電工電子技術(shù)第一章PPT

電工電子技術(shù)第一章1.1電路的基本概念

1.2

電路中的常用元件

1.3基爾霍夫定律

1.4電路分析方法

1.5含受控源電路的分析第1章電路分析基礎(chǔ)上頁下頁

電工電子技術(shù)1.1

電路的基本概念1.1.1

電路的組成和基本概念1.電路的組成：電源信號源負載中間環(huán)節(jié)電路——電流流通的路徑。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整體。手電筒電路·中間環(huán)節(jié)：連接電源和負載燈泡電池開關(guān)電源負載電源：非電能電能負載：電能非電能2.電路的基本功能：

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換（如電力工程）(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理（如信息工程）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1.1.2

電路模型和理想電路元件1.常用的理想元件上頁下頁RLUS+_IS電阻電感電容恒壓源恒流源C+R2.電路模型例：手電筒

手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。US+_RLSRO手電筒電路模型iuRL日光燈電路的模型1.1.3

電路的基本變量

電流在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量，電流用i或I表示，單位為安培（A）。

i=dq/dt

電流的實際方向規(guī)定為正電荷移動的方向。大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流（直流電流），簡稱直流（簡寫為DC）。大小或方向隨時間變化的電流稱為交變電流，簡稱交流（簡寫為AC）。

1.電流及其參考方向強調(diào)：電路中電流形成的必要條件是電路必須閉合。在分析交流電路時，電流是隨時間變化的，分析之前無法確定實際方向，所以在分析計算電路時需任意選定某一方向作為電流的參考方向（假設(shè)方向）。將參考方向用帶方向的箭頭標于電路圖中。注意：引入?yún)⒖挤较蚝螅锢砹繛榇鷶?shù)量

若計算結(jié)果為正，則實際方向與參考方向一致；

若計算結(jié)果為負，則實際方向與參考方向相反。2.電壓及其參考方向電路中任意（a、b）兩點之間的電壓為電場力移動單位正電荷由高電位點a到低電位點b時所做的功，用u或U表示，單位為伏特（V）。

u=dw/dq

電壓的實際方向規(guī)定為電位降低的方向，即由高電位（“+”極性）端指向低電位（“”極性）端。與電流的參考方向類似，對電路中兩點之間的電壓也可以假定參考方向（參考極性）。

電壓和電流的參考方向可以獨立地任意假定。當電流的參考方向從標以電壓參考極性的“+”端流入而從“”端流出時，稱電流與電壓為關(guān)聯(lián)參考方向。當電流的參考方向從標以電壓參考極性的“”端流入，而從“+”端流出時，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。3.功率在分析電路時，對功率計算公式作如下規(guī)定：（1）當電流、電壓取關(guān)聯(lián)的參考方向時，p=ui（2）當電流、電壓取非關(guān)聯(lián)參考方向時，p=ui當計算結(jié)果p>0時，表示元件吸收功率，該元件為負載性；當計算結(jié)果p<0時，表示元件發(fā)出功率，該元件為電源性。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吸收功率是負載。上述計算滿足ΣP=0。三種基本工作狀態(tài):有載、開路和短路1.有載狀態(tài)RLIUabE+_abRo+_①電流：②電壓：RO

↓→IRO↓→Uab↑③功率：1.1.4

電路的基本工作狀態(tài)2.開路狀態(tài)開路電壓：特點：Uo=

E輸出功率P=0

輸出電流I=0IE+_RoUoabRL+_3.短路狀態(tài)IsUabE+_abRoRL特點：輸出功率P=0

輸出電壓U=0短路電流：短路保護:熔斷器FUFU4.電氣設(shè)備的額定值

電源和負載等電氣設(shè)備在一定工作條件下其工作能力是一定的。

額定值一般都列入產(chǎn)品說明書中，或直接標明在設(shè)備的銘牌上，使用時務(wù)必遵守這些規(guī)定。如果超過或低于這些額定值，都有可能引起電氣設(shè)備的損壞或降低使用壽命，或不能發(fā)揮正常的效能。

額定值:電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：

RN=100

，PN=1W

1.1.5電路中的電位電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點的電位為零。

電位的計算步驟:

(1)任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；

(2)標出各電流參考方向并計算；

(3)計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。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bR1R2US2US1+-R3+_acdbR1R2R3a+US1-US2cd設(shè)b點為參考點:c點的電位為:

Uc=US1d點的電位為:

Ud=-US2電子電路的習(xí)慣畫法bR1R2R3a+US1-US2cd

參考電位在哪里？R1R215V+-正電源負電源電子電路的習(xí)慣畫法：電源電壓用電位值給出正電位值表示正電源，電源的負極接地。負電位值表示負電源，電源的正極接地。15V+-R1R2+15V-15VS斷開時各電阻為同一電流其中：UD=+12V；UC=－18V

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：1.3.2.電位計算AB4kΩ6kΩC20kΩS－18V+12VDUA=－8VUB=－12VUD=+12V；UC=－18VUA=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-9V1.2電路中的常用元件1.電阻元件在關(guān)聯(lián)參考方向下，u=iR

單位（W）單位（J）對于電阻元件的選用，主要考慮兩個參數(shù)：一是電阻元件的阻值，二是電阻元件的額定功率。

Riu1.2.1無源電路元件單位：H,mH,H單位電流產(chǎn)生的磁鏈1）電感uiee2）自感電勢uei2.電感元件當直流時,電感通直流，對直流電感相當于短路。當交流時,電感阻交流，對交流電感有反抗作用。ueiL電感是一種儲能元件，儲存的磁場能量為：3）

電流、電壓的基本關(guān)系4）

電感的磁場能量單位電壓下存儲的電荷單位：F,F,pF++++----+q-qui1）電容電容符號有極性無極性+_+3.電容元件uiC當直流時,電容隔直流，對直流電容相當于開路。當交流時,電容通交流，對交流電容也有反抗作用。電容是一種儲能元件,儲存的電場能量為：2）

電流、電壓的基本關(guān)系3）電容的電場能量理想元件的基本關(guān)系及性質(zhì)LCR元件基本關(guān)系元件性質(zhì)儲能元件儲能元件耗能元件理想元件的串聯(lián)和并聯(lián)兩個元件串聯(lián)和并聯(lián)時參數(shù)的計算公式等效電感L等效電容C等效電阻R連接方式串聯(lián)并聯(lián)1.實際電源的兩種模型（1）電壓源模型及外特性UIRO+-USRLIUUSORo=0時，U=US1.2.2有源電路元件（2）電流源模型及外特性ISRoabIURLIUISRoOISRo=∞時，I=IS2.理想電壓源和理想電流源（1）理想電壓源:Ro=0時的電壓源。特點:

(1）輸出電壓

U不變，即Uab

US

；（2）輸出電流

I由外電路決定。oIUUSIUS+_abURL設(shè)

US=10V，

當RL=1時，U=10V，I=10A

當RL=10時，U=10V，I=1A電壓恒定，電流隨負載變化。（3）恒壓源的電壓為US=0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:

Ro=

時的電流源.特點：（1）輸出電流

I不變，即

I

IS

（2）輸出電壓U由外電路決定。abIUIsRLIUabISo設(shè)

IS=10A當RL=1時，I=10A，U=10V當RL=10時，I=10A，U=100V電流恒定，電壓隨負載變化。E+_abR1R2Is（3）恒流源的電流IS=0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=?IsIR1.3基爾霍夫定律支路：電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點。回路：由支路組成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123支路：ab、ad、bc、

…;I1I2…I6

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）結(jié)點：a、b、c、d(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-確定電路中的支路、結(jié)點、回路、網(wǎng)孔數(shù)目。網(wǎng)孔：abda、bcdb、

adca

（共3個）1.3.1基爾霍夫電流定律(KCL)I1I2I3I4定律的依據(jù)：電荷守恒、電流的連續(xù)性或：1.定律內(nèi)容對任何結(jié)點，在任一瞬間，I=0或：流入取正號，流出取負號。例流入流出廣義結(jié)點

I1+I2=I3I=02.定律推廣封閉面例例I1I2I3例IEICIBIE=

IB+IC8V9V+_34+_4

62I1.3.2基爾霍夫電壓定律(KVL)

在任一瞬間，沿任意閉合回路循行方向繞行一周，例如：回路a-d-c-a電位升電位降或：或：1.定律內(nèi)容I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-升取正號降取負號電位升電位降2.定律推廣開口電路假想的閉合回路例例一段有源電路的歐姆定律IUS+_RabUab+_US+_RabUabI+_R2R1USI+—U2U1例分壓公式

例分流公式

R2R1UISI2I11.4電路分析方法等效互換的條件：對外的電壓、電流相等。I=I'Uab=U'ab即：IRo+-USbaUabU'abISabI'R'o1.4.1電壓源與電流源的等效變換aUS+-bIUabRO電壓源電流源U'abR'oIsabI'變換時應(yīng)注意：兩種電源的等效關(guān)系僅對外電路有效，對于電源內(nèi)部，一般是不等效的。變換時電源的極性要對應(yīng)，IS的流出端要對應(yīng)US的“+”極。理想電壓源和理想電流源之間沒有等效關(guān)系，因為其外特性截然不同。采用兩種電源等效變換的方法，可將較復(fù)雜電路簡化為簡單電路，給電路分析帶來方便。③

應(yīng)用舉例例10V－+2A312I10V－+31I24V－+I=?1A66V－+234A23I－+3A312V－+6232I6V例(接上頁)1A66V－+234A23I3A16V-+23I+13V+26V3I－-10V+－2A2I討論題哪個答案對???+－10V+－4V21.4.2支路電流法支路電流法是以支路電流為未知量，應(yīng)用基爾霍夫定律列出方程，而后求解各支路電流的方法。

解題步驟：①確定支路數(shù)目，標出各支路電流的參考方向。②若有n個結(jié)點，則可列出（n–1）個獨立KCL

方程。③若有m個網(wǎng)孔，則可建立m個獨立KVL方程。④聯(lián)立方程，求出b個支路電流。例試用支路電流法求各支路電流。解：①列方程組:②代入數(shù)據(jù)，解聯(lián)求解，可得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圖中含恒流源的支路，I1=IS=5A只需列兩個方程。②由KCL列a點③由KVL列回路1④代入數(shù)據(jù)，聯(lián)立求解，可得I2=2A，I3=-3A。R34ΩR18ΩR21ΩbaIS5AI2I3US10VI1+-1注意：①圖中含恒流源的支路時，

可減少列方程數(shù)。②列回路方程時，要避開含恒流源的支路。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：支路電流法是電路分析中最基本的方法之一。只要根據(jù)基爾霍夫定律列方程，就能得出結(jié)果。缺點：電路中支路數(shù)多時，所需方程的個數(shù)較多，求解顯得十分繁瑣。支路數(shù)b=4須列4個方程式ab

1.4.3節(jié)點電壓法(彌爾曼定理)在只有兩個結(jié)點的電路中，先用公式求結(jié)點電壓，再求各支路電流。+－I1－+R2UabbaR3R1US2US1I2I3設(shè)結(jié)點電壓為Uab，則:結(jié)點a:代入結(jié)點a的電流方程，經(jīng)整理后可得兩結(jié)點的結(jié)點電壓公式:

分子為各支路US與本支路R相除后的代數(shù)和。當US與Uab的參考方向一致時取正號，相反時則取負號。（或各支路恒流源IS的代數(shù)和，一致取負號，相反取正號。）

分母為兩結(jié)點之間各支路的電阻的倒數(shù)和+-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：RS與恒流源串聯(lián)對外可視為短路BR1I2I1E1IsR2ARS?試求AB間的電壓。例解：+-1.4.4疊加定理

在線性電路中，如果有多個獨立電源同時作用時，它們在任一支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）等于各個獨立電源分別單獨作用時在該支路中產(chǎn)生電流（或電壓）的代數(shù)和。線性電路：R=常數(shù)去源方法：恒壓源短接，恒流源開路代數(shù)和：以原電路的電壓或電流方向為準，一致取正號，相反取負號。注意：I2I3I1R2R3R1ISUS+-解：例已知US=9V，IS=6A，R1=6Ω，R2=4Ω，R3=3Ω。試用疊加定理求各支路中的電流。（1）IS單獨作用時：R2R3R1ISUS=0（2）US單獨作用時：R2R3R1IS=0US+-

（3）疊加求出原電路中各支路電流。

例+-10I4A20V1010用疊加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I′4A1010+-10I"20V1010解：幾點注意1.疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變）。去電源時，恒壓源短接，恒流源開路，電路的結(jié)構(gòu)和其它參數(shù)不變。3.解題時要標明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電流的代數(shù)和。=+4.疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。如：5.運用疊加定理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數(shù)可能不止一個。設(shè)：則：I3R3=+1.4.5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)雜有源線性電路線性有源二端網(wǎng)絡(luò)將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為等效電壓源或等效電流源有源二端網(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任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)NA對外電路的作用可以用一個理想電壓源Uoc與電阻Ro串聯(lián)的電壓源代替，其中Uoc等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的開路電壓，Ro等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源不作用時無源二端網(wǎng)絡(luò)NP的等效電阻。

獨立電源不作用指電源置零，即理想電壓源短路，理想電流源開路。

1.戴維南定理任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外都可等效為等效電壓源。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

等于等效電壓源的電動勢有源二端網(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36422AIS+_18VbaIUSR1R2R3R解:(1)求開路電壓Uo3622AIS+_18VbaUoUSR1R2R3C(2)求等效內(nèi)阻Ro362baRoUS=0R1R2R3IS=0(3)求未知電流I+_UoRoRI戴維南等效電路ba448V已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：當

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)電阻RoUoR1R3+_R2R4EABCDCRoR1R3R2R4ABD=2030+3020=24+_UoRoR5I5戴維寧等效電路R5I5R1R3+_R2R4E原電路(3)求未知電流I5時求：U=?_+4450533AB1ARL+_8V10VCDEU例(1)求開端電壓Uo此值是所求結(jié)果U嗎？_A+4450B+_8V10VCDEUo1A5(2)求等效內(nèi)阻RoRo44505AB1A+_8V_+10VCDEUo44505+_UoRo579V33Ｕ戴維寧等效電路4450533AB1ARL+_8V+10VCDEU(2)求解未知電壓Ｕ2.諾頓定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外電路而言，可以用一個理想電流源ISC和Ro并聯(lián)的電流源代替。其中ISC等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的短路電流，Ro等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源不作用時無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸出電阻。

獨立電源不作用指電源置零，即理想電壓源短路，理想電流源開路。

=

任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外都可等效為等效電流源。有源二端網(wǎng)絡(luò)AB短路求電流IS無源二端網(wǎng)絡(luò)AB去源求內(nèi)阻RoABISRo諾頓等效電路U+-IRL有源二端網(wǎng)絡(luò)AB有源二端網(wǎng)絡(luò)U+-IRL方法1:求開端電壓Uo

與

短路電流IS開路、短路法有源網(wǎng)絡(luò)Uo有源網(wǎng)絡(luò)IS+-ROEIS=EROUo=E+-ROE等效內(nèi)阻UoEIS==ROERO等效電阻Ro的其它求解方法

負載電阻法加負載電阻RL測負載電壓UL方法2:RLUL有源網(wǎng)絡(luò)Uo有源網(wǎng)絡(luò)測開路電壓Uo

加壓求流法方法3:無源網(wǎng)絡(luò)IU有源網(wǎng)絡(luò)求電流I步驟：有源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)外加電壓U則：Ro+-R1R2+-E1E2加壓求流法舉例UIR1R2加壓求流電源分類受控源獨立源電壓源電流源(獨立存在)(非獨立，受電路中某個電壓或電流的控制。)電壓控制電壓源VCVS電壓控制電流源VCCS電流控制電壓源CCVS電流控制電流源CCCS

1.5含受控源電路的分析

1.5.1受控源及其類型

受控源有兩對端鈕。一對為輸入端（控制端），用以輸入電壓或電流控制量，另一對端鈕為輸出端（受控端），輸