電工與電子技術(shù)

電工與電子技術(shù)第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一§1.1-2電路的組成與電路模型

電路是電流的通路。由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)等電路元件或設(shè)備組成。實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換;或信號的傳遞和處理。電池?zé)襞?.1.1

電路的組成電源/信號源負(fù)載中間環(huán)節(jié)負(fù)載電源EIRLU+_rO開關(guān)功率放大電壓放大負(fù)載信號源中間環(huán)節(jié)電路模型電路由理想電路元件組成：——對實(shí)際電路電磁性質(zhì)的科學(xué)抽象和概括。電路簡稱—（電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件）由相應(yīng)的電路參數(shù)來表征。第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.1.2

電路的基本物理量電流、電壓、電位、電動(dòng)勢和電功率1.電流---單位時(shí)間(s：秒)內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量Q（C:庫侖)，稱為電流I（A:安培）。若為恒定電流時(shí)2.電壓---電場力將單位正電荷（1C）從A點(diǎn)移至B點(diǎn)所做的功(1J)即為ab兩點(diǎn)之間的電壓(1V)。3.電位---電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到電路參考點(diǎn)之間的電壓。記作Va,參考點(diǎn)一般為零電位點(diǎn)Vo

。則4.電動(dòng)勢---用以描繪電源力將單位正電荷從負(fù)極移至正極所做的功。ab參考點(diǎn)（參考電位）R＝2I=5AUab=10V＋－Eab接地零電位第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一5.電功率－單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，簡稱功率。對于電阻負(fù)載：單位為瓦特（W）：即，設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率P

為:aIRUb6.電能－電流在一段時(shí)間內(nèi)所做的功，單位為焦耳(J)。當(dāng)電能單位為“千瓦·小時(shí)”（kW·h)稱為“度”：1度＝1kW·h＝36×105J

電流通過負(fù)載時(shí)，若電能完全轉(zhuǎn)換成熱能，則在t時(shí)間內(nèi)，負(fù)載所發(fā)出的熱量等于所耗用的電能。7.電流的熱效應(yīng)1卡＝4.817焦耳第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電路分析中的物理量參考方向(假設(shè)正方向)問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？E1ABRE2IR解決方法:(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。(2)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；IR1IR3IR2

電路中物理量的正方向?qū)嶋H正方向假設(shè)正方向§1.3電壓和電流的參考方向第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

電路中物理量的正方向?qū)嶋H正方向假設(shè)正方向

實(shí)際正方向(實(shí)際方向):

物理中對電量規(guī)定的方向。

假設(shè)正方向（參考方向）：在分析計(jì)算時(shí)，對電量人為規(guī)定的方向。(從電源內(nèi)部）§1.3電壓和電流的參考方向物理量正方向的表示方法正負(fù)號箭頭雙下標(biāo)第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一物理量正方向的表示方法

從電源內(nèi)部由負(fù)極（低電位）指向正極（高電位）。電動(dòng)勢：電壓與電流：從電路的高電位端指向低電位端，即電壓降方向EIRLU+_rO+_E+_rO正負(fù)號箭頭ErO正負(fù)號+_U箭頭UIab雙下標(biāo)UabIabUab與Iab（下標(biāo)字母高電位在前，低電位在后）Uab＝－UbaIab＝－Iba電壓與電流同向（關(guān)聯(lián)方向)箭頭：電壓與電動(dòng)勢反向USUS+-第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例

已知：E=2V,R=1Ω問：當(dāng)Uab分別為3V和1V時(shí)，IR=?E

Rab解：(1)假定電路中物理量的參考方向如圖所示；(2)列電路方程：(3)數(shù)值計(jì)算（結(jié)果為正,實(shí)際方向與參考方向一致）（結(jié)果為負(fù),實(shí)際方向與參考方向相反）UabIRURU?第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一(4)為了避免列方程時(shí)出錯(cuò)，習(xí)慣上把同一個(gè)元件上

I

與U

的方向按相同的參考方向假設(shè)（即U

與I為關(guān)聯(lián)參考方向）。(1)方程式R=

U/I

僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。(2)“實(shí)際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”則是人們在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí),任意假設(shè)的。(3)在以后的解題過程中，注意一定要先設(shè)定“參考方向”

(即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程計(jì)算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的.提示例

IRURab假設(shè):與的方向一致假設(shè):與的方向相反

IRURab（為關(guān)聯(lián)方向）（為非關(guān)聯(lián)方向）P=URIRP=－URIR第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一RUI注意：用歐姆定律列方程時(shí)，一定要標(biāo)明參考方向。RUIRUII和U參考方向相同（關(guān)聯(lián))I和U參考方向相反(非關(guān)聯(lián)）§

1.4歐姆定律1.

電阻電路歐姆定律2.含源支路歐姆定律當(dāng)Uab<E

時(shí)，I>0表明I的實(shí)際方向與圖中假設(shè)方向一致。當(dāng)Uab>E時(shí)，I<0表明I的實(shí)際方向與圖中假設(shè)方向相反。RLE+_baIUabr03.全電路歐姆定律I/AU/V0遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻。第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.4.1RUI+-6V2A(a)RUI+--6V2A(c)RUI+-6V-2A(b)RUI-+-6V-2A(d)分別求圖a、b、c和d的電阻R。解圖a：關(guān)聯(lián)方向圖b：非關(guān)聯(lián)方向圖c：非關(guān)聯(lián)方向圖d：關(guān)聯(lián)方向例1.4.2解已知Uab=-12V，I=-2A,求電阻R。RI+-abnmUnmE1E2--++5V3V據(jù)歐姆定律，關(guān)聯(lián)方向，有設(shè)b點(diǎn)為零電位，據(jù)電位的定義，有得P12第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一E+-IUroRL1.5.1通路---電源帶負(fù)載工作負(fù)載RL

兩端電壓

U=IRL

由上兩式得

U=E-Ir0由歐姆定律可得1.電壓與電流§

1.5

電路的工作狀態(tài)（通路、開路與短路）2.功率與功率平衡上式兩邊乘以I,得或即---電源產(chǎn)生的功率；---負(fù)載吸收的功率；---電源內(nèi)阻耗損的功率；IUE電源的外特性曲線UIr0在閉合電路中，根據(jù)能量守衡關(guān)系：ΣP（發(fā)出）=ΣP（吸收）功率平衡問題第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一則元件吸收功率,起負(fù)載作用.3.如何判斷電路元件是電源（起電源作用）產(chǎn)生功率，還是負(fù)載（起負(fù)載作用）消耗功率？則元件發(fā)出功率,起電源作用.

求各圖電路元件的功率，并說明該元件是吸收功率還是發(fā)出功率。例解：圖a:U與I的實(shí)際方向相同該元件吸收功率，是負(fù)載，充電。圖b，U與I的實(shí)際方向相反該元件吸收功率，是電源，供電。圖c，U與I的實(shí)際方向相反該元件吸收功率，是電源，供電。若元件的U與I的實(shí)際方向相反，電流從＋端流出:若元件的U與I的實(shí)際方向相同，電流從＋端流入:I＝2AUab+-15V(a)I＝－2AUab+-15V(b)I＝2AUab+-15V(c)小結(jié)：若電流的實(shí)際方向從元件的正極流出，該元件發(fā)出功率，起電源作用。若電流的實(shí)際方向從元件的正極流入，該元件吸收功率，起負(fù)載作用。補(bǔ)充：實(shí)際可以看功率的正負(fù)來判斷。第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

（1）求電源的電動(dòng)勢E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢E2;（2）并說明功率的平衡。例1.5.1解：E1+-I＝5AUab=220Vab+-R01E2+-R020.6Ω0.6Ω（1）求電動(dòng)勢E1;據(jù)含源支路歐姆定律，得電流的實(shí)際方向從＋端流出:E1是電源，供電。（2）求電動(dòng)勢E2;據(jù)含源支路歐姆定律，得電流的實(shí)際方向從＋端流入:E2是負(fù)載，充電。(3)說明功率的平衡由(2)代入(1)得：兩邊同乘以I得：P14第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.5.2電源開路(空載)當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),相當(dāng)于RL為無窮大。

I=0U=Uo=EP=UI=0

E+－IUOrORL電源短路時(shí),相當(dāng)于RL為零。

U=0

I=Is=E/ro

P=UI=0,

PE=?P=I2roE+－ISUrORL1.5.3電源短路第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

求PE,P,ΔP和r0

及其壓降Ur0例解：若發(fā)生短路，則短路電流：E+－I＝4AU＝115VrORLab125VUr0例1.5.4若電源的開路電壓Uo=12V，其短路電流IS=30A，該電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻各為多少？解電源的電動(dòng)勢電源的內(nèi)阻利用電源（網(wǎng)絡(luò)）的開路電壓和短路電流，可求出其電動(dòng)勢和內(nèi)阻。P17第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一§1.6

基爾霍夫定律（克希荷夫定律）

用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系，其中包括克氏電流和克氏電壓兩個(gè)定律。名詞注釋：結(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、…...（共7個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、b、…...

(共4個(gè)）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-TheKirchhoff’slaws

第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.6.1基爾霍夫電流定律Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)KCL的依據(jù)：電流的連續(xù)性。

對任何結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。即：I1I2I3I4例或：I=0電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I3=I2例I=0KCL的擴(kuò)展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.6.1解SKCL的擴(kuò)展I1I2I3abcI4I5I6I1+I4-I6=0a點(diǎn)-I2-I4+I5=0b點(diǎn)c點(diǎn)I3-I5+I6=0I1–I2+I3=03式相加，得S封閉面的電流代數(shù)和I1+I3=I2試求I4

。據(jù)KCL,有代入數(shù)據(jù)得I1I2I3I4-3A-2A2AP20第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.6.2基爾霍夫電壓定律(KVL)Kirchhoff’sVoltageLaw

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降。或，電壓的代數(shù)和為0。即：例如：回路a-d-c-a電位升電位降或：或：電動(dòng)勢代數(shù)和電阻上電壓降的代數(shù)和例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一KVL解題步驟：2、確定元件正方向。電阻為電流方向。電源為正極指向負(fù)極(電位方向)。1、確定回路及參考方向。3、利用公式解題。解題時(shí)元件正方向與參考方向一致時(shí)取正元件，反之取負(fù)元件。IRLU+_rOU00IrUU0ab+=第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電位升電位降KVL也適合開口電路。據(jù)KVL,得求a,b間的電壓Uab解：例IE+_RabUabE2E1R16V=3V8Ω=16Ω=1AI2I1R2baUab-3A＋＋－－求流過回路中的電流I.例解：據(jù)KVL,得E1IR112VE23V4Ω5Ω6Ω3ΩR3R2R4＋＋－－第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.6.2解：對ABCDA回路，據(jù)KVL,有USR1EBRB＋－－＋UBEBEIB＋－I1I2UCD閉合會(huì)路中，各支路的元件是任意的，試求和。UCA－4V5VUABUDAUCDUCAUBC＋－ABCD－＋＋－＋－－＋－3V即得對ABCA開口回路，據(jù)KVL,有即得已知RB

＝20kΩ，R1

＝10kΩ，US

＝EB

＝6V,UBE

＝－0.3V，求電流IB

、I1和I2

。補(bǔ)充例題解：對右開口回路，據(jù)KVL,有即得對左回路，據(jù)KVL,有即得對結(jié)點(diǎn)據(jù)KCL,有得P22第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電位的概念：ab15A在電路中任選一節(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用標(biāo)記），此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各節(jié)點(diǎn)對參考點(diǎn)的電壓，便是該節(jié)點(diǎn)的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標(biāo)）?！?.7

電路中各點(diǎn)電位的計(jì)算ab15A

a

點(diǎn)電位：

b

點(diǎn)電位：或電位的特點(diǎn)：電位值是相對的，參考點(diǎn)選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變；電位為單下標(biāo)標(biāo)記。電壓的特點(diǎn)：電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的（單值性），不會(huì)因參考