清華大學(xué)電工技術(shù)電子技術(shù)1課件

第1章

電路的基本概念、定律和分析方法(電路元件電壓源電流源基爾霍夫定律支路電流法)第1講7/20/2023電工電子技術(shù)歡迎學(xué)習(xí)《電工技術(shù)》1.掌握電路的基本原理及分析方法,為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)。2.學(xué)習(xí)交流電路的基本原理，掌握正確及安全用電方法，培養(yǎng)工作技能。3.學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的基本原理和控制技術(shù)。4.通過實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電子儀器的使用方法,鍛煉電工方面的動(dòng)手能力。7/20/2023電工電子技術(shù)電路的基本概念、定律和分析方法

第一章

電路的基本概念與定律

1.1.1電路中的物理量1.1.2電路元件1.1.３基爾霍夫定律§1.1§1.2

電路的分析方法

1.2.1支路電流法

7/20/2023電工電子技術(shù)本課作業(yè)1-1(C)1-2(a)(b)1-61-8(a)1-10用電源模型的等效互換原理1-12用支路電流法英1題7/20/2023電工電子技術(shù)1.1.1電路中的物理量電池?zé)襞蓦娏麟妷弘妱?dòng)勢EIRU+_電源負(fù)載7/20/2023電工電子技術(shù)電路中物理量的正方向物理量的正方向：實(shí)際正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向：物理中對電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向（參考正方向）：在分析計(jì)算時(shí)，對電量人為規(guī)定的方向。7/20/2023電工電子技術(shù)物理量的實(shí)際正方向7/20/2023電工電子技術(shù)物理量正方向的表示方法電池?zé)襞軺ab_+正負(fù)號(hào)abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭Uabab電壓+-IR電流：從高電位指向低電位。IRUabE+_abU+_7/20/2023電工電子技術(shù)物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_電壓的正方向箭頭和正負(fù)號(hào)是等價(jià)的,只用其中之一.IRUababU7/20/2023電工電子技術(shù)電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR7/20/2023電工電子技術(shù)(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；7/20/2023電工電子技術(shù)規(guī)定正方向的情況下歐姆定律的寫法I與U的方向一致U=IRaIRUbI與U的方向相反U=–IRaIRUb7/20/2023電工電子技術(shù)規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法功率的概念：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:IUP=如果UI方向不一致寫法如何？電壓電流正方向一致aIRUb7/20/2023電工電子技術(shù)規(guī)定正方向的情況下電功率的寫法aIRUb電壓電流正方向相反P=–UI功率有正負(fù)？7/20/2023電工電子技術(shù)吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）若P0輸出功率（起電源作用）若P0電阻消耗功率肯定為正電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率）功率有正負(fù)7/20/2023電工電子技術(shù)電源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-電壓電流正方向不一致電壓電流正方向一致7/20/2023電工電子技術(shù)含源網(wǎng)絡(luò)的功率IU+-含源網(wǎng)絡(luò)P=UI電壓電流正方向一致P=–UI電壓電流正方向不一致IU+-含源網(wǎng)絡(luò)7/20/2023電工電子技術(shù)當(dāng)計(jì)算的P>0

時(shí),則說明U、I

的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，為負(fù)載。

所以，從P的+或-可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是電源，或是負(fù)載。結(jié)論在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)U、I正方向一致。當(dāng)計(jì)算的P<0

時(shí),則說明U、I

的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。7/20/2023電工電子技術(shù)伏-安特性iuRiuui線性電阻非線性電阻(一)無源元件1.電阻R（常用單位：、k、M）1.1.2電路元件7/20/2023電工電子技術(shù)2.電感

L：ui（單位：H,mH,H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈線圈匝數(shù)磁通7/20/2023電工電子技術(shù)電感中電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電感相當(dāng)于短路.uei++––7/20/2023電工電子技術(shù)3.電容C單位電壓下存儲(chǔ)的電荷（單位：F,F,pF）++++----+q-qui電容符號(hào)有極性無極性+_7/20/2023電工電子技術(shù)電容上電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開路）uiC7/20/2023電工電子技術(shù)無源元件小結(jié)理想元件的特性（u與i的關(guān)系）LCR7/20/2023電工電子技術(shù)UR1R2LCR1UR2U為直流電壓時(shí),以上電路等效為注意L、C

在不同電路中的作用7/20/2023電工電子技術(shù)1.電壓源(二)有源元件主要講有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。理想電壓源（恒壓源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特點(diǎn)：(1）無論負(fù)載電阻如何變化，輸出電壓不變（2）電源中的電流由外電路決定，輸出功率可以無窮大7/20/2023電工電子技術(shù)恒壓源中的電流由外電路決定設(shè):

U=10VIU+_abUab2R1當(dāng)R1

、R2

同時(shí)接入時(shí)：I=10AR22例當(dāng)R1接入時(shí)：I=5A則：7/20/2023電工電子技術(shù)RS越大斜率越大電壓源模型伏安特性IUUSUIRS+-USRLU=US–IRS當(dāng)RS=0時(shí)，電壓源模型就變成恒壓源模型由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成RS稱為電源的內(nèi)阻或輸出電阻7/20/2023電工電子技術(shù)理想電流源（恒流源)特點(diǎn)：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）輸出電壓由外電路決定。2.電流源7/20/2023電工電子技術(shù)恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè):IS=1AR=10時(shí)，U=10

VR=1時(shí)，U=1

V則:例7/20/2023電工電子技術(shù)ISRSabUabIIsUabI外特性

電流源模型RSRS越大特性越陡I=IS–Uab/RS由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成當(dāng)內(nèi)阻RS=時(shí)，電流源模型就變成恒流源模型7/20/2023電工電子技術(shù)恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量U+_abIUabUab=U

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對I無影響。輸出電流I可變-----

I的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab可變-----Uab的大小、方向均由外電路決定7/20/2023電工電子技術(shù)3.兩種電源模型的等效互換等效互換的條件：當(dāng)接有同樣的負(fù)載時(shí)，對外的電壓電流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRS+-UbaUabISabUab'I'RS'7/20/2023電工電子技術(shù)等效互換公式IRS+-UbaUab()'RI''RI'RI'I'USSsSsab-=-=I=I'Uab=Uab'若Uab=U–IRS

則U–IRS='RI''RISSs-U=ISRS′RS=RS′Uab'ISabI'RS'7/20/2023電工電子技術(shù)例：電壓源與電流源的等效互換舉例I2+-10VbaUab5AabI'10V/2=5A25A2=10VU=ISRS′RS=RS′IS=U/RS7/20/2023電工電子技術(shù)等效變換的注意事項(xiàng)“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏--安特性一致），對內(nèi)不等效。(1)IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRLIS=US/RSRS′=RS7/20/2023電工電子技術(shù)注意轉(zhuǎn)換前后US與Is的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRS'bI'aIsRS'bI'7/20/2023電工電子技術(shù)(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI7/20/2023電工電子技術(shù)(4)進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RS和RS'不一定是電源內(nèi)阻。7/20/2023電工電子技術(shù)111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)用舉例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U37/20/2023電工電子技術(shù)(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I7/20/2023電工電子技術(shù)454RRRUUIdd++-=+RdUd+R4U4R5I--(接上頁)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3()()4432132131////////RIERRRRRRRIIUSdd==+=7/20/2023電工電子技術(shù)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入數(shù)值計(jì)算已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A解得：I=–0.2A(負(fù)號(hào)表示實(shí)際方向與假設(shè)方向相反)7/20/2023電工電子技術(shù)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+–計(jì)算功率I4=IS+I=3+(-0.2)=2.8AUR4=I4R4=2.8×4=11.2VP=I

UR4=(-0.2)×11.2=-2.24W負(fù)號(hào)表示輸出功率R4=4

IS=3AI=–0.2A恒流源IS的功率如何計(jì)算?PIS=-33.6W7/20/2023電工電子技術(shù)10V+-2A2I討論題哪個(gè)答案對???7/20/2023電工電子技術(shù)1.1.3基爾霍夫定律（克希荷夫定律，克氏定律）用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系,其中包括克氏電流定律和克氏電壓定律兩個(gè)定律。名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑7/20/2023電工電子技術(shù)支路：共3條回路：共3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、b(共2個(gè)）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU17/20/2023電工電子技術(shù)I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？條回路：共？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)3個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路7/20/2023電工電子技術(shù)(一)克氏電流定律對任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。I1I2I3I4克氏電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性I=0即：例或：流入為正流出為負(fù)7/20/2023電工電子技術(shù)電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0克氏電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)7/20/2023電工電子技術(shù)(二)克氏電壓定律

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升?；?，電壓的代數(shù)和為0。例如：回路#1

13311URIRI=+電位降電位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1對回路#2：

#223322URIRI=+電位升電位降對回路#3：

12211URIRI=++U2電位降電位升#3第3個(gè)方程不獨(dú)立電位降為正電位升為負(fù)7/20/2023電工電子技術(shù)關(guān)于獨(dú)立方程式的討論問題的提出：在用克氏電流定律或電壓定律列方程時(shí)，究竟可以列出多少個(gè)獨(dú)立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下電路中應(yīng)列幾個(gè)電流方程？幾個(gè)電壓方程？7/20/2023電工電子技術(shù)克氏電流方程：節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只有1個(gè)克氏電壓方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=獨(dú)立方程只有2個(gè)aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU17/20/2023電工電子技術(shù)設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小結(jié)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程有

(N-1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程有

(B-N+1)個(gè)則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：１個(gè)獨(dú)立電壓方程：２個(gè)7/20/2023電工電子技術(shù)未知數(shù)：各支路電流解題思路：根據(jù)克氏定律，列節(jié)點(diǎn)電流和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解。支路電流法2.1.1§2.1電路的分析方法7/20/2023電工電子技術(shù)解題步驟：1.對每一支路假設(shè)一未知電流（I1--I6）4.解聯(lián)立方程組對每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2.列電流方程對每個(gè)獨(dú)立回路有0U=S3.列電壓方程節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例17/20/2023電工電子技術(shù)節(jié)點(diǎn)a：列電流方程節(jié)點(diǎn)c：節(jié)點(diǎn)b：節(jié)點(diǎn)d：bacd（取其中三個(gè)方程）節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_7/20/2023電工電子技術(shù)列電壓方程電壓、電流方程聯(lián)立求得：bacd33435544

:RIUURIRIadca+=++1144664

:RIRIRIUabda+=+U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_結(jié)果可能有正負(fù)7/20/2