電子電工基礎(chǔ)知識(shí)

電子電工基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程的目的和學(xué)習(xí)方法目的—獲得電的基本理論知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)和工程技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。

方法—掌握好物理概念（多看書(shū)）；多做習(xí)題。第2頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)要點(diǎn)電流、電壓參考方向及功率計(jì)算常用電路元件的伏安特性基爾霍夫定律支路電流法與節(jié)點(diǎn)電壓法疊加定理與戴維寧定理電路等效概念及其應(yīng)用分析電路過(guò)渡過(guò)程的三要素法第一章電路的基本概念與基本定律第3頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1電路基本物理量為了某種需要而由電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和負(fù)載按一定方式組合起來(lái)的電流的通路稱(chēng)為電路。電路的主要功能：一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。第4頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電源：將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置(干電池,蓄電池,發(fā)電機(jī))或信號(hào)源。中間環(huán)結(jié)：把電源與負(fù)載連接起來(lái)的部分(連接導(dǎo)線,開(kāi)關(guān))負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)換成非電能的用電設(shè)備(電燈,電爐,電動(dòng)機(jī))一.電路的組成：第5頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.電路的作用1.電能傳輸和轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電爐熱能,水能,核能轉(zhuǎn)電能傳輸分配電能電能轉(zhuǎn)換為光能,熱能和機(jī)械能第6頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.信號(hào)的傳遞和處理放大器話筒揚(yáng)聲器將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(信號(hào)源)信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、信號(hào)處理(中間環(huán)節(jié))接受轉(zhuǎn)換信號(hào)的設(shè)備(負(fù)載)第7頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

將實(shí)際元件理想化，由理想化的電路元件組成的電路。EIRU+_例如：理想化導(dǎo)線理想化元件今后我們分析的都是電路模型，簡(jiǎn)稱(chēng)電路。電路的模型理想化電源第8頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電路分析的主要任務(wù)在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理量就是電流、電壓和功率。在已知電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)情況下研究電路激勵(lì)與響應(yīng)之間的關(guān)系。激勵(lì)—推動(dòng)電路工作的電源的電壓或電流。響應(yīng)—由于電源或信號(hào)源的激勵(lì)作用，在電路中產(chǎn)生的電壓與電流。第9頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2電流電壓及參考方向電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡(jiǎn)稱(chēng)電流。電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量。大寫(xiě)I表示直流電流小寫(xiě)i表示電流的一般符號(hào)第10頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用一個(gè)箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱(chēng)為電流的參考方向。第11頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類(lèi)似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较蚶?當(dāng)ua=3Vub=2V時(shí)u1=1V最后求得的u為正值，說(shuō)明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說(shuō)明兩者相反。u2=－1V第12頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見(jiàn)，常常將其取為一致。第13頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(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)式并計(jì)算；第14頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3歐姆定律U和I為同方向時(shí)：U和I為反方向時(shí)：線性電阻：遵循歐姆定律的電阻，其阻值的大小和電流電壓無(wú)關(guān)。第15頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RUI注意：用歐姆定律列方程時(shí)，一定要在圖中標(biāo)明正方向。RUIRUI第16頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4電路的工作狀態(tài)（開(kāi)路、短路和有載工作）受控電源（后面介紹）理想電壓源電源實(shí)際電源理想電源電壓源理想電流源電流源R0IsU0E+_U0R0E（R0=0）Is（R0∞）第17頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電源有載工作電路特征：I=E/(R0+R)U=IR=E–IR0P=PE-△P將上式乘以I，得（注意：電源輸出的功率和電流由負(fù)載決定。）上式表明：當(dāng)R變化時(shí)，電源端電壓變化不大，則此電源帶負(fù)載的能力強(qiáng)。當(dāng)R>>R0時(shí)U≈E一、電壓和電流+_IRUabESR0ab第18頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電源的外特性曲線表示電源端電壓與輸出電流之間的關(guān)系曲線，稱(chēng)為外特性曲線。U=IR=E–IR0IU0EIR0第19頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功率與功率平衡電源的發(fā)出功率=負(fù)載的取用功率+電源內(nèi)阻上的消耗功率P----電源輸出的功率PE----電源產(chǎn)生的功率?P----電源內(nèi)阻上消耗的功率IUE+_RabSR0功率平衡方程式：第20頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在U、I正方向選擇一致的前提下：

IRUab或IRUab“吸收功率”（負(fù)載）“發(fā)出功率”（電源）若P=UI

0若P=UI

0根據(jù)能量守衡關(guān)系P（吸收）=P（發(fā)出）電源與負(fù)載的判別第21頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月額定值與實(shí)際值額定值:制造廠為了使電子設(shè)備能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常允許值。UN、IN、PN使用時(shí)，電壓、電流、功率的實(shí)際值不一定等于額定值。I>IN過(guò)載I<IN輕載I=IN額定工作狀態(tài)第22頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電器使用時(shí)的實(shí)際值不等于額定值的原因：a.電器受外界影響——如電壓波動(dòng)。b.負(fù)載變化時(shí)，電流、功率通常不一定處于額定工作狀態(tài)。第23頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，外電路的電阻無(wú)窮大,電流為零，電源的端電壓U0等于電源電動(dòng)勢(shì)E。開(kāi)路（斷路或空載）電路特征：I=0U=0U0=EPE=P=0I=0+_RUEabSU0R0（其中：PE=EI、P=UI）第24頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月短路U=0I=0短路電流P=0電路特征：+-E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0當(dāng)R00時(shí)，Is∞（燒毀電源）。注意：電壓源不允許短路！IS第25頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5基爾霍夫定律電路中通過(guò)同一電流的每個(gè)分支稱(chēng)為支路。3條或3條以上支路的連接點(diǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。電路中任一閉合的路徑稱(chēng)為回路。圖示電路有3條支路，2個(gè)節(jié)點(diǎn)，3個(gè)回路。第26頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1基爾霍夫電流定律（KCL）在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。在任一瞬時(shí)，通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。第27頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月KCL通常用于節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的。例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程解：取流入為正以上三式相加：i1＋i2＋i3＝0

節(jié)點(diǎn)ai1－i4－i6＝0節(jié)點(diǎn)bi2＋i4－i5＝0節(jié)點(diǎn)ci3＋i5＋i6＝0第28頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.2基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二在任一瞬時(shí)，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。所有電壓均為正。第29頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。在運(yùn)用上式時(shí)，電流參考方向與回路繞行方向一致時(shí)iR前取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時(shí)us前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)取正號(hào)。第30頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月KVL通常用于閉合回路，但也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上。例：列出下圖的KVL方程第31頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電路中的電位——該點(diǎn)與參考點(diǎn)（零電位點(diǎn)）之間的電壓。（參考點(diǎn)通常用“接地”符號(hào)表示，但該點(diǎn)沒(méi)有和大地相連。）①參考點(diǎn)選的不同，則各點(diǎn)的電位不同。②電流總是從高電位流向低電位。1.6電路中電位的概念及計(jì)算-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb求：A點(diǎn)電位。第32頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)b點(diǎn)為參考點(diǎn)：Vb=0則：VA=0設(shè)c點(diǎn)為參考點(diǎn)：Vc=0則：S斷開(kāi)時(shí)：S閉合時(shí)：則：-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb+++---解：將原圖電路改畫(huà)成上圖所示電路。-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb第33頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章電路分析方法2.1電阻的串聯(lián)及并聯(lián)

具有相同電壓電流關(guān)系（即伏安關(guān)系，簡(jiǎn)寫(xiě)為VAR）的不同電路稱(chēng)為等效電路，將某一電路用與其等效的電路替換的過(guò)程稱(chēng)為等效變換。將電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q，可以使電路的分析計(jì)算得到簡(jiǎn)化。第34頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．電阻的串聯(lián)n個(gè)電阻串聯(lián)可等效為一個(gè)電阻第35頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分壓公式兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)第36頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．電阻的并聯(lián)n個(gè)電阻并聯(lián)可等效為一個(gè)電阻第37頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分流公式兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)第38頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2電壓源與電流源及其等效變換電路元件主要分為兩類(lèi)：無(wú)源元件—電阻、電容、電感。有源元件—獨(dú)立源、受控源。獨(dú)立源主要有：電壓源和電流源。定義：能夠獨(dú)立產(chǎn)生電壓的電路元件。電壓源分為：理想電壓源和實(shí)際電壓源。2.2.1電壓源

第39頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.理想電壓源（恒壓源）:RO=0時(shí)的電壓源.特點(diǎn)：（3）電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab伏安特性IUabE（2）電源內(nèi)阻為“RO=0”。（1）理想電壓源的端電壓恒定。（4）理想電壓源不能短路，不能并聯(lián)使用。第40頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月伏安特性電壓源模型Ro越大斜率越大2.實(shí)際電壓源UIRO+-EIUEIRO第41頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.理想電流源（恒流源):

RO=

時(shí)的電流源.特點(diǎn)：（1）輸出電流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性（3）輸出電壓由外電路決定。（2）理想電流源內(nèi)阻為無(wú)窮大（RO=

）。（4）理想電流源不能開(kāi)路，不能串聯(lián)使用。2.2.2電流源第42頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.實(shí)際電流源ISROabUabIIsUabI外特性

電流源模型RORO越大特性越陡第43頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、理想電源串聯(lián)、并聯(lián)的化簡(jiǎn)電壓源串聯(lián)：電流源并聯(lián)：（電壓源不能并聯(lián)）（電流源不能串聯(lián)）2.2.3電壓源與電流源的等效變換第44頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等效互換公式IRO+-EbaUabISabUab'I'RO'則I=I'Uab=Uab'若第45頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注意轉(zhuǎn)換前后E與Is的方向相同aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'第46頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：1.恒流源與恒壓源串聯(lián)，恒壓源無(wú)用。2.恒流源與恒壓源并聯(lián)，恒流源無(wú)用。3.電阻與恒流源串聯(lián)，等效時(shí)電阻無(wú)用。4.電阻與恒壓源并聯(lián)，等效時(shí)電阻無(wú)用。第47頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：用電源模型等效變換的方法求圖（a）電路的電流i1和i2。解：將原電路變換為圖（c）電路，由此可得：第48頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3支路電流法支路電流法是以支路電流為未知量，直接應(yīng)用KCL和KVL，分別對(duì)節(jié)點(diǎn)和回路列出所需的方程式，然后聯(lián)立求解出各未知電流。一個(gè)具有b條支路、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，根據(jù)KCL可列出（n－1）個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程式，根據(jù)KVL可列出b－(n－1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程式。第49頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖示電路（2）節(jié)點(diǎn)數(shù)n=2，可列出2－1=1個(gè)獨(dú)立的KCL方程。（1）電路的支路數(shù)b=3，支路電流有i1、i2、i3三個(gè)。（3）獨(dú)立的KVL方程數(shù)為3－(2－1)=2個(gè)。回路I回路Ⅱ節(jié)點(diǎn)a

第50頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解得：i1=－1A

i2=1Ai1<0說(shuō)明其實(shí)際方向與圖示方向相反。對(duì)節(jié)點(diǎn)a列KCL方程：i2=2+i1例：如圖所示電路，用支路電流法求各支路電流及各元件功率。解：2個(gè)電流變量i1和i2，只需列2個(gè)方程。對(duì)圖示回路列KVL方程：5i1+10i2=5第51頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各元件的功率：5Ω電阻的功率：p1=5i12=5×(－1)2=5W10Ω電阻的功率：p2=10i22=5×12=10W5V電壓源的功率：p3=－5i1=－5×(－1)=5W因?yàn)?A電流源與10Ω電阻并聯(lián)，故其兩端的電壓為：u=10i2=10×1=10V，功率為：p4=－2u=－2×10=－20W由以上的計(jì)算可知，2A電流源發(fā)出20W功率，其余3個(gè)元件總共吸收的功率也是20W，可見(jiàn)電路功率平衡。第52頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：如圖所示電路，用支路電流法求u、i。解：該電路含有一個(gè)電壓為4i的受控源，在求解含有受控源的電路時(shí)，可將受控源當(dāng)作獨(dú)立電源處理。對(duì)節(jié)點(diǎn)a列KCL方程：

i2=5+i1對(duì)圖示回路列KVL方程：5i1+i2=－4i1+10由以上兩式解得：

i1=0.5Ai2=5.5A電壓：u=i2+4i1=5.5+4×0.5=7.5V第53頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4結(jié)點(diǎn)電壓法

式中分母的各項(xiàng)總為正，分子中各項(xiàng)的正負(fù)符號(hào)為：電壓源us的參考方向與節(jié)點(diǎn)電壓uab的參考方向相同時(shí)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)；電流源is的參考方向與節(jié)點(diǎn)電壓uab的參考方向相反時(shí)取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。第54頁(yè)，課件共62頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如圖電路，根據(jù)KCL有：i1+i2-i3-is1+is2=0設(shè)節(jié)點(diǎn)ab