第1章 電路的基本概念及基本定律

電工電子技術成績：期終考試占70%，

平時占30%2023/2/31緒論一、課程的地位和主要內容電工電子技術——研究電工技術和電子技術的理論及其應用的科學技術。電工技術（上冊）（電工學）電工電子技術電子技術（下冊）電路分析基礎

磁路與電機

模擬電子技術

數(shù)字電子技術

2023/2/32電路分析基礎

——直流電路（1、2）；暫態(tài)分析（3）；交流電路（4、5）。磁路與電機——磁路和變壓器（6）；電動機（7、

8、9）；繼電接觸器控制（10）可編程控制器（11）、供電與安全用電（12）、電工測量（13）上冊模擬電子技術——半導體器件（14）；放大器（15、16）；反饋（17）；直流電源（18）；電力電子技術（19）數(shù)字電子技術——組合電路（20）；時序電路（21）存儲器和可編程器件（22）、模數(shù)轉換（23）下冊2023/2/33二、電工電子技術的發(fā)展與應用現(xiàn)狀容量大型化器件小型化功率電子技術微電子技術設計自動化EDA技術1785年，庫侖確定電荷間的作用力；1826年，歐姆提出“歐姆定律”；1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象；1834年，雅可比造出第一臺電動機；1864年，麥克斯韋提出電磁波理論；1895年，馬可尼和波波夫實現(xiàn)第一次無線電通信；1904年，弗萊明發(fā)明第一只電子管（二極管）；1946年，誕生第一臺電子計算機；1947年，貝爾實驗室發(fā)明第一只晶體管；1958年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。：發(fā)展快速發(fā)展原因電能易轉換易傳輸易控制2023/2/34

計算機檢測控制系統(tǒng)原理框圖微機傳感器伺服機構模擬信號處理功率放大模數(shù)轉換數(shù)模轉換數(shù)字接口數(shù)字接口

被測控對象干擾、噪聲、漂移、非線性電工電子技術的典型應用模擬電子技術數(shù)字電子技術電機2023/2/35電工學課程和非電類專業(yè)學生的關系幾乎沒有任何一個行業(yè)離得開電學在非電類專業(yè)應用領域，如機械制造，現(xiàn)代先進的制造技術涉及電鍍、電焊、金屬加工、數(shù)字控制技術、微機控制技術等，都和電學知識息息相關。在航空領域，如機務維修、空中交通管制等，電氣設備比比皆是，都離不開電工電子技術2023/2/36三、如何學好電工電子技術課程特點：內容多且廣、學時相對少1、注意掌握“三基”：2、注重綜合分析與設計注重工程化素質培養(yǎng)基本原理、基本分析方法、基本應用3、提高學習效率、培養(yǎng)自學能力課堂、答疑、作業(yè)、自學、討論、實驗2023/2/37第1章電路的基本概念基本定律1.1電路的作用與組成部分1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.4歐姆定律1.5電源有載工作、開路與短路1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計算習題2023/2/381.了解電路的作用與組成部分；2.了解電路的建模思想；3.理解電壓與電流參考方向的意義及其與實際方向的關系；4.掌握KCL、KVL的內容并能正確應用；5.了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)中，電壓、電流與功率的特征；理解電功率和額定值的意義；6.會計算電路中各點的電位,熟悉電位的特點。

本章教學要求:2023/2/39本節(jié)的要求：了解電路的作用及組成1.1電路的作用與組成部分2023/2/310電源返回下一頁上一頁下一節(jié)＋－US電路：電流流通的路徑。

為了某種需要由某些電工設備或元件按一定方式組合起來的電流的通路。2023/2/311

作用之一：實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉換1.電路的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線請欣賞例子強電電路的作用2023/2/312電能的輸送和分配發(fā)電廠主傳輸線500kV升壓降壓電壓分配10kV降壓變電站三相單相

主設備(380V)插座(220V)儀表控制盤儀表單相2023/2/313架空輸電線2023/2/314作用之二：實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用請欣賞例子弱電電路的作用2023/2/315各種檢測儀器2023/2/3162.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線2023/2/317直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒激勵：電源或信號源的電壓或電流，推動電路工作;響應:由激勵所產生的電壓和電流;

電路分析：在電路結構、電源和負載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵和響應之間的關系。2023/2/318

電源、負載和中間環(huán)節(jié)電路的組成是什么？2023/2/3192023/2/320本節(jié)要求：

了解幾種理想電路元件；了解實際電路的建模思想1.2電路模型2023/2/321

電路模型：實際電路的數(shù)學模型如何建模？由理想元件的串、并聯(lián)組成，近似地描述實際電路的電氣特性。有哪些理想元件？2023/2/322電阻元件：描述消耗電能的特性，把電能轉變?yōu)闊崮堋⒐饽?、聲能、機械能等符號：電感元件：描述存貯磁場能的特性符號：LR2023/2/323電容元件：描述存貯電場能量的特性符號：理想電壓源：描述提供一定的電壓的特性符號：+-E2023/2/324理想電流源：描述提供一定的電流的特性符號：IS還有許多其它的理想元件，以后慢慢學吧！2023/2/325建模思想是科研中一種很重要的思維方法請欣賞實際電路建模例！2023/2/326手電筒電路模型(a)實際電路(b)電路模型(b)2023/2/327晶體管放大電路(a)實際電路(b)電路模型(b)信號源晶體管電池（忽略內阻）變壓器揚聲器電阻器2023/2/328

根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應當用不同的電路模型描述同一實際電路?，F(xiàn)在以線圈為例加以說明。

線圈的幾種電路模型

(a)線圈的圖形符號(b)線圈通過低頻交流的模型

(c)線圈通過高頻交流的模型記住啰，很有用啰！2023/2/329線圈內阻存貯磁場能匝間電容效應2023/2/330鄭重聲明：本課程介紹

電路模型（簡稱電路）的分析計算2023/2/331

請欣賞一些元器件實物！2023/2/332

低頻信號發(fā)生器的內部結構2023/2/333

常用的干電池和可充電電池2023/2/3342023/2/3352023/2/3362023/2/3372023/2/3382023/2/3392023/2/340本節(jié)的要求：理解電壓與電流參考方向的意義及其與實際方向關系本節(jié)很重要，別打瞌睡啰！1.3電壓和電流的參考方向2023/2/341

我們以前所學的電路，由電路圖即可確定各物理量的實際方向。如圖所示：ERIU

對復雜電路，我們在最初是無法確定電壓、電流的實際方向的。RRR123UU12+-+-III1232023/2/342一、電流和電流的參考方向1、定義：在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向移動形成電流，那么我們把單位時間內通過導體橫截面積的電量定義為電流強度。大小和方向都不隨時間改變的電流稱為直流電流，簡稱直流，用I表示大小和方向都隨時間改變的電流稱為交流電流，簡稱交流，用i表示2023/2/3432、單位:

國際標準單位：安培（A）

1安培(A)=1000毫安(mA)1毫安(mA)=1000微安(μA)3、實際方向：規(guī)定正電荷的運動方向。4、參考方向：在分析和計算電路時往往任意選定某一個方向作為電流的正方向，也稱參考方向。5、電流參考方向的表示方法：2023/2/344

參考方向與實際方向的關系：在規(guī)定的參考方向下，若計算結果

I>0，參考方向與實際方向一致；

I<0，參考方向與實際方向相反。2023/2/345二、電壓和電壓的參考方向1、定義電場力把單位正電荷從a點移動到b點所做的功定義為ab兩點間的電壓。大小和方向都不隨時間改變的電壓稱為直流電壓，用U表示大小和方向都隨時間改變的電壓稱為交流電壓，用u表示2023/2/3462、單位國際標準單位：伏特（V）

1千伏特(kV)=1000伏(V)1伏特(V)=1000毫伏(mV)1毫伏(mA)=1000微伏(μV)3、實際方向：高電位指向低電位。4、參考方向：任意選定某一方向作為電壓的正方向，也稱參考方向5、電壓參考方向的表示方法：2023/2/347

參考方向與實際方向的關系：在規(guī)定的參考方向下，若計算結果

U>0，參考方向與實際方向一致；

U<0，參考方向與實際方向相反。2023/2/348

每個二端元件，電壓、電流的參考方向應如何取？理論上，愛咋樣取，就咋樣取。不過，有大家習慣的取法。FOLLOWME2023/2/349三、關聯(lián)參考方向

若電流和電壓的參考方向一致時，稱為關聯(lián)參考方向，否則稱為非關聯(lián)參考方向。稱U、I關聯(lián)稱U、I非關聯(lián)電壓源中U、I非關聯(lián)2023/2/350技巧：求解電路時，若事先并不知某元件上電流、電壓的實際方向時，就取參考方向，通過計算結果就知啦！你知嗎？2023/2/351物理量實際方向電流I正電荷運動的方向電動勢E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV總結2023/2/352U、I

的正方向表示I+-R電流：（從高電位指向低電位）U+正負號-abUab

雙下標箭頭電壓（指向電位降）abU正負號

箭頭電動勢（指向電位升）+E-ab舉例:abEabEUU=5V則U=Ea端電位比b端電位高5VUab=-UbaE=5V2023/2/353參考正方向與實際正方向1）在解題前先設定一個正方向，作為參考方向，

然后再列方程計算。3)

實際方向是物理中規(guī)定的，而參考正方向則是在進行電路分析計算時,任意假設的。2)根據(jù)計算結果確定實際方向：若計算結果為正，則實際方向與參考方向一致；若計算結果為負，則實際方向與參考方向相反。

給定了參考方向之后U與I才有正負之分(Uab=-Uba)2023/2/354注意：在參考方向選定后，電流(或電壓)值才有正負之分。若I=5A，則電流從a流向b；例1：若I=–5A，則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實際方向從b指向a。2023/2/3552023/2/356本節(jié)的要求：復習歐姆定律內容；注意歐姆定律的公式表達。

1.4歐姆定律2023/2/357歐姆定律：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這就稱為歐姆定律。初中就學過啦，不必啰嗦了！2023/2/358U、I參考方向相同時，U、I參考方向相反時，RU+–IRU+–I

表達式中有兩套正負號：

①式前的正負號由U、I

參考方向的關系確定；

②U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關系。

通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR公式表達：請集中3分鐘精神！2023/2/359解：對圖(a)有,U=IR例：應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A2023/2/360二端元件或單口網(wǎng)絡端電壓與電流的關系稱為伏安特性。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻、非線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。2023/2/361

國際單位制中，電阻的單位是歐姆(Ω)、千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。歐姆定律表示的U、I關系是由實驗測得的。

實際中，電阻值的大小取決于電阻長度，電阻率和與電流垂直的電阻橫截面積，即2023/2/3622023/2/363

本節(jié)的要求：了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)中，電壓、電流與功率的特征；理解電功率和額定值的意義。1.5電源有載工作、開路與短路2023/2/3641.5.1電源有載工作圖1.5.1電源有載工作討論問題：電壓與電流、功率與功率平衡、電源與負載的判別、額定值與實際值狀態(tài)：開關閉合,接通電源與負載IR0R+

-EU+

-2023/2/3651.電壓與電流由歐姆定律可求出電路中的電流為：負載電阻兩端的電壓為：由此可得：電源內阻一般很小。當R0<<R時，則U≈E。這表明，當電流(負載)變動時，電源的端電壓變動不大。說明它的帶負載能力強。電流的特征電壓的特征2023/2/366

表示電源端電壓U與輸出電流I之間關系的曲線，稱為電源的外特性曲線。其特性圖如下圖所示，其斜率與電源內阻有關。1.5.2電源的外特性曲線電源端電壓的特征2023/2/3672.功率與功率平衡功率平衡公式：式中，是電源產生的功率；在國際單位制中，功率的單位是瓦特(W)或千瓦(kW)定義：1s內轉換1J的能量，則功率為1W。2023/2/3683.電源與負載的判別

根據(jù)電壓與電流的實際方向可確定某一元件是電源還是負載。

電源：U和I的實際方向相反，電流從“＋”端流出，發(fā)出功率；

負載：U和I的實際方向相同，電流從“＋”端流入，取用功率；方法一：2023/2/369方法二：通過計算功率判斷是負載還是電源具體步驟如下：(1)按以下規(guī)定寫功率公式U,I關聯(lián)U,I非關聯(lián)2023/2/370(2)判斷結論：P>0，吸收功率負載P<0，提供功率電源4.額定值與實際值額定值:電氣設備在正常運行時的規(guī)定使用值1.額定值反映電氣設備的使用安全性；2.額定值表示電氣設備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W

2023/2/371電氣設備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經濟)

過載(超載)：I>IN

，P>PN(設備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經濟合理安全可靠)

2023/2/372例在圖示電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

試求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整個電路吸收的功率。

2023/2/373

例在圖圖示電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整個電路吸收的功率為解：各二端元件吸收的功率為2023/2/374特征:

狀態(tài)：開關斷開I=0電源端電壓

(開路電壓

)U

=U0=EP

=PE=△P=0①

開路處的電流等于零，I

=0②

開路處的電壓U視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-功率的特征電壓的特征電流的特征1.5.2電源開路2023/2/375狀態(tài)：電源外部端子被短接

特征:電源端電壓負載功率電源產生的能量全被內阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=P=I2R0P

=0①短路處的電壓等于零，U

=0②

短路處的電流I視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IR0R+

-EU0+

-電流的特征電壓的特征功率的特征1.5.3電源短路2023/2/376短路也可發(fā)生在負載端或線路的任何處。短路通常是一種嚴重事故，應該盡力預防。產生短路的原因：絕緣損壞或接線不慎。措施：

1)經常檢查電氣設備和線路的絕緣情況(重要措施)2)為了防止短路引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器。例外：有時為了某種需要，可以將電路中的某一段短路或進行某種短路實驗。如：電池短路實驗；電力變壓器短路實驗2023/2/3772023/2/3781.6

基爾霍夫定律本節(jié)的要求：掌握KCL、KVL的內容；

能熟練地列寫KCL、KVL

方程本節(jié)是本章的重點！2023/2/379支路：電路中的每一個分支。一條支路流過同一個電流，稱為支路電流。結點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內部不含支路（中空）的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123介紹幾個名詞2023/2/380支路：ab、bc、ca、…（共6條）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I下面可是一個很好的例子，莫錯過啰！幾條支路？幾個結點？結點：a、b、c、d

(共4個）2023/2/381回路：abda、abca、adbca…

（共7個）網(wǎng)孔：abd、abc、bcd

（共3個）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I幾個回路？幾個網(wǎng)孔？2023/2/382數(shù)一數(shù)圖示電路的支路、結點、回路和網(wǎng)孔數(shù)。2023/2/383重點開始啦！2023/2/384基爾霍夫電流定律

(KCL:Kirchhoff’sCurrentLaw)定律的內容：

即:Ｉ入=

Ｉ出

敘述法之一：在任一瞬間，流進任一結點的電流等于流出該結點的電流。一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1例：對于結點a，有：I1+I2=I3或：I1+I2–I3=02023/2/3851.

基爾霍夫電流定律(KCL)定律的內容：一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1

敘述法之二：在任一瞬間，流進（或流出）任一結點的電流代數(shù)和為零。一般地：流進結點：+流出結點：－均為：參考方向2023/2/3861.

基爾霍夫電流定律(KCL)KCL的實質:電流連續(xù)性的體現(xiàn)。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1KCL：約束了電路中任一結點各支路間的電流2023/2/387

電流定律可以推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。KCL的推廣應用：I=?例:廣義結點I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V這些電流：有的為正；有的為負2023/2/3882.

基爾霍夫電壓定律

（KVL:Kirchhoff’sVoltageLaw)定律的內容：敘述法之一：

在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路繞行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0

或I2R2+I3R3–E2=0

I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112

即:

電位升=

電位降即：

U=02023/2/389敘述方法之二：在任一瞬間，沿任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。2.

基爾霍夫電壓定律（KVL)定律的內容

U=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112一般地：電位降：+電位升：－KVL：約束了電路中任一回路各元件間的電壓2023/2/390a．列方程前標注回路循行方向；b．應用

U=0列方程時，項前符號的確定：

如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。

注意：2023/2/391

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2U=0

I2R2–E2+

UBE

=0開口電壓可按回路處理1對回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_KCL的推廣應用本重點講解大約需要0.9分鐘！堅持就是勝利！2023/2/392例1：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對回路adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應用U=0列方程對回路cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2023/2/393

例2：如對圖示電路的三個回路，沿順時針方向繞行回路一周，寫出的KVL方程。

1232023/2/3942023/2/3951.7

電路中電位的概念及計算本節(jié)的要求：熟悉電位的概念；

會進行電位計算；

熟悉電位的特點；

熟悉電路的簡化畫法2023/2/396電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設參考點的電位為零。1.電位的概念某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。電壓與電位的關系：a、b之間的電壓a點電位b點電位你們的師兄、師姐經常在此犯錯誤！2023/2/397注意：①說某點電位的大小，一定要指明參考點；

②某點有電位，但一點沒有電壓，兩點之間才有電壓

你可記住了？2023/2/398

電位的計算步驟:

(1)任選電路中某一點為參考點，設其電位為零；

(2)標出各電流、電壓參考方向并計算；

(3)計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位請欣賞例子，并注意歸納總結下面的重點內容講解大約需要3分鐘2023/2/399例1：求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca