電工電子技術(shù)第一章

第1章電路的基本概念和基本定律

1.1電路和電路模型

1.2電流電壓及其參考方向

1.3電功率和電能

1.4電阻元件和歐姆定律

1.5電壓源和電流源

1.6基爾霍夫定律1.1電路和電路模型

1.1.1電路 電路是電流的流通路徑,它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的。復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡(luò)。電路和網(wǎng)絡(luò)這兩個術(shù)語是通用的。 它的一種作用是實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。另一種作用是實現(xiàn)信號的處理。電路中提供電能或信號的器件,稱為電源,。電路中吸收電能或輸出信號的器件,稱為負(fù)載。在電源和負(fù)載之間引導(dǎo)和控制電流的導(dǎo)線和開關(guān)等是傳輸控制器件。圖1.1電路的組成

1.1.2理想電路元件 在一定條件下對實際器件加以理想化,只考慮其中起主要作用的某些電磁現(xiàn)象。 理想電路元件是一種理想化的模型,簡稱為電路元件。電阻元件是一種只表示消耗電能的元件;電感元件是表示其周圍空間存在著磁場而可以儲存磁場能量的元件;電容元件是表示其周圍空間存在著電場而可以儲存電場能量的元件等。 對具有兩個引出端的元件,稱為二端元件;對具有兩個以上引出端的元件,稱為多端元件。

1.1.3電路模型 實際電路可以用一個或若干個理想電路元件經(jīng)理想導(dǎo)體連接起來模擬,這便構(gòu)成了電路模型。1.2電流、電壓及其參考方向

1.2.1電流及其參考方向 帶電粒子（電子、離子等）的定向運動,稱為電流。用符號i表示,即 Δq為極短時間Δt內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 電流的實際方向為正電荷的運動方向。 當(dāng)電流的量值和方向都不隨時間變化時,稱為直流電流,簡稱直流。直流電流常用英文大寫字母I表示。 量值和方向隨著時間按周期性變化的電流,稱為交流電流,常用英文小寫字母i表示。單位是安［培］,符號為A。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。

在分析與計算電路時,常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。圖1.2電流的參考方向

1.2.2電壓及其參考方向 電路中A、B兩點間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點移動到B點所減少的電能,即 式中,Δq為由A點移動到B點的電荷量,ΔWAB為移動過程中電荷所減少的電能。 電壓的實際方向是使正電荷電能減少的方向,電壓的SI單位是伏［特］,符號為V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。量值夠和方執(zhí)向都憑不隨爆時間價變化油的直講流電糞壓,絞用羅大寫稱字母U表示抬。交妙流電淘壓,讀用市小寫策字母u表示寧。圖1啞.3膚電壓層的參瓣考方填向元件多的電伸壓參騾考方每向與戲電流樓參考請方向劇是一盈致的撲,媽稱為海關(guān)聯(lián)攪參考競方向該。圖1厭.4軍電流鏈和電呈壓的仍關(guān)聯(lián)跡參考燥方向1.鉛2.躁3摸電市位在電桑路中娘任選曠一點蟻,書叫做尿參考紋點,謹(jǐn)則炎某點愁的電瞧位就泉是由柳該點采到參酷考點液的電唉壓。如果計已知a、川b兩點開的電偷位各雁為V泄a青#,駁V諷蔥b,則此親兩點捎間的拿電壓即兩罷點間辯的電乓壓等根于這塌兩點吸的電如位的箏差,1.寄3嗚電槳功率膠和電衡能傳遞盡轉(zhuǎn)換字電能市的速復(fù)率叫垂電功麻率,巴簡赤稱功鋼率,草用p或P表示釀。如果屠電流振、怒電壓繭選用盛關(guān)聯(lián)瞎參考籮方向燙,雄則所競得的p應(yīng)看數(shù)成支仍路接畝受的派功率睬,避計算會所得先功率償為負(fù)蒼值時鴿,鳥表示虹支路禿實際嶼發(fā)出封功率廢。賭如果盤電流父、儲電壓中選擇雖非關(guān)景聯(lián)參深考方撿向,p應(yīng)看凝成支薄路發(fā)獎出的霸功率料,調(diào)即計泡算所宰得功筑率為資正值困時,薦表宜示支鋒路實簡際發(fā)土出功惹率;強計酸算所濾得功熄率為剪負(fù)值洽時,旦表浴示支藥路接盯受功什率。得在直服流情蒼況下功率疑的單籌位為仰瓦［嫌特］爺,紋簡稱瘦瓦,語符度號為W,常用氣的有稿千瓦明（kW守）、兆瓦匠（MW催）和毫天瓦（mW）等。從t0到t時間趁內(nèi),斥電廁路吸喜收（任消耗拍）的意電能賺為直流汽時，漆有電能千的SI主單膛位是卸焦［陪耳］堆,倒符號靈為J,在實璃際生纏活中敬還采纖用千丙瓦小帝時（kW慎·h陸）作為跑電能穿的單博位,梳簡稱徐為1您度電命。所有敵元件檢接受訊的功味率的訪總和群為零惹。這饅個結(jié)形論叫華做“旅電路停的功頃率平仗衡”盯。例1亂.1圖1庫.5所示框為直中流電登路,U1=4侮V,U2=-忽8V疏,U3=6敬V,I=4境A,求各仇元件低接受斬或發(fā)拼出的維功率P1、P2和P3,并求美整個劫電路穿的功券率P。份解P1的電持壓參憂考方悟向與負(fù)電流聲參考羊方向歉相關(guān)境聯(lián),姓故P1=U1I=4肝×4睛=1豈6W搜(接受初16W)薄P2和P3的電板壓參積考方以向與伸電流推參考箱方向考非關(guān)訴聯(lián),噸故P2=U2I=(境-8沾)×腿4=速-3雁2W攏(接受久32W)鹿P3=U3I=6譽×4恢=2胞4W鎮(zhèn)(發(fā)出完24W)仿整個云電路看的功蘆率P,設(shè)接廳受功窩率為予正,碰發(fā)晌出功請率為卷負(fù),也故P=1兼6+企32花-2翼4=減24片W邁圖費1.仔5四例1旱.1淡圖1.妄4躍電汗阻元飾件和斗歐姆染定律電阻委元件祖是一確個二居端元弱件,臥它抽的電幟流和執(zhí)電壓縮慧的方勿向總制是一爽致的瓦,瞇它的遼電流役和電恨壓的艙大小婚成代且數(shù)關(guān)如系。電流末和電叔壓的危大小鞠成正暢比的灑電阻柿元件稅叫線掛性電敏阻元廟件。符元所件的大電流廊與電到壓的籠關(guān)系近曲線電叫做合元件日的伏煉安特饞性曲販線。戴線性術(shù)電阻惡元件義的伏嘉安特惠性為販通過遇坐標(biāo)筋原點我的直尿線,筆這急個關(guān)丈系稱選為歐浩姆定誓律。董在電掌流和洗電壓城的關(guān)鵲聯(lián)參繳考方忍向下輕,希線性彼電阻也元件隔的伏足安特斧性如染圖1聞.6鎖所示士,沃歐姆聰定律掙的表濾達式濤為圖羽1.折6粗線漢性電爛阻的耽伏安漁特性躺曲線式中梯,R是元滾件的動電阻慘,胞它是鏡一個仰反映紗電路惡中電統(tǒng)能消夢耗的貢電路驚參數(shù)基,寨是一舅個正惱實常息數(shù)。亡式中錫電壓蔑用V表示到,穗電流策用A表示全時,快電剝阻的鵝單位宰是歐前［姆抬］,斜符蜘號為Ω。電阻婆的十啦進倍壩數(shù)單桐位有松千歐浙（kΩ標(biāo)）、兆歐謝（MΩ合）等。竿電流物和電準(zhǔn)壓的構(gòu)大小順不成去正比盼的電榨阻元濁件叫尾非線旋性電唯阻元佳件,壓本息書只途討論由線性事電阻嗓電路晴。令G=1迫/R芬,則式孔（1營.7采）變脅為式中來,G稱為腰電阻拍元件款的電否導(dǎo),押單張位是喪西［蹲門子打］,炸符湊號為S語。如果蒜線性氧電阻擦元件候的電更流和唱電壓什的參王考方畏向不潤關(guān)聯(lián)傳,磨則歐我姆定訓(xùn)律的權(quán)表達擱式為在電族流和英電壓趣關(guān)聯(lián)周參考沿方向?qū)懴?鞠任處何瞬古時線撓性電尖阻元辜件接火受的第電功頃率為或線性瓣電阻噴元件壩是耗豆能元訓(xùn)件。如果蝴電阻默元件行把接優(yōu)受的棉電能稍轉(zhuǎn)換管成熱艇能,地則策從t0到t時間爐內(nèi)。詠電阻引元件傾的熱帶［量文］Q,也就欲是這嚇段時半間內(nèi)妙接受浙的電屢能W為若電蘿流不獅隨時撲間變焦化,以上固兩式哀稱為等焦耳拜定律西。線性笑電阻上元件倚有兩韻種特裁殊情煤況值姥得注果意:店一橫種情廢況是址電阻裳值R為無粘限大俯,仆電壓夏為任熱何有證限值沃時,辯其榴電流覽總是遞零,御這療時把盛它稱梯為“找開路阻”;尾另泳一種杜情況刑是電丈阻為弄零,肚電燦流為絕任何矮有限燦值時紅,榮其電酬壓總膚是零鴉,昂這時匹把它峽稱為遍“短顧路”戴。例1右.2有2傾20V,鮮1減00憂W燈泡在一個奴,消其燈棍絲電凡阻是惕多少刊？每所天用吐5h,一個禁月（疲按3籠0天是計算賠）消碑耗的膛電能叉是多蓮少度港？解燈泡覺燈絲程電阻古為一個爭月消嶺耗的胖電能換為1.宏5怠電疏壓源喊和電胸流源吃電壓京源是曠一個裙理想護二端艷元件燙。電基壓源鬧具有甜兩個怠特點付:(1民)諷電壓徒源對煎外提武供的大電壓u(t)是某持種確鬼定的粥時間澡函數(shù)咽,脖不會嘩因所暮接的廁外電戰(zhàn)路不坊同而旋改變礙,維即u(t)=us(t)。(2始)通過講電壓稿源的爛電流i（t）隨外頑接電照路不搬同而固不同欺。常剛見的拴電壓嫌源有純直流剝電壓蓄源和堤正弦美交流優(yōu)電壓口源。圖標(biāo)1.擴7或電壓樹源電帶壓波允形圖屯1.抓8續(xù)是直玩流電除壓源屆的伏旺安特刺性。圖1.寺8娃直煙流電酷壓源孟的伏群安特壺性電壓昨為零僻的電伙壓源腥相當(dāng)旱于短字路。由圖筋1.移7(a)知,瞞電位壓源己發(fā)出述的功踩率為p＞推0時,做電幸壓源吹實際政上是辭發(fā)出港功率撤；p＜爹0時,籃電方壓源紗實際守上是餃接受貌功率亮。電流倚源也豎是一者個理易想二伸端元送件,歇電流漆源有胸以下咐兩個籃特點刑:(1南)黃電流悠源向迅外電捆路提何供的蜻電流i(t)是某遮種確蟲定的系時間冒函數(shù)討,苦不會贈因外侮電路癢不同旦而改濟變,包即i(t)=is,is是電等流源幅的電傲流。酒(恐2)世電桶流源磚的端掀電壓u(t)隨外喝接的謹(jǐn)電路阻不同喜而不你同。幸如果堂電流察源的飼電流is=Is(Is是常親數(shù))兄,脹則為剩直流轟電流漂源。電流妹為零融的電攝流源燃相當(dāng)?shù)┯陂_芝路。圖1隱.9扒電賭流源賊及直柏流電啦流源恐的伏皇安特待性電流搏源發(fā)菊出的裹功率陵為p＞曠0,電流疫源實金際是筑發(fā)出鈔功率判;p＜賤0,電流絨源實眨際是犧接受端功率知。電壓嚴(yán)源和哪電流巨源,捕稱為唉獨立泰源。始在電仆子電砌路的留模型慌中還集常常趟遇到區(qū)另一林種電循源,碼它照們的斬源電吉壓和召源電示流不盒是獨疊立的勿,臉是受陸電路這中另絹一處吼的電泰壓或納電流欄控制迅,奴稱為雀受控炮源或粱非獨口立源使。熔例1雁.3計算參圖關(guān)1.怖10故所當(dāng)示電己路中皺電流刑源的肺端電員壓U1,閑5Ω電阻駱兩端梢的電強壓U2和電娘流源錦、電番阻、武電壓呼源的裁功率P1,P2,P3。電流弓源的銅電流鴨、電犬壓選惡擇為澆非關(guān)報聯(lián)參赤考方駐向,貌所紙以P1=U1Is=1丈3×城2=疲26淘W痕(發(fā)出響)做電阻估的電纖流、貨電壓宇選擇均為關(guān)假聯(lián)參教考方堵向,份所本以P2=1屯0×妄2=興20患W武(接受彎)翠電壓丟源的菊電流宴、粗電壓芬選擇母為關(guān)刑聯(lián)參用考方哀向,甘所拌以P3=2烤×3啊=6羨W姥(接受牌)國圖以1.捷10從例己1.魔3圖1.粗6呆基扇爾霍膛夫定窩律基爾伍霍夫卡定律槍是集駱中參尺數(shù)電陰路的郵基本撇定律秘,兩它包潔括電毛流定駛律和趣電壓理定律此。為槳了便享于討籠論,買先錄介紹般幾個韻名詞虛。（1戀）支榴路:千電禮路中近流過龜同一錢電流獄的一販個分犧支稱毫為一饒條支部路。（2綢）節(jié)哨點:容三茄條或怖三條先以上夠支路巡壽的聯(lián)挺接點誘稱為鉗節(jié)點笛。(3僻)字回路并:沙由若迎干支披路組銀成的穩(wěn)閉合籮路徑則,其扭中每販個節(jié)群點只紙經(jīng)過聲一次學(xué),萄這條考閉合案路徑辰稱為枝回路腸。(4佩)荒網(wǎng)孔械:慚網(wǎng)孔集是回彈路的桂一種舊。將炮電路切畫在壓平面隙上,處在刮回路器內(nèi)部虹不另爆含有杯支路甜的回反路稱礦為網(wǎng)弟孔。1.嚷6.骨1省基工爾霍途夫電繡流定仙律（KC蒙L）在集塵中參鞭數(shù)電暫路中墳,碰任何盞時刻枝,川流出變（或緒流入興）一浸個節(jié)徹點的牛所有杜支路門電流胖的代姑數(shù)和拍恒等克于零突,淋這就誦是基片爾霍煩夫電練流定浴律,放簡兆寫為KC屈L待。泄對圖熔1雅.1育1欣中的朱節(jié)點a,應(yīng)用KC瞞L則有亞寫出訂一般挑式子救,囑為∑i=際0把式蜻（1慨.1悉4）答改寫滾成下稿式,辭即慢i1=i3+i4（1窗.1勤4）在集地中參信數(shù)電鋤路中墾,揭任何田時刻梢,笨流入圍一個哭節(jié)點背電流旋之和微等于胞流出側(cè)該節(jié)吧點電吩流之抹和。牌圖1梳.1燃1叫電績路實擺例KC瓣L原是肺適用談于節(jié)煎點的元,斧也可單以把痕它推僵廣運采用于濫電路傅的任給一假寇設(shè)的貨封閉奧面。覆例如經(jīng)圖1黑.1兆1所偽示封旦閉面S所包枯圍的尿電路鄙。1.揉6.羊2體基露爾霍聞夫電障壓定擇律（KV任L）在集索中參庫數(shù)電濤路中愧,朝任何響時刻餡,療沿著裕任一希個回聰路繞匠行一貧周,弊所韻有支勒路電換壓的姑代數(shù)群和恒咬等于掙零,消這捏就是既基爾鄙霍夫廈電壓貢定律敞,猾簡寫腹為KV慢L,用數(shù)茫學(xué)表毛達式梳表示拳為（1柿.1冰6）在寫性出式擾（1耕.1買6）早時,我先考要任傭意規(guī)菜定回徐路繞妥行的睜方向刑,攀凡支稈路電驢壓的虹參考冒方向把與回肅路繞保行方左向一憤致者潤,御此電豎壓前珍面取隔“+尾”號棋,后支路勸電壓習(xí)的參撤考方蓬向與忠回路挨繞行刪方向暴相反砍者,就則蘇電壓堪前面孩取“婦-”著號。在圖梅1.星11削中,改對散回路ab塞cg梯a應(yīng)用KV干L,有如果投一個剖閉合批節(jié)點海序列濤不構(gòu)捏成回婆路,味例診如圖饒1.倉11藍中的挖節(jié)點勵序列ac場ga,在節(jié)科點ac之間六沒有己支路部,慌但節(jié)窄點ac之間劍有開層路電團壓uac,頌K汁VL同樣臨適用虧于這暴樣的澤閉合衛(wèi)節(jié)點寄序列霧,失即有（1路.1陽7）將式匠（1墳.1壺7）浸改寫屠為電路范中任封意兩劃點間怠的電香壓是宵與計仿算路的徑無米關(guān)的尿,墊是單方值的吳。所介以,損基脈爾霍啞夫電守壓定沿律實肺質(zhì)是櫻兩點擱間電音壓與炭計算