電工技術(shù)劉子建主編中南大學(xué)

1、第一章電路模型和電路定律第第1章章 電路的基本元件和電路定律電路的基本元件和電路定律1.1第1章 目錄第一章電路模型和電路定律緒論技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課不同于公共基礎(chǔ)課（英語、數(shù)學(xué)）不同于公共基礎(chǔ)課（英語、數(shù)學(xué)）不同于專業(yè)課不同于專業(yè)課1.使學(xué)生獲得電工基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能。使學(xué)生獲得電工基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能。 2.培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。3.為深入學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程，以及為今后從事專業(yè)工作打為深入學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程，以及為今后從事專業(yè)工作打 下良好的基礎(chǔ)。下良好的基礎(chǔ)。第一章電路模型和電路定律緒論 電工技術(shù)電工技術(shù)B B是非電類專業(yè)電氣工

2、程領(lǐng)域里的第一門課。是非電類專業(yè)電氣工程領(lǐng)域里的第一門課。它是后續(xù)課的基礎(chǔ)、專業(yè)的基礎(chǔ)。它是后續(xù)課的基礎(chǔ)、專業(yè)的基礎(chǔ)。第一章電路模型和電路定律電工技術(shù)的特點：因為專業(yè)要求且課時少只因為專業(yè)要求且課時少只要求掌握基本知識要求掌握基本知識重器件應(yīng)用重器件應(yīng)用與時俱進(jìn)地跟與時俱進(jìn)地跟上當(dāng)前新技術(shù)上當(dāng)前新技術(shù) 身邊常用的電器如電燈、電視、手機(jī)、電腦等身邊常用的電器如電燈、電視、手機(jī)、電腦等; ;學(xué)學(xué)校、家庭用電情況校、家庭用電情況神舟十號神舟十號 緒論第一章電路模型和電路定律實驗可培養(yǎng)動手能力，同時有助于理論的深化實驗可培養(yǎng)動手能力，同時有助于理論的深化基本原理、基本分析方法、基本應(yīng)用基本原理、基本分

3、析方法、基本應(yīng)用緒論R2100V110 Vpk 156 Hz 0 C11mFL11mHU2AC 1e-009W0.071A+-U1AC 10MW7.071V+-XSC1ABExt Trig+_+_1GND32GND4第一章電路模型和電路定律1.1 電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來的?；蛟匆欢ǚ绞浇M合起來的。1.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換電能的傳輸與轉(zhuǎn)換 其它形式的能量其它形式的能量電能電能 電能電能其它形式的能量其它形式的能量 連接電源和負(fù)載，傳輸、分配電能連接電源和負(fù)載，傳輸、分配電能3 3 負(fù)載負(fù)載1 1 電

4、源電源2 2 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)輸電線輸電線信號源信號源負(fù)載負(fù)載話筒把聲音話筒把聲音（信息）（信息）電信號電信號揚(yáng)聲器把電信揚(yáng)聲器把電信號號 聲音聲音（信息）（信息）第一章電路模型和電路定律1.1放放大大器器信號源信號源負(fù)載負(fù)載 電源和電源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，它推動電路的工作。，它推動電路的工作。 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)電路分析電路分析是在已知是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論的條件下，討論與與的關(guān)系的關(guān)系3 3 負(fù)載負(fù)載2 2 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)輸電線輸電線1 1 電源電源第一章電路模型和電

5、路定律 由電阻器、電容器、線圈、變壓器、晶體管、運算放由電阻器、電容器、線圈、變壓器、晶體管、運算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機(jī)和信號發(fā)生器等大器、傳輸線、電池、發(fā)電機(jī)和信號發(fā)生器等電氣器件和電氣器件和設(shè)備連接而成的電路，稱為實際電路設(shè)備連接而成的電路，稱為實際電路。電阻器電阻器電容器電容器線圈線圈電池電池運算放大器運算放大器晶體管晶體管1.1第一章電路模型和電路定律1.1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，稱為實際電路的電路模型電路模型。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SRSU第一章電路模型和電路定律 理想理想電路元件電路元件理想理想電源元件電源元

6、件理想理想無源元件無源元件理理想想電電壓壓源源理理想想電電流流源源電電阻阻R電電感感L電電容容C1.1第一章電路模型和電路定律dtdqi 1.2 如何求出圖中的如何求出圖中的 ？xI xI第一章電路模型和電路定律1.2電流從電流從A A流向流向B B。 電流從電流從B B流向流向A A。 ABi1.2 第一章電路模型和電路定律1.2 I11 A V112 V R11kU1DC 1e-009W0.988A+-R21kABI11 A V112 V R11kR21kU1DC 1e-009W-0.988A+-AB 第一章電路模型和電路定律1.2 AB dqdwu u第一章電路模型和電路定律ABiuAB

7、iu1.2第一章電路模型和電路定律1.2)(dqdwu )()(10tqtqudqwdtdqi ttdiuw0)()( 第一章電路模型和電路定律dtdwp )()(titup ttdiuw0)()( 1.2第一章電路模型和電路定律按照電壓和電流的實際方向來判斷，按照電壓和電流的實際方向來判斷，以手電筒電路為例，很顯然圖中電壓源中電壓電流的以手電筒電路為例，很顯然圖中電壓源中電壓電流的實際方向相反，它是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以它在實際方向相反，它是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以它在電路中發(fā)出功率；負(fù)載電路中發(fā)出功率；負(fù)載R R中電壓與電流的實際方向相同中電壓與電流的實際方向相同，它是將電能轉(zhuǎn)化為光能，

8、所以它吸收功率。以此延，它是將電能轉(zhuǎn)化為光能，所以它吸收功率。以此延伸到參考方向。伸到參考方向。1.2第一章電路模型和電路定律 2A3Vu2A3Vu1.2第一章電路模型和電路定律例例1-1：如題圖所示的電路中，元件A吸收的功率為20W， 元件B吸收的功率為15W，元件C產(chǎn)生的功率為20W， 分別求出三個元件中的電流。 （a） （b） （c）W20511IUIPA41I解：解： 圖（a）中ui非關(guān)聯(lián) 有：,得 圖（b）中ui關(guān)聯(lián) 有： W20511IUIP,得A42I圖（c）中ui關(guān)聯(lián) 有： W20511IUIP,得 A43I1.2第一章電路模型和電路定律例例1-2：求圖下中的 、，和三個元件的

9、P。UIA2I V283 IU 解：解： W42UIPAUI非關(guān)聯(lián)，所以吸收功率W168V8 IP非關(guān)聯(lián)，所以發(fā)出功率。UIW122 RIPR關(guān)聯(lián)，所以吸收功率。 UI 0P滿足功率守恒定律。 1.2第一章電路模型和電路定律1.電路的作用與組成。電路的作用與組成。 2.參考方向的規(guī)定，與實際方向的關(guān)系參考方向的規(guī)定，與實際方向的關(guān)系 。3.如何判斷各元件是電源還是負(fù)載。如何判斷各元件是電源還是負(fù)載。1. 電壓電流的實際方向會因參考方向的不同而改變嗎電壓電流的實際方向會因參考方向的不同而改變嗎？ 2. 電池在電路中一定是電源嗎？電池在電路中一定是電源嗎？ 小結(jié)、思考第一章電路模型和電路定律V12

10、0 V V212 V R1500R21kR32kU1DC 1e-009W0.010A+-U3DC 1e-009W2.856mA+-U2DC 1e-009W7.429mA+-12435701. 學(xué)完了電路中電壓、電流、功率這三個物理量，那么學(xué)完了電路中電壓、電流、功率這三個物理量，那么 這三個物理量在電路中怎么來求解這三個物理量在電路中怎么來求解? ? 2.利用仿真軟件預(yù)習(xí)基爾霍夫電壓、電流定律。針對如圖利用仿真軟件預(yù)習(xí)基爾霍夫電壓、電流定律。針對如圖所示仿真電路，理解電路中支路電壓與電流除跟元器所示仿真電路，理解電路中支路電壓與電流除跟元器件本身的伏安特性有關(guān)外件本身的伏安特性有關(guān)外, ,跟電

11、路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有何關(guān)系跟電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有何關(guān)系? ?下一講導(dǎo)學(xué)第一章電路模型和電路定律1.3演示仿真導(dǎo)入新課：演示仿真導(dǎo)入新課：V120 V V212 V R11kR23kR35kU1DC 1e-009W4.349mA+-U3DC 1e-009W1.217mA+-U2DC 1e-009W3.130mA+-1243570第一章電路模型和電路定律123456 1.3第一章電路模型和電路定律1234561234561.3第一章電路模型和電路定律0 i1234560543 iiiA23 iA15 iA14 i1.3第一章電路模型和電路定律123456063 ii0321 iii0621 iii063 i

12、i543iii 0543 iii1.3第一章電路模型和電路定律例例1-3：電路如圖1-20所示:若I1=9A， I2= 2A， I4=8A。求： I3 。解： 列KCL方程：08)2(93I I3= -19A I1I2+ I3 + I4=01.3第一章電路模型和電路定律例例1-4：求 。21,ii解解:對由構(gòu)成的閉合曲列KCL方程： 03462iA12i 對結(jié)點A列KCL方程： 010221iiA71i1.3第一章電路模型和電路定律0 u12345606432 uuuuV12 uV23 uV54 uV26 u1.3第一章電路模型和電路定律123456 02332 uuu06432 uuuu64

13、32uuuu 1.3第一章電路模型和電路定律4.引入電路仿真引入電路仿真V120 V V212 V R11kR23kR35kU1DC 10MW4.349V+-U2DC 10MW3.651V+-U3DC 10MW15.651V+-21301.3第一章電路模型和電路定律解解 ：在上圖所示的回路1中應(yīng)用，繞行方向為順時針，則有 0abadbdUUUV4V) 37(abadbdUUU例例1-5：有一閉合回路如圖所示。已知 , 求電壓 和 。 V12,V7,V9,V3SadbcabUUUUbdUdcU 在上圖所示的回路2中應(yīng)用KVL，繞行方向為順時針，則有 V5V)712(0adSdcSdcadUUUU

14、UU1.3第一章電路模型和電路定律例例1-6：求圖示電路中的 與 。 IU解解:對結(jié)點A列KCL方程：08xIIII 8x對回路1列KVL方程：024)8(2IIV10)8(2IU求得：A3I1.3第一章電路模型和電路定律實際電阻器示例實際電阻器示例 實際電阻器示例實際電阻器示例 電阻電阻是一種將電能不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式能量（如是一種將電能不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式能量（如熱能、機(jī)械能、光能等）的元件。熱能、機(jī)械能、光能等）的元件。1.4第一章電路模型和電路定律ABu iRRiu Gui RG1 Riu Gui or uAB iR1.4第一章電路模型和電路定律1.4第一章電路模型和電路定律iuR

15、iu 1.4第一章電路模型和電路定律ARuiAuiARuiAui1.4第一章電路模型和電路定律6.實際電阻元件與電阻器實際電阻元件與電阻器電阻元件是從實際電阻器抽象出來的理想元件；電阻元件是從實際電阻器抽象出來的理想元件；100100W W電阻器，功率為電阻器，功率為1W1W，問電流和電壓的使用范圍？問電流和電壓的使用范圍？A101 RPIN（額定電流值）額定電流值）VRIUNN10 （額定電壓值額定電壓值）例例1-7：解：解：1.4第一章電路模型和電路定律2.KCL反映了電路在節(jié)點上的電流約束關(guān)系反映了電路在節(jié)點上的電流約束關(guān)系。 第一章電路模型和電路定律 獨立電源獨立電源非獨立電源，常稱為

16、受控源非獨立電源，常稱為受控源獨立電壓源，簡稱獨立電壓源，簡稱電壓源電壓源獨立電流源，簡稱獨立電流源，簡稱電流源電流源1.4第一章電路模型和電路定律1.電壓源電壓源直流電直流電壓源壓源 輸出電壓可調(diào)輸出電壓可調(diào)的直流電壓源的直流電壓源 交流電交流電壓源壓源 按任意規(guī)律變按任意規(guī)律變化的電壓源化的電壓源 電池示例電池示例 穩(wěn)壓電源示例穩(wěn)壓電源示例 1.4第一章電路模型和電路定律 輸出電壓的大小和方向與流過電源的電流無關(guān)的電源。輸出電壓的大小和方向與流過電源的電流無關(guān)的電源。其伏安關(guān)系曲線如圖所示其伏安關(guān)系曲線如圖所示: :uUs0i符號：符號：U Us+Usui+uiusU = u(t)伏安關(guān)系

17、：伏安關(guān)系：直流源直流源I為任意為任意( (直流直流) )i(t)為任意為任意概念：概念：1.電壓源電壓源1.4第一章電路模型和電路定律 （3）（1）（2）a ab bi0) t (uS+ +- -uSabi1.電壓源電壓源（4）電壓源的兩種工作狀態(tài)：電壓源的兩種工作狀態(tài)：+ +- -uSabi+ +- -uSabi1.4第一章電路模型和電路定律 求下列各圖中的求下列各圖中的I和和U。+I+U10V-+I+-U10V+I+U510VU=10V I=2AU=10V I=0U=10V I=求求K K斷開和閉合時的斷開和閉合時的Uk和和U。 當(dāng)當(dāng)K斷開時斷開時V10, 00UUUUIsk當(dāng)當(dāng)K閉合時

18、閉合時V100skUUU+10VK+U10 USI+ +UK1.電壓源電壓源解：解：1.4第一章電路模型和電路定律-+-3V-3A 求下兩圖電壓源的求下兩圖電壓源的P P 。 P= -2 2= -4W 產(chǎn)生功率產(chǎn)生功率意味該電源對外電路提供功率；意味該電源對外電路提供功率；P=(-3） (-3）=9W吸收功率吸收功率-+2V2A2A 表示消耗功率，例如電池充電；表示消耗功率，例如電池充電；結(jié)果表明：電壓源既可產(chǎn)生功率，也可以消耗功率。結(jié)果表明：電壓源既可產(chǎn)生功率，也可以消耗功率。需注意的問題：需注意的問題：（1）理想電壓源在現(xiàn)實中是不存在的；理想電壓源在現(xiàn)實中是不存在的；（2） 實際電壓源不能

19、隨意短路。實際電壓源不能隨意短路。1.電壓源電壓源1.4第一章電路模型和電路定律 輸出電流的大小和方向與電源的端電壓無關(guān)的電源。輸出電流的大小和方向與電源的端電壓無關(guān)的電源。i Isi = i(t)U為任意為任意(直流直流)U(t)為任意為任意+IsuiiIs0u2.電流源電流源1.4第一章電路模型和電路定律abu0)(tiSuiSab2.電流源電流源uiSabuiSab1.4第一章電路模型和電路定律 求下列各圖中的求下列各圖中的I和和U。I=1AU=5VI=1AU=1VI=1A U=I+U51AI+U1AI+U111A1.4第一章電路模型和電路定律（2）電壓源的端口電壓和電流源的端口電流與電

20、路中其它電壓源的端口電壓和電流源的端口電流與電路中其它 電壓和電流無關(guān)，故又稱其為獨立電源電壓和電流無關(guān)，故又稱其為獨立電源 。（1）電壓源輸出定值電壓電壓源輸出定值電壓Us , , 與流過其中的電流以及與流過其中的電流以及 其他支路的電流、電壓無關(guān)；其他支路的電流、電壓無關(guān)；恒壓特性恒壓特性（2）電流源輸出定值電流電流源輸出定值電流Is , ,與兩端電壓以及其他支路與兩端電壓以及其他支路 的電流、電壓無關(guān)。的電流、電壓無關(guān)。恒流特性恒流特性（1）電壓源和電流源作為元件模型，能無限地）電壓源和電流源作為元件模型，能無限地 對外提供對外提供 電能，它們屬于有源元件；電能，它們屬于有源元件；1.4第一章電路模型和電路定律 受控源雖然也輸出電壓或電流，但其輸出的電壓或電流受控源雖然也輸出電壓或電流，但其輸出的電壓或電流與某一支路與某一支路 的電壓或電流有關(guān)，受這些電壓或電流的控制，的電壓或電流有關(guān)，受這些電壓或電流的控制，故名受控源。故名受控源。 三極管三極管bcIIIbIcIbIc=IbCCCS（流控電流源流控電流源）例例1.4第一章電路模型和電路定律12uu 轉(zhuǎn)移電壓比轉(zhuǎn)移電壓比12iru （CCVS）：）：r+-u1u1+-u2+-i1ri1+-u2+-1.4第一章電路模型和電路定律12ugi g12ii +-u1g u1i2i1 i1i