建筑電工技術(shù)

建筑電H技術(shù)

目錄

第一章直流電路...............................................................1

1-1電路…..........-............................................1

卜2電砧的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值..............................-...................4

13電路中電位的計(jì)算............7

1-4克希荷夫定律................................................................8

1-5電壓源與電源源及其等效變換.................-..........10

1-6支路電流法............14

1-7節(jié)點(diǎn)電位法................15

1-8疊加原理....”....1................................16

1-9戴維南定理................—....18

習(xí)題................................................................20

第二章正弦交流電路.....:...................................................23

2-1正弦交流電的三要素…”......-.........23

2-2正弦量的相量表示法..........26

2-3單一參數(shù)的交流電路................................................28

2-4電阻、電感、電容串聯(lián)交流電路.......................................................34

2*5并聯(lián)交渥電路.....-......-......37

2-6功率因數(shù)的提高.........8...................................39

2-7三相交潦電壓.................41

2?3X才三負(fù)?”????”????■??》?????一??????43

2-9對蘇三相負(fù)載的三角形聯(lián)接......................................................45

2-10負(fù)載不對稱的三相電路.............................................................47

2-11三相電功率的計(jì)算.................................................................49

習(xí)班...............................50

第三章民用建筑常用電氣設(shè)備.................................................54

3-1變壓㈱的構(gòu)造及工作虎理...........................................................54

3-2三相變壓器和變壓器的鋅牌.........................................................58

3-3變壓器的運(yùn)行特性.................................................................60

3-4特殊變壓器........................-............62

3-5三相異步電動機(jī)的構(gòu)造與工作原理..........65

3-6三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性...............................................71

3-7三相異步電動機(jī)的使用.............................74

3-8三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)與選擇......................................79

3-9單相異步電動機(jī).....:............................................................85

3-10常用低壓電甥........87

3-11版籠式電動機(jī)直接起動的控制電路..........92

3-12行程開關(guān)與限位控制電路……......................................................94

1

3八3時(shí)間繼電器與時(shí)間控制電路.........................................................97

374干簧維電器與液面控制電路..........-.............................................99

3-15常用電工測量儀表....................”......102

習(xí)題................................................................................110

第四章民用建筑供電系統(tǒng)..............：......................................113

4-1電力系統(tǒng)概述......................................................113

I

4-2變電所和配電所.........................118

4-3電力負(fù)荷的計(jì)算.........................-........................................127

4-4低壓配電線路................................135

習(xí)題................................................................................145

第五章建筑電氣照明技術(shù)與設(shè)計(jì).............................................147

5-2電光源和燈具的選擇與布矍......................J...................................154

5-3照度計(jì)算.........................................................................】68

5-4照明供電與照明設(shè)計(jì)...............................................................177

習(xí)題.................................................................................187

第六章建筑防雷與安全用電...................................................189

6-1雷電的危害及防備措施.............................................................189

6-2建筑物的防雷裝置…….............................................................193

6-3接地和接零........................................................-.............198

6-4安全用電.......*....201

習(xí)題..........................204

附錄.......................................................................205

習(xí)題答案..................*..........................................211

2

第一章直流電路

本章主要討論直流電路的基本概念、基本定律和基本分析與計(jì)算方法。直流電路理論的基

本內(nèi)容,也是其他電路的基礎(chǔ)。

1-1電路

一、電路的組成與作用

電路是電流流經(jīng)之路，也稱為網(wǎng)絡(luò),電路由某些電氣元件或設(shè)備組合而成.

實(shí)際電路其結(jié)構(gòu)無論有多復(fù)雜，它均可以看成是由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三鄢分組成。

1.電源

電源是將機(jī)械能、化學(xué)能等其他能量轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備，常見的電源有發(fā)電機(jī)、電池等，

2.負(fù)載

負(fù)載是消耗電能的設(shè)備,如電燈、電加熱器、電動機(jī)等.它們分別把電能轉(zhuǎn)換為光能、熱能、

機(jī)械能.

3.中間環(huán)節(jié)

聯(lián)接電源和負(fù)載的部分稱為中間環(huán)節(jié)?它包括電源與負(fù)載接成閉合回路的導(dǎo)線、開關(guān)、熔

斷器等，它起到輸送、分配和控制電能的作用。

信息處現(xiàn)

SH1電片示點(diǎn)圖

電力系統(tǒng)S）信息處理

手電筒電路就是一個最簡單的實(shí)際電路，其中的干電池就是電源,電珠就是負(fù)裁,外殼則

起聯(lián)接導(dǎo)線的作用，按鈕便是啟、閉電路的開關(guān)，當(dāng)開關(guān)合上，電流便在電路中流通,燈泡發(fā)光。

一般把電源內(nèi)部的通路林為內(nèi)電路?由負(fù)載和中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的電路稱為外電路。

無論是簡單的或復(fù)雜的電路，其作用有兩個,其一是通過電路實(shí)現(xiàn)電能的輸送和轉(zhuǎn)換，在

電力系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)把熱能、水力能、原子能等轉(zhuǎn)換為電能，通過變壓器、輸配電線路供給用戶.

根據(jù)用戶需要，再把電能轉(zhuǎn)換為光能（如建筑工地照明）、熱能（如烘干機(jī)、電熱器等）、機(jī)械能

（如攪拌機(jī)、打夯機(jī)等）.如圖1-1Q）所示。

電路的第二個作用是進(jìn)行信息的傳遞和處理。例如，鋼筋混凝土構(gòu)件受壓時(shí)要發(fā)生變形.

可以把一種叫做電阻應(yīng)變片的敏感元件粘貼在構(gòu)件的有關(guān)部位，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，敏感元件

可以把感受到的變形，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，它是一種信號源，而后通過電路傳遞和處理（濾

波、放大、運(yùn)算、存貯、分離、顯示等）?送給測量儀表，由儀表測出的電量間接地反映出構(gòu)件有關(guān)

部位的受力情況.如圖1?1Q）所示。

二、電路模型

在電路理論中，實(shí)際電路都是由實(shí)際的電路元件組成，它們的電磁性質(zhì)往往很復(fù)雜.例如

一個很簡單的白熾燈泡.除有電阻特性外，當(dāng)電流通過它時(shí)

還會產(chǎn)生磁場.所以它還有電感性質(zhì)。隨著新的電器元件的

--海）---------.不斷涌現(xiàn),它們的實(shí)際現(xiàn)象和電磁特性比白熾燈更加復(fù)雜,

￡|/\------------I弁且不便于用數(shù)學(xué)方法描述。為了分析和計(jì)算電路方便起

T。見，在一定條件下將實(shí)際電路元件模型化。模型化就是突出

I實(shí)際電路元件的主要電磁性質(zhì)?忽略其次要因素,把它近似

I_________I地看成理想電路元件。理想電路元件具有單一的電磁性質(zhì)，

可以用數(shù)學(xué)式子描述。由理想元件所組成的電路?稱為實(shí)際

圖1-2手電筒的電路模型電路的電路模型.例如白熾燈在電感很小電流變化不大的

條件下，略去它的電感性，只保留它的主要特性，即電阻特性，把它看作是一個理想的電阻模

型6在理想電路元件中主要有電阻元件、.電感元件、電容元件和電源元件等，這些元件由相應(yīng)的

參數(shù)來表示°前述的手電筒，干電池是電源元件.其參數(shù)用電動勢￡和內(nèi)阻R。表示?燈泡是電

阻元件，其參數(shù)用電阻R表示.而簡體（包括開關(guān)）的電阻與負(fù)載電阻相比很小?一般忽略不

計(jì)?視為理想導(dǎo)體.其電路模型如圖1-2所示。，

三、電路的基本物理，

1.電流

電流是由電荷或帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動而形成的。電流的方向規(guī)定為正電荷移動的

方向。電流在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量。

若在極短時(shí)間白內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為曲，則通過該導(dǎo)體的電流為

"第（】-】）

at

若電流是隨時(shí)間而變化，稱為交流電流，用小寫字母；表示.

如果電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化，印器為常數(shù).則稱為恒定電流，筒稱直流.用大

寫字母/表示。

2

/=￡(1-2)

式中q是在時(shí)間，內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面S的電荷坦。

在國際單位制(IS)中,電流的單位是安(A)。

1千安(kA)=10,安(A)

1毫安(mA)=10,安(A)

1微安SA)=10-安(A)?

2.電壓

電壓是衡量電場力對電荷作功能力的物理量。八6兩點(diǎn)間的電壓在數(shù)值上等于電場力

推動單位正電荷從。點(diǎn)移到小點(diǎn)所作的功.如圖1-3所示。則電壓匕，為

在電路中任意兩點(diǎn)間的電壓也常稱為兩點(diǎn)間的電位

差,即

U.h=-U,(1-4)

式中a為a點(diǎn)的電位,U?為b點(diǎn)的電位。

3.電動勢

在圖1-3中,在電場力的作用下??正電荷總是從高電位

端通過負(fù)載向低電位端移動。正電荷從〃移到6后,馬上與

6極板上的負(fù)電荷中和，這樣正電荷的不斷移動.將使正負(fù)

極板上的正負(fù)電荷逐漸消失?電場也逐步減小?電流就要中圖1-3電荷的回路

斷。為了維持電流不斷地流通?并且保持恒定，因此在〃、。極板之間必須要有一種力使極板b

上的正電荷流向極板。，使a、6之間始終維持一定強(qiáng)度的電場。電源能產(chǎn)生這種力、稱為電源

力。在電池和發(fā)電機(jī)中,電源力存在于電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁力。電源力

在電源內(nèi)部源源不斷地把正電荷從低電位端6移到高電位端a.必須克服電場力作功.為南量

電源力對電荷作功的能力，引入電動勢這個物理址。電動勢在數(shù)值上等于電源力將單位正電荷

從電源的負(fù)極占推到正極a所作的功。則電動勢￡為

上=—(1-0)

q

在國際單位制(IS)中，電壓和電動勢的單位都是伏(V)。

1千伏(kV)=10'伏(V)

1毫伏(mV)=103伏(V)

四、正方向

電流的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷運(yùn)動的方向；電壓的實(shí)際方向規(guī)定為由高電位端指向低電

位端.即為電位降低的方向；電動勢的實(shí)際方向規(guī)定為在電源內(nèi)部由低電位端指向高電位端.

即為電位升的方向。但在復(fù)雜電路中，支路電流的實(shí)際方向往往難以事先判定?為分析計(jì)算電

路的需要,?？扇我膺x定某一方向作為電流的正方向〈用箭頭表示3或稱參考方向。按此正方

向?qū)﹄娐愤M(jìn)行計(jì)算，如果算得的電流為正值(/>0),則表示電流的實(shí)際方向與正方向一致.若

3

為負(fù)值(/<()),則電流的實(shí)際方向與正方向相反。如圖1-4所示。由此可見.只有在正方向選定

之后，電流實(shí)際值才有正負(fù)之分.

電通的實(shí)際方向電施的實(shí)際方向

?-it*令—

AA40—O-OF40Q------------OB

-w6■?I?——

電★第正方向電通的工方向

<<>U)

圖1-4電流的正方向與實(shí)際方向圖卜5并聯(lián)正方向

旭)正值q>o)S)負(fù)值avo)

同樣，電壓的正方向也可以任意假定，當(dāng)求解后?根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù)號，對照正方向,就

可以確定出電壓的實(shí)際方向0為了計(jì)算方便.要盡可能減少分析電路時(shí)所列方程式中的負(fù)號,

以便減少計(jì)算錯誤，在同一段電路同一電阻元件中，應(yīng)當(dāng)使電流的正方向與電壓的正方向選為

一致，稱為并聯(lián)正方向，如圖1-5所示。采用并聯(lián)正方向，電路圖中只要標(biāo)出電流或電壓的一個

正方向就夠了。

電路中的電功率0=67.當(dāng)電壓和電流的實(shí)際方向一致時(shí)，則電功率P為正(。>0)?反

之為負(fù)(PVO)。P為正，表示該部分電路吸取電功率;P為負(fù)則表示該韶分電路輸出電功率.

由于電源電動勢的實(shí)際方向十分明確，因此通常不必設(shè)置正方向。

1-2電路的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值

一、電路的工作狀態(tài)

電路有三種工作狀態(tài)：有載狀態(tài)、開路狀態(tài)和短路狀態(tài).

1.有載狀態(tài)

在圖1-6中，電源與負(fù)載接通，電路處于有載狀態(tài),電路中的電流為

,E(1-6)

&十R

通常電源的電動勢￡和內(nèi)阻R。是一定的，由上式可見，電路電流/的大小由負(fù)載電阻R值訣

定C

圖1-6負(fù)載狀杰圖卜7電源的外特性

4

負(fù)載電阻兩端的電壓為

u=IR=E—IRQ(1-7)

電源兩端電壓為電動勢與電源內(nèi)阻所產(chǎn)生的電壓降之差。電流謔大，則電源端電壓下降得

越多?表示電源端電壓U與輸出電流/之間關(guān)系的曲線稱為電源的外特性，如圖1-7所示,其

斜率與電源內(nèi)阻用有關(guān)。尺一般很小，當(dāng)凡(R時(shí)?則U&從表示當(dāng)電流變動時(shí)，電源的端

電壓變化不大?說明帶負(fù)載能力強(qiáng)。

若將式(1-7)各項(xiàng)同乘以電流/,則得功率平衡方程式

67=￡，一〃&(1-8)

尸=小一人

式中PE=E1——電源產(chǎn)生的功率；

尸。=/2凡一電源內(nèi)阻消耗的功率；

P=UI——電源的輸出功率，也是負(fù)載消耗的功率。

在國際單位制(SI)中，功率的單位是瓦特(W)或干瓦(kW).

2.開路狀態(tài).

如圖1-8中的開關(guān)S斷開時(shí)的狀態(tài)叫開路(空載)狀態(tài)。開路時(shí)外電路的電阻對電源而言

等于無窮大，因此電路中電流為零。由于無電流，電源的內(nèi)阻上無壓降，這時(shí)電源的端電壓(稱

開路電壓U。)等于電源電動勢，電源不向負(fù)載輸出功率。

圖1-8開路狀態(tài)ffl1-9短路狀態(tài)

Q)電源短路。)電路短接

綜上所述.電路開路狀態(tài)的特征為

1=0

U=UQ=E>(1-9)

P=0

3.短路狀態(tài)

當(dāng)電路的元件或設(shè)備直接被導(dǎo)線接通?稱為電路的元件或設(shè)備處于短路狀態(tài)。如圖1-9

S)所示。在實(shí)際工作中，電源短路是最值得注意的。電源短路時(shí)，外電路電阻接近零?故電源

的端電壓必為零.電動勢E幾乎全部降落在內(nèi)阻七上,而凡是很小的,所以短路電流h將很

大。這時(shí)電源所產(chǎn)生的電功率全部被內(nèi)阻&所消耗，電源將遭受熱損傷乃至燒毀。

電源短路時(shí)的特征為

5

S一瓦

U=0°|（IT。）

尸=0

電源短路往往是由于絕■緣損壞或接線錯誤等造成.電源短路是一種嚴(yán)重事故.為了防止

短路?通常在電源側(cè)接入熔原器或自動斷路器,以便在發(fā)生短路時(shí)，能迅速將故障電路切除。但

有時(shí)為了某種需要?人為地將電路中的某一段或某一個元件兩端短接起來，如圖1-9”）所示.

當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí).電流通過開關(guān)而不經(jīng)過電流表,即相當(dāng)于表計(jì)退出。這種有目的的人為短路

稱為有用短路。為了區(qū)別事故短路與有用短路，通常把后者稱為短接。

二、電氣設(shè)備的額定值

各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率等參數(shù)都有規(guī)定的值，稱為額定值.電氣設(shè)備的額定值

包括額定電流、額定電壓及額定功率,分別用IN、UN和PN表示.通常都標(biāo)在設(shè)備的銘牌上，或

注明在元件上。例如某電度表的額定值為220V5A.它表明電度表工作在220V電壓?最大允許

流過的電流是5A。

若電氣設(shè)備按額定值運(yùn)行使用時(shí)，稱為額定工作狀態(tài)，也稱滿載運(yùn)行。電氣設(shè)備的滿載運(yùn)

行是最經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的。若低于額定值時(shí)，稱為欠載運(yùn)行.欠載時(shí)不能充分發(fā)揮設(shè)備應(yīng)

有的效能。若高于額定值運(yùn)行，稱過載運(yùn)行，就可能引起設(shè)備損壞。因此,在使用任何電氣設(shè)備

時(shí)，應(yīng)注意看清設(shè)備的額定值,不允許隨意亂用，尤其是超值運(yùn)行。為使電氣設(shè)備能安全可靠地

工作，電源和負(fù)載之間的聯(lián)通要符合兩個原則：（1）兩者的額定電壓相等M2）電源額定功率（又

稱容量）應(yīng)大于或等于負(fù)載所需功率。

應(yīng)當(dāng)指出?電氣設(shè)備在額定狀態(tài)下工作是理想的情況，實(shí)際上并不存在，這是因?yàn)殡娫措?/p>

壓產(chǎn)生波動和用電設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際值存在差異等造成?但是在工程實(shí)際中，應(yīng)當(dāng)盡量接

近額定工作狀態(tài)，

1-1如圖1-6所示電路.已知E=20V.R.=0.in,試求當(dāng)負(fù)載電阻火的阻值分別是

8、0、200。JO時(shí)電源的端電壓U、電流I和功率產(chǎn)？

解1.當(dāng)區(qū)=8時(shí).即開路狀態(tài)

J二等=0

&十8

U=Uo=￡TR）=E=20V

P=UI=0

2.當(dāng)R=0時(shí)，即短路狀態(tài)

，=八=壽=翁=200A

U=E-I$RQ=20-200X0.1=0

p=UI=Q

3.當(dāng)7?=2000時(shí)，即有載狀態(tài)

[—Ex20_01A

,一七+R0.1+200一口1八

U=E-/&=20-0.1X0.1弋20V

6

產(chǎn)=U[=20X0.1=2W

4.當(dāng)時(shí)

（7=20-18X0.1=18.2V

P=18.2X18=327.6W

由計(jì)算可知?當(dāng)R由大變小時(shí)，電流則由小變大，當(dāng)短路時(shí)，電流很大.同時(shí)，當(dāng)R越接近兄

時(shí),負(fù)載獲得的功率越大，電路理論已證明?當(dāng)時(shí)，負(fù)載可獲得最大的功率.

1-3電路中電位的計(jì)算

在進(jìn)行電位計(jì)算時(shí)，首先必須在電路中選某點(diǎn)作為參考點(diǎn)，參考點(diǎn)的電位規(guī)定為零，把電

路中任意點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓，稱為該點(diǎn)的電位.

參考點(diǎn)可以任意選定，在電力系統(tǒng)中.習(xí)慣上選大地作為參考點(diǎn)，在電子線路中，常選電路

的公共線或機(jī)殼為參考點(diǎn),用符號“_L”表示。在電路中不指定參考點(diǎn)談?wù)撾娢痪褪ヒ饬x.電

位雖然對某一點(diǎn)而言，但實(shí)質(zhì)上還是指兩點(diǎn)間的電位之差,只是其中參考點(diǎn)電位5（先指定為零

而已.

電位的計(jì)算，可按照下述步驟進(jìn)行。

1.選定電位參考點(diǎn)；

2.假設(shè)出電流正方向；

3?利用全電路歐姆定律計(jì)算出電路中的電流；

4.凡電壓U的正方向與電位繞行方向（某點(diǎn)電位到參考點(diǎn)的方向）一致者取正號?反之取

負(fù)號；

5?凡電流的正方向與電位繞行方向一致者.電阻壓降為正?反之為負(fù)，

6.凡電動勢的實(shí)際方向與電位繞行方向一致者取負(fù)號.相反者取正號。

現(xiàn)結(jié)合上述步驟，舉例加以說明.

在圖1-10所示電路中，已知及嚴(yán)5。點(diǎn)2=56夫尸2。.旦=30.￡產(chǎn)20V.￡：=5V。

圖1-10電路舉例?MlU?=0圖1-1217,-0

設(shè)〃點(diǎn)為電位參考點(diǎn).即〃=0?

假設(shè)出電流的正方向，如圖1-11所示。

根據(jù)全電路歐姆定律求出電路中的電流

7

j=----------------------------=-_-—二iA

&+&+&+&5+3+2+3

根據(jù)求電位步驟?可求出各點(diǎn)的電位值為

=-IR2=-1X5=-5V

“=，旦+J&-g=1X3+1X5—20=-12V

U」=IRi-&=1X5—20=-15V

如果設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，即S"。.如圖1-12所示，則可得出

U,=￡1-1R]-=20-1X5-1X3=12v

U,=E2+，找3=5+1X2=7V

U*=-=11X3=-3V

在圖1-12電路中M點(diǎn)電位也可以寫成

U。=匹+&+膽=1X5+5+1X2=12V

從上面計(jì)算結(jié)果可以看出：

當(dāng)電路的參考點(diǎn)選定后，電路中各點(diǎn)的電位值總是固定的.

改變電路的參考點(diǎn)，電路中各點(diǎn)的電位值隨著改變，但任意兩點(diǎn)間的電壓值是不變的。

參考點(diǎn)選定后?電路中各點(diǎn)的電位值與選擇路徑無關(guān)。

1-4克希荷夫定律

克希荷夫定律包括電流定律和電壓定律。電流定律叵用于節(jié)點(diǎn)，電壓定律應(yīng)用于回路。

在闡述克希荷夫定律之前?先介紹與定律有關(guān)的幾個名詞，

支路電路中的每一分支稱為支路。一條支路流過一個電流。在圖1-13中共有三條支路。

acb^ah和adb。

節(jié)點(diǎn)電路中三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱

為節(jié)點(diǎn)，圖1-13中有兩個節(jié)點(diǎn)。和6。

回路電路中任一閉合路徑稱為回路,圖1-13

中共有三個回路adbca^abca和abda^

網(wǎng)孔回路中不再包含其它回路稱為網(wǎng)孔或單

孔。圖1T3有兩個網(wǎng)孔。加。和HWu。

一、克希荷夫電流定律

圖143電路舉例在任一瞬時(shí).流入一個節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由

該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和.或在任一瞬時(shí)任一節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和恒等于零。這就是克希荷夫電

流定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

￡1=0(in)

克希荷夫電流定律用來確定同一節(jié)點(diǎn)上各支路電流之間的相互關(guān)系.該定律說明了電荷不可

能在電路中的任一點(diǎn)上有堆積和版少?體現(xiàn)了電流連續(xù)性原理C

8

在圖1?13所示的電路中，對節(jié)點(diǎn)?？梢詫懗?/p>

A+h

或L+乙一八=o

式(1-11)中各電流前面正負(fù)號的取法，如果規(guī)定正方向流進(jìn)節(jié)點(diǎn)的

電流取正號,則流出節(jié)點(diǎn)的電流就取負(fù)號。因此?應(yīng)用克希荷夫電流

定律時(shí)，電路中各支路的電流必須事先標(biāo)明正方向。

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果,有些支路的電流可能是負(fù)值，這是由于所選電

流的正方向與實(shí)際方向相反所致。

克希荷夫電流定律也可以推廣到包圍部分電路的任一假設(shè)的閉

臺面.可把閉合面看成一個廣義節(jié)點(diǎn).如圖1-14所示電路中，對于廣

義節(jié)點(diǎn)則有

+/＜，一=0圖1-14廣義節(jié)點(diǎn)

刀=。

可見，在任一瞬時(shí)，通過任一閉合面的電流的代數(shù)和也恒等于零。

二、克希荷夫電壓定律

在任一瞬時(shí)，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)以順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向沿回路繞行一周，則在這個

方向上的電位升之和應(yīng)該等于電位降之和.這就是克希荷夫電壓定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

0(1-12)

克希荷夫電壓定律用來確定同一回路中各段電壓之間的相互關(guān)系.該定律體現(xiàn)了電位單值性

原理。

4)O

~~4--

圖1T5回路?1-16克希荷夫電壓定律的推廣

在圖1-15所示電路中，沿著回路ad&a環(huán)行一周，可寫出

￡,+A&=￡+/內(nèi)

或一七2+-/】4-0

即=0

在這里?電阻兩端的極性由電流正方向決定?流入端為正,流出端為負(fù)；電動勢兩端的極性

已明確；電位的升降由回路繞行方向決定，由負(fù)極性到正極性為電位升，反之為電位降.

上式也可改寫為

&一￡?=/典一I典

9

這是克希荷夫電壓定律在電阻電路中的另一種表達(dá)式，在任一回路繞行方向上,回路中電動勢

的代數(shù)和恒等于電阻上壓降的代數(shù)和。電動勢和電流的正負(fù)號確定原則為，凡是電動勢的實(shí)際

方向與回路繞行方向一致者取正號，反之取負(fù)號.凡是電流的正方向與回路繞行方向一致者.

該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正號，反之取負(fù)號.

克希荷夫電壓定律還可以推廣應(yīng)用于一個假設(shè)的閉合回路。在圖1-16所示電路中，對假

設(shè)回路有

&-M十U

&一匕一1R1-IRt-U=0

或UE2—Et—IRL—IR2

若已知電路中各元件的參數(shù)以及支路電流，就能計(jì)算出a,b兩點(diǎn)間的電壓U值。

例1-2如圖1-17所示電路，巳知號二24V,E：=12V,R=2d32A,Z,=8A.求小

L和聯(lián)

解根據(jù)克希荷夫電流定律可求出人和乙?對節(jié)點(diǎn)6

有

4=人+A

，i=4—/z=4—2=2A

對節(jié)點(diǎn)a有

人=6十人

14=/|-6=2—6=-4A

根據(jù)歐姆定律得

5=I4R=—4X2=—8V

圖1?17例題1-2的圖

根據(jù)克希荷夫電壓定律可求出

=12—24=-12V

九、口八。2均為負(fù)值,表示它們的實(shí)際方向與圖中所標(biāo)的正方向相反。

1-5電壓源與電流源及其等效變換

一、電壓源

任何一個實(shí)際電源，都可用兩種不同的電路模型來表示。用電動勢E和內(nèi)阻&相串聯(lián)的

電路模型來表示電源時(shí)，稱為電壓源?如留1-18(。)所示。

當(dāng)電壓源外接負(fù)載電阻凡.后,可得出電壓源端電壓？和輸出電流，之間的關(guān)系為

U=￡-7&(1-13)

當(dāng)電動勢E和內(nèi)阻&固定時(shí)，則。和I互為變量，它們隨負(fù)載電阻凡,的大小而變化。

將式(1?13)的€/=/(1)關(guān)系描述在U4座標(biāo)平面上，稱為電壓源的外特性曲線,如圖1-18

S)所示。從電壓源外特性可見，當(dāng)電壓源開路時(shí)，則/=0.Uo=M當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí),由于存

10

在內(nèi)阻壓降IRo,使電源端電壓有所下降/越大,U下降得越多?因此，電壓源端電壓的穩(wěn)定性

不但取決于負(fù)載R.，還取決于內(nèi)限心的大小，在相同的負(fù)載電流下，旦越大，電壓源端電壓

下降越多,外特性越差;當(dāng)電壓源短路時(shí)，則U=O，L=尋.在凡=0的理臬情況下，電壓源端

電壓恒等于電動勢，即U=￡，這時(shí)的電壓源稱為理想電壓源或恒壓源，其電路如圖1?19所示，

它的外特性是電壓為E的一條平行橫軸的直線，如圖1-18Q)所示，恒壓源輸出電流是任意

的，由負(fù)載電阻位來確定。

圖1?18電壓課及其外特性

Q)電抵源電路(Q電壓源和恒抵源的外特性

恒壓源實(shí)際上是不存在的，因?yàn)殡妷涸磧?nèi)阻不可能等于零，

任何電源不可能在輸出任意變化的電流時(shí)，端電壓會保持恒定不

變。但電壓源的內(nèi)阻很小?并且凡《4.，則內(nèi)阻壓降1Ro《U,于是

可以把電壓源近似地看成為恒壓源.通常用的穩(wěn)壓電源可

視為恒壓源.

二、電流源

如將式(173)兩端除以R。,可得電流方程為

圖1-19恒壓源電路

或4=^+7(1-14)

rU

式中1,=/為電源的短路電流才是負(fù)載電流;"是流經(jīng)電源內(nèi)阻凡的電流。如圖1-20Q)

所示。用電流為，和內(nèi)阻R。相并聯(lián)的電路模型來表示電源時(shí),稱為電流源.

當(dāng)電流源外接負(fù)載電阻R,時(shí)，電流源的輸出電流/和輸出電壓U之間的關(guān)系為

1=I「辛(1-15)

當(dāng)/，和心不變時(shí),U和I是變量,它們隨負(fù)載電阻&而變化.

由式(1-15)可作出電流源的外特性曲線，如圖l?20S)所示.從外特性可見.當(dāng)電流源開路

時(shí).則/=O,Uo=1,R”當(dāng)電流源短路時(shí)，則。=0/=/,.這時(shí)，全部輸出紿外電路,當(dāng)外接負(fù)

11

載電阻&增大時(shí)，則U增大，由于內(nèi)阻R。分流為景,使輸出電流減少。顯然，&值越小，/流

少得越多，電流源外特性就越差。當(dāng)&=8（相當(dāng)凡開路）時(shí)，則輸出電流為一恒定值，即/

=九。這時(shí)的電流源稱為理想電流源或恒流源，其電路如圖1-21所示。恒流源的外特性是電流

為空平行于縱軸的一條直線，如圖1?203）所示.恒源源的端電壓是任意的，它取決:于所接負(fù)

載心的大小.

圖1-20電源源及其外特性

電流源電路3）電質(zhì)源和恒源源的外特性

圖1-21恒渝源電路圖1-22晶體管的輸出特性,

,恒流源也是一種理想電源.在實(shí)際中并不存在，因?yàn)殡娏髟磧?nèi)阻不可能為無窮大.但若電

流源的內(nèi)阻R?！?時(shí)，則I*/,,可用電流源近似地看成恒流源。處于放大狀態(tài)的三極管可近

似看作一個‘恒流源，它的輸出特性如圖1-22所示。當(dāng)基極電流匕為某一值，并當(dāng)集電極電壓

超過一定值時(shí).，集電極電流fc不隨Us而變化。

三、電壓源與電流源的等效變換

在圖1-23所示的電路中，設(shè)電壓源與電流源分別向同一阻值的負(fù)載電阻以供電,若兩種

電源在&兩端的電壓。和通過的電流完全相同，則對外電路而言,這兩種電源是等效的，因

此可以互換。對于圖L23Q）的電壓源來說，電阻號兩端的電壓和通過的電流為

U=E-

rE-UEU

.1/=費(fèi)1=居一國

對于圖1-23。）的電流源來說?就阻&兩端的電壓和通過的電流為

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