電工技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、電工電子技術(shù),歡迎學(xué)習(xí),第1章 電路分析基礎(chǔ),第2章 正弦交流電路,第3章 三相交流電路,第4章 磁路與變壓器,第5章 異步電動(dòng)機(jī)及其控制,第一篇 電工技術(shù)基礎(chǔ),理解電流、電壓參考方向的問(wèn) 題；掌握基爾霍夫定律及其具體 應(yīng)用；了解電氣設(shè)備額定值的定 義；熟悉電路在不同工作狀態(tài)下 的特點(diǎn)；深刻理解電路中電位的 概念并能熟練計(jì)算電路中各點(diǎn)的 電位。,學(xué)習(xí)要點(diǎn),1.1 電路分析基礎(chǔ)知識(shí),1.2 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài),1.3 基本電路元件和電源元件,1.4 電路定律及電路基本分析方法,1.5 電路中的電位及其計(jì)算方法,1.6 疊加定理,1.7 戴維南定理,1.1 電路分析基礎(chǔ)知識(shí),1、導(dǎo)體

2、、絕緣體和半導(dǎo)體,原子核中有質(zhì)子和中子，其中質(zhì)子帶正電，中子不帶電。,繞原子核高速旋轉(zhuǎn)的電子帶負(fù)電。,自然界物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)：,導(dǎo)體的外層電子數(shù)很少且距離原子核較遠(yuǎn)，因此受原子核的束縛力很弱，極易掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子，即導(dǎo)體的特點(diǎn)就是內(nèi)部具有大量的自由電子。,半導(dǎo)體的外層電子數(shù)一般為4個(gè)，其導(dǎo)電性界于導(dǎo)體和絕緣體之間。,絕緣體外層電子數(shù)通常為8個(gè)，且距離原子核較近，因此受到原子核很強(qiáng)的束縛力而無(wú)法掙脫，我們把外層電子數(shù)為8個(gè)稱為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中不存在自由電子，因此不導(dǎo)電。,當(dāng)外界電場(chǎng)的作用力超過(guò)原子核對(duì)外層電子的束縛力時(shí)，絕緣體的外層電子同樣也會(huì)掙脫原子核的束縛成為自由電子，

3、這種現(xiàn)象我們稱為“絕緣擊穿”。絕緣體一旦被擊穿，就會(huì)永久喪失其絕緣性能而成為導(dǎo)體。,1、絕緣體是否在任何條件下都不導(dǎo)電？,2、半導(dǎo)體有什么特殊性？,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo)體在外界條件發(fā)生變化時(shí)，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)；若在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)后，其導(dǎo)電能力甚至?xí)黾由先f(wàn)乃至幾十萬(wàn)倍，半導(dǎo)體的上述特殊性，使它在電子技術(shù)中得到了極其廣泛地應(yīng)用。,負(fù)載：,2、電路的組成與功能,電路 由實(shí)際元器件構(gòu)成的電流的通路。,（1）電路的組成,電源：,電路中提供電能的裝置。如發(fā)電機(jī)、蓄電池等。,在電路中接收電能的設(shè)備。如電動(dòng)機(jī)、電燈等。,中間環(huán)節(jié)：,電源和負(fù)載之間不可缺少的連接、

4、控制和保護(hù)部件，如連接導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備以及各種繼電保護(hù)設(shè)備等。,電路可以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。,電力系統(tǒng)中：,電子技術(shù)中：,電路可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。,（2）電路的功能,3、電路模型和電路元件,電源,負(fù) 載,實(shí)體電路,中間環(huán)節(jié),與實(shí)體電路相對(duì)應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的電路圖，稱為 實(shí)體電路的電路模型。,電路模型,負(fù)載,電源,開(kāi)關(guān),白熾燈的電路模型可表示為：,實(shí)際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復(fù)雜，采取模型化處理可獲得有意義的分析效果。,如,R,L,消耗電能的電特性可用電阻元件表征,產(chǎn)生磁場(chǎng)的電特性可用電感元件表征,由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場(chǎng)的因素，因此L 可以

5、忽略。,理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、確切，可定量分析和計(jì)算。,白熾燈電路,電阻元件 只具耗能的電特性,電容元件 只具有儲(chǔ)存電能的電特性,理想電壓源 輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定,理想電流源 輸出電流恒定，兩端電壓由它和負(fù)載共同決定,電感元件只具有儲(chǔ)存磁能的電特性,理想電路元件分有無(wú)源和有源兩大類,無(wú)源二端元件,有源二端元件,必須指出，電路在進(jìn)行上述模型化處理時(shí)是有條件的：實(shí)際電路中各部分的基本電磁現(xiàn)象可以分別研究，并且相應(yīng)的電磁過(guò)程都集中在電路元件內(nèi)部進(jìn)行。這種電路稱為集中參數(shù)元件的電路。,集中參數(shù)元件的特征,1. 電磁過(guò)程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行，其次要因

6、素可以忽略。如R，L、C這些只具有單一電磁特性的理想電路元件。,2. 任何時(shí)刻從集中參數(shù)元件一端流入的電流恒等于從它另一端流出的電流，并且元件兩端的電壓值完全確定。,工程應(yīng)用中，實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于工作電磁波的波 長(zhǎng)，因此都符合模型化處理?xiàng)l件，均可按集中假設(shè)為前提， 有效地描述實(shí)際電路，從而獲得有意義的電路分析效果。,4. 電路中的電壓、電流及其參考方向,（1）電流,電流的國(guó)際單位制是安培【A】，較小的單位還有毫安【mA】和微安【A】等，它們之間的換算關(guān)系為：,1A=103mA=106A=109nA,電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表征，定義式為：,大小、方向均不隨時(shí)間變

7、化的穩(wěn)恒直流電可表示為：,在電工技術(shù)分析中，僅僅指出電流的大小是不夠的，通常以正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的參考正方向。,直流情況下,（2）電壓,高中物理課對(duì)電壓的定義是：電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。其表達(dá)式為：,注意：變量用小寫字母表示，恒量用大寫字母表示。,電壓的國(guó)際單位制是伏特V，常用的單位還有毫伏mV和千伏【KV】等，換算關(guān)系為：,1V=103mV=103KV,電工技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)題分析中，通常規(guī)定電壓的參考正方向由高電位指向低電位，因此電壓又稱作電壓降。,從工程應(yīng)用的角度來(lái)講，電路中電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。數(shù)值上，電壓等于電路中兩點(diǎn)電位的差值。即：,（3）電流、電壓

8、的參考方向,對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：列寫電路方程式之前，首先要在電路中標(biāo)出電流、電壓的參考方向。電路圖上電流、電壓參考方向的標(biāo)定，原則上任意假定，但一經(jīng)選定，在整個(gè)分析計(jì)算過(guò)程中，這些參考方向就不允許再變更。,關(guān)聯(lián)參考方向,非關(guān)聯(lián)參考方向,實(shí)際電源上的電壓、電流方向總是非關(guān)聯(lián)的，實(shí)際負(fù)載上的電壓、電流方向是關(guān)聯(lián)的。因此，假定某元件是電源時(shí)，應(yīng)選取非關(guān)聯(lián)參考方向，假定某元件是負(fù)載應(yīng)選取關(guān)聯(lián)參考方向。,在電路圖上預(yù)先標(biāo)出電壓、電流的參考方向，目的是為解題時(shí)列寫方程式提供依據(jù)。因?yàn)?，只有參考方向?biāo)定的情況下，方程式各電量前的正、負(fù)號(hào)才有意義。,為什么要在電路圖中預(yù)先標(biāo)出參考方向？,例如,設(shè)參考方

9、向下US=100V，I=5A，則說(shuō) 明電源電壓的實(shí)際方向與參考方向一致；,電流為負(fù)值說(shuō)明其實(shí)際方向與圖中所標(biāo)示的參考方向相反。,參考方向一經(jīng)設(shè)定，在分析和計(jì)算過(guò)程中不得隨意改動(dòng)。方程式各量前面的正、負(fù)號(hào)均應(yīng)依據(jù)參考方向?qū)懗?，而電量的真?shí)方向是以計(jì)算結(jié)果和參考方向二者共同確定的。,思考 回答,1.在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗?2.應(yīng)用參考方向時(shí)，你能說(shuō)明“正、負(fù)”、“加、,減”及“相同、相反”這幾對(duì)詞的不同之處嗎？,電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖牵簽榉治龊陀?jì)算電路提供方便和依據(jù)。,應(yīng)用參考方向時(shí)，“正、負(fù)”是指在參考方向下，電壓、電流數(shù)值前面的正負(fù)號(hào)，如某電流為“5A”，說(shuō)明其實(shí)際方

10、向與參考方向相反，某電壓為“100V”，說(shuō)明該電壓實(shí)際方向與參考方向一致；“加、減”指參考方向下電路方程式中各量前面的加、減號(hào)；“相同”是指電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，“相反”指的是電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)。,日常生產(chǎn)和生活中，電能（或電功）也常用度作為量綱：1度=1KWh=1KVAh,5. 電能、電功率和效率,（1）電能,電能的轉(zhuǎn)換是在電流作功的過(guò)程中進(jìn)行的。因此，電流作功所消耗電能的多少可以用電功來(lái)量度。電功：,式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時(shí)，電功W為焦耳【J】,1度電的概念,1000W的電爐加熱1小時(shí)；,100W的電燈照明10小時(shí)；,40W的電燈照明25小時(shí)。,電功率反映了電路元

11、器件能量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。如100W的電燈表明在1秒鐘內(nèi)該燈可將100J的電能轉(zhuǎn)換成光能和熱能；電機(jī)1000W表明它在一秒鐘內(nèi)可將1000J的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。,（2）電功率,電工技術(shù)中，單位時(shí)間內(nèi)電流所作的功稱為電功率。電功率用“P ”表示：,國(guó)際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】,通常情況下，用電器的實(shí)際功率并不等于額定電功率。當(dāng)實(shí)際功率小于額定功率時(shí)，用電器實(shí)際功率達(dá)不到額定值，當(dāng)實(shí)際功率大于額定功率時(shí)，用電器易損壞。,用電器額定工作時(shí)的電壓叫額定電壓，額定電壓下的電功率稱為額定功率；額定功率通常標(biāo)示在電器設(shè)備的銘牌數(shù)據(jù)上，作為用電器正常工作條件下的最高限值。,提高電能效率能大

12、幅度節(jié)約投資。據(jù)專家測(cè)算，建設(shè)1千瓦的發(fā)電能力，平均在7000元左右；而節(jié)約1千瓦的電力，大約平均需要投資2000元，不到建設(shè)投資的1/3。通過(guò)提高電能效率節(jié)約下來(lái)的電力還不需要增加煤等一次性資源投入，更不會(huì)增加環(huán)境污染。,（3）效率,電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)客觀上存在損耗，在工程應(yīng)用中，常把輸出功率與輸入功率的比例數(shù)稱為效率，用“”表示：,所以，提高電能效率與加強(qiáng)電力建設(shè)具有相同的重要地位，不僅有利于緩解電力緊張局面，還能促進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的建立。,功率與電流、電壓的關(guān)系：,關(guān)聯(lián)方向時(shí)： p =ui,非關(guān)聯(lián)方向時(shí)： p =ui,p0時(shí)吸收功率，p0時(shí)放出功率。,例：求圖示各元件的功率.,（a）關(guān)聯(lián)方向

13、， P=UI=52=10W， P0，吸收10W功率。,（b）關(guān)聯(lián)方向， P=UI=5(2)=10W， P0，產(chǎn)生10W功率。,（c）非關(guān)聯(lián)方向， P=UI=5(2)=10W， P0，吸收10W功率。,解：元件A：非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收6W功率，負(fù)載。 元件C：關(guān)聯(lián)方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收4W功率，負(fù)載。 P1+P2+P3=10+6+4=0，功率平衡。,例： I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。,想想 練練,1、某用電器的額定值為“220V，100W”，此電器正常工作10小時(shí)，消耗多少焦耳電

14、能？合多少度電？,2、一只標(biāo)有“220V，60W”的電燈，當(dāng)其兩端電壓為多少伏時(shí)電燈能正常發(fā)光？正常發(fā)光時(shí)電燈的電功率是多少？若加在燈兩端的電壓僅有110伏時(shí)，該燈的實(shí)際功率為多少瓦？額定功率有變化嗎？,3、把一個(gè)電阻接在6伏的直流電源上，已知某1分鐘單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻的電量為3個(gè)庫(kù)侖，求這1分鐘內(nèi)電阻上通過(guò)的電流和電流所做的功各為多少？,3A，1080J,3600000J，1度電,220V，60W；15W，不變。,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,電路由哪幾部分組成？試述電路的功能？,為何要引入?yún)⒖挤较?？參考方向和?shí)際方向有何聯(lián)系與區(qū)別？,何謂電路模型？,學(xué)好本課程，應(yīng)注意抓好四個(gè)主要環(huán)節(jié)：提前預(yù)習(xí)、 認(rèn)真聽(tīng)課

15、、及時(shí)復(fù)習(xí)、獨(dú)立作業(yè)。還要處理好三個(gè)基本 關(guān)系：聽(tīng)課與筆記、作業(yè)與復(fù)習(xí)、自學(xué)與互學(xué)。,1.2 電氣設(shè)備的額定值及電路的工作狀態(tài),1. 電氣設(shè)備的額定值,電氣設(shè)備長(zhǎng)期、安全工作條件下的最高限值稱為額定值。,電氣設(shè)備的額定值是根據(jù)設(shè)計(jì)、材料及制造工藝等因素，由制造廠家給出的技術(shù)數(shù)據(jù)。,2. 電路的三種工作狀態(tài),IUS(RSRL),（1）通路, U=USIRS ,（2）開(kāi)路, U=US , U=0 ,IUS/RS,（3）短路,右下圖電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U=5V，求電流I。,分析：,由圖可知UI為關(guān)聯(lián)參考方向，因此:, 舉例2：右下圖電路，若已知元件中電流為I=100A，電壓U=10

16、V，求電功率P，并說(shuō)明元件是電源還是負(fù)載。,解：,UI非關(guān)聯(lián)參考，因此:,元件吸收正功率，說(shuō)明元件是負(fù)載。,I為負(fù)值，說(shuō)明它的實(shí)際方向與圖上標(biāo)示的參考方向相反。,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,1. 電源外特性與橫軸相交處的電流=？電流工作狀態(tài)？,2. 該電阻允許加的最高電壓=？允許通過(guò)的最大電流=？,3.額定電流為100A的發(fā)電機(jī)，只接了60A的照明負(fù)載，還有40A電流去哪了？,4.電源的開(kāi)路電壓為12V,短路電流為30A,則電源的US=?RS=？,1.3 基本電路元件和電源元件,1. 電阻元件,線性電阻元件伏安特性,由電阻的伏安特性曲線可得，電阻元件上的電壓、電流關(guān)系為即時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即：,因此，電阻元件稱為

17、即時(shí)元件。即時(shí),電阻產(chǎn)品實(shí)物圖,電阻元件圖符號(hào),電阻元件上的電壓、電流關(guān)系遵循歐姆定律。即元件通過(guò)電流就會(huì)發(fā)熱，消耗的能量為：,2. 電感元件和電容元件,線性電感元件的韋安特性,對(duì)線性電感元件而言，任一瞬時(shí)，其電壓和電流的關(guān)系為微分(或積分)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，即：,顯然，只有電感元件上的電流,電感產(chǎn)品實(shí)物圖,電感元件圖符號(hào),發(fā)生變化時(shí)，電感兩端才有電壓。因此，我們把電感元件稱為動(dòng)態(tài)元件。動(dòng)態(tài)元件可以儲(chǔ)能，儲(chǔ)存的磁能為：,或,（1）電感元件,（2） 電容元件,線性電容元件的庫(kù)伏特性,對(duì)線性電容元件而言，任一瞬時(shí)，其電壓、電流的關(guān)系也是微分(或積分)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，即：,電容元件的工作方式就是充放電。,電容

18、產(chǎn)品實(shí)物圖,電容元件圖符號(hào),因此，只有電容元件的極間電壓發(fā)生變化時(shí)，電容支路才有電流通過(guò)。電容元件也是動(dòng)態(tài)元件，其儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為：,或,3. 電源元件,任何電源都可以用兩種電源模型來(lái)表示，輸出電壓比較穩(wěn)定的，如發(fā)電機(jī)、干電池、蓄電池等通常用電壓源模型(理想電壓源和一個(gè)電阻元件相串聯(lián)的形式)表示；,柴油機(jī)組,汽油機(jī)組,蓄電池,各種形式的電源設(shè)備圖,輸出電流較穩(wěn)定的：如光電池或晶體管的輸出端等通常用電流源模型(理想電流源和一個(gè)內(nèi)阻相并聯(lián)的形式)表示。,（1）電壓源,（2）電流源,理想電壓源的外特性,電壓源模型的外特性,理想電壓源和實(shí)際電壓源模型的區(qū)別,電壓源模型,輸出端電壓,理想電壓源內(nèi)阻為零，

19、因此輸出電壓 恒定； 實(shí)際電源總是存在內(nèi)阻的，因此實(shí)際 電壓源模型電路中的負(fù)載電流增大時(shí)， 內(nèi)阻上必定增加消耗，從而造成輸出電 壓隨負(fù)載電流的增大而減小。因此，實(shí) 際電壓源的外特性稍微向下傾斜。, U ,理想電流源的內(nèi)阻 R0I(相當(dāng)于開(kāi)路)，因此內(nèi)部不能分流，輸出的電流值恒定。,理想電流源的外特性,電流源模型的外特性,電流源模型,實(shí)際電流源的內(nèi)阻總是有限值，因此當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，內(nèi)阻上分配的電流必定增加，從而造成輸出電流隨負(fù)載的增大而減小。即實(shí)際電流源的外特性也是一條稍微向下傾斜的直線。,理想電流源和實(shí)際電流源模型的區(qū)別,實(shí)際電源的伏安特性,或,可見(jiàn)一個(gè)實(shí)際電源可用兩種電路模型表示：一種為電壓源

20、Us和內(nèi)阻Ro串聯(lián)，另一種為電流源Is和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。,實(shí)際電源模型及其等效變換,兩種電源之間的等效互換,Us = Is R0,內(nèi)阻改并聯(lián),兩種電源模型之間等效變換時(shí)，電壓源的數(shù)和電流源的數(shù)值遵循歐姆定律的數(shù)值關(guān)系，但變換過(guò)程中內(nèi)阻不變。,等效互換的原則：當(dāng)外接負(fù)載相同時(shí)，兩種電源模型對(duì)外部電路的電壓、電流相等。,內(nèi)阻改串聯(lián),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：,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,1. uL=0時(shí)，WL是否為0？ic=0時(shí)，WC是否為0？,2.畫出圖中電感線圈在直流情況下的等效電路模型？,3. 電感元件在直流時(shí)相當(dāng)于短路， L 是

21、否為零？電容元件在直流時(shí)相當(dāng)于開(kāi)路，C是否為零？,4. 理想電源和實(shí)際電源有何區(qū)別？理想電源之間能否等效互換？實(shí)際電源模型的互換如何？,I = ?,哪個(gè)答案對(duì)？,問(wèn)題與討論,1.4 電路定律及電路基本分析方法,電阻的串聯(lián),電阻的并聯(lián),等效電路,串聯(lián)各電阻中通過(guò)的電流相同。,并聯(lián)各電阻兩端的電壓相同。,如果兩個(gè)串聯(lián) 電阻有： R1R2，則RR1,如果兩個(gè)并聯(lián)電阻有： R1R2，則RR2,1、電阻的串聯(lián)與并聯(lián),電阻的混聯(lián)計(jì)算舉例,解： Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5),由a、b端向里看， R2和R3，R4和R5 均連接在相同的兩點(diǎn)之間，因此是 并聯(lián)關(guān)系，把這4個(gè)電阻兩兩并聯(lián) 后

22、，電路中除了a、b兩點(diǎn)不再有結(jié) 點(diǎn)，所以它們的等效電阻與R1和R6 相串聯(lián)。,電阻混聯(lián)電路的等效電阻計(jì)算，關(guān)鍵在于正確找出電路的連接點(diǎn)，然后分別把兩兩結(jié)點(diǎn)之間的電阻進(jìn)行串、并聯(lián)簡(jiǎn)化計(jì)算，最后將簡(jiǎn)化的等效電阻相串即可求出。,分析：,2、電路名詞,支路：一個(gè)或幾個(gè)二端元件首尾相接中間沒(méi)有分岔，使各元件上通過(guò)的電流相等。（b）,結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。（n）,回路：電路中的任意閉合路徑。（l）,網(wǎng)孔：其中不包含其它支路的單一閉合路徑。,b=3,l=3,n=2,網(wǎng)孔=2,支路：共 ？條,回路：共 ？個(gè),節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè),6條,4個(gè),網(wǎng)孔：？個(gè),7個(gè),有幾個(gè)網(wǎng)眼 就有 幾個(gè)網(wǎng)孔,電路中的獨(dú)立結(jié)點(diǎn)

23、數(shù)為n-1個(gè)，獨(dú)立回路數(shù)=網(wǎng)孔數(shù)。,兩江口,流入水速之和=流出水速之和,基爾霍夫第一定律的引入：,質(zhì)量守恒：流入水速之和=流出水速之和 電荷守恒：流入節(jié)點(diǎn)的電流之和=流出節(jié)點(diǎn)的電流之和,i3=i1+i2,3、基爾霍夫第一定律（KCL）,基爾霍夫定律包括結(jié)點(diǎn)電流定律和回路電壓兩個(gè)定律，是一般電路必須遵循的普遍規(guī)律。 基爾霍夫電流定律是將物理學(xué)中的“液體流動(dòng)的連續(xù)性”和“能量守恒定律”用于電路中，它指出：任一時(shí)刻，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學(xué)表達(dá)式：,a,I1 + I2 I3 I4 = 0,若以指向結(jié)點(diǎn)的電流為正，背離結(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，則根據(jù)KCL，對(duì)結(jié)點(diǎn) a 可以寫出：,求左圖示電路中

24、電流i1、i2。,整理為： i1+ i3= i2+ i4,可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0,i1i2+10 +(12)=0 i2=1A, 4+7+i1= 0 i1= 3A,其中i1得負(fù)值，說(shuō)明它的實(shí)際方向與參考方向相反。,基氏電流定律的推廣,I=?,I1+I2=I3,I=0,廣義節(jié)點(diǎn),電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。,廣義節(jié)點(diǎn),基爾霍夫第二定律的引入：,回路各支路電壓關(guān)系如何？ 電壓=電勢(shì)差（單位電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)得到或者失去的能量） 可借鑒重力勢(shì)能,4、基爾霍夫第二定律（KVL）,基爾霍夫電壓定律是用來(lái)確定回路中各段電壓之間關(guān)系的電壓定律。 回路電壓定律依據(jù)“電位的單值性原理”

25、，它指出：,任一瞬間，沿任一回路參考繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U=0,然后根據(jù)： U = 0,得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0,R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4,電阻壓降,可得KVL另一形式：IR=US,電源壓升,先標(biāo)繞行方向,根據(jù) U=0對(duì)回路#1列KVL方程,電阻壓降,電源壓升,即電阻壓降等于電源壓升,此方程式不獨(dú)立,省略！,對(duì)回路#2列KVL常用形式,對(duì)回路#3列KVL方程,#1方程式也可用常用形式,KVL方程式的常用形式，是把變量和已知量區(qū)分放在方程式兩邊，顯然給

26、解題帶來(lái)一定方便。,圖示電路KVL獨(dú)立方程為,KVL 推廣應(yīng)用于假想的閉合回路,或?qū)懽?對(duì)假想回路列 KVL：,UA UB UAB = 0,UAB = UA UB,US IR U = 0,U = US IR,對(duì)假想回路列 KVL：,或?qū)懽?運(yùn)用基爾霍夫定律的解題步驟： 1.在圖中標(biāo)出支路電流的參考方向，應(yīng)該有b個(gè)未知電流； 2.對(duì)任意（n-1）個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)列KCL方程； 對(duì)結(jié)點(diǎn)a：I1-I3-I5=0 3個(gè)結(jié)點(diǎn)方程不獨(dú)立 對(duì)結(jié)點(diǎn)b： I2+I5-I4=0 n個(gè)結(jié)點(diǎn)只能有 對(duì)結(jié)點(diǎn)c： -I1+I3+I4-I2=0 （n-1）獨(dú)立方程,3.對(duì)b-（n-1）個(gè)獨(dú)立回路（通常選取網(wǎng)孔）列KVL方程； 對(duì)

27、回路1：R1I1+R3I3-E1=0 3個(gè)回路方程不獨(dú)立 對(duì)回路2：R5I5+R4I4-R3I3=0 對(duì)回路3: R1I1+R5I5+R4I4-E1=0 對(duì)新回路3： -R2I2+E2-R4I4=0 網(wǎng)孔是一組獨(dú)立回路，網(wǎng)孔數(shù)恰好等于b-(n-1)。,例：圖示電路,(2)節(jié)點(diǎn)數(shù)n=2，可列出21=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b-(n-1)=3-(2-1)=2個(gè),回路I,回路,節(jié)點(diǎn)a,解得：i1=1A i2=1A i10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

28、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,各元件的功率：,5電阻的功率： p1=5i12=5(1)2=5W,10電阻的功率： p2=10i22=512=10W,5V電壓源的功率： p3=5i1=5(1)=5W,因?yàn)?A電流源與10電阻并聯(lián)，故其兩端的電壓為：u=10i2=101=10V 功率為：p4=2u=210=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。,例：如圖所示電路，用支路電流法求u、i。,對(duì)節(jié)點(diǎn)a列KCL方程： i2=5+i1 對(duì)圖示

29、回路列KVL方程： 5i1+i2+4i110 0 由以上兩式解得： i1=0.5A i2=5.5A,電壓：u=i2+4i1=5.5+40.5=7.5V,解：該電路含有一個(gè)電壓為4i1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。,(G.R.Kirehhoff , 18241887),德國(guó)物理學(xué)家，化學(xué)家和天文學(xué)家，主要從事光譜、輻射和電學(xué)方面的研究。1845年提出基爾霍夫電流電流定律、基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電路定律，發(fā)展了歐姆定律，對(duì)電路理論有重大貢獻(xiàn)。1858年提出基爾霍夫輻射定律，1859年發(fā)明分光儀，與化學(xué)家本生合作創(chuàng)立了光譜化學(xué)分析法（把各種元素放在本生燈上燒灼，

30、發(fā)出波長(zhǎng)一定的一些明線光譜，由此可以極靈敏地判斷這種元素的存在），從而發(fā)現(xiàn)了元素銫和銣?？茖W(xué)家利用光譜化學(xué)分析法，還發(fā)現(xiàn)了鉈、碘等許多種元素。,5、負(fù)載獲得最大功率的條件,一個(gè)實(shí)際電源產(chǎn)生的功率通常分為兩部分，一部分消耗在電源及線路的內(nèi)阻上，另一部分輸出給負(fù)載。,如何使負(fù)載上獲得最大功率呢？,用左圖所示的閉合電路來(lái)分析。,電工技術(shù)中一般考慮的是如何提高電源的利用率問(wèn)題，而電子技術(shù)中則希望負(fù)載上得到的功率越大越好。,電路中通過(guò)的電流為：,負(fù)載上獲得的功率為：,由此式能看出負(fù)載上獲得最大功率的條件嗎？,*R0=RL,把上式加以整理可得：,電源內(nèi)阻與負(fù)載電阻相等稱為阻抗匹配。晶體管收音機(jī)的輸出變壓器

31、就是利用這一原理使喇叭上獲得最大功率的。,負(fù)載上的最大功率為：,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,當(dāng)這兩個(gè)電阻相串或相并時(shí)，等效電阻R？,A4=？ A5 =？,a,b,并聯(lián)：R10 串聯(lián)：R10K,A4=7mA A5=3mA,結(jié)點(diǎn)n=2 支路b=3,Uab=0 I=0,結(jié)點(diǎn)？ 支路？ Uab=？ I=？,1.5 電路中的電位及其計(jì)算方法,1、電位的概念,電位實(shí)際上就是電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓，電壓常用雙下標(biāo)，而電位則用單下標(biāo)，電位的單位也是伏特V。,電位具有相對(duì)性，規(guī)定參考點(diǎn)的電位為零電位。因此，相對(duì)于參考點(diǎn)較高的電位呈正電位，較參考點(diǎn)低的電位呈負(fù)電位。,求開(kāi)關(guān)S打開(kāi)和閉合時(shí)a點(diǎn)的電位值。,畫出S打開(kāi)時(shí)的等效電路

32、：,b,a,d,c,c,顯然，開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)閉合的全電路，a點(diǎn)電位為：,S閉合時(shí)的等效電路：,b,a,c,S閉合時(shí)，a點(diǎn)電位只與右回路有關(guān)，其值為：,d,d,2、電位的計(jì)算,電路如下圖所示，分別以A、B為參考點(diǎn)計(jì)算C和D點(diǎn)的電位及UCD。,以A點(diǎn)為參考電位時(shí),VC = 3 3 = 9 V,VD= 3 2= 6 V,UCD = VC VD = 15 V,以B點(diǎn)為參考電位時(shí),VD = 5 V,VC = 10 V,UCD = VC VD= 15 V,* 電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓；,*電路中各點(diǎn)的電位隨參考點(diǎn)選的不同而改變，但是任意兩點(diǎn)間的電壓不變。,檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果,下圖電路中若

33、選定C為參考點(diǎn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí)，判斷各點(diǎn)的電位值。,求下圖電路中開(kāi)關(guān)S閉合和斷開(kāi)時(shí)B點(diǎn)的電位。,試述電壓和電位的異同，若電路中兩點(diǎn)電位都很高，則這兩點(diǎn)間電壓是否也很高？,在多個(gè)電源同時(shí)作用的線性電路中，任何支路的 電流或任意兩點(diǎn)間的電壓，都是各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)所得 結(jié)果的代數(shù)和。,1.6 疊加定理,內(nèi)容：,計(jì)算功率時(shí)不能應(yīng)用疊加原理！,=,*當(dāng)恒流源不作用時(shí)應(yīng)視為開(kāi)路,+,*當(dāng)恒壓源不作用時(shí)應(yīng)視為短路,a) 原電路,b) E單獨(dú)作用,c) Is單獨(dú)作用,=,+,7.2V電源單獨(dú)作用時(shí)：,用疊加原理求下圖所示電路中的I2。,根據(jù)疊加原理: I2 = I2 + I2=1+(1)=0,12V電源

34、單獨(dú)作用時(shí)：,用疊加定理求：I= ?,I = I+ I= 2+（1）=1A,“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是將此恒流源去掉，使原恒流源處開(kāi)路。,20V電壓源單獨(dú)作用時(shí)：,4A電流源單獨(dú)作用時(shí)：,應(yīng)用疊加定理要注意的問(wèn)題,1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變）。,2. 疊加時(shí)只將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變。暫時(shí)不予考慮的恒壓源應(yīng)予以短路，即令U=0；暫時(shí)不予考慮的恒流源應(yīng)予以開(kāi)路，即令I(lǐng)s=0。,3. 解題時(shí)要標(biāo)明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電流的代數(shù)和。,4. 疊加定理只能用于電壓或電流的計(jì)算，不能用來(lái)求功 率，即功率不能疊加。如：,5. 運(yùn)用