电工学基础从零开始

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1、参考信息教材： 秦曾煌主编 电工学 （第六版）教师信息 王伦耀，副教授 信息楼415 电话：057487600059 696815(短号) Email: 作业上缴：每周一次。 课代表： 实验课的上课时间和地点另行通知。第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概

2、念及计算本章要求本章要求: :1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2. 2. 理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3. 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；4. 4. 会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(1) (1) 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的

3、传递与处理放 大 器扬声器话筒1. 1. 电路的作用电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线电源: 提供 电能的装置负载: 取用 电能的装置中间环节：传递、分 配和控制电能的作用发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。直流电源直流电源直流电源: 提供能源信号处理： 放大、调谐、检波等负载信号源: 提供信息 放 大 器扬声器话筒电路分析，就是在电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的已知电

4、路的结构和元件参数的 条件下条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。，讨论电路的激励与响应之间的关系。电路分析与设计的区别电路分析与设计的区别 电路分析：已知电路结构，得到电路的功 能。应用电路仿制，没有知识产权。 电路设计：按照客户的要求，构建电路， 使之实现相应的功能。创新的工作，往往 有知识产权。1. 21. 2 电路模型电路模型如何理解模型：模型往往是用数学的方法将研究对象理想化，使之反映事物的主要 矛盾。 电路模型化：为了便于用数学方法分析电路, 用足以反映其电磁性质 的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实 际电路相对应的电路模型。（理论上的分析都是模型的分析！）

5、 （ 如何理解“理想”？套用哲学的术语：理想的过程就是保留主要矛盾 ，舍去次要矛盾的过程！）理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件。例： 如一个白炽灯，一般将它理想化为纯电阻，当实际上它还有少量的 电感和电容存在，只是这些于电阻相比是次要矛盾，可以忽略。另外在模拟电路中，同一个电路在不同的工作环境下（如高频或低频）它 的模型也不一样，主要也是矛盾发生了变化。手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES +UI电池导线灯泡开关电池是电源元件，其 参数为电动势 E 和内阻 Ro；灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，

6、认 为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的 通断。今后分析的都是指电路模 型，简称电路。它由理想元 件组成。在电路图中，各种 电路元件都用规定的图形符 号表示。1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向1. 1. 电路基本物理量的电路基本物理量的实际方向实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位单 位kA 、A、mA、 A低电位 高电位kV 、V、mV、 VkV 、V、mV、 V(2) (2) 参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：Uab 双下标

7、电压：(1) (1) 参考方向参考方向IE+_在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。Iab 双下标2. 2. 电路基本物理量的电路基本物理量的参考方向参考方向aRb箭 标abRI正负极性+ abUU+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)计算值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)计算值为负值。(3) 实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；例：若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；若 U= 5V，则电压的实际方

8、向从 b 指向 a 。参考 方向1.41.4 欧姆定律（关联）RU+IRU+I结论：对欧姆定律而言，在电压与电流处于关联 时，取正号，不关联时取负号。U = I RU U = = IRIR电压与电流关联：电压降方向和电流方向一致；反之 不关联。上述的方向是指参考方向。关联不关联解：对图(a)，关联，有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)，不关联有, U = IRRU 6V+2AR+U 6VI(a)(b)I2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。I/A

9、U/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性是一 条过原点的直线。这个是电 阻模型。另外也提供了一种 测量电阻的方法。即伏安法 。图中电阻R为负载， R0为电源内阻。根据 负载电阻R的不同将电源 分为三种工作状态。 （1）有载：00时，负载； 当p IN ，P PN ( (设备易损坏设备易损坏) )额定工作状态： I = IN ，P = PN ( (经济合理安全可靠经济合理安全可靠) ) 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力。 例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W 特征:

10、开关 断开，R1.5.21.5.2 电源开路电源开路I = 0电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率U = U0 = EP = 01. 开路处的电流等于零；I = 0 2. 开路处的电压 U E。电路中某处断开时的特征:I+U有 源 电 路IRoRE U0电源外部端子被短接，R0。1.5.31.5.3 电源短路电源短路特征:电源端电压电源端电压 负载功率负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大） U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路处的电压等于零；U = 0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。电路中某处短路时的特

11、征电路中某处短路时的特征: :I+U有 源 电 路IR0RE U01. 61. 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。 结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。如a，b。 回路：回路：由支路组成的闭合路径。 如：cabc，abda，cadbaI1I2I3baE2R2R3R1 E1123cd例例1 1：支路：支路：abab、bcbc、caca、 （ 共共6 6条）条）回路：回路：abdaabda、abcaabca、 adbcaadbca （共（共7 7 个）个）结点结点：a a、 b b、c c、d d ( (共共4 4个）个）网孔：网孔：ab

12、dabd、 abcabc、bcdbcd（共（共3 3 个）个）a ad db bc cE E + +GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IGGI I1 1I I3 3 I I1.6.11.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( (KCLKCL定律定律) ) （应用于节点应用于节点） 1 1定律定律即即: : 入入= = 出出在任一瞬间，流入任一结点的电流等于流出该 结点的电流。 实质: 节点不能存储电荷。节点不能存储电荷。或: = 0I1I2I3baE2R2R3R1 E1对结点 a： I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0注意：上面的流入和

13、流出都是指电路的参考方向。电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的 闭合面。在任何一个时刻，流过任何一个闭合面的电流 的代数和为0。2 2推广：从节点到闭合面推广：从节点到闭合面例:广义结点IA + IB + IC = 0 （1）ABCIAIBIC 问题：如果这个闭合面 中包含电源，是不是还 满足Si0？左图式（1）可以用基尔霍夫节 点电流定理来证明。1.6.21.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL定律，定律，应用于回路应用于回路) )1 1定律定律即： U = 0，U是指参考方向对回路1：对回路2：E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或

14、I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3baE2R2R3R1 E112在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代 数和恒等于零。1列方程前标注回路循行方向；电位升 = 电位降E2 =UBE + I2R2 U = 0I2R2 E2 + UBE = 02应用 U = 0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3. 开路电压可按回路处理，就认为在此处连上了一个阻值为无穷大的电阻。注意：1对回路1：E1 UBEE+B+R1+E2R2I2_解：应用基尔霍夫电压 定律列出EBRBI2UBE0 得 I20.315mAEB

15、RBI2R1I1US0 得 I10.57mA应用基尔霍夫电流定律列出 I2I1IB0 得 IB0.255mA例：如图：RB20K ， R110K ，EB6V US6V，UBE0.3V，试求电流IB ，I2及I1。例：例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路 adbca，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用 U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3 I1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。通常设参考点的电位为零。 对电位而言，整个电路就一个参考点；对电压来说，参考点 是相对的。 电位与电压的关系：某一点a的电位V