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1、 绪论 一、电工学课程的作用和任务 电工学是研究电工技术和电子技术的理论和应用的 技术基础课程。 二、电工与电子技术发展概述 电磁感应电机三相电机 热电子效应二极管三极管 晶体管集成电路大/超大规模IC 热点：电子设计自动化（EDA） 可编程逻辑器件 （PLD） 可编程控制器（PLC） 电工 电子 第1章 电路的基本概念与基本定律 1.1 电路的作用与组成部分 一、什么是电路？ 电路是电流的通路，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 。 二、电路的两种作用 1. 电能的传输和转换 2. 信号的传递和处理 1. 电能的传输和转换 电源 中间环节 负载 电源把水能、热能、核能等
2、形式能量转化 为电能 中间环节传输和分配电能 负载把电能转化为光能、机械能、热能等 2. 信号的传输和转换 信号源 中间环节 负载 信号源输入光信号、声信号、电信号等 各种信号 中间环节处理信号 负载接受和转化信号 三、电路的组成部分 激励：推动电路工作，如电源、信号源等 响应：由激励在电路中个部分产生的电压 或电流 电路分析：在已知电路的结构和参数的条件 下，讨论电路的激励和响应间的 关系。 1.2 电路模型 电路模型：由理想电路元件组成的电路。 理想电路元件：对实际元件，在一定条件下 突出其主要的电磁性质，忽 略其次要因素，将之理想化 。 主要理想电路元件：电源元件、电阻元件、 电感元件、
3、电容元件 电路与电路模型 实际电路： 电路模型： 导线 开关 电池 + R0 R 开关 E 电源电阻 S I 1.3 电压和电流的参考方向 一、电压和电流的两种方向 1. 实际方向 2. 参考方向 二、电流的方向 1. 实际方向 电流的方向因电荷的运动方向而客观存在 规定：正电荷运动的方向或负电荷运动的 反方向为电流方向（实际方向）。 2. 参考方向 任意选定某一方向作为参考方向，亦称 为正方向。 3. 实际方向与参考方向 实际方向：向右 向右 参考方向：向右 向左 I0 I0，则为负载，P0，则为电源，P0时 为负载。 分辨二端网络是电源或是负载，有两种方法： 练习与思考 电源负载负载电源
4、1. 如图所示，方框代表电源或负载，已知U=220V，I=- 1A，试问哪些方框是电源，哪些是负载？ 2.如图，五个元件代表电源或负载。电流和电压的参考 方向如图所示，通过实验测量得知： I1=-4A，I2=6A，I3=10A，U1=140V，U2=-90V， U3=60V，U4=-80V，U5=30V 4 231 5 + + + + + U1U2 - - U3 U4U5 I1I3 I2 + 4 231 5 + + + + - - - - - U1 U2U3 U4U5 I1I3 I2 元件1、2，电压与电流实际方向相反，故为电源； 元件3、4、5，电压与电流实际方向相同，故为负载 。 4. 额
5、定值与实际值 电气设备或元器件的标定值通常标注在 其名牌上或记载在说明书中，这些标定值都 是给定的额定值，如UN表示额定电压、IN表 示额定电流、PN表示额定功率。 在使用电气设备或元器件时不得超过其 额定值，以免影响其正常使用甚至使其遭到 损坏。 注意：电气设备工作时的实际值不一定 都等于其额定值，要能够加以区别。 例1.5.3 有一额定值为5W 500的线绕电阻，其 额定电流为多少？在使用时电压不得超过多大 的数值？ 解： 额定电流 最大电压值 由此例可知，选用电阻时，不仅要阻值正确 ，还要根据电流值确定电阻的额定功率。 二、电源开路 w 如图电路：当开关断开时， 电路则处于开路(空载)状
6、态 。 R0 E U= U0 a b R I= 0 w 开路时，外电路的电阻为无穷 大，电路中的电流 I 为零。 w 电源的端电压(称为开路电压 或空载电压 U0 ) 等于电源的 电动势，电源不输出电能。 电路开路时的特征为 I = 0 U = U0 = E P = 0 三、电源短路 w 当电源两端由于某种原因而联 在一起时，称电源被短路。 R0 E a b R IS c d w 短路时，可将电源外电 阻视为零，电流有捷径 流过而不通过负载。 w 由于R0很小，所以此时 电流很大，称之为短路 电流 Is 。 U = 0 I = Is = E / R0 P = P = I2 R0 电路短路时的特
7、征为 例1.5.4 若电源的开路电压U0=12V，短 路电流为IS=30A，试问该电源的电动势 和内阻各为多少？ 解：电源电动势 电源内阻 此例利用开路电压和短路电流求解电源内阻。 根据欧姆定律分析电路，已是中学物理中常用的分 析方法，但对某些电路有时是无能为力的。 基尔霍夫定律分为两个部分，即： 1.基尔霍夫电流定律(KCL) 应用于节点 2.基尔霍夫电压定律(KVL) 应用于回路 本节讨论的基尔霍夫定律，亦是分析与计算电路的 基本方法。 1.6 基尔霍夫定律 1. 支路：电路中的每一个分支，称为支路。它是由若 干个二端元件串联而成。 2. 结点：电路中三条或三条 以上的支路相联结的点称为
8、结点。 一条支路中各部分都流过一个相 同的电流，称为支路电流。 如图中的ab、acb 及adb共3条支路。 如图中的I1 、 I 2及I3共3个电流。 图中共有a、 b两个结点。 基尔霍夫电流定律中的相关名词、概念 a b cd I2 I3 I1 基尔霍夫电流定律KCL 基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一结点上 的各支路电流间关系的 基尔霍夫电流定律：在任一瞬时，流向某一结点的 电流之和等于由该结点流出的电流之和。 a I2I1 I3 如图对于节点 a ： 流入电流 = 流出电流 I1 + I2 = I3 KCL 也可表述为，在任一瞬时，流 入某一节点的电流代数和恒为零。 I1 + I2 -
9、 I3 =0 即 注意：基尔霍夫电流定律通常用于结点，也可推广 应用于包围部分电路的任一假设的闭和面。 如图所示的闭和面包围的一个三角 形电路，对于节点A、B及C，可分别 列出KCL方程： A B C IABICA IBC IA IB IC IAIABICA IBIBCIAB ICICAIBC IA+IB+IC=0 即 I=0 基尔霍夫电压定律KVL 基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压间 关系的。它应用于回路。 回路：由一条或多条支路所组成的闭合电路。 如图电路: adbca、abca 和 abda 共三个回路。 对于dabd回路，沿逆时针绕行方向 a b cd I2I1 I3 E2 d
10、a段电阻上为电压降 Uda=I2R2 ab段电阻上亦为电压降 Uab=I3R3 而bd段电源部分为电压升， 即 Ubd=E2 基尔霍夫电压定律：从回路任一点出发，以顺时针方 向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的 电位降之和等于电位升之和。 a d I1 b R1 E R2 I2 如图对于回路dabc ： 电位降 = 电位升 KVL也可表示为，在任一瞬时 ，沿任一回路循行方向（顺/逆 时针），回路中各段电压的代 数和恒等于零。 A B C UA UB UAB 基尔霍夫电压定律不仅应用于闭和回路 ，也可推广应用于回路的部分电路。 如图所示电路，可得： 注意：在列方程时，应用基尔霍夫 定律
11、，首先要在电路图上标出电流 、电压或电动势的参考方向。 1.7 电路中电位的概念及计算 在分析电路时，常常要用到电位这个概念(与物 理学中电势的概念相同)。 两点间的电压就是这两点的电位差(电势差)。 电压是两点的电位差，在计算电路问题时存在确 切值。 而电路中某点的电位在计算中与零电位点的选择 有关，没有确切值，只是一个相对值。应特别注 意！ 因此，在计算电位时，必须选择电路中某点作为 参考点，其电位称为参考电位，通常设其为零。 20 4A 6A 10A 5 6 140V 90V (a) a b l电压和电位的单位都是V(伏特)、kV(千伏)或 mV(毫伏)等。 l参考点在电路图中应标上“接地”符号“ ”，含 义为电位等于0V (0伏特)。 说明： 205 6 +140V +90V (b) a b 100k -9V C R1 B A +6V 50k R2 I 例1.7.1 计算如图所示电路中B点的电位。 解： 作业：P26 题1.5.2； P28 题1.6.1，题1.7.1
