電工技術(shù)課件第一章電路模型與電路定律

電工技術(shù)一、課程的性質(zhì)、作用和任務(wù)

《電工技術(shù)Ⅱ》是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)會運(yùn)用所學(xué)知識解決一些基本的有關(guān)電學(xué)方面的問題，同時為后續(xù)《電子技術(shù)》等課程打下基礎(chǔ)。電工技術(shù)

（電工學(xué)）電工電子技術(shù)電子技術(shù)

電路基礎(chǔ)

電機(jī)與控制模擬電子技術(shù)

數(shù)字電子技術(shù)

2

計算機(jī)檢測控制系統(tǒng)原理框圖微機(jī)傳感器伺服機(jī)構(gòu)模擬信號處理功率放大模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)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(shù)的典型應(yīng)用模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電機(jī)第1章電路模型與電路定律重點(diǎn)內(nèi)容1.電流和電壓的參考方向；2.基爾霍夫定律：基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。注意：電路分析中，電流和電壓全都是針對它們的參考方向來進(jìn)行考慮。1.3電功率和能量本章主要內(nèi)容1.1電路的作用與組成1.2電流和電壓的參考方向1.4元件模型與電路模型1.5基爾霍夫定律1.1電路的作用與組成一、電路

（electriccircuit）-網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)

1.1電路的作用與組成二、電路的作用1.實(shí)現(xiàn)電能的輸送與轉(zhuǎn)換2.實(shí)現(xiàn)信號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機(jī)電爐...輸電線1.1電路的作用與組成三、電路的組成發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)1.1電路的作用與組成三、電路的組成放大器揚(yáng)聲器話筒信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源電源(信號源)的電壓或電流稱為激勵；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。激勵響應(yīng)電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論與的關(guān)系1.2電流和電壓的參考方向（1）一、電流和電流的參考方向<二>電流的參考方向

<1>用箭頭表示，如右圖；如iAB=2A，說明實(shí)際方向與參考方向一致；<一>電流（又叫電流強(qiáng)度）單位時間內(nèi)通過的電量，即：正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。

<2>用雙下標(biāo)表示，如iABiAB=-2A，說明實(shí)際方向與參考方向相反。1.2電流和電壓的參考方向（2）二、電壓和電壓的參考方向

<二>電壓的參考方向

<1>用箭頭表示；如uAB=2V，說明實(shí)際方向與參考方向一致；

電壓的實(shí)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(diǎn)到B點(diǎn)電場力所做的功為AB兩點(diǎn)之間的電壓，即：

uAB=-2V，說明實(shí)際方向與參考方向相反。<2>用雙下標(biāo)，如uAB；<3>用正負(fù)符號。1.2電流和電壓的參考方向（3）三、關(guān)聯(lián)參考方向

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

當(dāng)電壓和電流的參考方向一致時，稱電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向；

相反，當(dāng)電壓和電流的參考方向相反時，稱電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向。1.2電流和電壓的參考方向（3）三、關(guān)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(guān)聯(lián)參考方向。負(fù)載AB+-電源AB+-負(fù)載AB+-電源AB+-關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向1.3電功率和能量（1）一、能量電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則能量單位為焦耳（J）。二、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）。1.3電功率和能量（2）<一>在電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向下p>0，表示該元件吸收功率；p<0，表示該元件發(fā)出功率。<二>在電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向下p>0，表示該元件發(fā)出功率；p<0，表示該元件吸收功率。u=3VP1=3V*2A=6Wu=-3VP1=(-3V)*2A=-6W（吸收功率）（吸收功率）1.3電功率和能量（3）如何判斷電路元件是電源(發(fā)出功率)還是負(fù)載(吸收功率)？按照電壓和電流的實(shí)際方向判斷：若電流從電路元件的高電位流出，則該元件起電源作用；否則起負(fù)載作用。例:試判斷各元件是電源還是負(fù)載。圖中U1=-1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A,I3=-2A負(fù)載電源負(fù)載負(fù)載負(fù)載1.4元件模型與電路模型一、實(shí)際電路

實(shí)際電路是由電氣器件相互聯(lián)接而構(gòu)成的電流的通路。如手電筒電路：二、理想電路元件和電路模型

<二>理想電路元件

在器件的尺寸遠(yuǎn)小于工作頻率所對應(yīng)的波長時，可以用一些理想電路元件或它們的組合來模擬實(shí)際電路中的器件。這種理想電路元件為集總元件或集總參數(shù)元件。這種由理想電路元件構(gòu)成的電路叫集總電路。

<一>集總元件和集總電路

<2>

有源元件：獨(dú)立電源（電壓源、電流源）；受控源 （壓控流源、壓控壓源、流控流源、流控壓源）

<1>

無源元件：電阻、電容、電感、理想變壓器等；

<三>實(shí)際器件的模型

<四>電路模型三、電路分析的目的

一個實(shí)際器件在某種條件下都可以找到它的模型。有些模型由一種理想元件構(gòu)成，有些模型用幾種理想元件來構(gòu)成由理想元件代替實(shí)際電路器件組成的電路叫電路模型。

給定電路結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)，求各部分的電壓、電流以及在電壓電流基礎(chǔ)上對電路中功率的計算。1.4電阻元件（1）一、線性電阻（簡稱電阻）根據(jù)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(dǎo)，單位為西門子（S）。歐姆定律在非關(guān)聯(lián)參考方向情況下電阻符號為：+_1.4電阻元件（2）二、電阻消耗的功率

電阻一般把吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。電阻消耗的功率根據(jù)電壓和電流是否關(guān)聯(lián)進(jìn)行定義。<一>在關(guān)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(guān)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。1.4電阻元件（3）三、伏—安特性

電阻以電壓為縱(或橫坐標(biāo))，電流為橫(或縱坐標(biāo))，畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線為該元件的伏—安特性曲線。四、非線性電阻

非線性電阻的阻值R不等于一個常數(shù)，即：22

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1.4電阻元件（4）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(dāng)于無窮大，等效為開路。<一>開路無論電壓i為多大，u=0A，則電阻R相當(dāng)于零，等效為短路。<二>短路1.4電容元件（1）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(shù)，稱為電容。C是一個正實(shí)常數(shù)。當(dāng)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1.4電容元件（2）三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電容的特性<1>在直流電路中，電容元件處相當(dāng)于開路；<2>電容元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；+_1.4電容元件（3）四、電容吸收的能量從t0到t的時間內(nèi)，電容元件吸收的能量WC求得為：WC>0，電容充電，以電場能的形式儲存；WC<0，電容放電，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(shù)，即：27

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1.4電感元件（1）一、線性電感（簡稱電感）當(dāng)感應(yīng)電壓的參考方向與磁通鏈成右手螺旋關(guān)系時，則根據(jù)電磁感應(yīng)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(shí)常數(shù)。當(dāng)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）。1.4電感元件（2）一、線性電感（簡稱電感）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(guān)系曲線。i+-1.4電感元件（3）三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電感的特性<1>在直流電路中，電感元件處相當(dāng)于短路；<2>電感元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；i+-1.4電感元件（4）四、電感吸收的能量從t0到t的時間內(nèi)，電容元件吸收的能量WL求得為：WL>0，充電，以磁場能的形式儲存；WL<0，放電，元件釋放電能；五、非線性電感

非線性電感的電感系數(shù)L不等于一個常數(shù)，即：32

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貼片電感鐵心電感線圈磁珠電感多層空心電感線圈1.4電壓源和電流源（1）一、電壓源

電壓源符號為：<一>電壓源的特點(diǎn)<1>電壓源兩端電壓與外接電路無關(guān)；<2>流過電壓源的電流與外電路有關(guān)。R不同，i不同。伏安特性iuUS<三>電壓源的性質(zhì)如果電壓源的電壓等于一個常數(shù)，則此電壓源的伏安特性是一根平行于電流軸的直線，此電壓源稱為恒壓源；若電壓源電壓等于零，則此電壓源在電路中相當(dāng)于短路。1.4電壓源和電流源（2）一、電壓源<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(fù)載狀態(tài)。1.4電壓源和電流源（3）二、電流源

電流源符號為：<一>電流源的特點(diǎn)<1>電流源電流與外接電路無關(guān)；<2>電流源兩端的電壓與外電路有關(guān)。R不同，u不同。伏安特性iuIS<三>電流源的性質(zhì)如果電流源的電流等于一個常數(shù)，則此電流源的伏安特性是一根平行于電壓軸的直線，此電流源稱為恒流源；若電流源電流等于零，則此電流源在電路中相當(dāng)于開路。1.4電壓源和電流源（4）二、電流源<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(fù)載狀態(tài)。1.4電壓源和電流源（5）三、獨(dú)立電源

電壓源和電流源，它們不受外界電路的影響，作為電源或輸入信號時，在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生相應(yīng)的電流和電壓，這些電壓和電流便是“響應(yīng)”，而這類激勵叫獨(dú)立電源。1.4受控電源（1）受控源又稱為“非獨(dú)立”電源。受控電壓源的電壓和受控電流源的電流都不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某一部分的電流或電壓的控制。如：1.4受控電源（2）受控源分為四類，分別如下圖所示：

電壓控制電壓源（VCVS）電壓控制電流源（VCCS）電流控制電壓源（CCVS）電流控制電流源（CCCS）1.5基爾霍夫定律（1）一、支路、結(jié)點(diǎn)和回路

支路：一個元件即為一條支路，如一個電阻元件為一條支路。結(jié)點(diǎn)：元件的兩個端點(diǎn)（或支路的連接點(diǎn)）。回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑。①②③④支路（12）、（2346）、（1356）等分別構(gòu)成回路（也稱克希荷夫定律）--交直流電路均適用1.5基爾霍夫定律（2）電路圖中的每條支路都有支路電壓和電流，且通常情況下假定其參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向，如上右圖所示。電路中的支路電壓和支路電流一般受到兩類約束：<一>元件本身的電壓和電流的約束，如歐姆定律，簡稱VCR；<二>支路電壓之間和支路電流之間滿足的約束關(guān)系，簡稱“拓?fù)洹标P(guān)系，這類約束用基爾霍夫定律來表達(dá)。1.5基爾霍夫定律（3）二、基爾霍夫電流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw-KCL）<一>定律內(nèi)容在集總電路中，在任何時刻，對任一結(jié)點(diǎn)，所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零，即：對任一結(jié)點(diǎn)：（代數(shù)和）規(guī)定：“流出”結(jié)點(diǎn)的電流是相對電流的參考方向而言的，流出結(jié)點(diǎn)的電流前面取“+”；流入結(jié)點(diǎn)的電流前面取“-”。②---應(yīng)用于結(jié)點(diǎn)1.5基爾霍夫定律（4）<二>KCL的推廣在集總電路中，在任何時刻，通過任何一個閉合面（廣義結(jié)點(diǎn)）的電流代數(shù)和恒等于零。①③<三>KCL的實(shí)質(zhì)