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1、电工学简明教程（第二版） 秦曾煌 主编 第0章 绪论课程介绍 主讲：信息学院 薛亚茹 课程目的 目的是使学生通过本课程的学习，获 得电工技术必要的基本理论，基本知识 和基本技能，了解电工技术的应用和电 工事业的发展概况。 课程主要内容 ELECTROTECHNICS AND ELECTRONIC 电路分析 模拟电路 数字电路 电机拖动 电路的基本概念与基本定律、电路的分析方法 、正弦交流电路、电路的暂态分析，三相电路 、。 电路分析(1,2章） I U + _ a b Uab 2 R1R2 2 磁路与铁心线圈电路、交流电动机。磁路与铁心线圈电路、交流电动机。 电机拖动（3,4章） 半导体二极管
2、和三极管、基本放大电路、集 成运算放大器。 模拟电路（9 ,10,11章） uberbe E B C ib ib ic rce rce uce uce 门电路和组合逻辑电路、触发器和时序 逻辑电路、模拟量和数字量的转换。 数字电路(13,14章） 三 人 表 决 电 路 例：设计三人表决电路 1 0 A +5V B C R Y 考核方法: 平时成绩：30 期末考试：70 作业： 每周二上课 答疑： 每周二下午（暂定） 第一章 电路及其分析方法 电路的基本概念 电路的基本定律 电路的分析方法 电路的暂态分析 负载 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备 或元件按一定方式组合起来的。 电
3、源 1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 1.电能的传输与转换 电路的作用电路的作用 2.信号的传递与处理 存储 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 输电线 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 放放 大大 器器 话筒话筒 扬声器扬声器 电路的组成电路的组成 信号源负载 中间环节 负载 电源 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 输电线 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 放 大 器 话筒话筒 扬声器扬声器 信号源负载 电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。 由激励在电路中产生的电压和电流称为响应 激激 励励 响响 应应 电路分析是在已
4、知电路结构和参数的条件下，讨论 与 的关系 电路实体 S E R 电路模型 1.2 1.2 电路模型电路模型 用理想电路元件组成的电路， 称为实际电路的电路模型。 研究的目标是激 励电压源与回路 电流或负载电压 之间的关系 1.3 1.3 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电流：带电粒子(电子、离子)有规则的定向运动 电流大小： i= dq dt 方向：正电荷运动的方向 单位：A，mA ，uA 一、电流和电流的参考方向 问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？ 电流方向 AB？ 电流方向 BA？ 3V AB R 2V IR (1) 在解题前任选某一个方向
5、为参考方向（或称正 方向）； (3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。 (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式； 解决方法 任意规定一个电流参考方向,用箭头标在电路 图上。 解决方法 I R 电流参考方向的表示： 1.用箭头表示(常用) 2.用双下标表示 R I ab a b 若电流取正值，电流实际方向与参考方向相同； 若电流取负值，电流实际方向与参考方向相反。 二、电压和电压的参考方向 电压:单位正电荷由电路中a点移动到b点所 失去或获得的能量，称为ab两点的电压 d d = q W
6、u 电压大小： 方向：从高电位指向低电位V, mV 注：电动势：电源力把单位正电荷从电源的低电位端经电 源内部移到高电位端所作的功。 e（交流） E （直流） 单位：同电压 实际方向：电源驱动正电荷的方向 低电位 高电位 电压的参考方向 u _ + 1.正负号a b Uab（高电位在前， 低电位在后） 3.双下标 2.箭 头 uab 若电压u0，表明该时刻a点的电位比b点电位高 若电压u0 吸收能量 p0 产生能量 a I R U b a I R U b 4、功率的正负电源与负载的判别 吸收功率或消耗功率（起负载作用） 若 P 0 输出功率（起电源作用）若 P 0 电阻消耗功率肯定为正 电源的
7、功率可能为正（吸收功率） ，也可能为负（输出功率） 功率有正负 解：P=UI = (2)3= 6W 因为此例中电压、电流的参考方向相同 而P为负值，所以N发出功率是电源 已知： UAB=3V I = 2A 求：N的功率，并说明它 是电源还是负载 N A B I 例题1.2 1.41.4 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 1、 开关闭合,接通电源与负载 特征: 1.4.11.4.1 电源有载工作电源有载工作 开关闭合 有载 开关断开开路 cd短接 短路 E I U 1.4.1 1.4.1 电源有载工作电源有载工作 1. 电压与电流 R0 R A B C D U=RI R+ R0
8、I = E U=E R0I E R0I U 电源的外特性曲线 当R0 1 t=5 时，过渡过程基本结束，uC达到稳态值。 越大，过渡过程变 化越慢，uC达到 稳态 所需要的时间越长。 具有时间的量纲 u uC C = u= u C C (0(0 + + ) ) e e t /t /RCRC RCRC电路的零状态响应电路的零状态响应 方程的特解 对应齐次 方程的通解 uR +uC =U RC duC dt +uC =U uC=K uC=Ae pt = Ae t /RC RC d K dt + K =U K=U uC=U uC =U+ Ae t /RC 根据 uC(0+)=0 A= U uC =U
9、 Ue t /RC =U(1et /) U R C uR t=0 b a + - S uC UC(0-)= 0 t uC u U uC U uC 暂态过程uC可视为由 两个分量相加而得: uC称为稳态分量 uC的变化曲线 uC =U(1et /RC) =U Ue t /RC RC电路的零状态响应，实际 上是电容的充电过程。 uC称为暂态分量 按指数规律衰减到0。 0 上述暂态过程的分析方法称为经典法。当电路比较 复杂时，可以用戴维宁定理将换路后的电路化简为一 个单回路电路，（将电路中除储能元件以外的部分化 简为戴维宁等效电源，再将储能元件接上），然后利 用经典法所得出的公式。 RCRC电路的全
10、响应电路的全响应 全响应全响应: 电源激励和电容元件的初始状态uC(0+) 均不为零时电路的响应 R t=0 b a S + - t 0 C uR + - U U0 UC uC = U0+e -t/ + U(1e -t/) 全响应 = 零输入响应 + 零状态响应 uC = ( U0+U) e -t/ + U f f ( (t t) ) = = f f (0(0 + + ) ) f f ( ( ) ) e e - - t/ t/ + + f f ( ( ) ) :稳态值 :初始值 :时间常数 三要素法三要素法 K R1=2k 10V + _ 1F t=0 R2=3k 例题： R1=2k 10V
11、+ _ 100F 1 初始值举例 K R1=2k 10V + _ 100F t=0 R2=3k 换路前的电路 解: R1=2k 10V + _ 100F R2=3k 6V + _ 换路后的电路 2 稳态值举例 t =0 L 2 3 3 4mA R1=2k 10V + _ 100F 电容元件可视为开路 电感元件可视为短路 换路后的电路换路后的电路 由换路后的电路结构和参数计算。 (同一电路中各物理量的 是一样的) 3 时间常数的计算 R1=2k 10V + _ 100F E + - t=0 C R1 R2 一阶RC电路 例：求: t 0 时的电压 uc ic u1 K R1=2k 10V + _
12、100F t=0 R2=3k R1=2k 10V + _100F 1.12.4 1.12.4 RLRL电路的零输入响应电路的零输入响应 R t=0 b a U iL S uL uR iL(0-)= I0=U/R，则iL(0+)= I0 换路前电路已处于稳态, 根据KVL uL + uR=0 + RiL= 0 diL dt L + - 求iL uL (t 0) 特征方程是 Lp + R=0 p = R/L 方程的通解为 A= I0 iL = I0 e t R L = I0 e t diL dt uL =L = R I0 e t = Ae t R L iL= Ae pt 时间常数时间常数 =L /
13、 R RL 电路零输入响应iL、和 uL 的波形 在零输入响应电路中，各部分电压和电流都是由 初始值按同一指数规律衰减到零。 图示是一台300 kW汽轮发电机的励磁回路。已知 R=0.189，L=0.398H，U=35V，电压表量程为50V ，内阻 RV=5 k。 t=0时开关S打开（设S打开前电路已处于稳态）。 例 求：（1） （2） i(0+) （3） i 和uv （t0 ） （4） uv(0+) S (t=0) R + - U V i + uV RV L S (t=0) R + - U V i + uV RV L R + - U V i + uV RV L R + - U V i + u
14、V RV L D iL S uL uR + - 1.12.4 1.12.4 RLRL电路的零状态响应电路的零状态响应 RlRl电路的全响应电路的全响应 全响应全响应: 电源激励和电感元件的初始状态iL(0+) 均不为零时电路的响应 全响应 = 零输入响应 + 零状态响应 f f ( (t t) ) = = f f (0(0 + + ) ) f f ( ( ) ) e e - - t/ t/ + + f f ( ( ) ) t=0 iL uL uR + - 例 图电路原 已 稳 定，t = 0 时 将 开 关 S 闭 合。求 开 关 S 闭 合 后 通 过 电 源 的 电 流 。 t = 0 30V i L 2H 5 i S + 4 20 解: 换路前的电路 30V i L 2H 5 i + 4 20 30V i L 2H 5 i + 4 20 换路后的电路 3A 作业：1.12.6 1.12.8 1.12.10 知识回顾知识回顾 Knowledge Knowledge ReviewReview
