電工學(xué) 第一章 電路原理

電工與電子技術(shù)

劉春陽機(jī)電工程學(xué)院測(cè)儀教研室187390587291河南科技大學(xué)課程介紹專業(yè)基礎(chǔ)課96學(xué)時(shí)=實(shí)驗(yàn)(20)+授課(76)最終成績(jī)=試卷(70%)+實(shí)驗(yàn)(20%)+平時(shí)(10%)教材:《電工技術(shù)》（電工學(xué)Ⅰ）田葳主編高教出版社《電子技術(shù)》（電工學(xué)Ⅱ）孫立功主編高教出版社

答疑：周四下午西苑校區(qū)5號(hào)樓測(cè)儀教研室2學(xué)習(xí)內(nèi)容電路基礎(chǔ)：電路基本原理與定律，電路的作用和組成以及基本的分析方法。交流電路分析方法，變壓器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的原理和作用等。模擬電路：半導(dǎo)體器件、PN結(jié)、二極管、三極管、基本放大電路、集成運(yùn)算放大電路等。數(shù)字電路：組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。3學(xué)習(xí)要求掌握電路的作用與組成掌握電路的基本物理量及電器元件

掌握電量參考方向分析及計(jì)算掌握歐姆定律、基爾霍夫定律掌握電源的等效電路分析4第一章電路基本概念與定律電路5

電路就是電流流通的路徑。

是由某些電工設(shè)備或電路元件為完成一定功能、按一定方式組合后的總稱。SE1.1電路的作用與組成6電路的作用：

(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線1.1電路的作用與組成7電路的組成：

電源：將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換為電能。

負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)換為非電形態(tài)的能量。

中間環(huán)節(jié)：（開關(guān)和導(dǎo)線等）將起傳輸、分配和控制電能的作用。電源負(fù)載SE開關(guān)1.1電路的作用與組成8電源:

供電裝置非電能→電能負(fù)載:用電裝置電能→非電能中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線1.1電路的作用與組成9直流電源直流電源:

提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:

提供信息放大器揚(yáng)聲器話筒中間環(huán)節(jié)1.1電路的相關(guān)概念102.內(nèi)外電路：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。3.直流/交流電路：電路中電流不隨時(shí)間變化的稱為直流電路(DC)；電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的稱為交流電路(AC)。1.系統(tǒng)：較復(fù)雜的、具有特定功能的電路有時(shí)也稱為系統(tǒng)。4.激勵(lì)與響應(yīng)：電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。5.網(wǎng)絡(luò)：電路有時(shí)也稱為網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部不含電源的稱為無源網(wǎng)絡(luò)；內(nèi)部包含有電源的稱為有源網(wǎng)絡(luò)。1.2電路的基本物理量11電流：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過電路某一橫截面的電荷量。符號(hào)：I，單位：安培A。電流A安培時(shí)間S秒電荷量C庫侖變化的電流：電荷量相對(duì)時(shí)間變化率大寫為直流，小寫為交流。1.2電路的基本物理量12電流的方向：正電荷運(yùn)動(dòng)方向+-I⊕*內(nèi)電路電流：電源負(fù)極流向電源正極外電路電流：電源正極流向電源負(fù)極IE+_aRb1.2電路的基本物理量13電位：電場(chǎng)力將單位正電荷從電路某點(diǎn)移至參考點(diǎn)所消耗的電能。符號(hào)：V，單位：伏特V。參考點(diǎn)：0V+-⊕V*參考點(diǎn)：大地或者公共端

⊥1.2電路的基本物理量14電壓：電場(chǎng)力將單位正電荷從電路某一點(diǎn)移至另一點(diǎn)所消耗的電能稱這兩點(diǎn)間的電壓。符號(hào)：U，單位：伏特V。*電壓=電位差

電位=某點(diǎn)與參考點(diǎn)間的電壓*電壓方向：高電位指向低電位，用正負(fù)號(hào)表示電壓極性。ab⊕U1.2電路的基本物理量15電動(dòng)勢(shì)：非電場(chǎng)力將單位正電荷從電源負(fù)極移至電源正極所轉(zhuǎn)換的電能稱為電源的電動(dòng)勢(shì)。符號(hào)：E，單位：伏特V。*電動(dòng)勢(shì)方向：低電位指向高電位，電位升方向。與電源的電壓方向相反。-+⊕E

1.2電路的基本物理量16電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換的電能，簡(jiǎn)稱功率。符號(hào)：P，單位：瓦特W。aIRUbaIRUb電壓和電流方向不一致，功率為負(fù)。1.2電路的基本物理量17功率的正負(fù)：功率大于零，表示電路吸收或消耗的功率，電壓和電流方向一致，起負(fù)載作用。功率小于零，表示電路輸出功率，電壓和電流方向相反，起電源作用。功率平衡：電路中電源產(chǎn)生的電功率和電路消耗的電功率之和為零，總功率為零。1.2功率平衡18例：圖示電路U1U2R+-+-10V6V4I-1.2電路的基本物理量19電能：時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)換的電功率稱為電能，符號(hào)：W，單位：焦耳J。*常用電能單位：千瓦時(shí)（kW·h）

1千瓦時(shí)=1度電＝3.6106J。*單位：常用的單位大小不合適時(shí)，使用單位：G：109M：106K：103m：10-3

m：10-6n：10-9p：10-12如：電流20mA，電容22mF。1.3電路的狀態(tài)20通路：電源與負(fù)載接通，電路中有電流及能量的輸送與轉(zhuǎn)換。*通路狀態(tài)下總功率平衡。電源內(nèi)電阻和導(dǎo)線的消耗的電功率DP為損耗，轉(zhuǎn)換為熱能。功率損耗越小越好。IE+_RR01.3電路的狀態(tài)21開路：電源與部分電路斷開，該部分電路中沒有電流及能量的輸送與轉(zhuǎn)換。*如果全部斷開，則電源既不產(chǎn)生也不輸出功率，稱為空載。Uab視電路情況而定IE+_aRb1.3電路的狀態(tài)22短路：某部分電路的兩端用電阻可以忽略不計(jì)的導(dǎo)線或開關(guān)連接起來，使得該電路中電流全部被導(dǎo)線或開關(guān)旁路，也稱為短接。*如果全部電路都短路，則稱為電源短路。短路電流Is很大，容易使供電系統(tǒng)設(shè)備燒毀或引起火災(zāi)。*短路原因：絕緣不好，接線不慎。Iab

視電路情況而定IE+_abR1.4電路中的參考方向23

物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)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、μV1.4電路中的參考方向24電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR復(fù)雜電路中方向的判斷？1.4電路中的參考方向25(2)參考方向的表示方法(1)參考方向：

在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。IE+_aRbU+_IabIRUabUR雙下標(biāo)箭標(biāo)abRI正負(fù)極性+–abU1.4電路中的參考方向26實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。(3)實(shí)際方向的表達(dá)（與參考方向的關(guān)系）若I=5A，則電流從a流向b；例：abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實(shí)際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實(shí)際方向從b指向a。若I=–5A，則電流從b流向a；1.4電路中的參考方向27電壓、電流的參考方向選擇一致時(shí)，稱為關(guān)聯(lián)參考方向；否則為非關(guān)聯(lián)。采用關(guān)聯(lián)參考方向可僅標(biāo)出一個(gè)參數(shù)的參考方向即可。(4)關(guān)聯(lián)參考方向注意：在參考方向選定后，電流(或電壓)值才有正負(fù)之分；

電路分析時(shí)，參考方向一旦選定不得改變；一般情況下，選用關(guān)聯(lián)參考方向便于分析電路。IE+_aRb1.5電路模型28電路模型：為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件（恒壓源、恒流源）等。

將實(shí)際元件理想化，即在一定條件下突出其主要電磁性質(zhì)，忽略次要性質(zhì)，將其看作理想元件。

今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。1.5電路模型29例：手電筒及其電路模型。R+RoE–S+U–I電池電源

導(dǎo)線中間環(huán)節(jié)燈泡負(fù)載開關(guān)手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。1.6電路元件30理想電路元件理想有源元件理想無源元件電壓源電流源電阻元件電容元件電感元件1.6.1電阻元件31

電阻元件表征電路中消耗電能的理想元件，反應(yīng)導(dǎo)體對(duì)電子運(yùn)動(dòng)阻礙作用大小。符號(hào)：R；單位：歐姆

。參數(shù)：電阻值，精度，額定電流，功率，封裝。＋

－

R

I

U

可變電阻器（電位器）Ru+_u+_R電阻器1.6.1電阻元件32

電阻圖片水泥電阻線繞電阻碳膜電阻可變電阻壓敏電阻功率電阻貼片電阻1.6.1電阻元件33

電阻的封裝插針式貼片式0402：1/16W0603：1/10W0805：1/8W1206：1/4W1210：1/3W1812：1/2W2010：3/4W2512：1W表示法：英制：0805公制：2125含義：L:0.8inch(2.0mm)W:0.5inch(1.25mm)1.6.1電阻元件34

電阻的阻值標(biāo)稱值色環(huán)標(biāo)稱值：前面代表數(shù)值，最后一位代表倍率，N即的10N。如103=10KW.如：紅紅棕金四色環(huán)：220W/5%.1.6.1電阻元件35金屬電阻

金屬導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的尺寸及導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能有關(guān)，表達(dá)式為：電阻W電阻長(zhǎng)度m電阻截面積m2電阻率Wm1.6.1電阻元件36

歐姆定律U、I參考方向相同時(shí)：即關(guān)聯(lián)參考方向RU+–I電阻兩端電壓與流過電阻的電流成正比U、I參考方向不同時(shí)：1.6.1電阻元件37例：利用歐姆定律求電路中電阻阻值RU6V+–I2ARU6V+–I-2A1.6.1電阻元件38

伏安特性電路的端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。I

/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線。

線性電阻遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻（即理想電阻），它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。1.6.1電阻元件39

實(shí)際電阻與理想電阻關(guān)系實(shí)際電阻在直流或者低頻電流工作下，才可以看作是純電阻元件。溫度或者電流頻率的增加也會(huì)引起電阻阻值的增大。電阻兩端電壓與電流的比值不是常數(shù)時(shí)稱非線性電阻?？梢暈槔硐腚娮璧那闆r：1.設(shè)備工作狀態(tài)不變（如Q點(diǎn)可用原點(diǎn)到Q點(diǎn)直線等效）2.設(shè)備工作區(qū)間一定（如A、B點(diǎn)間可近似為直線）QAB1.6.1電阻元件40

電阻功耗：隨時(shí)間增長(zhǎng)電阻上的能量單調(diào)上升表明電能全部消耗在電阻上，轉(zhuǎn)換為熱能散發(fā)。電阻的能量關(guān)系負(fù)載大小的概念:

負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加(電壓一定)。(負(fù)載大、重指得是電流大，在常用電壓供電電路中R?。╇娮柘牡墓β?.6.1電阻元件41*電氣設(shè)備工作的電壓、電流、功率有一定的限額，稱為額定值。*超過或者低于額定值，電氣設(shè)備會(huì)發(fā)生損壞或降低使用壽命。*額定值用IN、UN、PN表示。1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W

電氣設(shè)備額定值1.6.1電阻元件42例：某燈額定值為220V，60W，求其額定電流。實(shí)際工作電流為0.25A時(shí)，求其實(shí)際功率。實(shí)際值并一定等于額定值電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)：欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟(jì))

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟(jì)合理安全可靠)

1.6.2電容元件43

電容表征電路中存儲(chǔ)電場(chǎng)能的理想元件，反應(yīng)電荷移動(dòng)在導(dǎo)體上的積累。符號(hào)：C；單位：法拉F。參數(shù)：電容值，耐壓值，封裝。C

i

u＋－＋q－電容的電路符號(hào)1.6.2電容元件44

電容圖片陶瓷電容云母電容薄膜電容復(fù)合介質(zhì)電容鋁電解電容鉭電解電容真空電容貼片鉭電解電容1.6.2電容元件45

電容的封裝電解電容容值一般大于1mF，小于1mF的多為瓷片電容。電解電容有極性，正負(fù)極必須正確連接。電解電容有額定電壓，即耐壓值，工作電壓超過耐壓值會(huì)燒毀電容，耐壓值一般為工作電壓的1.5--2倍。有極性的電容：鉭電解電容A--3216--10VB--3528--16VC--6032--25VD--7343--35V無極性的電容：0805、0603等含義：L:0.8inchxW:0.5inch耐壓值63V以上比有極性高。貼片式插針式1.6.2電容元件46

電容器相互絕緣的金屬極板以及中間的電介質(zhì)構(gòu)成?！娙荩瑔挝粸榉╗拉](F)S—極板相對(duì)面積（m2）d—板間距離（m）ε—介電常數(shù)（F/m）1.6.2電容元件47

電容值qi

u＋－＋－＋－c

電容標(biāo)稱值：默認(rèn)單位為pF，常用的為mF量級(jí)如107/6V為電容量10x107pF=100mF，耐壓值6V。電容的兩個(gè)極板在電壓作用下聚集起等量的異種電荷，電壓越高，積累的電荷量越多，電場(chǎng)越強(qiáng)，最終與所加電壓平衡。1.6.2電容元件電容的瞬時(shí)功率：

電容的儲(chǔ)能特性48電容兩端電荷量或者電壓變化，引起電流變化。qi

u＋－＋－＋－c

從外部輸入的電能：1.6.2電容元件49C

i

u＋－電容中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能：由于充放電需要一定時(shí)間，若外部不能向電容提供無窮大的功率,電場(chǎng)能就不可能發(fā)生突變。即接通、斷路、短路的瞬間電容兩端電壓保持不變。

電容兩端電壓不能突變當(dāng)電容兩端電壓增大時(shí)，電場(chǎng)能增大，即充電狀態(tài)；當(dāng)電容兩端電壓減小時(shí)，電場(chǎng)能減小，即放電狀態(tài)。電容元件是儲(chǔ)能元件。直流電路中由于U恒定不變，即du/dt≡0i≡0電容元件在直流電路中可視為開路，故電容具有隔離直流的作用。實(shí)際中所用的電容元件基本上可認(rèn)為是理想電容。1.6.2電容元件

電容的隔直作用電容回路中電流i與電壓u隨時(shí)間變化量有關(guān)，故電容稱為動(dòng)態(tài)元件。501.6.2電容元件51

電容的作用濾波：電源電路使用，常用大電容并聯(lián)小電容，大電容過濾低頻信號(hào)，小電容過濾高頻信號(hào)，如1000mF,20pF。旁路：靠近器件電源引腳和地引腳，給高頻輸入噪聲提供低阻抗路徑，防止輸入量過大導(dǎo)致地電位抬高。一般為小電容：0.1mF,0.01mF。去耦：濾除輸出信號(hào)的干擾，防止干擾信號(hào)返回電源。一般為大電容：10mF及以上。耦合：用于交流信號(hào)的級(jí)間耦合。調(diào)諧：LC\RC振蕩電路。儲(chǔ)能：電池，為外部供電。OUT0.1mF

iIN

10mF

1.6.3電感元件52

電感元件線圈是典型的電感元件，由電導(dǎo)材料盤繞磁芯制成。表征電路中磁場(chǎng)能存儲(chǔ)的理想元件，反應(yīng)電流和磁場(chǎng)的相互作用。符號(hào)：L（自感）；單位：亨利H。參數(shù)：電感值，品質(zhì)因數(shù)，封裝等。+-L1.6.3電感元件53

自感L當(dāng)電感線圈中通入電流時(shí)，在線圈中形成感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。

互感M當(dāng)兩個(gè)電感線圈相互靠近，一個(gè)線圈的磁場(chǎng)變化會(huì)影響另外一個(gè)線圈的磁場(chǎng)。u＋－eiN1.6.3電感元件54

電感圖片磁棒電感線圈雙層空心電感線圈工字形電感線圈鐵心電感線圈磁珠電感貼片電感1.6.3電感元件55

電感參數(shù)插針式貼片式標(biāo)稱值：數(shù)值X10N，默認(rèn)單位nH。如103即為10X103nH=10uH。電感精度：一般電感：M-誤差為20%；K-誤差為10%。精密電感：J-誤差為5%；F-誤差為1%。如：103M，即為10μH，誤差20%。品質(zhì)因數(shù)Q：Q越大，工作損耗小，效率越高。分布電容：分布電容越小，穩(wěn)定性越好。封裝1.6.3電感元件56

電感設(shè)線圈的匝數(shù)為N，磁芯的橫截面積為Ae，磁芯的磁路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，磁芯的磁導(dǎo)率為m，則線圈的自感為：電感生產(chǎn)后，磁芯的磁路長(zhǎng)度、磁芯截面積，線圈匝數(shù)就已經(jīng)確定，電感受磁導(dǎo)率影響。1.6.3電感元件57

電感——磁鏈，單位為韋[伯](Wb)——電流，單位為安[培](A)——電感，單位為亨[利](H)u＋－eiN＝NL

=i則線圈的電感為：設(shè)線圈的匝數(shù)為N，電流i通過線圈時(shí)產(chǎn)生的磁通為F,則線圈的磁鏈為：線性電感:L為常數(shù)非線性電感:L不為常數(shù)1.6.3電感元件58

電感的伏安特性規(guī)定：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的方向與磁感線的方向符合右手螺旋定則時(shí)，e為正，否則為負(fù)。電感電壓u：+-e+-L電感上u、e與電流隨時(shí)間變化量有關(guān)，故稱為動(dòng)態(tài)元件。當(dāng)線圈里電流變化時(shí)，會(huì)在線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e：1.6.3電感元件59

電感的短直作用+-e+-L電感L（由于e的作用）具有阻礙電流變化的性質(zhì)。直流電路中由于I恒定不變，即：di/dt≡0所以u(píng)≡0電感元件在直流電路中可視為短路，即短直作用。非電流電路，由于I不斷變化，即di/dt≠0，電感上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)e、電流關(guān)系及參考方向可知：1.6.3電感元件60

電感的儲(chǔ)能特性電感的瞬時(shí)功率：L

i

u＋－e從外部輸入的電能：電感中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能：當(dāng)流過電感的電流增大時(shí)，磁場(chǎng)能增大，電感取用能量；當(dāng)流過電感的電流減小時(shí)，磁場(chǎng)能減小，電感放還能量。電感是儲(chǔ)能元件。1.6.3電感元件61

電感的電流不能突變L

i

u＋－e若外部不能向電感提供無窮大的功率,磁場(chǎng)能就不可能發(fā)生突變。因此，電感的電流i不可能發(fā)生突變。由于實(shí)際的電感不是理想的電感元件，都有非線性及導(dǎo)線電阻。繞制緊密，導(dǎo)線電阻很小的空心線圈可近似為理想電感。1.6.3電感元件62

儲(chǔ)能元件的記憶作用L

i

u＋－e若電路中電容斷路瞬間（i＝0），由于電容上充有電荷，雖然電容未接電源，但兩端將保持原有電壓；若電路中電感斷路瞬間（i＝0），由于線圈仍保持有產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，回路中仍將保持原有電流。C

i

u＋－1.6.3電感元件63

電感的作用L

i

u＋－e隔離：通直流，阻交流，級(jí)間隔離。濾波：對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除高頻信號(hào)。諧振：LC振蕩回路。滯后：濾除。1.6.3小結(jié)64

電路中電感和電容不同的作用R1UR2U為直流電壓時(shí),電感相當(dāng)于短路，電容相當(dāng)于開路，以上電路等效為UR1R2LC1.6.3小結(jié)65無源元件特性對(duì)比元件類型計(jì)算公式伏安特性作用電阻R耗能元件。阻礙電荷運(yùn)動(dòng)，用于限流。電容C儲(chǔ)能元件，電壓不能突變，隔直流通交流。用于濾波、去耦、旁路、諧振等。電感L儲(chǔ)能元件，電流不能突變，隔交流通直流，阻礙電流變化。用于濾波、諧振等。1.6.4有源元件—電壓源66＋

－US

I

＋－U＝US＝定值USU

O

I

理想電壓源的特點(diǎn)：理想電壓源：又稱恒壓源，可提供一個(gè)固定的電壓US，US稱為源電壓。輸出電壓等于源電壓，是由其本身所確定的定值，與輸出電流和外電路的情況無關(guān)。輸出電流I不是定值，與輸出電壓和外電路的情況有關(guān)。1.6.4有源元件—電壓源67

理想電壓源的特點(diǎn)：設(shè)U=10VIU+_abUab2R1R22

當(dāng)R1接入時(shí)：I=10/2=5A

當(dāng)R1和R2同時(shí)接入時(shí)：I=10/1=10A輸出電壓始終為U=10V，與外接負(fù)載無關(guān)。1.6.4有源元件—電壓源68

實(shí)際電壓源：由上圖電路可得:U=E–IR0

若R0=0電壓源:U

EU0=E

IUIRLR0+-EU+–實(shí)際電源是由電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源的電路模型。

若R0<<RL，U

E，可近似認(rèn)為是理想電壓源。理想電壓源O實(shí)際電壓源1.6.4有源元件—電流源69

理想電流源的特點(diǎn)：理想電流源：又稱恒流源，可提供一個(gè)固定的電流IS，IS稱為源電流。輸出電流等于源電流，是由其本身所確定的定值，與輸出電電壓和外電路的情況無關(guān)。輸出電壓U不是定值，與輸出電流和外電路的情況有關(guān)。IS

U

＋－ISU

O

I

電激流1.6.4有源元件—電流源70

理想電流源的特點(diǎn)：設(shè)IS=1A

當(dāng)R=5時(shí)，U=5V當(dāng)R=10時(shí)，U=10V輸出電流始終為I=1A，與外接負(fù)載無關(guān)。IUIsR1.6.4有源元件—電流源71

實(shí)際電流源：RLU0=ISR0

IU理想電流源OIS實(shí)際電流源是由電激流IS和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源的電路模型。若R0=電流:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似認(rèn)為是理想電流源。實(shí)際電流源實(shí)際電流源模型R0UR0UIS+－I由圖a：

U=E－IR0由圖b：U=（IS–I）R0＝ISR0–IR0RLIR0+–EU+–電壓源等效變換條件:E=ISR0+RL–R0UR0UISI電流源R0u＝R0

i＝R0E=ISR0721.6.4等效變換等效變換條件:R0u＝R0

i＝R0E=ISR0731.6.4等效變換I2+-10VbaUab5AabI'10V/2=5A25A2=10V電壓源與電流源及其等效變換分析電路利用電壓源、電流源變換簡(jiǎn)化電路思路：若多個(gè)電源（或電路）串聯(lián)可變換為電壓源合并；若多個(gè)電源（或電路）并聯(lián)可變換為電流源合并；與恒壓源并聯(lián)的電路可等效為恒壓源；與恒流源串聯(lián)的電路可等效為恒流源。741.6.4等效變換例1:求下列各電路的等效電源解:+–abU25V(a)++–abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU5A23b+(a)a+–5V32U+a5AbU3(b)+751.6.4等效變換例2：試用等效變換的方法計(jì)算2電阻中的電流I。6V3+–+–12V2A6112I2A3122V+–I2A61(a)761.6.4等效變換解：根據(jù)等效變換的方法，將并聯(lián)的電壓源轉(zhuǎn)換電流源，串聯(lián)的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源，得到圖a，再繼續(xù)化簡(jiǎn)。–8V+–22V+2I(c)2由圖(d)可得2A3122V+–I2A61(a)4A2222V+–I(b)771.6.4等效變換6V+–2I(d)4電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。例：當(dāng)RL=時(shí)，電壓源的內(nèi)阻R0

中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻R0中則損耗功率。781.6.4等效變換注意事項(xiàng)IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRL②等效變換時(shí)，兩電源的參考方向要一一對(duì)應(yīng)。791.6.4等效變換注意事項(xiàng)R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab③理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。④任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為IS

和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。（不局限于電源內(nèi)阻）801.6.4等效變換注意事項(xiàng)abI'Uab'IsaUS+-bI②等效變換時(shí)，兩電源的參考方向要一一對(duì)應(yīng)。③理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。①電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。例：當(dāng)RL=時(shí)，電壓源的內(nèi)阻R0

中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻R0中則損耗功率。④任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為IS

和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。（不局限于電源內(nèi)阻）R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab811.6.4等效變換注意事項(xiàng)獨(dú)立電源：指電壓源的電壓或電流源的電流不受外電路的控制而獨(dú)立存在的電源。（前述電壓、電流源）受控源的特點(diǎn)：當(dāng)控制電壓或電流消失或等于零時(shí)，受控源的電壓或電流也將為零。（受電流、電壓控制）受控電源：指電壓源的電壓或電流源的電流受電路中其它部分的電流或電壓控制的電源。（非獨(dú)立電源）821.6.4受控源831.6.4思考一下10V+-2A2I哪個(gè)答案對(duì)???841.6.4小結(jié)恒壓源恒流源理想電源等效電源U+_abIUabUab=U

（常數(shù)）IabUabIsI=Is

（常數(shù)）IIsRabIs

=I+Uab/R

U+_abIUabU=IR+Uab

851.6.4小結(jié)恒壓源恒流源不變量變化量U+_abIUabUab=U

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)I無影響。輸出電流I可變：I的大小、方向均由外電路決定輸出端電壓Uab可變：Uab的大小、方向均由外電路決定以后我們所研究的電路，都是由理想電路元件及其組合構(gòu)成的電路模型，便于我們進(jìn)行分析。861.6.4小結(jié)等效變換條件:R0u＝R0

i＝R0E=ISR0IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRL電路基本定律包括歐姆定律和基爾霍夫定律。歐姆定律描述了電路中電流電壓電阻之間的關(guān)系，應(yīng)用電阻工作狀態(tài)分析。871.7基爾霍夫定律基爾霍夫描述電路中各部分電壓或電流之間關(guān)系，分為基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律。其中基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)分析，基爾霍夫電流定律應(yīng)用于回路分析。支路：電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。結(jié)(節(jié)）點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。（單孔回路）I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123881.7基爾霍夫定律1．KCL定律

即:Ｉ入=

Ｉ出在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。實(shí)質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)?；?Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1對(duì)結(jié)點(diǎn)a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0KCL定律反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。規(guī)定電流參考方向流入節(jié)點(diǎn)為正號(hào)，流出節(jié)點(diǎn)為負(fù)號(hào)。若計(jì)算結(jié)果電流為負(fù)值，則實(shí)際方向與參考方向相反。891.7.1基爾霍夫電流定律（KCL）電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2．KCL推廣I=?廣義結(jié)點(diǎn)I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V901.7.1基爾霍夫電流定律（KCL）例：求I4的電流值。911.7.1基爾霍夫電流定律（KCL）I1=2AI4I3=-3AI2=-2A解：根據(jù)基爾霍夫電流定律流入節(jié)點(diǎn)為正，流出節(jié)點(diǎn)為負(fù)。計(jì)算結(jié)果為正，說明電流實(shí)際方向與參考方向一致，若為負(fù)，則說明實(shí)際方向與參考方向相反。1．定律U升=U降

或

U=0在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和，即各段電壓代數(shù)和為零。對(duì)回路1：對(duì)回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112KVL定律反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。利用代數(shù)和為零求解時(shí)，規(guī)定電壓降為正號(hào)，電壓升為負(fù)號(hào)。921.7.2基爾霍夫電壓定律（KVL）基爾霍夫電壓定律不僅適用于電路中任一閉合的回路，而且還可以推廣應(yīng)用于任何一個(gè)假想閉合的一段電路。將a、b兩點(diǎn)間的電壓作為電阻電壓考慮，沿順時(shí)針方向：U=R

I

+E

＋－U

＋

－R

I

Eba或

R

I－U＋E＝0931.7.2基爾霍夫電壓定律（KVL）2．KVL推廣實(shí)質(zhì):電位單值性的體現(xiàn)。任一回路循環(huán)方向上電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和等于電阻電壓降代數(shù)和：R

I－U

=－E或R

I+Us－U

=0

＋－U

＋

－R

I

E或Usba941.7.2基爾霍夫電壓定律（KVL）2．KVL在電動(dòng)勢(shì)電阻電路中應(yīng)用規(guī)定電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的參考方向與回路循環(huán)方向一致取正，相反取負(fù)號(hào)。電動(dòng)勢(shì)和電阻電壓降分別位于等號(hào)兩側(cè)，列方程。1．列方程前標(biāo)注電路參數(shù)的參考方向和回路循行方向；根據(jù)參考方向和定律列方程。

電位升=電位降

E1=UBE+I1R1U=0

I1R1–E1+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時(shí)，項(xiàng)前符號(hào)的確定：

如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。3.開口電壓可按回路處理：1E1UBEE+B+–R1I1_951.7.2基爾霍夫電壓定律注意事項(xiàng)解：由回路abcdefa，順時(shí)針循環(huán)：Uab+Ucd－Ued+Uef＝E1－E2

例：在圖示回路中，已知E1＝20V，E2＝10V，Uab＝4V，Ucd＝-6V，Uef＝5V。試求Ued

和Uad。

＋－R2

E2eaR3

R4

＋－Ucd＋－R1

E1＋－Uef＋－UabUed＋－bdfc＋－Uad求得

Ued

=

Uab+Ucd+Uef-E1+E2

=[4+(-6)+5–20+10]V＝-7V961.7.2基爾霍夫電壓定律

由假想的回路abcdaUab+Ucd－Uad＝－E2＋－R2

E2eaR3

R4

＋－Ucd＋－R1

E1＋－Uef＋－UabUed＋－bdfc＋－Uad求得

Uad＝

Uab+Ucd+E2