北郵社電工與電子技術(shù)教學(xué)包課件

電工與電子技術(shù)單元一 直

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路學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握電路各組成部分的作用及各物理量的意義。理解電壓、電流參考方向在電路分析中的作用，能正確使用萬用表測量直流電壓和電流。了解電阻、電感、電容元件的特性，能根據(jù)電路需要正確選擇元件參數(shù)。掌握理想電壓源和電流源的特性及實際電源的兩種模型。掌握基爾霍夫定律、戴維南定理及其在復(fù)雜電路分析中的應(yīng)用，會應(yīng)用戴維南定理解決實際電源替代問題。課程導(dǎo)入人們在日常生活、生產(chǎn)和科研中廣泛使用著各種電路，如家用電器使用的單相交流電路，收音機、電視機中的放大電路、信號的調(diào)諧電路，電氣設(shè)備的控制電路，以及科研生產(chǎn)所需的各種有專門用途的電路等。本單元從電路的基本概念出發(fā)，重點介紹電路的基本定律、定理和分析方法，這是電路分析、電氣控制和電子技術(shù)的基礎(chǔ)。單元一 直

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路電路的基本概念一、（一）電路與電路模型1.電路電路是電流流通的路徑。它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成，能夠?qū)崿F(xiàn)某些預(yù)期功能的電流通路。單元一直流電路2.電路模型根據(jù)實際電路元件的主要電磁特性，用一個或若干理想電路元件來模擬實際電路元件，再根據(jù)實際元件的連接方式，用理想導(dǎo)線連接起來，就構(gòu)成了電路模型。單元一 直

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路單元一 直

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路手電筒照明電路電荷的定向運動形成電流。如果電流的方向不隨時間變化，稱為直流電流；如果電流的方向和大小都不隨時間變化，稱為穩(wěn)恒直流電流。直流電流簡稱DC，用大寫字母I表示。電流的基本單位為安培，簡稱安，用字母A表示，常用的單位還有毫安（mA）、微安（μA）。

1

A=103

mA=106

μA1

kA=103

A習(xí)慣上規(guī)定正電荷運動的方向為電流的正方向。單元一 直

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路（二）電路的基本物理量1.電流單元一 直

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路電流的方向提示直流電流的測量用萬用表的電流擋。首先選擇合適的量程，然后按參考方向（電流從紅表筆流進）將表串聯(lián)在電路中試測，若指針正偏，電流值記

“+”，說明電流的實際方向與參考方向一致；若指針反偏，應(yīng)立即對調(diào)紅黑表筆，電流值記“-”，說明電流的實際方向與參考方向相反。單元一 直

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路單元一 直

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路2.電壓電場力將單位正電荷從電場中的a點移到b點所做的功，稱為a、b兩點間的電壓，電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。燈管之所以發(fā)光，是因為它兩端加上了電壓。電壓的大小反映了電場力做功的本領(lǐng)，即電壓的基本單位為伏特，簡稱伏，用字母V表示，常用的單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）及微伏（μV）。1

kV=103

V＝106

mV=109

μV單元一 直

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路電壓的參考方向及表示形式單元一 直

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路電壓與電流參考方向示意圖電壓的方向提示直流電壓的測量用萬用表的直流電壓擋。首先選擇合適的量程，然后按照參考方向?qū)⒓t表筆接“+”，黑表筆接“-”試測，若指針正偏，電壓值記“+”，說明電壓的實際方向與參考方向一致；若指針反偏，應(yīng)立即對調(diào)紅黑表筆，電壓值記“-”，說明電壓實際方向與參考方向相反。單元一 直

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路單元一 直

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路3.電位在電子線路的分析中經(jīng)常用到電位的概念，所謂電位，就是電路中某點到參考點之間的電壓。電位的單位與電壓相同，用字母V表示。參考點的選取原則上是任意的，但實際工程技術(shù)中常選擇大地作為零電位參考點，設(shè)備外殼接地的，與機殼相連的點都是零電位點；電子線路中一般選取導(dǎo)線的公共點（往往是電源的一個極）為參考點，用符號“⊥”表示。單元一 直

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路參考點的表示方法圖中選取b點為參考點，則Vb=0，Va=Uab或Va=UE=E。電路中兩點之間的電壓等于兩點電位之差，即

Uab=Va－Vb單元一 直

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路4.電動勢電動勢是衡量電源力對電荷做功能力的物理量，是電源力將單位正電荷從低電位點（電源的負(fù)極）移動到高電位點（電源的正極）所做的功。電動勢用字母E表示，其單位與電壓相同。電動勢的實際方向是由電源低電位（電源負(fù)極）指向高電位（電源正極），所以電源兩端電壓的方向與電動勢的方向相反。電源

開路電壓值等于電動勢的值。單元一 直

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路5.電功率電場力在單位時間內(nèi)所做的功，稱為電功率，簡稱功率。功率的單位是瓦特，簡稱瓦，用字母W表示。計算電功率時，必須先設(shè)定一個元件上電流和電壓的參考方向，如果選擇關(guān)聯(lián)參考方向，則功率的計算公式為P=UI如果選擇非關(guān)聯(lián)參考方向，則功率的計算公式為P=－UI如果功率的計算結(jié)果為正值，即P＞0，則說明這個元件在電路中是吸收功率的，是負(fù)載；如果功率的計算結(jié)果為負(fù)值，即P＜0，則說明這個元件在電路中是發(fā)出功率的，是電源。單元一 直

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路（三）電路基本元件1.電阻元件電阻元件是從實際電阻器抽象出來的理想元件模型，如燈泡、電阻爐、電烙鐵等實際電阻器件都可視為電阻元件。電阻元件的伏安特性為通過坐標(biāo)原點的直線，它表明電壓與電流成比例關(guān)系，這類電阻元件稱為線性電阻元件，其兩端的電壓與電流服從歐姆定律，即u=Ri或i=uR線性電阻元件吸收的功率為單元一 直

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路線性電阻元件的伏安特性電阻元件提示不論u、i是正值還是負(fù)值，P總大于零，上式說明電阻元件總是消耗電功率的，與電流電壓的實際方向沒有關(guān)系，電阻元件具有分壓和限流的作用。單元一 直

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路單元一 直

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路2.電感元件理想電感元件簡稱電感元件，它是從實際電感線圈中抽象出來的理想化模型。當(dāng)電感線圈中通以電流時，在其內(nèi)部及周圍會建立磁場。線圈中的電流變化時，磁場也隨之變化，并在線圈中產(chǎn)生自感電動勢。單元一 直

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路電感元件當(dāng)線圈中的電壓、電流和電動勢的參考方向如圖所示時，則有表明，電感元件兩端的電壓與它的電流對時間的變化率成正比，比例系數(shù)L稱為電感。單元一 直

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路3.電容元件理想電容元件簡稱電容元件，是從實際電容器抽象出來的理想化模型。電容器加上電壓后，兩極板出現(xiàn)等量異號電荷，并在兩極板間形成電場。當(dāng)忽略電容器的漏電阻和電感時，可將其抽象為只具有儲存電場能量性質(zhì)的電容元件。單元一 直

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路電容元件當(dāng)電路中的電壓、電流參考方向如圖b所示時，則有式表明，通過電容元件的電流與該時刻元件兩端電壓的變化率成正比。電容既表示電路元件，又表示元件參數(shù)。其單位是法拉（F），工程上一般采用微法（μF）和皮法（pF）。1

F=106

μF=1012

p電容元件極板間儲存的電場能量為單元一 直

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路4.理想電壓源無論流過多大的電流，都能提供確定電壓的電路元件稱為理想電壓源，即U=US或u（t）=us（t）電壓源輸出的電壓是定值或是時間t的函數(shù)，而與外電路無關(guān)；通過電壓源的電流取決于外電路。常見的電壓源有直流電壓源和正弦交流電壓源。單元一 直

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路理想電壓源單元一 直

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路5.理想電流源在電路中，無論它的端電壓是多少，都能提供確定電流的電路元件稱為理想電流源。單元一 直

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路理想電流源下圖是理想電流源的符號和伏安特性曲線，IS為理想電流源的電流，其電壓電流關(guān)系為I=IS單元一 直

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路6.實際電源的兩種電路模型電壓源模型單元一 直

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路電流源模型單元一 直

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路實際電壓源與實際電流源的等效變換單元一 直

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路（四）電路的三種工作狀態(tài)1.空載狀態(tài)空載狀態(tài)在下圖中，開關(guān)S斷開時，電源與負(fù)載斷開，電路中的電流為零，這種狀態(tài)稱為空載狀態(tài)或開路狀態(tài)。單元一 直

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路2.負(fù)載狀態(tài)負(fù)載狀態(tài)在下圖所示電路中，當(dāng)開關(guān)S閉合，電源與負(fù)載接通，就是電源有載工作狀態(tài)，即負(fù)載狀態(tài)。提示負(fù)載的大小是指負(fù)載電流的大小或功率的大小，而不是電阻的大小。單元一 直

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路單元一 直

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路負(fù)載狀態(tài)3.短路狀態(tài)在下圖所示電路中，電源兩端沒有經(jīng)過負(fù)載而直接連在一起時,稱為電源被短路。直流電路的分析方法二、（一）電阻等效1.電阻的串聯(lián)單元一直流電路兩個或多個電阻無分支地依次相連，各個電阻中通過同一電流，稱為電阻的串聯(lián)，串聯(lián)電阻電路有以下特點。（1）通過各個電阻的電流相等，即I=I1=I2=…=In（2）串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻上電壓的代數(shù)和，即U=U1+U2+…+Un（3）串聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）等于各電阻之和，即

R=R1+R2+…+Rn（4）各串聯(lián)電阻電壓與其阻值成正比，即2.電阻的并聯(lián)單元一 直

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路兩個或多個電阻并列連接在電路中兩個公共端點之間，每個電阻的端電壓相同，這樣的連接方式稱為電阻的并聯(lián)。并聯(lián)電阻電路具有以下特點。（1）各并聯(lián)電阻的端電壓相等，即U=U1=U2=…=Un（2）流過并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和，即I=I1+I2+…+In（3）并聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)，等于各個并聯(lián)電阻倒數(shù)之和。（4）流過各并聯(lián)電阻的電流與其阻值成反比，即單元一 直

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路電阻的等效變換（二）基爾霍夫定律1.電路結(jié)構(gòu)的基本術(shù)語單元一 直

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路電路術(shù)語示意圖2.基爾霍夫電流定律（KCL）單元一 直

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路基爾霍夫電流定律的內(nèi)容是：在任意瞬間，通過任一節(jié)點所連的各支路電流的代數(shù)和恒等于零，即∑I=0也可以寫成∑I入=∑I出3.基爾霍夫電壓定律（KVL）單元一 直

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路基爾霍夫電壓定律的內(nèi)容是：在任意瞬間，沿任一回路繞行一周（順時針或逆時針方向），回路中各個元件電壓的代數(shù)和恒等于零，即∑U=0（三）支路電流法單元一 直

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路支路電流法是以支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL，列出與支路數(shù)相等的節(jié)點電流方程和回路電壓方程，解出各支路電流的方法。單元一 直

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路（四）節(jié)點電壓法節(jié)點電壓法節(jié)點電壓法是以電

路中的節(jié)點電壓為未知

量，應(yīng)用KCL列出與節(jié)

點電壓數(shù)相等的節(jié)點電

流方程，聯(lián)立后求解各

個節(jié)點電壓的電路分析

方法。求出節(jié)點電壓，

便可得到各支路電壓，

利用歐姆定律和KVL，

就可以求出各支路電流。提示節(jié)點電壓法適用于節(jié)點數(shù)少，支路數(shù)多的電路。對于只有兩個節(jié)點，多條支路的電路，用節(jié)點電壓法求支路電流更為方便。當(dāng)電路中含有電壓源支路，盡可能取電壓源支路的負(fù)極性端作為參考點，把電壓源中的電流作為變量列入節(jié)點方程。單元一 直

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路單元一 直

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路含電壓源支路的電路單元一 直

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路（五）疊加原理在多個電源共同作用的線性電路中，任意支路的響應(yīng)（電流或電壓）都是多個電源共同作用的結(jié)果。疊加原理是指在線性電路中，如果有多個電源同時作用，任意支路的電流或電壓，等于各個電源分別單獨作用時，在該支路中產(chǎn)生的響應(yīng)的代數(shù)和。無作用電源的處理方法為：將電壓源短路，將電流源開路，如果電源有內(nèi)電阻，則將內(nèi)電阻保留。單元一 直

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路應(yīng)用疊加原理分析電路時，應(yīng)注意以下問題。（1）疊加原理只適用于線性電路電壓和電流的計算，不適合電功率的計算。（2）將各個電源單獨作用產(chǎn)生的電壓和電流進行疊加時，要注意各分電路中電壓和電流的參考方向應(yīng)與原電路中對應(yīng)電壓和電流的參考方向保持一致，若不一致，則應(yīng)在分量前加“-”。單元一 直

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路（六）戴維南定理在電路分析中，有時只需要計算其中某一支路的電流或電壓。為了使計算方便，常常應(yīng)用等效電壓源的方法，將所需要計算的那條支路劃出，而把其余部分看作一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，這個有源二端網(wǎng)絡(luò)對于劃出的支路來說，相當(dāng)于一個電壓源。戴維南定理是指任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對外部電