注册电气工程师-电子电工技术

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1、注册培训 电工电子技术,1电场与磁场,1.1 库仑定律 1.2 高斯定理 1.3 环路定律 1.4 电磁感应定律,1.1 库仑定律,处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。同性电荷相互排斥，而异性电荷相互吸引。,电荷 q1 对 q2 的作用力,电荷 q1 对 q2 的作用力,是新引进的另一基本常数，称为真空中的电容率（介电常数），其精确值和单位是,电场强度,1.2 高斯定理,穿过静电场中任一闭合面的电通量 ，等于包围在该闭合面内所有电荷之代数和 的 倍，而与闭合面外的电荷无关。这一

2、结论称为真空中静电场的高斯定理。,电通量,1.3 环路定律,静电场中场强 的环流恒等于零。这一结论是电场力作功与路径无关的必然结果，称为静电场的环路定理。,静电场的高斯定理和环路定理是描述静电场规律的两条基本定理。高斯定理指出静电场是有源的；环路定理指出静电场是有势的，并且是一种保守力场。因此，要完全地描述一个静电场，必须联合运用这两条定理。用环路定理可以证明，静电场中的电场线不能形成闭合曲线。,1.4 电磁感应定律,不论任何原因，当穿过闭合导体回路所包围面积的磁通量 发生变化时，在回路中都会出现感应电动势 , 而且感应电动势的大小总是与磁通量对时间 t 的变化率 成正比。,1该公式是针对单匝

3、回路而言的，如果导体回路是由N匝线圈绕制而成的，且穿过每匝线圈的磁通量均相同，都为 ，则公式中的磁通量 就应该用磁链 来表示，因此，对 N 匝线圈的感应电动势的计算，应该用下面的表示式,2电磁感应定律中的负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化状况的关系，是楞次定律的数学表示，是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。 因此，如何正确理解和运用上式中的负号，来判断感应电动势的方向，是掌握好法拉第电磁感应定律的一个重要方面。,真题练兵：,设真空中点电荷+q1和点电荷+q2相距2a，且 q2= 2q1，以+q1为中心，a为半径形成封闭球面，则通过该球面的电通量为： （A）3 q1 （B）2 q1 （C）

4、q1 （D）0,答案： （C）,结 束,2 电路知识,2.1 电路基本元件 2.2 欧姆定律 2.3 基尔霍夫定律 2.4 叠加原理 2.5 戴维南定理,预备知识： 电路的基本概念 1、电路的组成 2、电压电流的方向,电路的定义和组成：,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。,电路的组成：电源、负载、中间环节三部分。,电源：将非电能转换成电能的装置， 例如：发电机、干电池,负载：将电能转换成非电能的装置， 例如：电动机、电炉、灯,中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路,电路中电流、电压的方向,电压和电流方向：,实际方向：

5、物理中对电量规定的方向。,参考方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。,物理量的实际方向,电路分析中的正方向（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？,(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；,例,已知： UE =2V, R=1 问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?,UE,IR,R,a,b,+,

6、_,UE,IR,R,a,b,+,_,(3) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设。,(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则 是人们在进行电路分析计算时, 任意假设的。,(2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量 的参考方向，然后再列方程 计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,任意指定一个方向作为电流的方向。 把电流看成代数量。 若： 电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值； 电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。,2、参考方向：,1、实际方向： 正电荷运动的方向。,（一）电流,小结：电流和电压的参考方向,3、电

7、流参考方向的表示方法,箭头或双下标,（二）电压,1、实际方向： 高电位指向低电位的方向。 2、参考方向： 任意选定一个方向作为电压的方向。 当电压的参考方向和它的实际方向一致时，电压为正值； 反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。,正负号,UAB （高电位在前，低电位在后）,双下标,箭 头,3、电压参考方向的表示方法：,UAB=,A- B,电流的参考方向与电压 的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向; 否则为非关联参考方向。,三、关联参考方向,1、“实际方向”是物理中规定的， 而“参考方向”是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。 2、在以后的解题过程中

8、，注意一定要 先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)， 然后再列方程计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的。,注意,电源与负载性质的判别,电源：和的实际方向相反。 电流从电源“+”端流出，发出功率。 负载：和的实际方向相同。 电流从电源“+”端流入，取用功率。,由电压电流的实际方向判别,2.1 电路基本元件,电阻元件 电容元件 电感元件 补充：电压源和电流源 受控电源,电阻元件,一、欧姆定律 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成： u=iR,在电压和电流的关联方向下 u=iR,在电压和电流非关联方向下 u= - iR,二、电

9、阻元件的伏安特性 以电压和电流为坐标， 画出电压和电流的关系曲线。,电容元件,一、电容的定义,二、电容的特性方程,三、电容元件储存的能量,电容元件在任何时刻t 所储存的电场能量,一、电感元件的特性方程,二、电感元件储存的磁场能量,电感元件,（1）模型 （2）等效变换关系,电压源和电流源,伏安特性,1、标准电压源模型,电压源,2、理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.,特点：(1）输出电 压不变，其值恒等于电动势。 即 Uab E；,（2）电源中的电流由外电路决定。,i = 0,3、理想电压源的不同状态,空载,有载,4、特殊情况,电压为零的电压源相当于短路。,恒压源中的电流由外电路决

10、定,设: E=10V,当R1 R2 同时接入时： I=10A,例,恒压源特性中不变的是：_,E,恒压源特性中变化的是：_,I,_ 会引起 I 的变化。,外电路的改变,I 的变化可能是 _ 的变化， 或者是_ 的变化。,大小,方向,+,_,I,恒压源特性小结,E,Uab,a,b,R,1、标准电流源模型,电流源,2.理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源.,特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS；,（2）输出电压由外电路决定。,短路,有载,4、特殊情况,电流为零的电流源相当于开路。,3、电流源的不同状态,恒流源两端电压由外电路决定,设: IS=1 A,恒流源特性小结,恒流源特

11、性中不变的是：_,Is,恒流源特性中变化的是：_,Uab,_ 会引起 Uab 的变化。,外电路的改变,Uab的变化可能是 _ 的变化， 或者是 _的变化。,大小,方向,I,E,R,_,+,a,b,Uab=?,Is,原则：Is不能变，E 不能变。,电压源中的电流 I= IS,恒流源两端的电压,恒压源与恒流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab 无影响。,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,受控电源,一、电源的分类,电源,独立电源,受控

12、源,、电压控制电压源(VCVS),2、电压控制电流源(VCCS),二、受控 源 的类型,3、电流控制电压源(CCVS),4、电流控制电流源（CCCS）,受控源分类,注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明 参考方向。,1.内容：流过电阻R的电流与电阻两端的电压U成正比。,2.表达式：,2.2 欧姆定律,I与 U 的方向不一致,（2）,（3）“+”“-”号的含义：式中“+”“-”号是对 电压电流参考方向是否一致而言；同时，I、U 本身数值也有“+”“-”号之分，是由物理量 所设参考方向与实际方向是否一致决定。,广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律),当 UabE 时， I 0 表明方向

13、与图中参考方向一致 当 UabE 时， I 0 表明方向与图中参考方向相反,电路元件U、I之间函数关系，表现在直角坐标系中.,线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。,伏安特性曲线,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括电流和电压两个定律。,名词注释：,2.3 基尔霍夫定律,支路：ab、ad、 . （共6条）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）,节点：a、 b、 . (共4个）,例,1 KCL电流定律（节点电流定律）,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。,KCL电流定律的依据：电流的连续性,例

14、,或：,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,KCL电流定律的扩展广义节点,I=?,2 KVL电压定律回路电压定律,对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。,例如： 回路 a-d-c-a,即：,或：,推广：KVL电压定律也适合开口电路。 注意：电路开口，但电压回路闭合。,例,1,+,+,-,-,3V,4V,1,+,-,5V,I1,I2,I3,2.4 叠加定理,一、内容 在线性电阻电路中，任一支路电流（或支路电压）都是电路中各个独立电源单独作用时在该支路产生的电流（或电压）之叠加。 二、说明 1、叠加定理适用于线性电路，不

15、适用于非线性电路； 2、叠加时，电路的联接以及电路所有电阻和受控源都不予更动。,+,例,叠加原理用求： I= ?,I=2A,I“= -1A,I = I+ I“= 1A,应用叠加定理要注意的问题,1. 迭加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、 电流的变化而改变）。,4. 迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如：,I3,R3,补充 说明,若 E1 增加 n 倍，各电流也会增加 n 倍。,显而易见：,例,（1）和（ 2）联立求解得：,名词解释：,无源二端网络： 二端网络中没有电源,有源二端网络： 二端网络中含有电源,2.5 等效电源定理-戴维南定理,等效电源定理的概念,有源二端网络用电源模型替代，便为等效 电源定理。,1 戴维南定理,注意：“等效”是指对端口外等效,等效电压源的内阻等于有源 二端网络相应无源二端网络 的输入电阻。（有源网络变 无源网络的原则是：电压源 短路，电流源断路）,等效电压源的电动势 （Ed ）等于有源二端 网络的开端电压；,有源 二端网络,R,A,B,Ed,Rd,+,_,R,A,B,戴维南定理应用举例（之