中南大學電工學ppt第1講電路的基本概念

電工學52學時理論教學＋12學時實驗理論內容有：

1：直流電路2：交流電路

3

：三相電路

4

：一階電路5：變壓器6：電動機及繼電器控制系統(tǒng)7：半導體二極管及應用

8：三極管及基本放大電路9：集成運算放大電路

10：組合邏輯電路

11：時序邏輯電路主要內容（64學時）學習方法1掌握基本概念、基本理論和基本的分析方法2通過習題來鞏固和加深所學理論、培養(yǎng)分析能力和運算能力3在實驗中體會電學現象

考核方法平時成績占30%考試成績占70%

參考教材:電工學（多學時）電工學(秦曾煌)

電工學（唐介）作業(yè)做電工學1練習冊上的作業(yè)。交作業(yè)時，寫明專業(yè)班級、學號、姓名1-1電路的作用、組成及電路模型1-2電路變量及電路的參考方向1-3理想電路元件第1講電路的基本概念及定律1-1電路的作用、組成及電路模型

(1)實現電能的傳輸、分配與轉換(2)實現信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線2.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、電源和負載等參數已知的條件下，討論激勵和響應之間的關系。3.電路模型

為了便于用數學方法分析電路，將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構成與實際電路相對應的電路模型。電源負載負載電源開關ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)手電筒的實體電路RL+

U–導線手電筒的電路模型用理想電路元件組成的電路，稱為實際電路的電路模型。理想電路元件理想電源元件理想無源元件理想電壓源理想電流源電阻元件R電感元件L電容元件C

理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性惟一、精確，可以定量分析和計算。1-2電路變量及電路的參考方向一、電流和電流的參考方向<一>電流（又叫電流強度）電流在數值上等于單位時間內通過導體截面積的電荷量，即：電流的實際方向：正電荷定向移動的方向電流的單位是安培！1A=1000mA1mA=1000μA

若電流的大小和方向不隨時間變化，則這種電流叫做恒定電流，也稱為直流電流，常用大寫字母I表示。若電流的大小和方向都隨時間變化，則稱為交流電流，用小寫字母i表示☆電荷的定向移動形成電流。問題的提出：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？電流方向AB？電流方向BA？US1ABRUS2IR+_+_<二>電流的參考方向

(1)在解題前先設定一個方向，作為參考方向；解決方法(3)根據計算結果確定實際方向：若計算結果為正，則實際方向與假設方向一致；若計算結果為負，則實際方向與假設方向相反。(2)根據電路的定律、定理，列出物理量間相互關系的代數表達式；<三>電流參考方向的表示方法<1>用箭頭表示，如右圖；

<2>用雙下標表示，如iAB(1)“實際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”則是人們在進行電路分析計算時,任意假設的。(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.提示例已知：E=2V,R=1Ω問：當U分別為3V和1V時，IR=?IRE

RabU+_+_解：(1)假定電路中物理量的參考方向如圖所示；(2)列電路方程：(3)數值計算（實際方向與參考方向一致）（實際方向與參考方向相反）E

IRRabU+_+_二、電壓和電壓的參考方向

<二>電壓的參考方向表示

<1>用箭頭表示；如uAB=2V，說明參考方向與實際方向一致；

電壓的實際方向：高電位指向低電位。<一>電壓

單位正電荷在電場力的作用下從A點到B點電場力所做的功為AB兩點之間的電壓，即：

uAB=-2V，說明參考方向與實際方向相反。<2>用雙下標，如uAB；<3>用正負符號。電壓的單位是伏特！1V=1000mV1mV=1000μV

若電壓的大小和方向不隨時間變化，則這種電壓叫做恒定電壓，也稱為直流電壓，常用大寫字母U表示。若電流的大小和方向都隨時間變化，則稱為交流電壓，用小寫字母u表示三、關聯(lián)參考方向注意：在電路分析中，沒有特別說明，電壓和電流一般為關聯(lián)參考方向。

在電路分析中，對一個元件既要假設通過它的電流參考方向，又要假設該元件兩端電壓的參考極性，兩個都可任意假定，而且獨立無關。

當電壓和電流的參考方向一致時，稱電壓和電流為關聯(lián)參考方向；

相反，當電壓和電流的參考方向相反時，稱電壓和電流為非關聯(lián)參考方向。結點電位的概念：Va=5V

a

點電位：ab15Aab15AVb=-5V

b

點電位：在電路中任選一結點，設其電位為零（用此點稱為參考點。其它各結點對參考點的電壓，便是該結點的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標）。標記），四、電路中電位的概念電壓的概念：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)別五、能量電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），時間單位為秒（s），則能量單位為焦耳（J）。

根據電壓定律，從t0到t的時間內元件吸收的能量W為：指在一定時間內所吸收或發(fā)出功率的總量，用字母w表示。六、功率電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則功率單位為瓦特（W）。功率是單位時間內所做的功，即：七、電源與負載的判別方法一：根據U、I的實際方向判別電源：U、I

實際方向相反（非關聯(lián)）即電流實際從U“+”端流出，（發(fā)出功率）；

負載：U、I

實際方向相同（關聯(lián)）即電流實際從U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_

方法二：由U、I參考方向判別：

(1)當U和I參考方向選擇一致的前提下若P=UI0“吸收功率”（負載）aUb+_IR(２)當U和I參考方向選擇不一致的前提下若P=UI0“發(fā)出功率”（電源）aIUb+-+_“吸收功率”（負載）aUb+_IR若P=UI0IUb+-+_若P=UI0“發(fā)出功率”（電源）例：已知：方框代表電源或負載，U=220V，I=-1A試問：哪些方框是電源，哪些是負載？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)電壓、電流實際方向非關聯(lián)，故為電源；(b)電壓、電流實際方向關聯(lián)，故為負載；(c)電壓、電流實際方向關聯(lián)，故為負載；(d)電壓、電流實際方向非關聯(lián)，故為電源。1.3.1電阻元件一、線性電阻（簡稱電阻）根據歐姆定律：電壓單位為伏特，電流單位為安培，則電阻R單位為歐姆（W）。G為電導，單位為西門子（S）。歐姆定律在非關聯(lián)參考方向情況下電阻符號為：1-3電路元件二、電阻消耗的功率

電阻一般把吸收的電能轉換成熱能消耗掉。<一>在關聯(lián)參考方向下

p=ui=i2R>0，吸收電能，說明電阻是一個無源元件。<二>在非關聯(lián)參考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收電能，同樣說明電阻是一個無源元件。三、伏—安特性

電阻以電壓為縱或橫坐標，電流為橫或縱坐標，畫出的電壓和電流的關系曲線叫該元件的伏—安特性。四、非線性電阻

非線性電阻的電阻R不等于一個常數，即：五、開路和短路的概念

無論電壓u為多大，i=0A，則電阻R相當于無窮大，等效為開路。<一>開路無論電流i為多大，u=0V，則電阻R相當于零，等效為短路。<二>短路1.3.2電容元件一、線性電容（簡稱電容）

電容符號為：則電容電壓與所帶電荷之間滿足：式中C是電容元件的參數，稱為電容。C是一個正實常數。當電壓單位為伏特，電荷單位為庫侖（C），則電容單位為法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、庫—伏特性

電容元件兩端的電荷和電壓的的關系曲線。三、電壓與電流的關系<一>微分關系<二>積分關系<三>電容的特性<1>在直流電路中，電容元件處相當于開路；<2>電容元件具有“記憶”功能（從積分關系來看）；四、電容吸收的能量從t0到t的時間內，電容元件吸收的能量WC求得為：WC>0，充電，以電場能量的形式儲存；WC<0，放電，元件釋放電能；五、非線性電容

非線性電容的電容值C不等于一個常數，即：電容是儲能元件,不消耗有功功率1.3.3電感元件一、線性電感（簡稱電感）（1）當感應電壓的參考方向與磁通鏈成右手螺旋關系時，則根據電磁感應定律可得：電感的磁通鏈與電流之間滿足：式中L是電感元件的電感（自感）。L是一個正實常數。當磁通鏈單位為韋伯（Wb)，電流單位A，則電感單位為亨利或亨（H）。電感的符號為：二、韋—安特性

電感元件兩端的磁通鏈和電流的的關系曲線。三、電壓與電流的關系<一>微分關系<二>積分關系<三>電感的特性<1>在直流電路中，電感元件處相當于短路；<2>電感元件具有“記憶”功能（從積分關系來看）；四、電感吸收的能量從t0到t的時間內，電容元件吸收的能量WL求得為：WL>0，充磁，以磁場能量的形式儲存；WL<0，放磁，元件釋放電能；五、非線性電感

非線性電感的電感系數L不等于一個常數，即：電感是儲能元件,不消耗有功功率1.3.4電壓源和電流源一、電壓源

電壓源符號為：<一>電壓源的特點<1>電壓源兩端電壓與外接電路無關；<2>流過電壓源的電流與外電路有關。R不同，i不同。<二>電壓源的工作狀態(tài)電壓源uS1工作在電源狀態(tài)；電壓源uS2工作在負載狀態(tài)。二、電流源

電流源符號為：<一>電流源的特點<1>電流源電流與外接電路無關；<2>電流源兩端的電壓與外電路有關。R不同，u不同。<二>電流源的工作狀態(tài)電流源iS1工作在電源狀態(tài)；電流源iS2工作在負載狀態(tài)。無內阻的電壓源即是理想電壓源輸出電壓恒定,即特點外特性