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1、( 电 工 学 ),电工与电子技术,主讲：任兆香,电工学是研究电工技术和电子技术理论和应用的技术基础课程。 电工学是非电类专业的一门重要的技术基础课。 电工学是一门实践性很强的课程。,一、 课程的性质和任务： 1、课程的性质：,绪 论,.,近年来，电子技术领域发生了迅猛而巨大的变化，做为其发展基础之一的电工、电子技术在其中起到了重大作用。,2、学习本课程的目的和任务：,获得电工技术和电子技术必要的基本概念、基本理论、基本知识和基本技能培养学生分析问题和解决问题的能力使学生具有将电工和电子技术应用于本专业和发展本专业的一定能力。为学习后续课程和从事工程技术工作、科学研究打下坚实的基础。,因此通过
2、本课程的学习：,电工和电子技术发展十分迅速,应用非常广泛,现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。21世纪将是不同领域的科学技术相互渗透和融合的时代，电工技术与其他学科的结合或向其他学科的渗透,已经或正在促进这些学科的发展并开拓出新的学科领域。在这样的环境下，知识结构和科学文化素质将成为每个人在激烈的社会竞争中能否取得优势的决定性因素。因此,要成为21世纪社会主义现代化建设的高级工程技术人才、高级工程研究人才或高级管理人才，学好电工学是十分必要的。,二、学习本课程的重要性及必要性,1、虽然电子技术发展很快，新的器件、电路日新月异，但其基本理论已经形成了相对稳定的体系。有限的学校教学不可能包
3、罗万象、面面俱到，要把学习重点放在学习、掌握基本概念和基本分析方法上。2、从工程技术的观点出发讨论电路的基本知识、基本原理、定律并运用这些定律定理分析和计算电路。注重基本概念，淡化理论推导和计算技巧。加强应用性，掌握方法。 3、大学生的学习方式: 独立思考-善于提出问题-解决问题-养成理解客观事物的能力和创造能力。4、注重实验课,三、学习中注意的要点,四、课程安排,B类学时数：授课80学时、实验32学时 C类学时数：授课64学时、实验24学时,五、主要参考书1.电工学上下册（第六版）秦曾煌主编 高等教育出版社。,六、考核评价本课程期末考试成绩按80%记分，平时成绩按20%的比例记入该课程的考核
4、成绩。实验课单独记分。,3.电工电子学（第一版）叶挺秀主编 高等教育出版社。,2.电工学简明教程,1.1 电路的作用和组成,1.2 电路的状态,1.3 电路中的参考点,1.4 电路中的参考方向,1.5 理想电路元件,1.6 基尔霍夫定律,1.7 支路电流法,1.8 叠加原理,1.9 等效电源定理,1.10 非线性电阻电路,第1章 直 流 电 路,一、电路的作用：,a、电池：化学能电能 b、电灯：电能 光能c、导线及开关：输送电能,a、热电偶：温差电信号 b、放大电路：电信号的处理 c、导线：传递电信号,以上两种电路的关注点不同：电路1注重电源效率电路2注重信号的快速及准确性,热电偶,1、实现能
5、量的传递和转换,2、实现信号的传递和处理,1.1电路的作用和组成,电路：由实际的电器元件用导线连接形成的电流通路叫电路。,电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。,电源(source)：提供能量或信号.,负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理.,导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.,二、电路的组成:,电路的组成：由电源、中间环节、负载组成。 1、电源： 把其他形式的能量转变成为电能的装 置。提供电压的装置。 2、中间环节： 连接电源与用电设备的金属导线，开关、熔断器等。起沟通电路、输送电能的作用。 3、负载（用电设备）： 把电能转变成其他
6、形式能量的装置如电灯、电铃、电动机、电炉等。,注意：电工学所指负载的大小是指消耗功率的大小,1.2 电路的基本物理量,电路各部分联接成闭合回路（通路），有电流通过。,如果电流的大小为恒值，且方向不变，方向由高电位指向低电位。此时,电路中的物理量,1电流：电流I的大小为单位时间内通过导体横截面的电荷（量）,恒定电流:量值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流(dc或DC)，一般用符号I表示。 时变电流:量值和方向随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。 交流电流:量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流,简称为交流(ac或AC)。,与电流有关的几个名词,
7、2. 电压 (voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB 等于将点电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电荷q的比值，即,单位：V (伏) (Volt，伏特),当把点电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功，此时可等效视为电场力做了负功WAB，则B到A的电压为:,电能转化成其它形态能,恒定电压：量值和方向均不随时间变化的电压，称为恒定电压或直流电压，一般用符号U表示。时变电压： 量值和方向随时间变化的电压，称为时变电压,一般用符号u表示。交流电压:量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电压，称为交流电压。,与电压有关的几个名词,参考点的电位则为零，所以参考点也称为
8、零电位点。,电位用Vx表示，单位与电压相同，也是V(伏)。,设c点为电位参考点，则 Vc=0,Va=Uac， Vb=Ubc， Vd=Udc,3.电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为 参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的 电位。,讨论两点间电压与电位的关系：,仍设c点为电位参考点， Vc=0,Uac = Va ， Udc = Vd,Uad= Uac+Ucd =UacUdc= VaVd,前例：,结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。,例 ：,1.5 V,1.5 V,已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V,求各点电位及Uac,(1) 以a点为参考点，Va=0,Uab
9、= VaVb Vb = Va Uab= 1.5 V,Ubc= VbVc Vc = Vb Ubc= 1.51.5= 3 V,Uac= VaVc = 0 (3)=3 V,(2) 以b点为参考点，Vb=0,Uab= VaVb Va = Vb +Uab= 1.5 V,Ubc= VbVc Vc = Vb Ubc= 1.5 V,Uac= VaVc = 1.5 (1.5) = 3 V,结论:电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位将改变，但任意两点间电压保持不变。,Va = 5V,a 点电位：,Vb = -5V,b 点电位：,电位的计算,例1,电位值是相对的,参考点选得不同，电路
10、中其它各点的电位也将随之改变。电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。,电位和电压的区别:,4. 电动势(eletromotive force)：局外力克服电场力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所作的功称为电源的电动势。,E 的单位与电压相同，也是 V (伏),* 电场力把单位正电荷从A移到B所做的功(UAB)，与外力克服电场力把相同的单位正电荷从B经电源内部移向A所做的功(EBA)是相同的，所以UAB = EBA,电压UAB 表示电位降，,电动势EBA表示电位升，,所以,根据能量守恒定律,电动势E 是衡量电源力对电荷做功能力的物理量。,电源中的局外力（即非电场力）将单位正
11、电荷从电源的负极移至电源的正极所转换而来的电能称为电源的电动势。电动势E是衡量电源力对电荷做功能力的物理量，电动势的实际方向规定为电位升高的方向，即从低电位点指向高电位点。 电源端电压US=E，电压也常被称为电位差或电压降。 负载端电压UL=IRL(V),5 .功率：P=W/t=IUL(W)电源产生的电功率PE=EI电源输出的电功率PS=USI负载消耗的电功率PL=ULI,6 .电能：W=ULIt(J),一般忽略导线和电源内阻,物理量的单位与实际方向,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P IN ，P PN (设备易
12、损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),注意：负载的实际电压、电流值不要超过负载的额定电压、电流值。,二、开路,当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为开路。,开路的特点:,图 1.3.2 开路,图 1.3.3 开路的特点,1.3 电路的状态,一、通路（略）,三、短路,当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部分电路的状态称为短路。,I 视电路而定,U 0,短路的特点:,图 1.3.4 短路,图 1.3.5 短路的特点,1.4 电路中的参考方向,
13、习惯上把正电荷移动的方向规定为电流方向(实际方向)。在分析电路时，往往不能事先确定电流的实际方向，而且时变电流的实际方向又随时间不断变动，不能够在电路图上标出适合于任何时刻的电流实际方向。为了电路分析和计算的需要，我们任意规定一个电流参考方向，用箭头标在电路图上。据此运算后若电流为正值，电流实际方向与参考方向相同；若电流为负值，电流实际方向与参考方向相反。根据电流的参考方向以及电流量值的正负，就能确定电流的实际方向。,讨论参考方向的意义（以电流为例）:,一、电压、电流的参考方向 (reference direction),1. 电流的参考方向,元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能:,实际
14、方向,实际方向,参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。,大小(数值),方向(正负),电流(代数量),电流参考方向的两种表示:, 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。, 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B。,i 0,i 0,电流的参考方向与实际方向的关系：,2. 电压(降)的参考方向,+,+,U, 0,U,电压参考方向的三种表示方式：,(1) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向,(2) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 (降)的参考方向,(3) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向,U,A,B,UAB,注意：在参
15、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 。,若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。,对任何电路进行分析时，应先标出各处的电压、电流的参考方向。,小结：,(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。未指定参考方向时，实际方向不能定。,(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。,+,R,u,u = 2V,R,u,u = 2V,(3) 对同一电路的某一元件参考方向不同，则变量符号不同；实际方向、变量绝对值相同。,二、关联参考方向,负载,对于某一负载： 选择元件上的电压与电流关系,图a 为关联参考方向,图b 为非关联参考方向,对于负载如果电流的参考方向是从电压的“”极流入、从电压的“-”极流出，则称其电压和电流参考方向为关联参考方向，否则称为非关联参考方向,如：,与规定的参考方向一致情况下欧姆定律的写法：,I与U的参考方向一致,U = IR,I与U的参考方向相反,U = IR,注意：,用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向,
