《《电工电子学》第一章电路的基本概念与基本定律(4课时)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电工电子学》第一章电路的基本概念与基本定律(4课时)（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、欢迎学习 电工电子学课程,青海大学水电系电工教研室 编,学分：4 学时：64（48+16）,在高等工业学校非电专业的教学计划中，本课程是一门实践性较强的技术基础课程。它的任务是使学生通过对本大纲规定的全部教学内容的学习，获得电工和电子技术方面的技术理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程以及今后从事工程技术工作打下必要的基础。 本课程与大学物理紧密相连.其中电路的电阻串并联,电路的基本物理量,欧姆定理,电路的参数,磁场的基本物理量,磁性材料的磁性能及整流电路等均已在物理课中讲过,这些知识均运用到本课程中.,学习要求：理解基本概念、基本理论和分析方法 学用结合，举一反三，融会贯通 处理好课上课下
2、、复习与习题的关系 每次课约2个习题的作业，每章学习完 成后交1次作业 及时提问，有听课笔记，独立完成作业 完整掌握课程体系，培养自学能力 按要求参加实验 培养良好的实验素质 掌握常用实验仪器的功能及使用方法 注重实践技能的培养 理论与实践相结合，互相促进，全面提高 认真预习实验，按时完成实验预习报告， 及时完成实验报告,考核方法： 测验（60%）+实验（20%）+平时（20%） 参考资料: 秦曾煌.电工学（上、下册） 孙肖子，张企民.模拟电子技术基础 杨松华.数字电子技术基础,第 一 章 电路的 基本概念和分析方法,-电路中的物理量及其正方向 -电路元件 -电路的基本定律 -电路的两种基本分
3、析方法 -线性电路中的两个重要定理 -受控源电路及分析,第 一 章 电路的基本概念和分析方法,一、电路的作用,1. 电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和机械能,电路电流流经的闭合路径;传送电流的路径。,2. 信号的传递和处理,放大器,扬声器,将语音转换为电信号,(信号源),信号转换、放大、信号处理,(中间环节),接受转换信号的设备,(负载),电源：将非电能转换成电能的装置,(干电池,蓄电池,发电机)或信号源。,中间环节：把电源与负载连接起来的部分,(连接导线,开关),负载：将电能转换成非电能的用电设备,(电灯,电
4、炉,电动机),二、电路的组成,电路的组成,理想化电源,理想化导线,理想化元件,电路模型: 将实际元件理想化，由理想化的电路元件 组成的电路。,今后我们分析的都是 电路模型，简称电路。,电路分析的主要任务在于分析求解电路物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。,1-电路中的物理量及其正方向,一、电流,电荷的定向移动形成电流。 电流的大小用电流强度表示，简称电流。 电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。,大写 I 表示直流电流 小写 i 表示电流的一般符号,电流的方向用一个箭头表示。 正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。,如果求出的电流值为正
5、，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,二、电压、电位和电动势,电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。,电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。,电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。,电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 与电流方向的处理方法类似， 可任选一方向为电压的参考方向,例： 当Va =3V，Vb = 2V时,u1 =1V,最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。,u2 =1V,对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见
6、，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。,如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。,电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的电动势。,电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。,三、电功率,电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。,功率与电流、电压的关系：,关联方向时： p =ui,非关联方向时： p =ui,p0时吸收功率（负载性质）， p0时放出功率（电源性质）。,例：求图示各元件的功率。 （a）关联方向， P=UI=52=10W， P0，吸收
7、10W功率，负载性。 （b）关联方向， P=UI=5(2)=10W， P0，吸收10W功率，负载性。,1-电路元件,常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端钮的电压、电流关系即伏安关系（VCR）来决定的。,一、无源元件,伏安关系（欧姆定律）：,关联方向时： u =Ri,非关联方向时： u =Ri,1、电阻元件,符号：,功率：,电阻元件是一种消耗电能的元件。,伏安关系：,2、电感元件,符号：,电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。,称为电感元件的电感，单位是亨利（）。,只有电感上的电流变化时，电感两端才
8、有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短路。,3、电容元件,电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。,伏安关系：,符号：,只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即电容具有隔直流的作用。（隔直通交）,C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。,二、有源元件,1、电压源与电流源,（1）伏安关系,（2）特性曲线与符号,电压源,电流源,Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均 由外电路决定,端电
9、压Uab 可变 - Uab 的大小、方向 均由外电路决定,（3）特性比较,理想电压源的串联与并联：,串联,US= USk,电压相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。,注意参考方向,US= US1 U S2,并联,（4）恒压源和恒流源的串、并联,理想电流源的串联与并联：,并联,IS= ISk,注意参考方向,IS= IS1+ IS2 IS3,串联,电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。,is=is2-is1,想想,练练,？,？,？,在电路等效的过程中，与理想电流源相串联的电压源不起作用；与理想电压源并联的电流源不起作用。,2、实际电源模型及其等效变换
10、,实际电源的伏安特性,或,可见，一个实际电源可用两种电路模型表示：一种为电压源Us和内阻Ro串联，另一种为电流源Is和内阻Ro并联。,同一个实际电源的两种模型对外电路等效，等效条件为：,或,注意：两种电源模型的内阻相等； 等效前后电源的方向。,注意：恒压源和恒流源不能等效互换,（不存在）,I=0.5A,即：U=82.5=20V,利用电源之间的等效互换可以简化电路分析,3、应用举例,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,用电源模型等效变换的方法求图（a）电路 的电流i1和i2。 解：,?,?,1-电路的基本
11、定律,电路中的每个分支称为支路 3条或3条以上支路的连接点称为结点 电路中任一闭合的路径称为回路,图示电路有3条支路，2个结点，3个回路。,一 、基尔霍夫电流定律（KCL）,在任一瞬时，流入任一结点的电流之和必定等于从该结点流出的电流之和。,在任一瞬时，通过任一结点电流的代数和恒等于零。,表述一,表述二,可假定流入结点的电流为正，流出结点的电流为负；也可以作相反的假定。,所有电流的符号均取为正。,KCL通常用于结点，但是对于包围几个结点的闭合面也是适用的。,例：列出下图中各结点的KCL方程,解：取流入为正,以上三式相加： i1 i2i3 0,结点a i1i4i60,结点b i2i4i50,结点
12、c i3i5i60,KCL通常用于结点，但是对于包围几个结点的闭合面也是适用的。,i1 i2i3 0,二、基尔霍夫电压定律（KVL）,表述一,表述二,在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。,在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。,电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。,所有电压符号均取为正。,对于电阻电路，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中的电压源电压的代数和。,在运用上式时，电流参考方向与回路绕行方向一致时iR前取正号，相反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时us前取负号，相反时取正号。,KVL通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一不闭合的电路上
13、。,例：列出下图的KVL方程,-电路的两种基本分析方法,一、电阻的串联及并联,具有相同电压电流关系（即伏安关系，简写为VAR）的不同电路称为等效电路，将某一电路用与其等效的电路替换的过程称为等效变换。将电路进行适当的等效变换，可以使电路的分析计算得到简化。,1、电阻的串联,n个电阻串联可等效为一个电阻,分压公式,两个电阻串联时,分压公式,2、电阻的并联,n个电阻并联可等效为一个电阻,分流公式,两个电阻并联时,分流公式,二、支路电流法,支路电流法是以支路电流为未知量，直接应用KCL和KVL，分别对结点和回路列出所需的方程式，然后联立求解出各未知电流。,一个具有b条支路、n个结点的电路，根据KCL
14、可列出（n1）个独立的结点电流方程式，根据KVL可列出b(n1)个独立的回路电压方程式。,图示电路,（2）结点数n=2，可列出21=1个独立的KCL方程。,（1）电路的支路数b=3，支路电流有i1 、i2、 i3三个。,（3）独立的KVL方程数为3(21)=2个。,回路I,回路,结点a,解得：i1=1A i2=1A,对结点a列KCL方程： i2=2+i1,例：如图所示电路，用支路电流法求各支路电流,解：2个电流变量i1和i2，只需列2个方程。,对图示回路列KVL方程： 5i1+10i2=5,各元件的功率：,5电阻的功率：p1=5i12=5(1)2=5W 10电阻的功率： p2=10i22=51
15、2=10W 5V电压源的功率： p3=5i1=5(1)=5W 因为2A电流源与10电阻并联，故其两端的电压为：u=10i2=101=10V，功率为： p4=2u=210=20W 由以上的计算可知，2A电流源发出20W功率，其余3个元件总共吸收的功率也是20W，可见电路功率平衡。,例：如图所示电路，用支路电流法求u、i。 解：该电路含有一个电压为4i的受控源，在求解含有受控源的电路时，可将受控源当作独立电源处理。,对节点a列KCL方程： i2=5+i1 对图示回路列KVL方程： 5i1+i2=4i1+10 由以上两式解得： i1=0.5A i2=5.5A,电压：u=i2+4i1=5.5+40.5=7.5V,三、结点电压法,对只有两个结点的电路，可用弥尔曼公式直接求出两结点间的电压。,弥尔曼公式：,式中分母的各项总为正，分子中各项的正负符号为：电压源us的参考方向与结点电压uab的参考方向相同时取正号，反之取负号；电流源is的参考方向与结点电压uab的参考方向非关联时取正号，反之取负。,如图电路，根据KCL有： i1+i2-i3-is1+is2=0,设结点ab间电压为uab，则有：,因此可得：,设结点ab间电压为uab，则有：,例：用结点电压法求图示电路中结点a的电位Va。,解：,求出ua后，可用
