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文檔簡介

1、1電電 工工 學學李志輝李志輝電電 氣氣 工工 程程 學學 院院2 電工學課程是為電工學課程是為非電專業(yè)非電專業(yè)開設的一門技術基礎課程。開設的一門技術基礎課程。它的側重點在于用它的側重點在于用電磁理論電磁理論來研究工程技術領域中所要用來研究工程技術領域中所要用到的與電有關的方向的一些問題,也是現(xiàn)代科學技術的基到的與電有關的方向的一些問題,也是現(xiàn)代科學技術的基礎之一。電工學包括電工技術和電子技術,礎之一。電工學包括電工技術和電子技術,理論性和實踐理論性和實踐性結合性結合非常密切。非常密切。 課程的性質(zhì):課程的性質(zhì):前前 言言3 課程的主要任務是:課程的主要任務是: 使學生獲得電工與電子技術的基本

2、概念、基本原使學生獲得電工與電子技術的基本概念、基本原理、基本分析方法和基本技能,培養(yǎng)學生分析問題和理、基本分析方法和基本技能,培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。了解電工電子技術的發(fā)展與應用,解決問題的能力。了解電工電子技術的發(fā)展與應用,拓寬知識面,為以后的學習、創(chuàng)新和科學研究工作打拓寬知識面,為以后的學習、創(chuàng)新和科學研究工作打下扎實的理論和實踐基礎。下扎實的理論和實踐基礎。4n按要求參加實驗,培養(yǎng)良好的實驗素質(zhì)按要求參加實驗,培養(yǎng)良好的實驗素質(zhì)n注重實踐技能的培養(yǎng)注重實踐技能的培養(yǎng)n掌握常用實驗儀器的功能及使用方法掌握常用實驗儀器的功能及使用方法n理論與實踐相結合,互相促進,全面提高理論與實

3、踐相結合,互相促進,全面提高n及時完成實驗報告及時完成實驗報告n理解基本概念、基本理論和分析方法理解基本概念、基本理論和分析方法n學用結合,舉一反三,融會貫通學用結合,舉一反三,融會貫通n處理好課上課下、復習與習題的關系處理好課上課下、復習與習題的關系n每周交每周交1次作業(yè)次作業(yè)n及時提問,獨立完成作業(yè)及時提問,獨立完成作業(yè)n完整掌握課程體系,培養(yǎng)自學能力完整掌握課程體系,培養(yǎng)自學能力 課程的學習課程的學習51. 掌握掌握電路電路的基本原理、分析方法及特點。的基本原理、分析方法及特點。2.了解了解變壓器變壓器的原理及特點。的原理及特點。 3. 學習學習電動機電動機的基本原理和的基本原理和電氣自

4、動控制電氣自動控制技術。技術。4. 了解常用電工了解常用電工電子元件及電子器件電子元件及電子器件的結構、原理、特性。的結構、原理、特性。 掌握基本掌握基本電子電路電子電路的組成、特點及分析方法。的組成、特點及分析方法。 課程的內(nèi)容課程的內(nèi)容6n邱關源主編,電路,高等教育出版社邱關源主編,電路,高等教育出版社n秦曾煌主編,電工學上下冊(第六版)高等教育秦曾煌主編,電工學上下冊(第六版)高等教育出版社出版社 參考用書:參考用書:7第一章第一章 直流電路直流電路8 本章是在物理學的基礎上,從工程技術的本章是在物理學的基礎上,從工程技術的觀點出發(fā),著重討論電路的觀點出發(fā),著重討論電路的基本知識、基本定

5、基本知識、基本定律和定理律和定理,以及,以及應用這些定律和定理分析和計應用這些定律和定理分析和計算直流電路的方法算直流電路的方法。這些方法只要稍加擴展,。這些方法只要稍加擴展,原則上也適用于交流電路的分析和計算,同時原則上也適用于交流電路的分析和計算,同時也是今后分析電子電路的重要基礎。也是今后分析電子電路的重要基礎。前前 言言9 1.1 1.1 電路的作用和組成電路的作用和組成 1.2 1.2 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) 1.3 1.3 電路中的參考點電路中的參考點 1.4 1.4 電路中的參考方向電路中的參考方向 1.5 1.5 理想電路元件理想電路元件 1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律

6、 1.7 1.7 支路電流法支路電流法 1.8 1.8 疊加定理疊加定理 1.9 1.9 等效電源定理等效電源定理 1.101.10非線性電阻電路非線性電阻電路101.1 1.1 電路的作用與組成電路的作用與組成u 電路或網(wǎng)絡:電路或網(wǎng)絡:是電流流通的是電流流通的路徑路徑。是為了實現(xiàn)能量。是為了實現(xiàn)能量的輸送和轉換,或者實現(xiàn)信號的傳遞和處理,由某些電氣設的輸送和轉換,或者實現(xiàn)信號的傳遞和處理,由某些電氣設備和元器件按一定方式組合后的總稱。備和元器件按一定方式組合后的總稱。u 電路的作用:電路的作用: 實現(xiàn)能量的輸送和轉換;實現(xiàn)能量的輸送和轉換;導線開關電池燈泡11電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電機升

7、壓升壓變壓變壓器器降壓降壓變壓變壓器器電燈電燈電動機電動機電爐電爐電力系統(tǒng)電路示意圖電力系統(tǒng)電路示意圖輸電線輸電線12 實現(xiàn)信號的傳遞和處理。實現(xiàn)信號的傳遞和處理。擴音器擴音器v聲音信號聲音信號v圖象信號圖象信號v測量信號或控制信號測量信號或控制信號放放大大器器話筒話筒揚聲器揚聲器1314計算機的聲卡計算機的聲卡15v電源電源v負載負載v中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 將電能轉換為非電形態(tài)的能量的將電能轉換為非電形態(tài)的能量的用電用電設備。設備。u 電路的基本組成部分:電路的基本組成部分: 將非電形態(tài)的能量轉換為電能的將非電形態(tài)的能量轉換為電能的供電供電設備。設備。 溝通電路、輸送電能的作用。溝通電路、輸送電

8、能的作用。16電源電源: 提供提供電能的設備電能的設備負載負載: 取用取用電能的設備電能的設備中間環(huán)節(jié):中間環(huán)節(jié):傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線17信號處理:信號處理:放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負載負載信號源信號源: 提供信息提供信息放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒 電源或信號源的電壓或電流稱為激勵,它推動電路電源或信號源的電壓或電流稱為激勵,它推動電路工作;由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應。工作;由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應。18v內(nèi)電路內(nèi)電路 電源本身的電流通路

9、稱為內(nèi)電路。電源本身的電流通路稱為內(nèi)電路。 電源以外的電流通路稱為外電路。電源以外的電流通路稱為外電路。發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓變壓器器降壓降壓變壓變壓器器電燈電燈電動機電動機電爐電爐輸電線輸電線放放大大器器話筒話筒揚聲器揚聲器v外電路外電路信號源信號源(電源)(電源)19 電路中的電流是隨時間按正弦規(guī)律變化的交電路中的電流是隨時間按正弦規(guī)律變化的交流電流。流電流。 電路中的電流是不隨時間變化的直流電流。電路中的電流是不隨時間變化的直流電流。v直流電路直流電路v交流電路交流電路u 電路的模型:電路的模型:R+_導線開關電池燈泡電路實體電路實體電路模型電路模型20 實現(xiàn)信號的傳遞和處理。實現(xiàn)信號

10、的傳遞和處理。擴音器擴音器v聲音信號聲音信號v圖象信號圖象信號v測量信號或控制信號測量信號或控制信號放放大大器器話筒話筒揚聲器揚聲器21u電路元件的理想化電路元件的理想化 在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì),忽略其次要因在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì),忽略其次要因素,把它近似地看作理想電路元件。素,把它近似地看作理想電路元件。u為什么電路元件要理想化為什么電路元件要理想化? ? 便于對實際電路進行分析和用數(shù)學描述,將實際元件理便于對實際電路進行分析和用數(shù)學描述,將實際元件理想化(或稱模型化)。想化(或稱模型化)。手電筒的電路模型手電筒的電路模型UI開關開關ER0R干電池干電池電珠電珠221

11、.21.2 電路的狀態(tài)一、通路:一、通路: 當開關閉合,電源與負載接通,電路處于當開關閉合,電源與負載接通,電路處于通路通路狀態(tài),而電源此時的狀態(tài)稱為狀態(tài),而電源此時的狀態(tài)稱為有載有載。R+_導線開關電池燈泡R+_23R+_abSIab1、電流、電流tQI 直流:直流:dtdqi 交流:交流:電荷有規(guī)則的定向運動電荷有規(guī)則的定向運動實際方向?qū)嶋H方向:正電荷移動的方向正電荷移動的方向單位單位:安培安培(A) 毫安毫安(mA)、 微安微安( A)大小大小:單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量稱為電流強度簡稱電流。荷量稱為電流強度簡稱電流。Q Q單位為庫侖(單位為庫侖(C C

12、), ,t t單位為秒(單位為秒(s s)I24 為衡量電場力對電荷作功的能力,引入一新的為衡量電場力對電荷作功的能力,引入一新的物理量物理量電壓電壓 大小大?。篴、b兩點間電壓兩點間電壓 Uab 在數(shù)值上等于電場在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從某一高電位處力把單位正電荷從某一高電位處a點移到另一點移到另一低電位處低電位處b點時所作的功。點時所作的功。 方向方向:規(guī)定由高電位指向低電位的方向即:規(guī)定由高電位指向低電位的方向即電壓降電壓降的方向的方向為電壓的正方向。為電壓的正方向。 單位單位:伏特:伏特(V) 千伏千伏(kV) 毫伏毫伏(mV)2、電壓、電壓IUab+_abSU電源的端電壓電源的

13、端電壓 LU負載的端電壓負載的端電壓 U直流:直流:u交流:交流:25 有另一種力去克服電場力而使有另一種力去克服電場力而使b端的正端的正電荷移至電荷移至a端。端。IEabUab+_ab3、電動勢、電動勢E直流:直流:e交流:交流:單位單位:電動勢與電壓的單位相同,為伏特:電動勢與電壓的單位相同,為伏特(V) 方向方向:電動勢的實際方向是由低電位端指向:電動勢的實際方向是由低電位端指向高電位端即高電位端即電位升高電位升高的方向。的方向。大小大?。弘妱觿荩弘妱觿軪ab的數(shù)值等于電源中的局的數(shù)值等于電源中的局外力(即非電場力)將單位正電荷從電源外力(即非電場力)將單位正電荷從電源負極低電位負極低電

14、位b端移至電源正極高電位端移至電源正極高電位a端時端時所轉換而來的電能。所轉換而來的電能。26由由歐姆定律歐姆定律可列上圖的電流可列上圖的電流RREI0負載電阻兩端電壓負載電阻兩端電壓RIU IREU0UEOI電源的外特性曲線電源的外特性曲線當當R R0 0R R時時EU 由上兩式得由上兩式得ER0+U-RIabdc274 4、功率與功率平衡、功率與功率平衡 IUP 功率功率: :單位時間內(nèi)所轉換的電能稱為電功率簡稱為功率。單位時間內(nèi)所轉換的電能稱為電功率簡稱為功率。W W為瓦為瓦 特特 kWkW為千瓦為千瓦 設電路任意兩點間的電壓為設電路任意兩點間的電壓為 U U , ,流入此部分電路的電流

15、流入此部分電路的電流為為 I I, 則這部分電路消耗的功率為則這部分電路消耗的功率為: : 與與 的乘積等于電源產(chǎn)生的電功率。的乘積等于電源產(chǎn)生的電功率。IE 與與 的乘積等于電源輸出的電功率。的乘積等于電源輸出的電功率。IU 與與 的乘積等于負載消耗的電功率。的乘積等于負載消耗的電功率。IULEIPEUIP IUPLL28 功率平衡功率平衡:一個完整的電路中電源產(chǎn)生的電功率應該:一個完整的電路中電源產(chǎn)生的電功率應該等于電路各部分消耗的電功率之和。電源輸出的電功率應等于電路各部分消耗的電功率之和。電源輸出的電功率應該等于外電路中各部分消耗的電功率之和。該等于外電路中各部分消耗的電功率之和。電源

16、輸出電源輸出的功率的功率電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源產(chǎn)生電源產(chǎn)生的功率的功率IRERIU0IRUE020IRUIEIPE2RIUIP202IRRIPPPE20IRP2RIP負載電阻消耗負載電阻消耗的功率的功率29解解(1)(1)電源電源: :負載負載: :如圖,如圖,U220220V,I5 5A,內(nèi)阻,內(nèi)阻R0101R02020.60.6 (1) (1)求電源的電動勢求電源的電動勢E1 1和負載的反電動勢和負載的反電動勢E2 2;(2)(2)試說明功率的平衡試說明功率的平衡例題例題1.11.1IREUEU01111V22356 . 0220011IRUEIREUEU02222V2175

17、6 . 0220022IRUE30(2 2)功率的平衡功率的平衡等號兩邊同乘以等號兩邊同乘以I 得得IRIREE010221201202211IRIRIEIEPE由由(1 1)中兩式中兩式IREUEU01111IREUEU02222得得122PPPEW1115151510851EP負載取用負載取用功率功率電源產(chǎn)生電源產(chǎn)生的功率的功率負載內(nèi)阻負載內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源輸出電源輸出的功率的功率22PPUIPEW1100151085W1556 . 0W1556 . 0W1085521721222PPPE31解解A273.022060UPI806273.0220IUR

18、來計算和或可用PURIPR22已知:已知:有一有一220V 60W的電燈,接在的電燈,接在220V的電源上,的電源上,求通過電燈的求通過電燈的電流電流和電燈在和電燈在220V電壓下工作時電壓下工作時電阻電阻如每晚用如每晚用3 3小時,問一個月消耗小時,問一個月消耗電能電能多少?多少?例題例題1.21.2325 5、電能、電能 電能電能: :在時間在時間t t內(nèi)轉換的電功率稱為電能。內(nèi)轉換的電功率稱為電能。在直流電路中電能用在直流電路中電能用W W表示:表示: WP t 工程上常用電能的計量單位為千瓦時(工程上常用電能的計量單位為千瓦時(kWkWh h),1,1千瓦千瓦時即時即1 1度電,它與焦

19、的換算關系為:度電,它與焦的換算關系為:61kW h3.6 10 J 一個月的用電量一個月的用電量: :WPt360 103 305.4kWh 電能單位是焦耳(電能單位是焦耳(J J)33額定值:額定值: 是制造廠商為了使產(chǎn)品能在給定的是制造廠商為了使產(chǎn)品能在給定的條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值。條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值。 額定額定狀態(tài):實際值狀態(tài):實際值等于等于額定值的電氣設備的工作狀態(tài)。額定值的電氣設備的工作狀態(tài)。 過載過載:實際值:實際值大于大于額定值的電氣設備的工作狀態(tài)。額定值的電氣設備的工作狀態(tài)。 欠載欠載:實際值:實際值小于小于額定值的電氣設備的工作狀態(tài)。額定值的電氣設備

20、的工作狀態(tài)。電氣設備的銘牌電氣設備的銘牌 電氣設備或元器件的標定值通常標注在其銘牌上或記電氣設備或元器件的標定值通常標注在其銘牌上或記載在說明書中,這些標定值都是給定的額定值,如載在說明書中,這些標定值都是給定的額定值,如UN表示表示額定電壓、額定電壓、IN表示額定電流、表示額定電流、PN表示額定功率表示額定功率。 在在使用電氣設備或元器件時不得超過其額定值使用電氣設備或元器件時不得超過其額定值,以免,以免影響其正常使用甚至使其遭到損壞。影響其正常使用甚至使其遭到損壞。 注意:注意:電氣設備工作時的實際值不一定都等于其額定電氣設備工作時的實際值不一定都等于其額定值,要能夠加以區(qū)別。值,要能夠加

21、以區(qū)別。 34解解A105005RPI在使用時電壓不得超過在使用時電壓不得超過 URI5000.150V已知:有一額定值為已知:有一額定值為5W 500 的線繞電阻,的線繞電阻,問其額定電流?在問其額定電流?在使用時使用時電壓不得超過多大?電壓不得超過多大?例題例題1.31.335ER0+U-RIabdc二、開路:二、開路:特征:特征:I0 當某一部分電路與電源斷開,該部分電路中沒有電流,當某一部分電路與電源斷開,該部分電路中沒有電流,亦無能量的輸送和轉換,這部分電路所處的狀態(tài)稱為亦無能量的輸送和轉換,這部分電路所處的狀態(tài)稱為開路開路。有有源源電電路路U視電視電路而定路而定EUUO0P36ER

22、0+U-RIabdc三、短路:三、短路:特征:特征:U0 當某一部分電路的兩端用電阻可以忽略不計的導線當某一部分電路的兩端用電阻可以忽略不計的導線或者開關連接起來,使得該部分電路中的電流全部被導或者開關連接起來,使得該部分電路中的電流全部被導線或開關所旁路,這部分電路所處的狀態(tài)稱為線或開關所旁路,這部分電路所處的狀態(tài)稱為短路或者短路或者短接短接。I視電路而定視電路而定有有源源電電路路U 00REIIs20IRPPE0P37ER0+U-RIabdc閉合閉合有載有載斷開斷開空載空載短接短接短路短路電源狀態(tài)電源狀態(tài)2、電源處于短路狀態(tài)一般不能稱為短接。、電源處于短路狀態(tài)一般不能稱為短接。 1、電源處

23、于有載狀態(tài)時負載的大小和增減是指負、電源處于有載狀態(tài)時負載的大小和增減是指負載消耗的電功率的大小和增減。載消耗的電功率的大小和增減。注意:注意:38分析與思考分析與思考1.2.1.2.(1 1)某負載為一可變電阻器,由電壓一定的蓄電池供)某負載為一可變電阻器,由電壓一定的蓄電池供電,當負載電阻增加時,該負載是增加了?還是減小了?電,當負載電阻增加時,該負載是增加了?還是減小了? 答:負載的大小和增減是指負載消耗的電功率的大答:負載的大小和增減是指負載消耗的電功率的大小和增減。小和增減。 負載消耗的電功率負載消耗的電功率P=U2/RL, ,蓄電池電壓一定即式中蓄電池電壓一定即式中U不變,當不變,

24、當RL增加時,增加時,P 減小,故該負載減小了。減小,故該負載減小了。391.2.1.2.(2 2)某電源的電動勢為)某電源的電動勢為E, ,內(nèi)電阻為內(nèi)電阻為R0 0, ,有載時的電流有載時的電流為為I, ,試問該電源有載時和空載時的電壓和輸出的電功率是試問該電源有載時和空載時的電壓和輸出的電功率是否相同否相同, ,若不相同若不相同, ,各應等于多少各應等于多少? ?答:該電源有載時如圖(答:該電源有載時如圖(a)a)E+_IR0RU+_(a)E+_I=0R0U(b)+_空載時如圖(空載時如圖(b)b)可見電源有載和空載時的電壓和輸出的電功率不相同??梢婋娫从休d和空載時的電壓和輸出的電功率不相

25、同。輸出電壓輸出電壓UER0I輸出功率輸出功率PUI輸出電壓輸出電壓UE輸出功率輸出功率P0不變不變電源輸出電流電源輸出電流I0401.2.1.2.(3 3)圖示電路中的電源短)圖示電路中的電源短路時路時, ,是燒壞電源還是燒壞照明是燒壞電源還是燒壞照明燈燈? ?S2S1答:燒壞電源。因為這時所有負載均被短路,電流不通答:燒壞電源。因為這時所有負載均被短路,電流不通過負載,外電路的電阻可視為零,回路中僅有很小的電過負載,外電路的電阻可視為零,回路中僅有很小的電源內(nèi)阻,故會有很大的電流通過電源,將電源燒壞。源內(nèi)阻,故會有很大的電流通過電源,將電源燒壞。411.3 1.3 電路中的參考點電路中的參

26、考點l電路中,常將電路中的某一點選為電路中,常將電路中的某一點選為參考點參考點,并,并規(guī)定該點的電位為零規(guī)定該點的電位為零,參考點也稱為參考點也稱為零電位點零電位點。l電路中其它任一點與參考點之間的電壓就是該電路中其它任一點與參考點之間的電壓就是該點的點的電位電位。l電壓一般采用雙下標表示電壓一般采用雙下標表示 : Uab 電位一般采用單下標表示電位一般采用單下標表示 : Val各點的電位只有在參考點選定以后才有確定的各點的電位只有在參考點選定以后才有確定的數(shù)值數(shù)值電位的單值性電位的單值性。42E1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A Uab61060VUca20480VUda

27、5630VUcb140VUdb90VE1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A 設設 則則VbVaUba Vb60VVcVaUca Vc80VVdVaUda Vd30V0Va43E1=140V4A6A520abcdE290V10A 設設 則則Va=Uab=60VVc=Ucb=140VVd=Udb=90V結論:結論:(1 1)電路中某一點的電位等于該點與參考點)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(電位為零)之間的電壓 (2 2)參考點選得不同,電路中各點的電位值隨著)參考點選得不同,電路中各點的電位值隨著 改變,但是任意兩點間的電位差是不變的。改變,但是任意

28、兩點間的電位差是不變的。各點電位的高低是各點電位的高低是相對相對的,而兩點間電位的的,而兩點間電位的差值是差值是絕對絕對的。的。注:注:0bV44電位在電路中的表示法:電位在電路中的表示法:E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2acb45R1R2+15V-15V 參考電位在哪里參考電位在哪里?R1R215V+-15V+-46解解 I(VAVC)()(R1R2) 6(9)(10050) 103 0.1mAUABVAVBR2I計算下圖電路中計算下圖電路中B點的電位。點的電位。例題例題1.3.11.3.1CBA-9V+6VIR1100R150K K R R2 2kkVBVAR2I 6(

29、50 103) (0.1 10-3) 1V47解解I30I1I2E1(R1R2) 6(42) 1A或或 VAR3I3E2R1I1E1 044 162V如圖已知:如圖已知:E16V E24V R14 R2R3 2 2 。求。求A點電位點電位VA A。例題例題1.3.21.3.2E1E2+-R1R2R3I1I2I3ACBVA R3I3E2R2I2 042 1 2V48電壓和電流的方向電壓和電流的方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向 參考方向參考方向: : 在分析計算時人為規(guī)定的方向。在分析計算時人為規(guī)定的方向。1.4 1.4 電路中的參考方向電路中的參考方向物理量物理量單位單位實際方向?qū)嶋H方向電流

30、電流IAk A、 m A、 A正電荷移動的方向正電荷移動的方向電壓電壓UVk V 、 m V 、 V電位降低的方向電位降低的方向電動勢電動勢EVk V 、 m V 、 V電源驅(qū)動正電荷的方向電源驅(qū)動正電荷的方向?qū)嶋H方向:實際方向: 物理中對電量規(guī)定的方向。物理中對電量規(guī)定的方向。49_U+正負號正負號abUab(高電位在前,高電位在前, 低電位在后)低電位在后) 雙下標雙下標箭箭 頭頭Uab電壓電壓+-IR電流電流:從高電位:從高電位 指向低電位。指向低電位。電池電池燈泡燈泡IRUabE+_ab物理量參考方向的表示方法物理量參考方向的表示方法50電路分析中的電路分析中的假設正方向假設正方向(參

31、考方向)(參考方向)問題的提出:問題的提出:在復雜電路中難于判斷元件中物理量在復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?的實際方向,電路如何求解?電流方向電流方向AB?電流方向電流方向BA?E1ABRE2IR51問題:問題: 在復雜電路中難于判斷元件中物理量的在復雜電路中難于判斷元件中物理量的 實際方向,如何解決?實際方向,如何解決?(1) (1) 在解題前在解題前任選任選某一個方向為參考方向(或稱正某一個方向為參考方向(或稱正 方向);方向); (3) (3) 根據(jù)計算根據(jù)計算結果結果確定實際方向:確定實際方向: 若計算結果為若計算結果為正正,則實際方向與參考方向,則實際方向

32、與參考方向一致一致; 若計算結果為若計算結果為負負,則實際方向與參考方向,則實際方向與參考方向相反相反。(2) (2) 根據(jù)電路的定律、定理,列出物理量間相互關根據(jù)電路的定律、定理,列出物理量間相互關 系的代數(shù)表達式;系的代數(shù)表達式;解決方法:解決方法:52已知:已知:E=2V, R=1問:問: 當當a b間電壓間電壓U分別為分別為 3V 和和 1V 時,時,IR=?E RabIRURU解:解:(1) 假定電路中物理量的正方向如圖所示;假定電路中物理量的正方向如圖所示;(2) 列電路方程:列電路方程: EUURREURUIRREUUR 例題例題1.4.11.4.153(3) 數(shù)值計算數(shù)值計算A

33、1121 V1A112-3 3VRRIUIU(實際方向與假設方向一致)(實際方向與假設方向一致)(實際方向與假設方向相反)(實際方向與假設方向相反)REUIRE IRRURabU54(4) 電流和電壓的參考方向都是任意的,彼此可以互相電流和電壓的參考方向都是任意的,彼此可以互相獨立假設,但獨立假設,但習慣上習慣上把他們聯(lián)系起來選擇,這樣設定的把他們聯(lián)系起來選擇,這樣設定的參考方向稱為參考方向稱為關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向。(1) 方程式方程式U/I=R 僅適用于假設正方向一致的情況。僅適用于假設正方向一致的情況。(2) “實際方向?qū)嶋H方向”是物理中規(guī)定的,而是物理中規(guī)定的,而“假設假設 方向方向

34、”則則 是人們在進行電路分析計算時是人們在進行電路分析計算時,任意假設的。任意假設的。 (3) 在以后的解題過程中,注意一定要在以后的解題過程中,注意一定要先假定先假定“參考方向參考方向” (即在圖中表明物理量的參考方向即在圖中表明物理量的參考方向),然后再列方程然后再列方程 計算計算。缺少。缺少“參考方向參考方向”的物理量是無意義的的物理量是無意義的. 注意注意55EIUIU 負載負載:電流的參考方向由電:電流的參考方向由電壓參考方向所假定的壓參考方向所假定的高高電位流電位流向向低低電位。電位。 電源電源:電流的參考方向由:電流的參考方向由電壓參考方向所假定的電壓參考方向所假定的低低電位電位

35、流向流向高高電位。電位。 符合以上規(guī)定的參考方向稱為電流和電壓符合以上規(guī)定的參考方向稱為電流和電壓的參考方向或正方向一致為關聯(lián)參考方向,否的參考方向或正方向一致為關聯(lián)參考方向,否則稱為不一致為非關聯(lián)參考方向。則稱為不一致為非關聯(lián)參考方向。56U、I 參考方向不同,參考方向不同,P = UI 0,電源電源; P = UI 0,負載負載。U、I 參考方向相同,參考方向相同,P =UI 0,負載負載; P = UI 0,電源電源。 電源:電源: U、I 實際方向相反,即電流從實際方向相反,即電流從“+”+”端流出,端流出, (發(fā)出功率)(發(fā)出功率); 負載:負載: U、I 實際方向相同,即電流從實際

36、方向相同,即電流從“- -”端流出。端流出。 (吸收功率)(吸收功率)。57U、I 參考方向不同,參考方向不同,P = UI 0,電源電源; P = UI 0,負載負載。U、I 參考方向相同,參考方向相同,P =UI 0,負載負載; P = UI 0,電源電源。 電源:電源: U、I 實際方向相反,即電流從實際方向相反,即電流從“+”+”端流出,端流出, (發(fā)出功率)(發(fā)出功率); 負載:負載: U、I 實際方向相同,即電流從實際方向相同,即電流從“- -”端流出。端流出。 (吸收功率)(吸收功率)。58歐姆定律:歐姆定律:流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成

37、正比。RIU歐歐 姆姆 定定 律律59伏安特性伏安特性線性電阻伏安特性線性電阻伏安特性非線性電阻伏安特性非線性電阻伏安特性當電壓和電流的參考方向當電壓和電流的參考方向一致一致時時 U=RI當電壓和電流的參考方向當電壓和電流的參考方向相反相反時時 U=RI注意注意: :I IUI IU60解解326326326326IURIURIURIUR(a)(b)(c)(d)應用應用歐姆定律歐姆定律對下圖的電路列出式子,并求電阻對下圖的電路列出式子,并求電阻R例題例題1.4.21.4.261設設 則則0bV解解計算下圖的電阻計算下圖的電阻R R值,已知值,已知U Uabab12V12V。例題例題1.4.31

38、.4.3V32 EVmV12abaUVV7512nVV1037mnnmVVU5210IURnm62電電 功功 率率aIUb功率的概念功率的概念:設電路任意兩點間的電壓為:設電路任意兩點間的電壓為 U ,流入此流入此 部分電路的電流為部分電路的電流為 I, 則這部分電路消耗的功率為則這部分電路消耗的功率為: WIUP功率有無正負?功率有無正負?如果如果U I方向不一方向不一致結果如何?致結果如何?63 在在 U、 I 正正方向選擇一致的前提下,方向選擇一致的前提下, IUab或或IUab“吸收功率吸收功率” (負載)(負載)“發(fā)出功率發(fā)出功率” (電源)(電源)若若 P = UI 0若若 P =

39、 UI 0IUab+-IUab64 當計算的當計算的 P 0 時時, , 則說明則說明 U、I 的實際方的實際方向一致,此部分電路消耗電功率,向一致,此部分電路消耗電功率,為為負載負載。 所以,從所以,從 P 的的 + + 或或 - - 可以區(qū)分器件的性質(zhì),可以區(qū)分器件的性質(zhì),或是電源,或是負載。或是電源,或是負載。結結 論論在進行功率計算時,在進行功率計算時,如果假設如果假設 U U、I I 參考方向一致參考方向一致: : 當計算的當計算的 P 0,0,這說明它們是這說明它們是取用還是輸出電功率取用還是輸出電功率? ?EIUIU答:電源的電功率答:電源的電功率P 0, ,說明電源輸出電功率說

40、明電源輸出電功率; ;負載的電負載的電功率功率P 0, ,說明負載取用(輸入)電功率。說明負載取用(輸入)電功率。66電路元件電路元件開關開關燈泡燈泡保險管保險管67伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuRRiuuiconstiuR線性電阻線性電阻非線性電阻非線性電阻( (一一) ) 理想無源元件理想無源元件1. 1. 電阻電阻 R (常用單位:(常用單位: 、k 、M ) 1.5 1.5 理想電路元件理想電路元件是一種是一種電能消耗電能消耗元件元件682.2.電容電容 CuqC 單位電壓下存儲的電荷單位電壓下存儲的電荷(單位:(單位:F, F, pF)+ +- - - -+q-qui電容

41、符號電容符號有極性有極性無極性無極性+_69dtduCdtdqi電容上電流、電壓的關系電容上電流、電壓的關系uqC 當當 Uu (直流直流) 時時,0dtdu0i所以所以,在直流電路中電容相當于開路在直流電路中電容相當于開路.uiC70dsC極板極板面積面積板間板間距離距離介電介電常數(shù)常數(shù)電容和結構參數(shù)的關系電容和結構參數(shù)的關系線性電容線性電容:C=Const ( 不變不變)非線性電容非線性電容:C = Const ( 不為常數(shù)不為常數(shù))uiC71200021uccuduuidtpdtWcutt電容的儲能電容的儲能電容是一種儲能元件電容是一種儲能元件, , 儲存的儲存的電場能量電場能量為:為:

42、)(dtduCdtdqi723.3.電感電感 L L:ui(單位:(單位:H, mH, H)單位電流產(chǎn)生的磁鏈單位電流產(chǎn)生的磁鏈iNL線圈線圈匝數(shù)匝數(shù)磁通磁通73電感中電流、電壓的關系電感中電流、電壓的關系dtdiLeue eidtdiLeu當當 Ii (直流直流) 時時,0dtdi0u所以所以,在直流電路中電感相當于短路在直流電路中電感相當于短路.74lSNL2線圈線圈面積面積線圈線圈長度長度導磁率導磁率電感和結構參數(shù)的關系電感和結構參數(shù)的關系線性電感線性電感:L=Const (如如:空心電感空心電感 不變不變)非線性電感非線性電感 :L = Const (如如:鐵心電感鐵心電感 不為常數(shù)不

43、為常數(shù))ue ei75電感是一種儲能元件電感是一種儲能元件, , 儲存的儲存的磁場能量磁場能量為:為:電感的儲能電感的儲能200021iLLidiuidtpdtWittL)(dtdiLu 76UR1R2LCR1UR2直流直流電阻:直流電阻電阻:直流電阻 或歐姆電阻或歐姆電阻電感:短路電感:短路電容:開路電容:開路等效為等效為交流交流電阻:交流電阻電阻:交流電阻 或有效電阻或有效電阻電感:電感:電容:電容:dtdiLudtduCi 77無源元件小結無源元件小結 理想元件的特性理想元件的特性 (u 與與 i 的關系)的關系)LCRiRudtdiLudtduCi 注意:今后所討論的電阻、電容和電感都

44、是單一參注意:今后所討論的電阻、電容和電感都是單一參數(shù)元件;都是線性元件。數(shù)元件;都是線性元件。78實際元件實際元件的特性可以用若干理想元件來表示的特性可以用若干理想元件來表示例:例: 電感線圈電感線圈L :電感量:電感量R:導線電阻:導線電阻C:線間分布電容:線間分布電容參數(shù)的影響和電路的工作條件有關。參數(shù)的影響和電路的工作條件有關。791.1.電壓源電壓源伏安特性伏安特性電壓源模型電壓源模型0IREUIUEUIR0+-ERo越大越大斜率越大斜率越大( (二二) ) 理想電源元件理想電源元件主要講有源元件中的兩種電源:電壓源和電流源。主要講有源元件中的兩種電源:電壓源和電流源。80理想電壓源

45、理想電壓源 (恒壓源)(恒壓源): : RO= 0 時的電壓源時的電壓源.特點:特點:( (1)輸出電)輸出電 壓不變,其值恒等于電動勢。壓不變,其值恒等于電動勢。 即即 Uab E; (2)電源中的電流由外電路決定。)電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE(3)恒壓源不能短路,否則流過的電流)恒壓源不能短路,否則流過的電流為無限大。為無限大。81恒壓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設: E=10VIaE+_bUab2 R1當當R1 R2 同時接入時:同時接入時:R22 當當R1接入時接入時 :則:則:例題例題1.5.11.5.1I=5AI=1

46、0A82REI 恒壓源特性中不變的是:恒壓源特性中不變的是:_ E恒壓源特性中變化的是:恒壓源特性中變化的是:_ I_ 會引起會引起 I 的變化。的變化。外電路的改變外電路的改變I 的變化可能是的變化可能是 _ 的變化,的變化, 或者是或者是_ 的變化。的變化。大小大小方向方向+_I恒壓源特性小結恒壓源特性小結EUababR832. 2. 電流源電流源ISR0abUabI0RUIIabSIsUabI外特性外特性 電流源模型電流源模型R0R0越大越大特性越陡特性越陡I084理想電流源理想電流源 (恒流源(恒流源):): R0= 時的電流源時的電流源. 特點:(特點:(1)輸出電流不變,其值恒等于

47、電)輸出電流不變,其值恒等于電 流源電流流源電流 IS; abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性(2)輸出電壓由外電路決定。)輸出電壓由外電路決定。(3)恒流源不能開路,否則其兩端的電壓)恒流源不能開路,否則其兩端的電壓為無窮大。為無窮大。85恒流源兩端電壓由外電路決定恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設設: IS=1 A R=10 時時, U =10 V R=1 時時, U =1 V則則:例題例題1.5.21.5.286恒流源特性小結恒流源特性小結恒流源特性中不變的是:恒流源特性中不變的是:_ _Is恒流源特性中變化的是:恒流源特性中變化的是:_ Uab_ 會引起會引起 Uab 的變

48、化。的變化。外電路的改變外電路的改變Uab的變化可能是的變化可能是 _ 的變化,的變化, 或者是或者是 _的變化。的變化。大小大小方向方向RIUsab 理想恒流源兩端理想恒流源兩端可否被短路可否被短路?abIUabIsR87電壓源中的電流電壓源中的電流如何確定如何確定?電流電流源兩端的電壓等源兩端的電壓等于多少于多少?IE R_+abUab=?Is原則:原則:I Is s不能變,不能變, U Us s不能變。不能變。SabUIRU電壓源中的電流電壓源中的電流 I= IS恒流源兩端的電壓恒流源兩端的電壓SRIIIRIUSR電阻電阻 RUS_+例題例題1.5.31.5.388結論:結論:凡與理想電

49、流源凡與理想電流源串聯(lián)串聯(lián)的元件,其電流均等于的元件,其電流均等于理想電流源的電流。理想電流源的電流。與理想電流源與理想電流源串聯(lián)的元件量值串聯(lián)的元件量值變化時,僅僅變化時,僅僅影響其自身和理想電流源的影響其自身和理想電流源的電壓電壓,不會影響,不會影響電路其余部分的電壓和電流。電路其余部分的電壓和電流。當理想電流源與其它元件串聯(lián)時,對外部電當理想電流源與其它元件串聯(lián)時,對外部電路而言,可將其他元件除去,而只用一個理路而言,可將其他元件除去,而只用一個理想電流源等效代替。想電流源等效代替。多個理想電流源多個理想電流源并聯(lián)并聯(lián)時,可以合并成一個等時,可以合并成一個等效的理想電流源。效的理想電流源

50、。89電壓源中的電流電壓源中的電流如何確定如何確定?電流電流源兩端的電壓等源兩端的電壓等于多少于多少?原則:原則:I Is s不能變,不能變, U Us s不能變。不能變。SabUU電壓源中的電流電壓源中的電流恒流源兩端的電壓恒流源兩端的電壓SRUU電阻電阻 RRUIISSUSIE R_+abUab=?Is_+RUISR例題例題1.5.41.5.490結論:結論:凡與理想電壓源凡與理想電壓源并聯(lián)并聯(lián)的元件,其兩端的電壓的元件,其兩端的電壓均等于理想電壓源的電壓。均等于理想電壓源的電壓。與理想電壓源與理想電壓源并聯(lián)的元件量值并聯(lián)的元件量值變化時,僅僅變化時,僅僅影響其自身和理想電壓源的影響其自身

51、和理想電壓源的電流電流,不會影響,不會影響電路其余部分的電壓和電流。電路其余部分的電壓和電流。當理想電壓源與其它元件并聯(lián)時,對外部電當理想電壓源與其它元件并聯(lián)時,對外部電路而言,可將其他元件除去,而只用一個理路而言,可將其他元件除去,而只用一個理想電壓源等效代替。想電壓源等效代替。多個多個理想電壓源串聯(lián)理想電壓源串聯(lián)時,可以合并成一個等時,可以合并成一個等效的理想電壓源。效的理想電壓源。91理想電壓源和理想電流源都有以下兩種工作狀態(tài):理想電壓源和理想電流源都有以下兩種工作狀態(tài):電源狀態(tài):電壓和電流的實際方向和電源的電源狀態(tài):電壓和電流的實際方向和電源的關聯(lián)參考方向一致,即實際方向是電流由電關聯(lián)

52、參考方向一致,即實際方向是電流由電源元件的源元件的正極流出,負極流入正極流出,負極流入。負載狀態(tài):電壓和電流的實際方向和負載的負載狀態(tài):電壓和電流的實際方向和負載的關聯(lián)參考方向一致,即實際方向是電流由電關聯(lián)參考方向一致,即實際方向是電流由電源元件的源元件的正極流入,負極流出正極流入,負極流出。92恒壓源與恒流源特性比較恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒壓源恒流源恒流源不不 變變 量量變變 化化 量量E+_abIUabUab = E (常數(shù))(常數(shù))Uab的大小、方向均為恒定,的大小、方向均為恒定,外電路負載對外電路負載對 Uab 無影響。無影響。IabUabIsI = Is(常數(shù))(常數(shù))I 的大

53、小、方向均為恒定,的大小、方向均為恒定,外電路負載對外電路負載對 I 無影響。無影響。輸出電流輸出電流 I 可變可變 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外電路決定由外電路決定端電壓端電壓Uab 可變可變 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外電路決定均由外電路決定93 用來描述電路中各部分電壓或各部分電流的關用來描述電路中各部分電壓或各部分電流的關系系, ,包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個定律。包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個定律。結點:結點:三條或三條以上支路相聯(lián)接點三條或三條以上支路相聯(lián)接點支路:支路:電路中每一個分支電路中每一個分支回路:回路:電路中一條或多條支路所組成的閉合電

54、路電路中一條或多條支路所組成的閉合電路注注基爾霍夫基爾霍夫電流電流定律應用于定律應用于結點結點基爾霍夫基爾霍夫電壓電壓定律應用于定律應用于回路回路1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律網(wǎng)孔:網(wǎng)孔:未被其他支路分割的單孔回路未被其他支路分割的單孔回路94支路:支路:ab、ad、cb、cd、bd、ac (共(共6 6條條 b=6)回路:回路:abda、 bcdb、abcda、abca、abdca、adbca、adca (共(共7 7個)個)結點:結點:a、 b、 c、 d ( (共共4 4個個 n=4)I I3 3E E4 4E E3 3_ _+ +R R3 3R R6 6+ +R R4 4R

55、R5 5R R1 1R R2 2a ab bc cd dI I1 1I I2 2I I5 5I I6 6I I4 4- -95( (一)基爾霍夫電流定律一)基爾霍夫電流定律(KCL)(KCL)E1I1E2U2I2I3R2R1R3abcd如圖如圖 I1I2I3 Iin Iout在任一瞬時,在任一瞬時,流向流向某一結點的某一結點的電流之和電流之和應該等于應該等于流出流出該結點該結點的電流之和。的電流之和?;蚧?I1I2I30 0 即即 I I0 0 即在任一瞬時,一個結點上電流即在任一瞬時,一個結點上電流的代數(shù)和恒等于的代數(shù)和恒等于零。零。96I1I3 I2 I4 2 2(2 2)()(3 3)

56、I4 解解: :I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4可得可得 I43A已知:如圖所示,已知:如圖所示,I12A,I23A,I32A,試求試求I4。例題例題1.6.11.6.1 Iin Iout由由基爾霍夫基爾霍夫電流定律電流定律可列出可列出97解解: :I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4I1I3 I2 I4 = 0 2 2(2 2)()(3 3) I4 = 0 可得可得 I43A已知:如圖所示,已知:如圖所示,I12A,I23A,I32A,試求試求I4。例題例題1.6.11.6.1 I I0 0由由基爾霍夫基爾霍夫電流定律電流定律可列出可列出98電流定律還可以擴展到電

57、路的任意封閉面。電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例例I1+I2=I3例例I=0基爾霍夫電流定律的擴展基爾霍夫電流定律的擴展I=?E2E3E1+_RR1R+_+_RI1I2I3I4I5I6abc99Us1 Us2 U2 2U1 1 0 0即即( (二二) )基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律(KVL)(KVL)從回路中任意一點出發(fā),沿順時針方向或逆時針方向從回路中任意一點出發(fā),沿順時針方向或逆時針方向循行一周,則在這個方向上的電位升之和等于電位降循行一周,則在這個方向上的電位升之和等于電位降之和之和. . 或電壓的代數(shù)和為或電壓的代數(shù)和為 0。Us1 U2 U1Us2 E1E2R2I2 R1

58、I1 0 電位電位升升 電位電位降降 U=0=0100 即即 E1E2R1I1R2I2 E (RI) E U E (RI)+ U 在應用含電動勢的公式時,應注意將電動勢在應用含電動勢的公式時,應注意將電動勢E和其和其他項他項分開放在等式的兩邊,等式左邊用電動勢表示的分開放在等式的兩邊,等式左邊用電動勢表示的是電位升的代數(shù)和,等式右邊用電壓或電阻和電流表是電位升的代數(shù)和,等式右邊用電壓或電阻和電流表示的是電位降的代數(shù)和。示的是電位降的代數(shù)和。E1E2R1I1R2I20E1E2=1R2I2其中:沿回路環(huán)行方向電位其中:沿回路環(huán)行方向電位升高的電動勢升高的電動勢前標正號前標正號沿回路環(huán)行方向電位沿回

59、路環(huán)行方向電位降低的電壓降低的電壓前標正號前標正號與回路環(huán)行方向一致的電流前標正號與回路環(huán)行方向一致的電流前標正號101基爾霍夫電壓定律的基爾霍夫電壓定律的推廣推廣:可應用于回路的部分電路可應用于回路的部分電路 UUAUBUAB或或 UABUAUBE U + RI或或 UERI注注列方程時,列方程時,要先在電路圖上標出電流、電壓或要先在電路圖上標出電流、電壓或電動勢的參考方向。電動勢的參考方向。102+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律可得可得(1 1)UABUBCUCDUDA=0 即即 UCD2V(2 2)UABUBCUCA0 即即 UCAC

60、A1V1V已知:下圖為一閉合電路,各支路的元件是任意已知:下圖為一閉合電路,各支路的元件是任意的,但知的,但知UAB5V,UBC4V,UDA3V試求:(試求:(1 1)UCD:(:(2 2)UCA。例題例題1.6.21.6.2103解解應用基爾霍夫電壓定律應用基爾霍夫電壓定律 回路回路2: UBEBE US R1I1 0 I10.57mA應用應用基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律列出列出 IB BI1I20 I2 20.255mA0.255mA如圖:如圖:RB B20K20K , R1 110K10K ,EB B6V6VUS S6V6V,UBEBE0.3V0.3V 試求電流試求電流IB ,I1

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