《電子電工技術》項目二 直流電路

任務一

電路和電路模型任務二

電路的基本元件直流電路任務三

電路的基本連接項目二任務一

電路和電路模型一、電路

二、電路的基本物理量

三、電路的工作狀態(tài)1.電路的組成

電路:電路是電流流通的路徑，是為實現(xiàn)某種功能而將若干電氣設備和元器件按一定方式連接起來的整體。

組成:電源、負載和中間環(huán)節(jié)。一、電路

電源:提供電能的設備，如發(fā)電機、電池、信號源等。

負載:指用電設備，如電燈、電動機、洗衣機等。

中間環(huán)節(jié):把電源和負載連接起來，通常是一些導線、開關、接觸器、保護裝置等。220V開關S鎮(zhèn)流器L啟輝器日光燈管R日光燈實際電路升壓變壓器用電設備（a）電力系統(tǒng)電路輸電線等發(fā)電機降壓變壓器其它中間環(huán)節(jié)2.電路的作用電力系統(tǒng)中：

電路可以實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉換。放大器話筒揚聲器（b）擴音機電路電子技術中：

電路可以實現(xiàn)電信號的傳遞、存儲和處理。實際電路的分析方法

用儀器儀表對實際電路進行測量，把實際電路抽象為電路模型，用電路理論進行分析、計算。（1）理想電路元件

實際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或元器件所組成，如發(fā)電機、變壓器、電動機、電池、電阻器等，它們的電磁性質是很復雜的。3.電路模型電容電感電壓源電流源電阻

何為電路元件？無源電路元件有源電路元件

用于構成電路的電工、電子元器件或設備統(tǒng)稱為實際元件。例如：一個線圈在有電流通過時R

L

消耗電能（電阻性）

產生磁場儲存磁場能量（電感性）

忽略R

為了便于分析與計算實際電路，在一定條件下常忽略實部件的次要因素而突出其主要電磁性質，把它看成理想電路元件。理想電路元件L

i+–u

將實際電路中的元件用理想電路元件表示，稱為實際電路的電路模型。電源負載負載電源開關實體電路ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)電路模型與實體電路相對應的電路圖稱為實體電路的電路模型。RL+

U–導線（2）電路模型220V開關S鎮(zhèn)流器L啟輝器Q日光燈管R實際電路sR

Lus

+-電路模型1.電流

帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運動形成電流。單位時間內流過導體截面的電荷量定義為電流強度。（2）電流的單位A（安培）、mA(毫安）、μA（微安）二、電路的基本物理量1A=1000mA1mA=1000μA

（1）電流定義

正電荷運動的方向。(客觀存在）

電流的方向可用箭頭表示,也可用字母順序表示()RiabI

直流電流

i

交流電流

大小和方向不隨時間變化的電流稱為恒定電流。

量值和方向作周期性變化且平均值為零的時變電流，稱為交流電流。（3）電流的實際方向電場力把單位正電荷從一點移到另一點所做的功。單位：定義：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）實際方向：

由高電位端指向低電位端。也可用字母順序表示Ruab也可用+，-

號表示。電壓的方向可用箭頭表示,+u-2.電壓與電動勢（1）電壓

定義：電源力把單位正電荷從“-”

極板經電源內部移到“+”

極板所做的功。

單位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）實際方向：由低電位端指向高電位端電動勢的方向用+，-

號表示，R–

+IEU+-也可用箭頭表示。U=E（2）電動勢電流、電壓的參考方向

解題前在電路圖上標示的電壓、電流方向稱為參考方向。

對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關聯(lián)方向;如不一致，稱非關聯(lián)方向。aIRUb關聯(lián)參考方向下：

U=IRaIRUb非關聯(lián)參考方向下：

U=－IR

如果采用關聯(lián)方向，在標示時標出一種即可。如果采用非關聯(lián)方向，則必須全部標示。為什么要在電路圖中標示參考方向？參考方向是為了給方程式中各量前面的正、負號以依據(jù)定義：電場力把單位正電荷從一點移到參考點所做的功。單位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（電路中電位參考點：接地點，Vo=0）（3）電位

電能的轉換是在電流作功的過程中進行的，因此電能的多少可以用功來量度。式中電壓的單位為伏特【V】，

電流單位為安培【A】，

時間的單位用秒【s】時，

電能（或電功）的單位是焦耳【J】。日常生產和生活中，電能（或電功）也常用度作為量綱：1度=1KW?h=KV?A?h=1000W×3600S=3.6×106J

電能（4）電能和電功率電功率單位時間內電流所作的功稱為電功率，用“P”表示。功的單位為焦耳，時間單位為秒時，電功率的單位是“瓦”。1W=10-3KW電阻在t時間內消耗的電能：1kWh（1千瓦小時稱為1度）若P>0，電路實際吸收功率，元件為負載；若P<0，電路實際發(fā)出功率元件為電源。元件吸收或供出功率的判斷UI

當元件電流和電壓的參考方向關聯(lián)情況下，吸收的電功率為：（U和I的實際方向相反，則是電源）（U和I的實際方向相同，是負載）UI非關聯(lián)關聯(lián)例1:試判斷(a)、(b)中元件是吸收功率還是發(fā)出功率。I=-1AU=2V+–(a)U=-3V+–(b)I=2A

解：(a)(b)是吸收功率。元件電流和電壓的參考方向為關聯(lián)是發(fā)出功率。元件電流和電壓的參考方向為非關聯(lián)

求圖示各元件的功率。（a）關聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率。（b）關聯(lián)方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，產生10W功率。（c）非關聯(lián)方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，吸收10W功率。例2:例3:求圖示各元件的功率并區(qū)分器件的性質.（a）關聯(lián)方向，P=UI=12×(－5)=－60W，P<0，輸出60W功率為電源（b）非關聯(lián)方向，P=－UI=－12×5=－60W，P<0，輸出60W功率為電源例4

在如圖1-10所示的電路中有三個元件，已知U1=5V，U2=5V，U3=-5V，I1=2A，I2=5A，I3=3A，求各元件吸收或發(fā)出的功率。

解：①對于元件１，因U1、I1是關聯(lián)參考方向，則P1=U1I1=5×2=10W

即P1>0，吸收功率，相當于負載；I1U2U1++_1U3I2I323_+_圖1-10例1.2電路圖②對于元件2，因U2、I2是非關聯(lián)參考方向，則P2=-U2I2=-5×5=-25W即P2<0，發(fā)出功率，相當于電源；③對于元件3，因U3、I3是非關聯(lián)參考方向，則P3=-U3I3=-(-5)×3=15W即P3>0，吸收功率，相當于負載；可見P2

=P1

+P3，即發(fā)出的功率等于吸收的功率，功率平衡。通路開路短路I=0IUUSRO＋－S三、電路的工作狀態(tài)

電路在不同的工作條件下，會處于不同的狀態(tài)，并具有不同的特點。電路的工作狀態(tài)有三種：開路狀態(tài)、負載狀態(tài)和短路狀態(tài)。任務二

電路的基本元件一、電阻元件

二、電感元件

三、電容元件

四、常用的無源元件

電路符號R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來描述：iu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。伏安特性0一、電阻元件1.定義2.線性時不變電阻元件

u～i

關系R稱為電阻，單位：

(Ohm)滿足歐姆定律

單位G稱為電導，單位：S(Siemens)

u、i取關聯(lián)參考方向

伏安

特性為一條過原點的直線ui0Rui+－如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)，公式中應冠以負號；說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻(R為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！注意Rui-+電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

ui(–Ri)i–i2R

-

u2/Rp

ui

i2R

u2/R

功率Rui+-表明Rui-+3.功率和能量ui從t1到t2電阻消耗的能量：

能量

短路

開路uiRiu+–u+–i004.電阻的開路與短路例:在220V的電源上，接一個電加熱器，已知通過電加熱器的電流是3.5A，問4h內，該電加熱器的用了多少度電？解：電加熱器的功率是：

P=UI=220×3.5=770

W=0.77kW

4h中電加熱器消耗的電能是

W=PT=0.77×4=3.08kW·h

即該電加熱器用了3.08度電。i(t)+-u(t)電感線圈:把金屬導線繞在一骨架上構成一實際電感線圈，當電流通過線圈時，將產生磁通，是一種抵抗電流變化、儲存磁能的部件。

(t)＝N(t)二、電感元件電感元件

儲存磁能的兩端元件。任何時刻，其特性可用

～i平面上的一條曲線來描述。i

韋安特性o1.定義

任何時刻，通過電感元件的電流i與其磁鏈

成正比。

~i特性為過原點的直線。2.線性時不變電感元件

io

電路符號H(亨利)，常用H，mH表示。+-u(t)iL單位電感器的自感1H=103

mH1mH

=103

H3.線性電感的電壓、電流關系u、i取關聯(lián)參考方向電感元件VCR的微分關系+-u(t)iL根據(jù)電磁感應定律與楞次定律電感電壓u

的大小取決于i

的變化率,與i

的大小無關，電感是動態(tài)元件；當i為常數(shù)(直流)時，u=0。電感相當于短路；實際電路中電感的電壓

u為有限值，則電感電流i

不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數(shù).+-u(t)iL表明電感元件所儲存的電場能電容器

在外電源作用下，正負電極上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，電極上的電荷仍可長久地聚集下去，是一種儲存電能的部件。_+qq

U電導體由絕緣材料分開就可以產生電容。注意三、電容元件電容元件

儲存電能的兩端元件。任何時刻其儲存的電荷q與其兩端的電壓u能用q～u平面上的一條曲線來描述。uq庫伏特性o1.定義

任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓u成正比。q

u特性曲線是過原點的直線。quo

2.線性時不變電容元件電容器的電容

電路符號C＋－u+q-qF(法拉),常用F，pF等表示。

單位1F=106

F1

F

=106pF3.電容的電壓

電流關系電容元件VCR的微分形式u、i取關聯(lián)參考方向C＋－ui當u為常數(shù)(直流)時，i=0。電容相當于開路，電容有隔斷直流作用；表明C＋－u+q-q某一時刻電容電流i的大小取決于電容電壓u

的變化率,而與該時刻電壓u的大小無關。電容是動態(tài)元件；電容元件所儲存的電場能例＋－C0.5Fi求電容電流i、功率P(t)和儲能W(t)。21t/s20uS/V電源波形解uS(t)的函數(shù)表示式為:解得電流21t/s1i/A-1021t/s20p/W-2吸收功率發(fā)出功率21t/s10WC/J膜式(碳膜、金屬膜、金屬氧化膜）電阻四、常用無源元件1.線性電阻元件線繞電阻器

結構：用金屬電阻絲繞制在陶瓷或其它絕緣材料的骨架上，表面涂以保護漆或玻璃釉。優(yōu)點：阻值精確

(5

56k

)、功率范圍大、工作穩(wěn)定可靠、噪聲小、耐熱性能好。(主要用于精密和大功率場合)。

名稱：RC、RCW型磁棒線圈特性：輸出電流大價格低結構堅實

用途：雜波消除、濾波、扼流，廣泛用于各種電子電路及電子設備

名稱：

TC、TBC環(huán)型線圈

特性：價格低電流大損耗小

用途：扼流線圈，廣泛用于各類開關電源，控制電路及

電子設備。

[名稱]:空心線圈

特性：體積小高頻特性好濾波效果好

用途：BB機、電話機、手提電腦等超薄型電器文字符號：圖形符號：伏安關系：功率情況：R當電壓和電流取關聯(lián)參考方向時，任何時刻它兩端的電壓和電流關系服從歐姆定律消耗有功功率伏安特性電阻元件是即時元件，電阻元件是耗能元件UI0瓷介電容器滌綸電容器二、電容元件獨石電容器鋁電解電容器紙介電容器空氣可變電容器金屬化紙介電容器文字符號：圖形符號：伏安關系：功率情況：Cp=ui電流和電壓的變化率成正比在直流電路中P=0電容是儲能元件,不消耗有功功率qu0庫伏特性電容元件是動態(tài)元件，電容元件是儲能元件任務三

電路的基本連接一、電阻的連接

二、電容的連接

三、電感的連接電路特點(a)各電阻順序連接，流過同一電流(KCL)；(b)總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和(KVL)。+_R1Rn+_u

ki+_u1+_unuRk一、電阻的連接1.電阻的串聯(lián)

由歐姆定律等效串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。等效電阻結論+_R1Rn+_u

ki+_u1+_unuRku+_Reqi串聯(lián)電阻的分壓

電壓與電阻成正比，因此串聯(lián)電阻電路可作分壓電路。兩個電阻的分壓：表明+_uR1R2+-u1+-u2io-功率p1=R1i2，

p2=R2i2，

，pn=Rni2p1:p2::pn=R1:R2::Rn總功率

p=Reqi2=(R1+R2+…+Rn)i2=R1i2+R2i2+

+Rni2

=p1+p2++pn電阻串聯(lián)時，各電阻消耗的功率與電阻大小成正比；等效電阻消耗的功率等于各串聯(lián)電阻消耗功率的總和。表明【例1】如圖示為某萬用表的直流電壓部分，它有五個量程，分別為U1=2.5V，U2=10V，U3=50V，U4=250V，U5=500V，表頭參數(shù)Rg=3kΩ，Ig=50μA，求分壓電阻。

解：用歐姆定律分別求出分壓電阻的值為2.電阻并聯(lián)電路特點(a)各電阻兩端為同一電壓（KVL)；(b)總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和(KCL)。i=i1+i2+…+ik+…+ininR1R2RkRni+ui1i2ik_由KCL:i=i1+i2+…+ik+…+in=u/R1+u/R2

+…+u/Rn=u(1/R1+1/R2+…+1/Rn)=uGeq等效電阻inR1R2RkRni+ui1i2ik_等效+u_iReq等效電導等于并聯(lián)的各電導之和。結論并聯(lián)電阻的分流電流分配與電導成正比兩電阻的分流：R1R2i1i2i功率p1=G1u2，p2=G2u2，

，pn=Gnu2p1:p2::pn=G1:G2::Gn總功率

p=Gequ2=(G1+G2+…+Gn)u2=G1u2+G2u2+

+Gnu2=p1+p2++pn電阻并聯(lián)時，各電阻消耗的功率與電阻大小成反比；等效電阻消耗的功率等于各并聯(lián)電阻消耗功率的總和。表明例1

電路中有電阻的串聯(lián)，又有電阻的并聯(lián)，這種連接方式稱電阻的串并聯(lián)。計算圖示電路中各支路的電壓和電流i1+-i2i3i4i518

6

5

4

12

165Vi1+-i2i318

9

5

165V6

【例2】3.電阻的混聯(lián)i1+-i2i3i4i518

6

5

4

12

165V解①用分流方法做②用分壓方法做求：I1

,I4

,U4+_2R2R2R2RRRI1I2I3I412V_U4+_U2+_U1+【例3】從以上例題可得求解串、并聯(lián)電路的一般步驟：求出等效電阻或等效電導；應用歐姆定律求出總電壓或總電流；應用歐姆定律或分壓、分流公式求各電阻上的電流和電壓以上的關鍵在于識別各電阻的串聯(lián)、并聯(lián)關系！求:Rab,Rcd等效電阻針對端口而言6

15

5

5

dcba注意【例4】求:Rab

Rab＝70

60

100

50

10

ba40

80

20

60

100

60

ba120

20

40

100

60

ba20

100

100

ba20

【例5】求:

Rab

Rab＝10

縮短無電阻支路15

20

ba5

6

6

7

15

20

ba5

6

6

7

15

ba4

3

7

15

ba4

10

【例6】斷路求:Rab對稱電路c、d等電位ii1ii2短路根據(jù)電流分配bacdRRRRbacRRRRbacdRRRR【例7】4.電阻的、Y形連接Y形網絡

形網絡

包含三端網絡baR1RR4R3R2R12R31R23123R1R2R3123

，Y網絡的變形：

型電路(

型)

T型電路(Y、星型)

這兩個電路當它們的電阻滿足一定的關系時，能夠相互等效。

注意i1

=i1Y

,i2

=i2Y

,i3

=i3Y

,

u12

=u12Y

,u23

=u23Y

,u31

=u31Y

—Y變換的等效條件等效條件：u23

i3

i2

i1

+++–––u12

u31

R12R31R23123i1Yi2Yi3Y+++–––u12Yu23Yu31YR1R2R3123Y接:用電流表示電壓u12Y=R1i1Y–R2i2Y

接:用電壓表示電流i1Y+i2Y+i3Y=0

u31Y=R3i3Y–R1i1Y

u23Y=R2i2Y–R3i3Y

i3

=u31

/R31–u23

/R23i2

=u23

/R23–u12

/R12i1

=u12

/R12–u31

/R31(2)(1)u23

i3

i2

i1

+++–––u12

u31

R12R31R23123i1Yi2Yi3Y+++–––u12Yu23Yu31YR1R2R3123由式(2)解得：i3

=u31

/R31–u23

/R23i2

=u23

/R23–u12

/R12i1

=u12

/R12–u31

/R31(1)(3)

根據(jù)等效條件，比較式(3)與式(1)，得Y

的變換條件：或類似可得到由

Y的變換條件：

或簡記方法：

變YY變

特例：若三個電阻相等(對稱)，則有

R

=3RYR31R23R12R3R2R1外大內小等效對外部(端鈕以外)有效，對內不成立。等效電路與外部電路無關。用于簡化電路注意橋T電路1k

1k

1k

1k

RE-+1/3k

1/3k

1k

RE1/3k

+-1k

3k

3k

RE3k

+-【例8】計算90

電阻吸收的功率1

4

1

+20V90

9

9

9

9

-3

3

3

1

4

1

+20V90

9

-1

10

+20V90

-i1i【例9】求負載電阻RL消耗的功率2A30

20

RL30

30

30

30

40

20

2A30

20

RL10

10

10

30

40

20

IL2A40

RL10

10

10

40

【例10】iu+-C等效u1uC2C1u2+++--i

等效電容二、電容的連接

電容器串聯(lián)電路的特點如下：（1）電荷量特點：每個電容器帶的電荷量相等。（2）電壓特點：總電壓等于各個電容器上的電壓之和。（3）電容特點：總電容的倒數(shù)等于各個電容器的電容的倒數(shù)之和。1.電容的串聯(lián)i2i1u+-C1C2iiu+-C等效

等效電容2.電容的并聯(lián)電容器的并聯(lián)電路的特點如下：⑴電壓特點：每個電容器兩端的電壓相等，并等于外加電壓。⑵電荷量特點：總電荷量等于各個電容器的帶電荷量之和。⑶電容特點：總電容等于各個電容器的電容之和?！纠?】標有“10uF,500V”和“50uF,2