第1講 電路基本物理量及基本元件

1、電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 譚甜源、張立宏譚甜源、張立宏 辦公地點：辦公地點：3 3教教33123312 手手 機(jī)：機(jī)：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876第第1章章 電路元器件及基本定電路元器件及基本定理理 本章介紹有關(guān)電路的一些本章介紹有關(guān)電路的一些基本概念基本概念和和技術(shù)術(shù)語技術(shù)術(shù)語、常規(guī)電路應(yīng)該遵循的一些常規(guī)電路應(yīng)該遵循的一些基本規(guī)律基本規(guī)律、電路具有的、電路具有的特特性性以及以及分析和解決問題分析和解決問題的思路。的思路。 本章將是后續(xù)課程

2、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。有些內(nèi)容雖然已本章將是后續(xù)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。有些內(nèi)容雖然已在物理課中講過，但為了加強在物理課中講過，但為了加強理論的系統(tǒng)性理論的系統(tǒng)性和便于讀和便于讀者者加深加固加深加固對內(nèi)容的理解，并在電工技術(shù)中充分地對內(nèi)容的理解，并在電工技術(shù)中充分地應(yīng)應(yīng)用和擴(kuò)展用和擴(kuò)展，本課程略有敘述，但不是簡單的重復(fù)，而，本課程略有敘述，但不是簡單的重復(fù)，而是從是從分析問題和解決問題分析問題和解決問題的的思路和方法的角度思路和方法的角度進(jìn)行敘進(jìn)行敘述，希望此舉給大家?guī)硎芤?。述，希望此舉給大家?guī)硎芤妗?凡符合上述集中化假設(shè)條件的元件稱集中參數(shù)凡符合上述集中化假設(shè)條件的元件稱集中參數(shù)元件。由此組成的電路稱元件

3、。由此組成的電路稱集中參數(shù)電路集中參數(shù)電路。凡不符。凡不符合上述假設(shè)條件者將要用分布參數(shù)表示。合上述假設(shè)條件者將要用分布參數(shù)表示。本課程本課程只討論集中參數(shù)電路。只討論集中參數(shù)電路。 一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科理論，往往有若干已被公認(rèn)的一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科理論，往往有若干已被公認(rèn)的公理作為全部立論依據(jù)，以示無懈可擊。公理作為全部立論依據(jù)，以示無懈可擊。 集中參數(shù)電路中各部分的集中參數(shù)電路中各部分的電壓電壓和和電流電流僅是僅是時時間間t t的函數(shù)的函數(shù)，可表示為，可表示為u u（t t）和）和i i（t t）。而元件端）。而元件端鈕上的電壓和電流，可以用物理方法準(zhǔn)確的測定，鈕上的電壓和電流，可以用物理方法準(zhǔn)確的測

4、定，不因其測試位置不同而異。不因其測試位置不同而異。 電路理論的理論支柱是電路理論的理論支柱是電荷守恒電荷守恒、能量守恒能量守恒這這兩條公理和一條兩條公理和一條集中化假設(shè)集中化假設(shè)不具有空間幾何不具有空間幾何尺寸理想模型（元件）。尺寸理想模型（元件）。發(fā)電、輸電與配電的電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電與配電的電力系統(tǒng)1.1.11.1.1電路及電路模型電路及電路模型1 11 1 電路及其基本物理量電路及其基本物理量 電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工、電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工、電子器件或設(shè)備組合而成的電子器件或設(shè)備組合而成的 。計算機(jī)、通訊等用的計算機(jī)、通訊等用的 電子電路電子電

5、路可見，實際電路結(jié)構(gòu)繁簡差別甚大，而作用也各不相同。可見，實際電路結(jié)構(gòu)繁簡差別甚大，而作用也各不相同。 人們在日常生活、生產(chǎn)和科人們在日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中，常遇到各種各樣的電路，如學(xué)研究中，常遇到各種各樣的電路，如電力系統(tǒng)擴(kuò)音器電路的作用電路的作用實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換實現(xiàn)信號的傳遞和處理實現(xiàn)信號的傳遞和處理1）電路的作用電 燈電 爐電動機(jī)發(fā)電機(jī)升 壓變壓器降 壓變壓器話筒話筒揚聲器揚聲器放大器強電強電弱電弱電電源電源: 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

6、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機(jī)電動機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號處理：信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載:輸出信息輸出信息信號源信號源: 提供信息提供信息放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒2） 電路的組成部分電路的組成部分 電路中電路中電源電源和和信號源信號源的的電壓或電流電壓或電流稱為稱為激勵激勵，它，它推動電路的工作。推動電路的工作。激勵激勵響應(yīng)響應(yīng)由由激勵激勵在電路中產(chǎn)生的在電路中產(chǎn)生的電壓和電流電壓和電流稱為稱為響應(yīng)。響應(yīng)。 電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討

7、論論與與的關(guān)系。的關(guān)系。i3） 電路模型電路模型 實際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器實際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)、電池、電阻器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)、電池、電阻器等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。例如：一個白熾燈在有電流通過時，例如：一個白熾燈在有電流通過時，R R L 消耗電消耗電能能( (電阻性電阻性) ) 產(chǎn)生產(chǎn)生磁場磁場儲存磁場能量儲存磁場能量( (電感性電感性) ) 忽略忽略 L L 為了便于分析與計算實際電路，在一定條件下常忽為了便于分析與計算實際電路，在一定條件下常忽略實際部件的次要

8、因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看略實際部件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看成成理想電路元件理想電路元件。電源負(fù)載連接導(dǎo)線電路實體電路實體電路模型電路模型3） 電路模型電路模型 用用理想理想電路元件組成的電路，稱為實際電路的電路元件組成的電路，稱為實際電路的電電路模型路模型。SER +R0開關(guān)1.1.2 1.1.2 電路中的基本變量電路中的基本變量a a）能量類型）能量類型能量能量電磁能量電磁能量（電能）（電能）非電磁能量非電磁能量（非電能）（非電能）磁場能量磁場能量電場能量電場能量b b）能量轉(zhuǎn)換與交換）能量轉(zhuǎn)換與交換 能量轉(zhuǎn)換是指能量轉(zhuǎn)換是指電能電能與與非電能非電能間的轉(zhuǎn)換。間的轉(zhuǎn)換。

9、 能量交換是指能量交換是指電場能量電場能量與與磁場能量磁場能量的交換。的交換。電路中存在著電路中存在著“能量能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換和能量和能量交換交換”的兩個物理過程。的兩個物理過程。1 1）能量轉(zhuǎn)換與交換）能量轉(zhuǎn)換與交換 E E、R R0 0、R R模擬能量轉(zhuǎn)換。模擬能量轉(zhuǎn)換。 在電能轉(zhuǎn)換成非電能的過程中，將伴隨著能量的交換。在電能轉(zhuǎn)換成非電能的過程中，將伴隨著能量的交換。電能轉(zhuǎn)換成非電能要消耗電能，稱能量消耗或消耗電能轉(zhuǎn)換成非電能要消耗電能，稱能量消耗或消耗有功有功。而。而電能和磁能的交換沒有電能損耗，電工中稱之為消耗電能和磁能的交換沒有電能損耗，電工中稱之為消耗無功無功。L L、C C模擬能量交換

10、。模擬能量交換。L R C R0 E 哪些元件描述轉(zhuǎn)換，哪些描述交換呢？哪些元件描述轉(zhuǎn)換，哪些描述交換呢？ “ “能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換” ” 和和“能量交換能量交換”這兩個物理過程可分這兩個物理過程可分別采用不同的理想元件來模擬。別采用不同的理想元件來模擬。2 2）電路常用物理量定義）電路常用物理量定義a a）常用物理量及其文字符號）常用物理量及其文字符號大寫大寫表示表示直流量直流量。 正弦和直流正弦和直流是電路分析所討論的兩種最基本是電路分析所討論的兩種最基本的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。u u、U Ui iS S、I IS Si i、I I電壓電壓電激流電激流電流電流 電荷電荷磁通磁通功率功率能量能

11、量 q q、Q Q 、p p、P Pw w、W Wte0te0E小寫字母小寫字母表示表示交流量，交流量，即隨時間交變（如正弦）。即隨時間交變（如正弦）。 電動勢電動勢e e、E Eb b）電壓：）電壓：u u（t t）、）、U U ）伏特（Vdqdwtu dtdtu從磁場的觀點，數(shù)值上等于磁通的變化率，即從磁場的觀點，數(shù)值上等于磁通的變化率，即單位單位 w w（焦耳（焦耳J J）；）； （韋伯（韋伯WbWb）；）；q q（庫侖（庫侖C C）；）；t t（秒（秒s s）；）；電路中電路中兩點的電位之差兩點的電位之差，稱為電壓。，稱為電壓。 從電場的觀點，數(shù)值上等于單位正電荷從一點從電場的觀點，數(shù)

12、值上等于單位正電荷從一點移到另一點時所獲得的能量，即移到另一點時所獲得的能量，即 （c c）電流）電流i i（t t）、）、I I電荷的取向運動形成電流，數(shù)值上等于電荷的變化率電荷的取向運動形成電流，數(shù)值上等于電荷的變化率 ）安培（Adtdqti（d d）功率）功率p p（t t）、）、P P ）瓦特（Wdtdwtp dqdqdtdwtp 功率功率 單位時間內(nèi)電路消耗（或吸收）的能量，即能量單位時間內(nèi)電路消耗（或吸收）的能量，即能量的變化率的變化率此式分別此式分別乘和除乘和除dq得得dtdqdqdw titu 電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力電動勢是衡量外力即非靜電力做功能力的物理量。外力克

13、服電場力把單位正電荷從的物理量。外力克服電場力把單位正電荷從電源的負(fù)極搬運到正極所做的功，稱為電源的負(fù)極搬運到正極所做的功，稱為電源電源的電動勢的電動勢。dqdWe （e e）電動勢）電動勢e e（t t）、）、E E1.1.3 1.1.3 電路中物理量的方向電路中物理量的方向物理量的物理量的方向：方向：實際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向： 物理中對電量物理中對電量規(guī)定規(guī)定的方向。的方向。參考方向：參考方向：（正方向）：（正方向）： 在分析計算時，對電量人為在分析計算時，對電量人為任意設(shè)定任意設(shè)定的方向。的方向。物理量的實際方向物理量的實際方向物理量實際方向的表示方法物理量實際方

14、向的表示方法電池電池?zé)襞轃襞輚_+正負(fù)號正負(fù)號abUab（高電位在前，高電位在前， 低電位在后）低電位在后） 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭uab電壓電壓+-IR電流電流：從高電位：從高電位 指向低電位。指向低電位。IRUabE+_ab+_電路分析中的電路分析中的參考方向參考方向（正方向）（正方向）問題的提出問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實際方向，電路如何求解？的實際方向，電路如何求解？電流方向電流方向AB？電流方向電流方向BA？E1ABRE2IR+_+_(1) 在解題前先設(shè)定一個方向，作為參考方向；在解題前先設(shè)定一個方向，作為參考方向；解決方法解決方

15、法(3) 根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向：根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向： 若計算結(jié)果為若計算結(jié)果為正正，則實際方向與假設(shè)方向，則實際方向與假設(shè)方向一致一致； 若計算結(jié)果為若計算結(jié)果為負(fù)負(fù)，則實際方向與假設(shè)方向，則實際方向與假設(shè)方向相反相反。(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)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；系的代數(shù)表達(dá)式；例例已知：已知：E=2V, R=1問：問： 當(dāng)當(dāng)U分別為分別為 3V 和和 1V 時，時，IR=?解：解：(1) 假定電路中物理量的正方向如圖所示；假定電路中物理量的正方向如圖所示；(2) 列電路方程：列電路方程： EUURREURUIRREUUR

16、 IRURU+_+_E Rab+_(3) 數(shù)值計算數(shù)值計算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（實際方向與假設(shè)方向一致）（實際方向與假設(shè)方向一致）（實際方向與假設(shè)方向相反）（實際方向與假設(shè)方向相反）REUIRE IRRURabU+_+_+_A1121 V1A112-3 3VRRIUIU 對一個元件，電流參考方向和電壓參考對一個元件，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，稱起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向；如；如不一致，稱不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即如

17、果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。歐姆定律歐姆定律U、I取關(guān)聯(lián)參考方向時，取關(guān)聯(lián)參考方向時，RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號： 式前的正負(fù)號由式前的正負(fù)號由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)則說明實際方向與參考值本身的正負(fù)則說明實際方向與參考 方向之間的關(guān)系。方向之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 取關(guān)聯(lián)參考方向。取關(guān)聯(lián)參考方向。U = I R(4) 為了避免列方程時出錯，為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上習(xí)慣上把把 U與與I 的方向的方向 按關(guān)聯(lián)參考方向假

18、設(shè)。按關(guān)聯(lián)參考方向假設(shè)。(1)方程式方程式U/I=R 僅適用于電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向僅適用于電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向 的情況。的情況。(2) “實際方向?qū)嶋H方向”是物理中規(guī)定的，而是物理中規(guī)定的，而“參考方向參考方向”則則 是人們在進(jìn)行電路分析計算時是人們在進(jìn)行電路分析計算時,任意假設(shè)的。任意假設(shè)的。 (3) 在以后的解題過程中，注意一定要在以后的解題過程中，注意一定要先假定先假定“一個方向一個方向” (即在圖中表明物理量的參考方向即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程然后再列方程 計算計算。缺少。缺少“參考方向參考方向”的物理量是無意義的的物理量是無意義的. 小結(jié)小結(jié)電電 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：設(shè)電路任意兩點間的電壓為：設(shè)電路任意兩點間的電壓為 U ,流入此流入此 部分電路的電流為部分電路的電流為 I， 則這部分電路消耗的功率為則這部分電路消耗的功率為: WIUP功率有無正負(fù)？功率有無正負(fù)？如果如果U I取非關(guān)聯(lián)參考取非關(guān)聯(lián)參考方向結(jié)果如何？方向結(jié)果如何？ 在在 U、 I 選為關(guān)聯(lián)參考方向的前提下，選為關(guān)聯(lián)參考方向的前提下， IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率” （負(fù)載）（負(fù)載）“發(fā)出功率發(fā)出功率” （電源）（電源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系根據(jù)能量守衡關(guān)系P（吸收）（