清华大学电工技术电子技术课件-1

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1、海南风光第1章 电路的基本概念、定律和 分析方法 (电路元件 电压源 电流源 基尔霍夫定律 支路电流法)第1讲Date电工电子技术欢迎学习电工技术1. 掌握电路的基本原理及分析方法,为学习电子技术打下基础。2. 学习交流电路的基本原理，掌握正确及安全用电方法，培养工作技能。 3. 学习电动机的基本原理和控制技术。4. 通过实验, 学习各种实验室常规电子仪器的使用方法, 锻炼电工方面的动手能力。Date电工电子技术电路的基本概念、定律和分析方法第一章电路的基本概念与定律1.1.1 电路中的物理量1.1.2 电路元件 1.1. 基尔霍夫定律1.11.2 电路的分析方法1.2.1 支路电流法Date

2、电工电子技术本课作业1-1(C)1-2(a)(b)1-61-8(a)1-10 用电源模型的等效互换原理1-12 用支路电流法英1题Date电工电子技术1.1.1 电路中的物理量电池灯泡电流 电压 电动势EIRU+_电源负载Date电工电子技术电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。Date电工电子技术物理量的实际正方向Date电工电子技术物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）双下标箭 头Uabab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IR

3、UabE+_abU+_Date电工电子技术物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的, 只用其中之一.IRUababUDate电工电子技术电路分析中的假设正方向（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？U1ABR U2IRDate电工电子技术(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(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；Date电工

4、电子技术规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U = IRaIRUbI与U的方向相反U = IRaIRUbDate电工电子技术规定正方向的情况下电功率的写法 功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:IUP =如果U I方向不一 致写法如何？电压电流正方向一致aIRUbDate电工电子技术规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P = UI功率有正负？Date电工电子技术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功率可能为正（吸收功率） ，也可能为负（

5、输出功率）功率有正负Date电工电子技术电源的功率IUab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致Date电工电子技术含源网络的功率 IU+-含源 网络P = UI电压电流正方向一致P = UI电压电流正方向不一致IU+-含源 网络Date电工电子技术当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质， 或是电源，或是负载。结 论在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。Date电

6、工电子技术伏 - 安 特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一) 无源元件1. 电阻 R（常用单位：、k、M ）1.1.2 电路元件Date电工电子技术2.电感 L：ui（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链线圈 匝数磁通Date电工电子技术电感中电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直流电路中电感相当于短路.uei+ Date电工电子技术3.电容 C单位电压下存储的电荷（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号有极性无极性+_Date电工电子技术电容上电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）uiCDate电工电子技术无源元件

7、小结 理想元件的特性 （u 与 i 的关系）LCRDate电工电子技术UR1R2LCR1UR2U为直流电压时, 以上电路等效为注意 L、C 在不同电路中的作用Date电工电子技术1.电压源(二) 有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源 （恒压源） IUS+_abUab伏安特性IUabUS特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变（2）电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大Date电工电子技术恒压源中的电流由外电路决定设: U=10VIU+ _abUab 2R1当R1 、R2 同时接入时： I=10AR2 2例当R1接入时 ： I=5A则：Date电工电子技术

8、RS越大 斜率越大电压源模型伏安特性IU USUIRS +-USRLU = US IRS当RS = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻Date电工电子技术理想电流源 （恒流源)特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏 安 特 性（2）输出电压由外电路决定。2. 电流源Date电工电子技术恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 AR=10 时， U =10 VR=1 时， U =1 V则:例Date电工电子技术ISRSabUabIIsUabI外特性 电流源模型RSRS越大 特性越陡I

9、 = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成当 内阻RS = 时，电流源模型就变成恒流源模型Date电工电子技术恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量U+ _abIUabUab = U （常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI = Is （常数）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 由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向 均由外电路决定Date电工电子技术3.两种电源模型的等效互换 等效互换的条件：当接有同样的负载时，对外的电压电流相等。I = I

10、Uab = Uab即：IRS +-UbaUabISabUabI RSDate电工电子技术等效互换公式 IRS + -U baUab()RIRIRIIUSSsSsab -=-=I = I Uab = Uab若Uab = U IRS 则U IRS = RIRISSs-U = ISRSRS = RS UabISabIRSDate电工电子技术例：电压源与电流源的等效互换举例I2 + -10V baUab5AabI10V / 2 = 5A25A 2 = 10VU = ISRSRS = RS IS = U / RSDate电工电子技术等效变换的注意事项 “等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性

11、一致），对内不等效。(1)IsaRSbUabI RLaUS+ -bIUabRS RLIS = US / RSRS = RS Date电工电子技术注意转换前后 US 与 Is 的方向(2)aUS+ -bI RSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRS bIDate电工电子技术(3)恒压源和恒流源不能等效互换abIUab IsaUS+-bIDate电工电子技术(4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和 RS不一定是电源内阻。Date电工电子技术11 1RUI =33 3RUI =R1 R3IsR2R5R4 I3I1I应 用 举 例-+IsR1U1+-R3R2

12、R5R4I=？U3Date电工电子技术(接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1 R3IsR2R5R4 I3I1IDate电工电子技术454 RRRUUIdd +-=+RdUd+R4U4R5I-(接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131 /RIERRRRRRRIIUSdd=+=Date电工电子技术-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算已知：U1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4，R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A解得：I= 0.2A(负号表示实际方向与假设方向相反)Date电工电子技术-+IsR1U1

13、+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+计算 功率I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VP = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W负号表示输出功率R4=4 IS=3AI= 0.2A恒流源 IS 的功率如何计算 ? PIS= - 33.6WDate电工电子技术10V+-2A2I讨论题哪 个 答 案 对?Date电工电子技术1.1.3 基尔霍夫定律（克希荷夫定律，克氏定律）用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分

14、支回路：电路中任一闭合路径Date电工电子技术支路：共3条回路：共3个节点：a、 b(共2个）例#1#2 #3aI1I2U2+-R1R3R2 +_I3bU1Date电工电子技术I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1 I2I5I6I4-例支路：共 ？条回路：共 ？个节点：共 ？个6条4个独立回路：？个3个 有几个网眼就有几个独立回路Date电工电子技术(一) 克氏电流定律对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间 ，一个节点上电流的代数和为 0。 I1I2I3 I4克氏电流定律的依据：电流的连续性 I =0即：例 或：流入为正流出为负D

15、ate电工电子技术电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0克氏电流定律的扩展I=? I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点Date电工电子技术(二) 克氏电压定律对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其 电位降等于电位升。或，电压的代数和为 0。例如： 回路#1 13311URIRI=+电位降电位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2 +_I3bU1对回路#2： #223322URIRI=+电位升电位降对回路#3： 12211URIRI=+U2电位降电位升#3第3个方程不独立电位降为正电位升为负Date电工电子技术关于独立方程式的讨论问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列 方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2 +_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个 电压方程？Date电工电子技术克氏电流方程：节点a：节点b：独立方程只有 1 个克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只有 2 个aI1I2U2+-R1R3R2 +_I3#1#2#3bU1Date电工电子技术设：电路中有N个节点，B个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小 结独立的节点电流方程