú)作用時的電路（2）計算各電源單獨(dú)作用時各支路的電流（3）疊加求出原電路中各支路電流。

=+I2I3I1R2R3R1ISUS+-(a)原電路R2R3R1ISUS=0(b)IS單獨(dú)作用電路R2R3R1IS=0US+-(c)US單獨(dú)作用電路例+-10I4A20V1010用疊加原理求I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I′4A1010+-10I"20V1010解：在用疊加原理分析含有受控源的電路時，只考慮獨(dú)立電源的單獨(dú)作用，受控源僅作一般電路參數(shù)處理，不能單獨(dú)作用。例用疊加原理求I1+-12V132I1I16A+-(1)12V單獨(dú)作用(２)6A單獨(dú)作用12V+-132I1I16A+-I1'12V+-132I1'+-2I1''I1''136A+-I1'‘-61.3.3.幾點注意事項1.疊加定理只適用于線性電路。去電源時，恒壓源不作用即短路，恒流源不作用即開路，電路的結(jié)構(gòu)和其它參數(shù)不變。解題時要標(biāo)明各支路電流、電壓的參考方向。代數(shù)和時，與原電路假設(shè)的電流、電壓參考方向

一致者取正號，相反取負(fù)號。=+5.疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用于求功率。如圖示電路中運(yùn)用疊加定理時也可以把電源分組求解，每組電源個數(shù)可能不止一個。

則I3R3=+例已知：US=1V、IS=1A時Uo=0V；US=10V、IS=0A時，Uo=1V求：US=0V、IS=10A時

Uo=?US線性無源網(wǎng)絡(luò)UOIS設(shè)解：（1）和（2）聯(lián)立求解得：1.4等效電源定理有源二端網(wǎng)絡(luò)RABU+-IABRU+-I等效電源定理用于化簡復(fù)雜電路有源二端網(wǎng)絡(luò)將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為電壓源或電流源。有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源替代的方法稱戴維寧定理；有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源替代的方法稱諾頓定理。1.4.1戴維寧定理1.基本思想

任意一個有源二端線性網(wǎng)絡(luò)都可以用一個電壓為Uo的理想電壓源和阻值為Ro的內(nèi)阻相串聯(lián)的形式來等效。其中，Uo

等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，Ro等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)化為無源二端網(wǎng)絡(luò)后的等效電阻。UoRo+_RL戴維寧等效電路ABU+-IRL有源二端網(wǎng)絡(luò)ABU+-I有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò)去源后端口的等效電阻Ro等于等效電壓源的內(nèi)阻（去源方法：恒壓源短接，恒流源開路。）有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的開路電壓Uo

等于理想電壓源的電壓有源二端網(wǎng)絡(luò)AB開路求電壓Uo無源二端網(wǎng)絡(luò)AB去源求內(nèi)阻Ro求:I

=?例2.應(yīng)用舉例36422AIS+_18VbaIUSR1R2R3R解:(1)求開路電壓Uo3622AIS+_18VbaUoUSR1R2R3(2)求等效內(nèi)阻Ro362baRoUS=0R1R2R3IS=0(3)求待求電流I+_UoRoRI戴維寧等效電路ba448V已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：當(dāng)

R5=10時，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效電路有源二端網(wǎng)絡(luò)例(1)求開端電壓Uo(2)求等效內(nèi)