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電 工 學(xué),電工學(xué)研究電工技術(shù)和電子技術(shù) 的理論及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。,電工技術(shù) （上冊）,電子技術(shù) （下冊）,電路分析基礎(chǔ),磁路與電機(jī),模擬電子技術(shù),數(shù)字電子技術(shù),大學(xué)工科各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課 電工理論是在實驗基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科 本課程具有理論與實踐緊密結(jié)合的特點 是后續(xù)專業(yè)課程及以后從事工業(yè)技術(shù)的必要基礎(chǔ),課程的性質(zhì),考核方式,1、平時成績：30,作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)：10,實驗：20,2、期終考試：70,第一章 電路的基本 概念、定律與分析方法,1.1 電路的基本概念,1.2 電路的基本元件,1.3 電路的基本狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值,1.4 電路中電位的概念及計算,1.6 電路的分析方法,1.5 基爾霍夫定律,1.了解電路模型及理想電路元件的意義； 2.理解電壓與電流參考方向的意義；掌握電源 與負(fù)載的判別。 3. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用； 4. 了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的意義； 5. 掌握分析與計算電路中各點電位的方法。,本章要求:,1.1 電路的基本概念,電路：電流所通過的路徑。它是由電路元件按 一定方式組合而成的。,電路的作用一： 實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換,一、電路的組成和作用,電源：將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，或提供電能的裝置。 例如：發(fā)電機(jī)、干電池,負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)換成非電能的裝置，或消耗電能的裝置。 例如：電動機(jī)、電爐、燈,中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載的部分，起傳輸和分 配電能的作用。例如：輸電線路,電路的作用之二：傳遞和處理信號。,電路的組成：電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)三部分,二、 電路模型,理想電路元件：在一定條件下，突出其主要電磁性能， 忽略次要因素，將實際電路元件理想化 （模型化）。 主要有電阻、電感、電容元件、電源元件。 電路模型：由理想電路元件所組成的電路，就是實 際電路的電路模型。,三、 電壓和電流的參考方向,電路中物理量的方向,物理量的方向：,實際方向： 物理中對電量規(guī)定的方向。,參考方向： 在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。,物理量的實際方向,電路分析中的參考方向,問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實際方向，電路如何求解？,電流方向 AB？,電流方向 BA？,(1) 在解題前先設(shè)定一個方向，作為參考方向；,解決方法,(3) 根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向： 若計算結(jié)果為正，則實際方向與假設(shè)方向一致； 若計算結(jié)果為負(fù)，則實際方向與假設(shè)方向相反。,(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；,例,已知：E=2V, R=1 問： 當(dāng)U分別為 3V 和 1V 時，IR=?,E,R,a,b,+,_,(3) 為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上把 I 與 U 的方向 按相同方向假設(shè)。（關(guān)聯(lián)參考方向）,(1) “實際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”則 是人們在進(jìn)行電路分析計算時, 任意假設(shè)的。,(2) 在以后的解題過程中，注意一定要先假定物理量 的參考方向，然后再列方程 計算。 缺少“參考方向”的物理量是無意義的.,四、功率,做功的速率：,關(guān)聯(lián)參考方向下,吸收功率 負(fù)載；,非關(guān)聯(lián)參考方向下,發(fā)出功率 電源,1.1.3/7 圖1.1.9中，哪些元件吸收功率，哪些元件提供功率，并求出吸收與提供的功率大小。,1.2 電路元件,二端元件：,電阻 電感 電容 電壓源 電流源,一、電阻元件 R :（單位：、k、M ）,線性電阻:電阻值與它所通過的電流 和所施加 的電壓無關(guān)。即電阻值固定不變. 也可以說滿足歐姆定律的電阻為線性電阻.,歐姆定律,關(guān)聯(lián)參考方向下,非關(guān)聯(lián)參考方向下,伏 - 安 特性,電導(dǎo),單位S（西門子）,伏 - 安 特性,2.非線性電阻元件,二、電感元件 L：,單位電流產(chǎn)生的磁鏈 （單位：H, mH, H）,1. 電感中電流、電壓的關(guān)系,2. 電感的功率和儲能,關(guān)聯(lián)方向下,三、電容元件 C :,單位電壓下存儲的電荷,（單位：F, F, pF）,1. 電容上電流、電壓的關(guān)系,2. 電容的功率和儲能,關(guān)聯(lián)方向下,無源元件小結(jié),理想元件的特性 （u 與 i 的關(guān)系）,L,C,R,關(guān)聯(lián)參考方向,1.3 電路的基本狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值,伏安特性（外特性）,1.3.1 電源有載工作 （開關(guān)合上）,1. 電壓與電流 關(guān)系,R0R時，UE,單位：w、Kw,式中： PE=EI-是電源產(chǎn)生的功率 P=R0I2-是電源內(nèi)阻上所損耗的功率 P=UI-是電源輸出的功率,2. 功率與功率平衡,3. 額定值與實際值,額定值概念：在實際電路中，電氣設(shè)備的電壓、電流 都有一個額定值，它是制造廠家綜合考慮了用電設(shè)備的 工作能力、運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性及其使用壽命等 命等因素制定的。電路中通常以UN、IN、PN表示。 在使用時，電壓、電流、功率的實際值不一定等于它 們的額定值。,1.3.2. 電源開路（開關(guān)斷開）,I=0 U=U0=E P=0,PE=0 ， P=0,1.3.3. 電源短路,節(jié)點電位的概念：,1.4 電路中電位的概念及計算,電壓的概念：兩點間的電壓就是兩點的電位差,某點電位值是相對的，參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變； 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。,注意：電位和電壓的區(qū)別,Uab=610=60V Uca=204=80V Uda=56=30V Ucb=140V Udb=90V,以a電為參考點 Vv-Va=Uba Vb=Uba=-60V Vc-Va=Uca Vc=Uca=+80V Vd-Va=Uda Vd=Uda=+30V,例,電位在電路中的表示法,參考電位在哪里？,（1）電路中某一點的電位等于該點與參考點（電位為零）之間的電壓。 （2）參考點選的不同，電路中各點的電位值隨著改變，但是任意兩點間的電壓值是不變的。所以各點電位的高低是相對的，而兩點間的電壓是絕對的。,電位小結(jié),1.4.7/20 求開關(guān)斷開和閉合兩種狀態(tài)下A點電位,1.5 基爾霍夫定律（克希荷夫）,支路：ab、ad、 . （共6條）,回路：abda、 bcdb、 . （共7 個）,節(jié)點：a 、 b、c 、d (共4個）,例,1.5.1 基爾霍夫電流定律（KCL方程）,對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為 0。,基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性,或：,電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。,閉合面；I1 +I2=I3,I=0,基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展,I=?,1.5.2 基爾霍夫電壓定律（KVL方程）,對電路中的任一回路，沿任意繞行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降?；颍妷旱拇鷶?shù)和為 0。,例如： 回路 a-d-c-a,即：,或：,或,注：電動勢參考方向與回路繞行方向相同時取正， 否則取負(fù)；電阻電流方向與繞行方向相同是取正， 否則取負(fù)。,基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。,例,+,_,1.6 電路的分析方法,1.6.1 電路的等效化簡,等效的概念,N1和N2等效,電阻串聯(lián),1. 定義: 若干個電阻元件一個接一個順序相連, 并且流過同一個電流。,2. 等效電阻: Req=R1+R2+Rn=,電阻串并聯(lián)的等效變換,3. 分壓公式: 各段電壓降與阻值成正比。,并且P1：P2=R1：R2,I,1. 定義: 若干個電阻都連接到同一對節(jié)點上,并 聯(lián)時各電阻承受同一電壓。,2. 等效電阻:,電阻并聯(lián),3. 分流公式:,即電流分配與電阻成反比.,功率P1:P2=R2:R1,電壓源,伏安特性,電壓源模型,電源的兩種模型：電壓源和電流源。,理想電壓源 （恒壓源）: RO= 0 時的電壓源.,特點：(1）輸出電 壓不變，其值恒等于電動勢。 即 Uab E；,（2）電源中的電流由外電路決定。,恒壓源中的電流由外電路決定,設(shè): E=10V,當(dāng)R1 R2 同時接入時： I=10A,例,電流源,電流源模型,理想電流源 （恒流源): RO= 時的電流源.,特點：（1）輸出電流不變，其值恒等于電 流源電流 IS；,（2）輸出電壓由外電路決定。,恒流源兩端電壓由外電路決定,設(shè): IS=1 A,I,E,R,_,+,a,b,Uab=?,Is,原則：Is不能變，E 不能變。,電壓源中的電流 I= IS,恒流源兩端的電壓,+,_,兩種電源的等效互換,等效互換的條件：對外的電壓電流相等。,I = I Uab = Uab,即：,等效互換公式,I,RO,+,-,E,b,a,Uab,則,+,_,電壓源,等效變換的注意事項,注意轉(zhuǎn)換前后 E 與 Is 的方向,(2),（不存在）,(4),進(jìn)行電路計算時，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RO和 RO不一定是電源內(nèi)阻。,應(yīng) 用 舉 例,(接上頁),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,(接上頁),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,未知數(shù)：各支路電流,解題思路：根據(jù)基爾霍夫定律，列節(jié)點電流 和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解。,1.6.2 支路電流法,解題步驟：,1. 對每一支路假設(shè)一未 知電流（I1-I6）,4. 解聯(lián)立方程組,例1,節(jié)點a：,列電流方程(N-1),節(jié)點c：,節(jié)點b：,節(jié)點d：,b,a,c,d,（取其中三個方程）,列電壓方程(B-N+1),b,a,c,d,是否能少列 一個方程?,N=4 B=6,R6,a,I3s,I3,例2,電流方程,支路電流未知數(shù)少一個：,支路中含有恒流源的情況,N=4 B=6,電壓方程：,I3s,支路電流法小結(jié),解題步驟,結(jié)論與引申,1,2,對每一支路假設(shè) 一未知電流,1. 假設(shè)未知數(shù)時，正方向可任意選擇。,對每個節(jié)點有,1. 未知數(shù)=B，,4,解聯(lián)立方程組,對每個回路有,根據(jù)未知數(shù)的正負(fù)決定電流的實際方向。,3,列電流方程：,列電壓方程：,2. 原則上，有B個支路就設(shè)B個未知數(shù)。,（恒流源支路除外）,例外？,(N-1),2. 獨立回路的選擇：,已有(N-1)個節(jié)點方程，,需補(bǔ)足 B -（N -1）個方程。,一般按網(wǎng)孔選擇,支路電流法的優(yōu)缺點,優(yōu)點：支路電流法是電路分析中最基本的方 法之一。只要根據(jù)基爾霍夫定律、歐 姆定律列方程，就能得出結(jié)果。,缺點：電路中支路數(shù)多時，所需方程的個 數(shù)較多，求解不方便。,支路數(shù) B=4 須列4個方程式,1.6.3 結(jié)點電壓法,節(jié)點電壓方程的推導(dǎo)過程,（以下圖為例）,I1,則：各支路電流分別為 ：,將各支路電流代入A、B 兩節(jié)點電流方程， 然后整理得：,其中未知數(shù)僅有：UA、UB 兩個。,節(jié)點電壓法列方程的規(guī)律,以A節(jié)點為例：,方程左邊：未知節(jié)點的電壓乘上聚集在該節(jié)點上所有支路電導(dǎo)的總和（稱自電導(dǎo)）減去相鄰節(jié)點的電壓乘以與未知節(jié)點共有支路上的電導(dǎo)（稱互電導(dǎo)）,節(jié)點電位法列方程的規(guī)律,以A節(jié)點為例：,方程右邊：與該節(jié)點相聯(lián)系的各有源支路中的電動勢與本支路電導(dǎo)乘積的代數(shù)和：當(dāng)電動勢方向朝向該節(jié)點時，符號為正，否則為負(fù)。,A,B,按以上規(guī)律列寫B(tài)節(jié)點方程：,A,B,節(jié)點電壓法 應(yīng)用舉例（1）,電路中只含兩個 節(jié)點時，僅剩一個未知數(shù)。,則：,設(shè)：,節(jié)點電壓法 應(yīng)用舉例（2）,電路中含恒流源的情況,則：,?,對于含恒流源支路的電路，列節(jié)點電壓方程 時應(yīng)按以下規(guī)則：,線性電路特點：,（1）齊次性：,（2）疊加性：,1.6.4 疊加定理,在多個電源同時作用的線性電路(電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變)中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。,+,內(nèi)容:,I2,I1,A,I2,I1,+,B,I2,R1,I1,E1,R2,A,E2,I3,R3,+,_,+,_,E1,+,B,_,R1,R2,I3,R3,R1,R2,A,B,E2,I3,R3,+,_,例,用疊加原理求： I= ?,I=2A,I“= -1A,I = I+ I“= 1A,應(yīng)用疊加定理要注意的問題,1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、 電流的變化而改變）。,4. 疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來 求功率。如：,I3,R3,例,US,線性無 源網(wǎng)絡(luò),UO,（1）和（ 2）聯(lián)立求解得：,+,_,名詞解釋：,無源二端網(wǎng)絡(luò)： 二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源,有源二端網(wǎng)絡(luò)： 二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源,1.6.5 等效電源定理,電壓源 （戴維南定理）,電流源 （諾頓定理）,無源二端網(wǎng)絡(luò)可化簡為一個電阻,有源二端網(wǎng)絡(luò)可化簡為一個電源,戴維南定理,注意：“等效”是指對端口外等效,等效電源,等效電壓源的內(nèi)阻等于有源 二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò) 的輸入電阻。（有源網(wǎng)絡(luò)變 無源網(wǎng)絡(luò)的原則是：電壓源 短路，電流源斷路）,等效電壓源的電動勢 （E ）等于有源二端 網(wǎng)絡(luò)的開路電壓；,戴維南定理解題的步驟：,（1）將復(fù)雜電路分解為待求支路和有源二端網(wǎng)絡(luò) 兩部分；,（2）畫有源二端網(wǎng)絡(luò)與待求支路斷開后的電路， 并求開路電壓U0 , 則E = U0；,（3）畫有源二端網(wǎng)絡(luò)與待求支路斷開且除源后的 電路，并求無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0；,（4）將等效電壓源與待求支路合為簡單電路，用 歐姆定律求電流。,戴維南定理應(yīng)用舉例（之一）,已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 E=10V 求：當(dāng) R5=10 時，I5=?,等效電路,第一步：求路電壓Uoc,第二步：求輸入電阻 Rd,第三步：求未知電流 I5,時,戴維南定理應(yīng)用舉例（之二）,求：U=?,4 ,4 ,50,5 ,33 ,A,B,1A,RL,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,+,_,第一步：求開路電壓Uoc,_,+,4 ,4 ,50,A,B,+,_,8V,10V,C,D,E,Uoc,1A,5 ,+,_,第二步： 求輸入電阻 Rd,4 ,4 ,50,5 ,A,B,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,Uoc,+,_,等效電路,第三步：求解未知電壓,例 用戴維寧定理求 I 。,解：,諾頓定理,等效電流源 Id 為有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端的短路電流,諾頓定理解題的步驟：,（1）將復(fù)雜電路分解為待求支路和有源二端網(wǎng)絡(luò) 兩部分；,（2）畫有源二端網(wǎng)絡(luò)與待求支路斷開后再短路的 電路，并求短路電流ISC , 則ISC = IS；,（3）畫有源二端網(wǎng)絡(luò)與待求支路斷開且除源后的 電路，并求無源網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0；,（4）將等效電流源與待求支路合為簡單電路，用 分流公式求電流。,諾頓定理應(yīng)用舉例,等效電路,已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 E=10V 求：當(dāng) R5=10 時，I5=?,第一步：求輸入電阻Rd。,R5,I5,R1,R3,+,_,R2,R4,E,第二步：求短路電流 Id,VA=VB Id =0 ?,有源二端網(wǎng)絡(luò),D,R1,R3,+,_,R2,R4,E,A,C,B,等效電路,第三步：求解未知電流 I5。,I5,A,B,Id,24,0.083A,R5,10,Rd,電路分析方法小結(jié),電路分析方法共講了以下幾種：,兩種電源等效互換 支路電流法 節(jié)點電壓法 疊加原理 等效電