電工電子學第1章：電路的基本概念

電工電子學C2023/12/7電工電子學C第一章電路的基本概念1.1電路的作用和組成1.2電路的基本物理量1.3電阻、電容和電感元件1.4電源元件1.5電路的工作狀態(tài)1.6電路的基本定律1.7電路中電位的概念及計算2023/12/7電工電子學C1.1電路的作用和組成電路：由各種元件相互連接而構(gòu)成的電流的通路。

1、電能的傳輸、轉(zhuǎn)換；

一、電路的作用：電池燈泡2023/12/7電工電子學C1.1電路的作用和組成電路：由各種元件相互連接而構(gòu)成的電流的通路。2、信號的傳遞與處理。一、電路的作用：放大器揚聲器話筒2023/12/7電工電子學C二、電路的組成及模型：1、組成：電源、負載和中間環(huán)節(jié)。電池燈泡電源:提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用2023/12/7電工電子學C2、模型：

為了便于用數(shù)學方法分析電路,一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應的電路模型。+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關(guān)電池導線SR2023/12/7電工電子學C幾個概念：激勵：作用于電路上的電源或信號源的電壓或電流，也稱為輸入。響應：由激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流，也稱為輸出。電路分析：在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，分析電路的激勵與響應之間的關(guān)系。2023/12/7電工電子學C1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向：1、電流：3、實際方向：4、參考方向：2、分類：電荷在導體中有規(guī)則的定向移動形成，亦叫電流強度，簡稱電流i。直流電流I、交流電流i。習慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流的實際方向。任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。2023/12/7電工電子學C5、正負：10V10I110V10I1I1=1AI1=-1A當電流的參考方向與其實際方向一致時，其值為正；當電流的參考方向與其實際方向相反時，其值為負。2023/12/7電工電子學C6、表示方法：

a、用箭頭來表示，箭頭的方向為其參考方向；

b、用雙下標表示，例如Iab表示電流參考方向由a指向b。7、單位：安培（A：Ampere）

[毫安mA

微安uA]

換算：1mA=10-3A1uA=10-6A2023/12/7電工電子學C二、電壓和電動勢及其參考方向：（1）電壓：（3）實際方向：（4）參考方向：1、電壓：（2）分類：電場力把單位正電荷從電路中的一點移動到另一點所作的功，即為這兩點之間的電壓u。直流電壓U、交流電壓u。規(guī)定由高電位端指向低電位端。任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。2023/12/7電工電子學C（5）正負：U>0U<0電壓值為正時，電壓的實際極性和參考極性相同，否則相反。2023/12/7電工電子學C（6）表示方法：

（7）單位：a、用極性“＋”、“－”表示，參考方向由正指向負；b、用雙下標表示，例如Uab表示其參考方向由a指向b。伏特（V：Volt)[毫伏mV微伏uV

千伏kV換算：1mV＝10－3V1uV＝10－6V1kV＝103V2023/12/7電工電子學C2、關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向：關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向

關(guān)聯(lián)參考方向：

非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向一致；電流和電壓的參考方向不一致；2023/12/7電工電子學C3、電動勢：（1）概念：（2）實際方向：（3）單位：描述了電源中外力做功的能力，它的大小等于外力在電源內(nèi)部克服電場力把單位正電荷從負極移到正極所做的功。在電源內(nèi)部由負極指向正極。伏特（V：Volt)2023/12/7電工電子學C三、電功率：1、概念：2、單位：3、計算：

（1）當電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向時：（2）當電流和電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向時：（3）若，表示該元件吸收功率；（負載）若 ,表示該元件產(chǎn)生功率。（電源）例：教材P4例1－1描述電路元件中電能變換的速度，其值為單位時間內(nèi)元件所吸收或輸出的電能。瓦（W）2023/12/7電工電子學C1.3電阻、電感和電容元件一、電阻元件：

線性電阻元件：歐姆定律：R為電阻，單位：歐姆（

）u

－Ri（非關(guān)聯(lián)參考方向）

令G

1/R（關(guān)聯(lián)參考方向）u

Ri伏安曲線為通過坐標原點的一條直線。G稱為電導單位：西門子（S：Siemens）2023/12/7電工電子學C

功率：

能量：非線性電阻元件：（耗能元件）伏安曲線不是通過坐標原點的一條直線。2023/12/7電工電子學C二、電容元件：線性電容元件：對線性電容元件有：q=Cu

C稱為電容器的電容單位：庫伏特性曲線在u－q平面上為通過原點的直線。法拉（F）[微法

F

納法nF

皮法pF]1

F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F2023/12/7電工電子學C電壓、電流關(guān)系：（直流相當于斷路）

電場能量：非線性電容元件：（儲能元件）庫伏特性曲線在u－q平面上不是通過原點的直線。2023/12/7電工電子學C三、電感元件：線性電感元件：對線性電感元件有：L稱為電感器的電感單位：韋安特性曲線在i－

平面上為通過原點的直線。亨利（H）[微亨

H

毫亨mH]1

H=10-6H1mH=10-3H2023/12/7電工電子學C由電磁感應定律可得，自感電動勢為：端電壓：（直流相當于短路）

磁場能量：（儲能元件）2023/12/7電工電子學C1.4電源元件

能夠獨立向外電路提供能量的電源，分為電壓源和電流源。一、獨立電源：1、理想電源：理想電壓源和理想電流源。（1）理想電壓源：

向負載提供一個恒定值的電壓——直流電壓US或頻率和幅值不變的交流電壓us。圖形符號伏安特性特點：

（1）恒壓源兩端的電壓與流過電源的電流無關(guān)；

（2）恒壓源輸出電流的大小取決于所連接的外電路。2023/12/7電工電子學C（2）理想電流源：

向負載提供一個恒定值的電流——直流電流IS或頻率和幅值不變的交流電流is。圖形符號伏安特性特點：（1）恒流源輸出的電流與恒流源的端電壓無關(guān)；

（2）恒流源的端電壓取決于與恒流源相連接的外電路。2023/12/7電工電子學C其電路模型通常為電源元件和電阻元件的組合。2、實際電源：（1）電壓源：2023/12/7電工電子學C（2）電流源：2023/12/7電工電子學C二、受控電源：1、定義:

2、電路符號：電壓源的電壓或電流源的電流受電路中其他部分的電壓或電流控制。2023/12/7電工電子學C三、分類：1、電流控制的電流源

(CurrentControlledCurrentSource)2、電流控制的電壓源

(CurrentControlledVoltageSource)

:電流放大倍數(shù)

r

:轉(zhuǎn)移電阻2023/12/7電工電子學C3、電壓控制的電流源

(VoltageControlledCurrentSource)

4、電壓控制的電壓源

(VoltageControlledVoltageSource)g:轉(zhuǎn)移電導

:電壓放大倍數(shù)2023/12/7電工電子學C1.5電路的工作狀態(tài)一、有載狀態(tài)：1、特性：開關(guān)閉合負載電流：端電壓：U=IR負載功率：電源外特性IUE電源產(chǎn)生的功率

電源內(nèi)部消耗的功率功率平衡電源輸出的功率2023/12/7電工電子學C2、額定值及運行狀態(tài):額定值:運行狀態(tài):欠載（輕載）：（不經(jīng)濟）過載（超載）：（設(shè)備易損壞）額定工作狀態(tài)：（經(jīng)濟合理安全可靠）電器設(shè)備的安全使用值，用UN、IN和PN表示。2023/12/7電工電子學C3、電源與負載電源與負載的判別：根據(jù)電壓和電流的實際方向，可以確定某一電路元件是電源還是負載。電源：U和I的實際方向相反；電流從“+”流出；輸出功率，p<0。負載：U和I的實際方向相同；電流從“+”流入；取用功率，p>0。例：P91-12023/12/7電工電子學C二、開路狀態(tài)：開關(guān)斷開特征:負載功率：電流:開路電壓：2023/12/7電工電子學C三、短路狀態(tài)：導線短接

特征:端電壓:負載功率:電源功率:短路電流:2023/12/7電工電子學C1.6電路的基本定律

對于一個線性電阻元件而言，流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。一、歐姆定律：關(guān)聯(lián)參考方向：非關(guān)聯(lián)參考方向：例：教材P10

例1－22023/12/7電工電子學C二、基爾霍夫定律：1、幾個術(shù)語：（1）支路(branch)：（2）節(jié)點(node):（3）回路(loop)：(4)網(wǎng)孔(mesh)：電路中流過同一電流的分支。(b)電路中三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。(n)由一條或多條支路組成的閉合路徑。(l)對平面電路，內(nèi)部不含有支路的回路為網(wǎng)孔,即每個網(wǎng)眼就是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。支路：b=3

節(jié)點：n=2

回路：l=3

網(wǎng)孔：2個支路：b=6

節(jié)點：n=4

回路：l=7

網(wǎng)孔：3個

2023/12/7電工電子學C2、基爾霍夫電流定律(KCL)：(1)內(nèi)容：(2)符號的確定：i1-i2+i3-i4=0i1+i3=i2+i4

任何時刻，對任一節(jié)點，所有支路電流的代數(shù)和為零。即：選定參考方向后，習慣上取流出該節(jié)點的支路電流為負，流入為正。2023/12/7電工電子學C(3)另一種表達：(4)推廣：證明：結(jié)點A：IA=IAB

－ICA

結(jié)點B：IB=IBC－IAB

結(jié)點C：IC=ICA－IBC左右兩邊相加可得IA

＋

IB＋IC

＝0在任一瞬時，流向某一結(jié)點的電流之和等于由該結(jié)點流出的電流之和。即對任一包圍幾個節(jié)點的閉合面而言，流入該閉合面（廣義節(jié)點）的電流等于流出該閉合面的電流。2023/12/7電工電子學C3、基爾霍夫電壓定律(KVL)(1)內(nèi)容：(2)符號的確定：表達式：U1

－U2

－U3

＋U4

＝0U1

＋U4

＝U2

＋U3即：電路中的任一回路，任一時刻，按一定方向沿著回路循行一周，回路中所有電壓的代數(shù)和為零。即：a、任意選擇一個繞行方向，可以順時針也可以逆時針；b、電壓的參考方向與繞行方向一致取正號，電壓的參考方向與繞行方向相反則取負號。2023/12/7電工電子學C

（3）另一種表達：即：

（4）推廣：E

－RI

－

U

＝0從任一回路中的任一點出發(fā)，沿任一方向繞行一周，則在該方向上電位降之和等于電位升之和。KVL定律不僅應用于閉合回路，也可以應用于回路的部分電路，即假想回路。2023/12/7電工電子學C定律應用中注意的問題：

1、兩個定律具有普遍性，它們適用于由不同元件所構(gòu)成的電路；2、在運用定律時，首先要在電路中標注出電流、電壓或電動勢的參考方向；3、在應用KVL定律時，要選擇一個繞行方向。2023/12/7電工電子學C

例：有一個閉合回路如圖所示，各支路的元件是任意的，

已知：UAB＝5V，UDA

＝－3V，UBC

＝－4V。

試求：（1）UCD；（2）UCA。

解：(1)由基本的KVL定律可得:UAB

＋UBC

＋UCD

＋UDA

＝0即：5＋（－4）＋UCD

＋（－3