電工與電子學(xué)課件第一章電路的基本概念與基本定律

1.課程性質(zhì)

是高等學(xué)校理工科非電類專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。2.教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得電工和電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，了解電工和電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展概況，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事與本專業(yè)有關(guān)的工程技術(shù)等工作打下一定的基礎(chǔ)。

前言2/4/2023電工與電子學(xué)4.成績(jī)?cè)u(píng)定

平時(shí)（考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）：30%考試：70%

3.學(xué)時(shí)多學(xué)時(shí)：60+205.參考書

唐介主編《電工學(xué)》，高教秦曾煌主編《電工學(xué)》(第六版上下冊(cè))，高教《電工學(xué)》相關(guān)習(xí)題解答少學(xué)時(shí)：40+162/4/2023電工與電子學(xué)6.教學(xué)網(wǎng)站校外

7南昌大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)校內(nèi)

http://7.本課件適用專業(yè)計(jì)算機(jī)、機(jī)制、熱能、材料、車輛工程、物理、光信息、金屬材料、生物、生化、工業(yè)工程、發(fā)酵、給排水、土木、水電、食品、食質(zhì)、環(huán)工、高分子、無(wú)機(jī)材料等專業(yè)。2/4/2023電工與電子學(xué)1.1電路的作用與組成部分1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.4歐姆定律1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計(jì)算第1章電路的基本概念與基本定律教學(xué)內(nèi)容2/4/2023電工與電子學(xué)了解電路模型及其理想電路元件的意義；理解電壓、電流參考方向的意義；理解電路基本定律并能正確應(yīng)用；了解電源的有載工作、開(kāi)路與短路狀態(tài)，并能理解電功率和額定值的意義；掌握分析與計(jì)算簡(jiǎn)單直流電路和電路中各點(diǎn)電位的方法。教學(xué)要求重點(diǎn)電壓和電流的參考方向，基爾霍夫定律，電路中電位的概念及計(jì)算。2/4/2023電工與電子學(xué)本章內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，無(wú)難點(diǎn)。難點(diǎn)學(xué)時(shí)數(shù)4學(xué)時(shí)2/4/2023電工與電子學(xué)⒈實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換

1.1.1

電路的作用

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(lái)的。

1.1

電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機(jī)典型例子：電力系統(tǒng)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐…2/4/2023電工與電子學(xué)⒉實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理?yè)P(yáng)聲器話筒典型例子：擴(kuò)音機(jī)放大器1.1電路的作用與組成部分1.1.2

電路的組成電源（信號(hào)源）、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載2/4/2023電工與電子學(xué)電源

供應(yīng)電能負(fù)載

取用電能中間環(huán)節(jié)傳輸和分配電能1.1電路的作用與組成部分輸電線發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐…2/4/2023電工與電子學(xué)中間環(huán)節(jié)信號(hào)處理負(fù)載接受和轉(zhuǎn)換信號(hào)信號(hào)源

提供信號(hào)激勵(lì)：電源或信號(hào)源的電壓或電流，它推動(dòng)電路工作；響應(yīng)：由激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流。1.1電路的作用與組成部分揚(yáng)聲器話筒放大器2/4/2023電工與電子學(xué)

為了便于對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析和用數(shù)學(xué)描述，將實(shí)際元件理想化（或稱模型化），即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素。

由一些理想電路元件或其組合所組成的電路，就是實(shí)際電路的電路模型，它是對(duì)實(shí)際電路電磁性質(zhì)的科學(xué)抽象和概括。

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件、二極管、三極管和電源元件等。1.2

電路模型2/4/2023電工與電子學(xué)1.2電路模型+2/4/2023電工與電子學(xué)1.2電路模型例：手電筒的電路模型+-+-+-干電池：是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻Ro。電珠：是電阻元件，其參數(shù)為電阻R。筒體(包括開(kāi)關(guān))：是連接干電池與電珠的中間環(huán)節(jié)，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是一無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。2/4/2023電工與電子學(xué)實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向。1.3.1

電流的方向參考方向（正方向）：任意選定的方向。1.3

電壓和電流的參考方向Iab

雙下標(biāo)：表示方法：I箭頭：2/4/2023電工與電子學(xué)1.3.2

電壓的方向?qū)嶋H方向：高電位端指向低電位端。參考方向（正方向）：任意選定的方向。Uab

雙下標(biāo)：1.3.3

電動(dòng)勢(shì)的方向?qū)嶋H方向：電源內(nèi)部由低電位端指向高電位端。電動(dòng)勢(shì)與電壓的關(guān)系：方向相反，數(shù)值相等。表示方法：1.3電壓和電流的參考方向正負(fù)極性：+-2/4/2023電工與電子學(xué)實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。1.3.4

實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系若I=6A，則電流實(shí)際方向?yàn)閺腶流向b；例：若I=-6A，則電流實(shí)際方向?yàn)閺腷流向a。I參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向1.3電壓和電流的參考方向2/4/2023電工與電子學(xué)參考方向選定后電流(或電壓)值才有正負(fù)之分

若U=6V，則電壓的實(shí)際方向?yàn)閺腶指向b，實(shí)際方向與參考方向一致；若U=–6V，則電壓的實(shí)際方向?yàn)閺腷指向a，實(shí)際方向與參考方向相反。實(shí)際方向參考方向1.3電壓和電流的參考方向U+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)⒈若電壓與電流參考方向相同，則為關(guān)聯(lián)參考方向；1.3.5

關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向⒉反之，則為非關(guān)聯(lián)參考方向。本書如未作特殊聲明均采用關(guān)聯(lián)參考方向1.3電壓和電流的參考方向U=IR+-

U=–IR+-2/4/2023電工與電子學(xué)練習(xí)與思考1.3.2

如圖，U1=-6V，U2=4V，試問(wèn)Uab等于多少伏？解：1.3.1

如圖，Uab=-5V，試問(wèn)a，b兩點(diǎn)哪點(diǎn)電位高？解：a點(diǎn)電位低，b點(diǎn)電位高。1.3電壓和電流的參考方向U1U2ab+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)例：應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。解：歐姆定律：流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。1.4

歐姆定律圖(b)單位：歐姆（Ω）圖(a)+-圖（a）+-圖（b）2/4/2023電工與電子學(xué)伏安特性曲線：電阻端電壓與電流的關(guān)系。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性曲線線性電阻：遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它是一個(gè)表示該段電路特性而與電壓和電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。

線性電阻的伏安特性是一條過(guò)原點(diǎn)的直線。1.4歐姆定律2/4/2023電工與電子學(xué)練習(xí)與思考1.4.4

為了測(cè)量某直流電機(jī)勵(lì)磁線圈的電阻R，采用了下圖所示的“伏安法”。電壓表讀數(shù)為220V，電流表讀數(shù)為0.7V，試求線圈的電阻。如果在實(shí)驗(yàn)時(shí)有人誤將電流表當(dāng)作電壓表，并聯(lián)在電源上，其后果如何？已知電流表的量程為1A，內(nèi)阻Ro為0.4Ω。解：正確連接時(shí)，有錯(cuò)誤連接時(shí)，有電流表中游絲將立即被燒斷，電流表?yè)p壞。理想狀態(tài)下，電壓表內(nèi)阻無(wú)窮大，電流表內(nèi)阻無(wú)窮小。注意1.4歐姆定律+-2/4/2023電工與電子學(xué)1.5

電源有載工作、開(kāi)路與短路⒈電壓與電流1.5.1

電源有載工作

當(dāng)電源內(nèi)阻Ro<<R時(shí)，則UE

，表明當(dāng)電流(負(fù)載)變動(dòng)時(shí)電源的端電壓變動(dòng)不大，這說(shuō)明它帶負(fù)載能力強(qiáng)。EUIO電源的外特性曲線+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)電源輸出的功率電源產(chǎn)生的功率內(nèi)阻損耗的功率

在一個(gè)電路中，電源產(chǎn)生的功率和負(fù)載取用的功率以及內(nèi)阻上所損耗的功率是平衡的。

⒉功率與功率平衡1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路2/4/2023電工與電子學(xué)⒊電源與負(fù)載的判別②U和I取非關(guān)聯(lián)參考方向，若P=UI

0，電源；

若P=UI

0，負(fù)載。①U和I取關(guān)聯(lián)參考方向，若P=UI0，負(fù)載；

若P=UI

0，電源。

⑴方法一：根據(jù)U和I的實(shí)際方向判別⑵方法二：根據(jù)U和I的參考方向判別電源：U和I的實(shí)際方向相反，電流從“+”端流出，

發(fā)出功率；負(fù)載：U和I的實(shí)際方向相同，電流從“+”端流入，

取用功率。1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路2/4/2023電工與電子學(xué)例：下圖所示方框?yàn)殡娐吩?，已知：UAB=50V，I1=15A，I2=10A，I3=-5A，試求電路各元件的功率，并校驗(yàn)功率是否平衡。解：∵UAB=50V∴A點(diǎn)為“+”，B點(diǎn)為“-”∵I1=15A∴I1實(shí)際方向與參考方向相同，電流從“+”端出，“1”元件為電源，輸出功率為：1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023電工與電子學(xué)∵I2=10A∴I2實(shí)際方向與參考方向相同，電流從“+”端入，“2”元件為負(fù)載，吸收功率為：∵I3=-5A∴I3實(shí)際方向與參考方向相反，電流從“+”端入，“3”元件為負(fù)載，吸收功率為：可見(jiàn)負(fù)載吸收的功率與電源輸出的功率平衡1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路+-123ABI1I2I3UAB2/4/2023電工與電子學(xué)⒋額定值與實(shí)際值額定值：電氣設(shè)備的額定電壓、額定電流和額定功率及其他標(biāo)準(zhǔn)使用規(guī)定值稱為電氣設(shè)備的額定值。分別用UN、IN、PN表示。

制造廠在制定產(chǎn)品的額定值時(shí)，要全面考慮使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性及壽命等因素，特別要保證設(shè)備的工作溫度不超過(guò)規(guī)定的容許值。

使用時(shí)，電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路2/4/2023電工與電子學(xué)

當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電源處于開(kāi)路(空載)狀態(tài)，不輸出電能，其特征如下：1.5.2

電源開(kāi)路電源端電壓（

即開(kāi)路電壓）等于電源電動(dòng)勢(shì)負(fù)載功率為零開(kāi)路電流為零1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)1.5.3

電源短路電源端電壓為零負(fù)載功率為零電源產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗短路電流（很大）短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路+-+-當(dāng)電源的兩端被短接時(shí)，其特征如下：2/4/2023電工與電子學(xué)練習(xí)與思考1.5.4

如圖，方框代表電源或負(fù)載。已知U=220V，I=-1A，試問(wèn)哪些方框是電源，哪些是負(fù)載？解：（a）+

U-I

-U+I+

U-I

-U+I（b）（c）（d）(a)圖P=UI=220×(-1)=-220W<0，電源(b)圖P=-UI=220×(-1)=220W>0，負(fù)載(c)圖P=-UI=220×(-1)=220W>0，負(fù)載(d)圖P=UI=220×(-1)=-220W<0，電源1.5電源有載工作、開(kāi)路與短路2/4/2023電工與電子學(xué)支路：電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱為支路電流。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)，如結(jié)點(diǎn)a、b?；芈罚河芍方M成的閉合路徑，如回路1、2、3。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路，如網(wǎng)孔1、2。I1I2I3ba1.6

基爾霍夫定律123+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)1.6.1

基爾霍夫電流定律(KCL定律)⒈定律內(nèi)容

在任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該結(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

任一瞬時(shí)，任一結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為零。對(duì)結(jié)點(diǎn)a：

基爾霍夫電流定律是用來(lái)確定連接在同一結(jié)點(diǎn)上的各支路電流間關(guān)系的，體現(xiàn)了電流的連續(xù)性。1.6基爾霍夫定律+-+-I1I2I3ab

即：即：2/4/2023電工與電子學(xué)

KCL定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。⒉推廣應(yīng)用廣義結(jié)點(diǎn)

根據(jù)KCL定律，分別對(duì)A、B、C三個(gè)結(jié)點(diǎn)列電流方程：1.6基爾霍夫定律例：2/4/2023電工與電子學(xué)

在任一瞬時(shí)，沿任一回路循行方向(順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较?，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。1.6.2

基爾霍夫電壓定律（KVL定律)⒈定律內(nèi)容即：U=0

在任一瞬時(shí)，從回路中任意一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在此方向上電位降之和等于電位升之和。對(duì)回路3：

基爾霍夫電壓定律是用來(lái)確定回路中各段電壓間關(guān)系的。1.6基爾霍夫定律+-+-I1I2I332/4/2023電工與電子學(xué)①首先要在電路圖上標(biāo)出各支路電流、電壓參考方向及回路循行方向；②應(yīng)用U=0列方程時(shí)，支路參考方向與循行方向一致，則支路電壓取正；反之，取負(fù)。⒉推廣應(yīng)用對(duì)回路1：推廣應(yīng)用于回路的部分電路1注意1.6基爾霍夫定律+-+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)2例：如圖，已知R2=20kΩ，R1=10kΩ，E2=E1=6V，UBE=－0.3V，求：IB，I2，I1。解：對(duì)回路1對(duì)回路2對(duì)結(jié)點(diǎn)a1.6基爾霍夫定律1a+-+-+-2/4/2023電工與電子學(xué)題1：如圖，求當(dāng)開(kāi)關(guān)S在位置1和位置2兩種情況下，通過(guò)5kΩ電阻中的電流I。課外思考題答案：3.75mA，2.5mA1.6基爾霍夫定律+30V1I1+10VI2IIS2-20VAS2/4/2023電工與電子學(xué)電位：在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，且設(shè)參考點(diǎn)的電位為零，則電路中任一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。1.7.1電位的概念

在電路圖中參考點(diǎn)常用符號(hào)“⊥”標(biāo)明，表示公共端、接機(jī)殼或接底板。

其它各點(diǎn)的電位同它比較，比它高的為正；比它低的為負(fù)。1.7電路中電位的概念及計(jì)算2/4/2023電工與電子學(xué)1.7.2

例：求圖示電路中各點(diǎn)的電位：Va、Vb、Vc、Vd及Ucd

。設(shè)a為參考點(diǎn)，即Va

=0V，則Vb

=Uba=–10×6=60V設(shè)b為參考點(diǎn)，即Vb

=0V，則Va

=Uab=10×6=60VUcd

=Vc－Vd

=50VUcd

=Vc－Vd

=50V解：Vc

=Uca=4×20=80V

Vd

=Uda=6×5