第1章電路基本概念與定律

1、山東建筑大學(xué)山東建筑大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院公共基礎(chǔ)教研室信息與電氣工程學(xué)院公共基礎(chǔ)教研室緒緒 論論一、課程的地位和主要內(nèi)容一、課程的地位和主要內(nèi)容電工電子技術(shù)研究電工技術(shù)和電子技術(shù) 的理論及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。電工技術(shù)電工技術(shù) （上冊(cè)）（上冊(cè)）（電工學(xué)）（電工學(xué)）電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電子技術(shù)電子技術(shù) （下冊(cè)）（下冊(cè)）電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 磁路與電機(jī)磁路與電機(jī) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 直流電路（直流電路（1、2）；暫態(tài)分析）；暫態(tài)分析 （3） ；交流電路（；交流電路（4 、5 ）。）。 磁路與電機(jī)磁路與電機(jī)磁路和變壓器（磁路和變壓器（6

2、）；電動(dòng)機(jī)（）；電動(dòng)機(jī)（7、 8、9）；繼電接觸器控制（）；繼電接觸器控制（10） 可編程控制器（可編程控制器（11）、供電與安全用電（）、供電與安全用電（12）、電工測(cè)量（）、電工測(cè)量（13）上冊(cè)上冊(cè)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)半導(dǎo)體器件（半導(dǎo)體器件（14）；放大器）；放大器 （15、16）；反饋（）；反饋（17）；直流電源）；直流電源 （18）；電力電子技術(shù)（）；電力電子技術(shù)（19）數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)組合電路（組合電路（20）；時(shí)序電路（）；時(shí)序電路（21）存儲(chǔ)器和可編程器件（存儲(chǔ)器和可編程器件（22）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（23）、現(xiàn)代通信技術(shù)（）、現(xiàn)代通信技術(shù)（24）下冊(cè)下冊(cè)二、電

3、工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用二、電工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀容量大型化容量大型化器件小型化器件小型化功率電子技術(shù)功率電子技術(shù)微電子技術(shù)微電子技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDAEDA技術(shù)技術(shù)1785年，庫(kù)侖確定電荷間的作用力；年，庫(kù)侖確定電荷間的作用力；1826年，歐姆提出年，歐姆提出“歐姆定律歐姆定律”；1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；1834年，雅可比造出第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)；年，雅可比造出第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)；1864年，麥克斯韋提出電磁波理論；年，麥克斯韋提出電磁波理論；1895年，馬可尼和波波夫?qū)崿F(xiàn)第一次無(wú)線電通信；年，馬可尼和波波夫?qū)崿F(xiàn)第一次無(wú)線電通信；1904年，弗萊明發(fā)明第

4、一只電子管（二極管）；年，弗萊明發(fā)明第一只電子管（二極管）；1946年，誕生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；年，誕生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只晶體管；年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只晶體管；1958年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。 ：發(fā) 展快速發(fā)展快速發(fā)展原因原因電能電能易轉(zhuǎn)換易轉(zhuǎn)換易傳輸易傳輸易控制易控制 計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖微微機(jī)機(jī)傳傳感感器器伺服伺服機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)模擬模擬信號(hào)信號(hào)處理處理功率功率放大放大模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)模數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)?shù)字接口接口數(shù)字?jǐn)?shù)字接口接口 被被 測(cè)測(cè) 控控 對(duì)對(duì) 象象干擾、噪聲、漂移、非線性干

5、擾、噪聲、漂移、非線性電工電子技術(shù)的典型應(yīng)用電工電子技術(shù)的典型應(yīng)用模擬電模擬電子技術(shù)子技術(shù)數(shù)字電數(shù)字電子技術(shù)子技術(shù)電機(jī)電機(jī)三、三、如何學(xué)好電工電子技術(shù)如何學(xué)好電工電子技術(shù)課程特點(diǎn)：內(nèi)容多且廣、學(xué)時(shí)相對(duì)少課程特點(diǎn)：內(nèi)容多且廣、學(xué)時(shí)相對(duì)少1 1、注意掌握、注意掌握“三基三基”：2 2、注重綜合分析與設(shè)計(jì)、注重綜合分析與設(shè)計(jì) 注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)基本原理、基本分析方法、基本應(yīng)用基本原理、基本分析方法、基本應(yīng)用3 3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn)課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn)放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒 電路是電流的通

6、路，是為了某種需要由電工設(shè)備電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成?；螂娐吩匆欢ǚ绞浇M合而成。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線mVt1t2熱電偶熱電偶)()(21tftfEt 電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線直流電源直流電源直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、

7、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒激勵(lì)：激勵(lì)：電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作;響應(yīng)響應(yīng): 由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流; 電路分析：電路分析：在電路結(jié)構(gòu)、電源和負(fù)載等參數(shù)已知的在電路結(jié)構(gòu)、電源和負(fù)載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將實(shí)際電路模型化實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)

8、際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。電路模型。實(shí)際電路實(shí)際電路實(shí)際器件（電阻器、電容器、實(shí)際器件（電阻器、電容器、電感線圈、晶體管、集成電路等）電感線圈、晶體管、集成電路等）電路模型電路模型抽象抽象近似近似理想電路元件（電阻元件、電容元件、理想電路元件（電阻元件、電容元件、電感元件、電源、理想運(yùn)放等）電感元件、電源、理想運(yùn)放等） 器件建模：器件建模：1.1.保留主要電磁特性保留主要電磁特性2.2.一個(gè)器件可由多個(gè)元件模型表示一個(gè)器件可由多個(gè)元件模型表示電路的建模過程電路的建模過程 電池電池是電源元件，其參是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)數(shù)

9、為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來(lái)連接電池和燈用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。 開關(guān)開關(guān)用來(lái)控制電路的通用來(lái)控制電路的通斷。斷。手電筒的電路模型手電筒的電路模型R+RoES+UI電池電池導(dǎo)線導(dǎo)線燈泡燈泡開關(guān)開關(guān) 手電筒由電池、燈泡、手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。開關(guān)和筒體組成。物理量物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E ( (電位升高的方向電位升高

10、的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、A、mA、A低電位低電位 高電位高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V注意：注意：它們是它們是標(biāo)量標(biāo)量，規(guī)定方向是為了便于電路的計(jì)算。，規(guī)定方向是為了便于電路的計(jì)算。電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：IE+_ 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。一種意假定的方向。一種分析方法分析方法。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)aRb箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值

11、為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負(fù)值才有正負(fù)之分。之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 b 指向指向 a 。 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)，參考方向相同時(shí)，RU+IRU+I 表達(dá)

12、式中有兩套正負(fù)號(hào)：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)： 式前的正負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考 方向之間的關(guān)系。方向之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同，即參考方向相同，即關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向。U = R I解：解：對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = RI例：例：應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U = RI326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2AI/AU/Vo

13、線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性常數(shù)常數(shù)即：即： IUR 1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路RREI 0IR0R EU IRREI 0IR0R EU IR U+_IIE+_U+_UIUIUIUI因?yàn)橐驗(yàn)镻2 = P1 + PR，所以電路的功率平衡。所以電路的功率平衡。IRoR EU0 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII 電源端電壓電源端電壓負(fù)載功率負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 0I+U有有源源電電路路IR0R EU0 I1I2I3ba

14、 E2R2 R3R1E11 12 23 3 3 3 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。點(diǎn)的電流。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或: = 0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a ：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例2:廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V即：即： U = 0在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則電位升之和等于電位降之和。即：則電位升之和等于電位降之和。即：

15、 U升升 = U降降 對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3E2= I2 R2+I3 R3或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向；回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 3. 開口電壓可按回路處理。開口電壓可按回路處理。 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2

16、I2_對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R5I5 R5 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I5 R5 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針方向循行，沿逆時(shí)針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對(duì)回路對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針方向循行，沿逆時(shí)針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I5I1I3I2. 舉例舉例 求圖示電路中求圖示電路中各點(diǎn)的電位各點(diǎn)的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：設(shè)設(shè) a為參考點(diǎn)，為參考點(diǎn)， 即即Va=0V設(shè)設(shè) b為參考點(diǎn)，即為參考點(diǎn)，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dbca20 4A6 10A