北郵社電工與電子技術(shù)教學(xué)包課件

電工與電子技術(shù)單元一 直

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路學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握電路各組成部分的作用及各物理量的意義。理解電壓、電流參考方向在電路分析中的作用，能正確使用萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓和電流。了解電阻、電感、電容元件的特性，能根據(jù)電路需要正確選擇元件參數(shù)。掌握理想電壓源和電流源的特性及實(shí)際電源的兩種模型。掌握基爾霍夫定律、戴維南定理及其在復(fù)雜電路分析中的應(yīng)用，會(huì)應(yīng)用戴維南定理解決實(shí)際電源替代問(wèn)題。課程導(dǎo)入人們?cè)谌粘Ｉ?、生產(chǎn)和科研中廣泛使用著各種電路，如家用電器使用的單相交流電路，收音機(jī)、電視機(jī)中的放大電路、信號(hào)的調(diào)諧電路，電氣設(shè)備的控制電路，以及科研生產(chǎn)所需的各種有專門(mén)用途的電路等。本單元從電路的基本概念出發(fā)，重點(diǎn)介紹電路的基本定律、定理和分析方法，這是電路分析、電氣控制和電子技術(shù)的基礎(chǔ)。單元一 直

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路電路的基本概念一、（一）電路與電路模型1.電路電路是電流流通的路徑。它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成，能夠?qū)崿F(xiàn)某些預(yù)期功能的電流通路。單元一直流電路2.電路模型根據(jù)實(shí)際電路元件的主要電磁特性，用一個(gè)或若干理想電路元件來(lái)模擬實(shí)際電路元件，再根據(jù)實(shí)際元件的連接方式，用理想導(dǎo)線連接起來(lái)，就構(gòu)成了電路模型。單元一 直

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路單元一 直

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路手電筒照明電路電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。如果電流的方向不隨時(shí)間變化，稱為直流電流；如果電流的方向和大小都不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)恒直流電流。直流電流簡(jiǎn)稱DC，用大寫(xiě)字母I表示。電流的基本單位為安培，簡(jiǎn)稱安，用字母A表示，常用的單位還有毫安（mA）、微安（μA）。

1

A=103

mA=106

μA1

kA=103

A習(xí)慣上規(guī)定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较?。單元?直

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路（二）電路的基本物理量1.電流單元一 直

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路電流的方向提示直流電流的測(cè)量用萬(wàn)用表的電流擋。首先選擇合適的量程，然后按參考方向（電流從紅表筆流進(jìn)）將表串聯(lián)在電路中試測(cè)，若指針正偏，電流值記

“+”，說(shuō)明電流的實(shí)際方向與參考方向一致；若指針?lè)雌?，?yīng)立即對(duì)調(diào)紅黑表筆，電流值記“-”，說(shuō)明電流的實(shí)際方向與參考方向相反。單元一 直

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路單元一 直

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路2.電壓電場(chǎng)力將單位正電荷從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功，稱為a、b兩點(diǎn)間的電壓，電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。燈管之所以發(fā)光，是因?yàn)樗鼉啥思由狭穗妷?。電壓的大小反映了電?chǎng)力做功的本領(lǐng)，即電壓的基本單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏，用字母V表示，常用的單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）及微伏（μV）。1

kV=103

V＝106

mV=109

μV單元一 直

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路電壓的參考方向及表示形式單元一 直

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路電壓與電流參考方向示意圖電壓的方向提示直流電壓的測(cè)量用萬(wàn)用表的直流電壓擋。首先選擇合適的量程，然后按照參考方向?qū)⒓t表筆接“+”，黑表筆接“-”試測(cè)，若指針正偏，電壓值記“+”，說(shuō)明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致；若指針?lè)雌?，?yīng)立即對(duì)調(diào)紅黑表筆，電壓值記“-”，說(shuō)明電壓實(shí)際方向與參考方向相反。單元一 直

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路單元一 直

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路3.電位在電子線路的分析中經(jīng)常用到電位的概念，所謂電位，就是電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓。電位的單位與電壓相同，用字母V表示。參考點(diǎn)的選取原則上是任意的，但實(shí)際工程技術(shù)中常選擇大地作為零電位參考點(diǎn)，設(shè)備外殼接地的，與機(jī)殼相連的點(diǎn)都是零電位點(diǎn)；電子線路中一般選取導(dǎo)線的公共點(diǎn)（往往是電源的一個(gè)極）為參考點(diǎn)，用符號(hào)“⊥”表示。單元一 直

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路參考點(diǎn)的表示方法圖中選取b點(diǎn)為參考點(diǎn)，則Vb=0，Va=Uab或Va=UE=E。電路中兩點(diǎn)之間的電壓等于兩點(diǎn)電位之差，即

Uab=Va－Vb單元一 直

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路4.電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)是衡量電源力對(duì)電荷做功能力的物理量，是電源力將單位正電荷從低電位點(diǎn)（電源的負(fù)極）移動(dòng)到高電位點(diǎn)（電源的正極）所做的功。電動(dòng)勢(shì)用字母E表示，其單位與電壓相同。電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由電源低電位（電源負(fù)極）指向高電位（電源正極），所以電源兩端電壓的方向與電動(dòng)勢(shì)的方向相反。電源

開(kāi)路電壓值等于電動(dòng)勢(shì)的值。單元一 直

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路5.電功率電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率。功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用字母W表示。計(jì)算電功率時(shí)，必須先設(shè)定一個(gè)元件上電流和電壓的參考方向，如果選擇關(guān)聯(lián)參考方向，則功率的計(jì)算公式為P=UI如果選擇非關(guān)聯(lián)參考方向，則功率的計(jì)算公式為P=－UI如果功率的計(jì)算結(jié)果為正值，即P＞0，則說(shuō)明這個(gè)元件在電路中是吸收功率的，是負(fù)載；如果功率的計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，即P＜0，則說(shuō)明這個(gè)元件在電路中是發(fā)出功率的，是電源。單元一 直

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路（三）電路基本元件1.電阻元件電阻元件是從實(shí)際電阻器抽象出來(lái)的理想元件模型，如燈泡、電阻爐、電烙鐵等實(shí)際電阻器件都可視為電阻元件。電阻元件的伏安特性為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，它表明電壓與電流成比例關(guān)系，這類電阻元件稱為線性電阻元件，其兩端的電壓與電流服從歐姆定律，即u=Ri或i=uR線性電阻元件吸收的功率為單元一 直

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路線性電阻元件的伏安特性電阻元件提示不論u、i是正值還是負(fù)值，P總大于零，上式說(shuō)明電阻元件總是消耗電功率的，與電流電壓的實(shí)際方向沒(méi)有關(guān)系，電阻元件具有分壓和限流的作用。單元一 直

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路單元一 直

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路2.電感元件理想電感元件簡(jiǎn)稱電感元件，它是從實(shí)際電感線圈中抽象出來(lái)的理想化模型。當(dāng)電感線圈中通以電流時(shí)，在其內(nèi)部及周圍會(huì)建立磁場(chǎng)。線圈中的電流變化時(shí)，磁場(chǎng)也隨之變化，并在線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)。單元一 直

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路電感元件當(dāng)線圈中的電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)的參考方向如圖所示時(shí)，則有表明，電感元件兩端的電壓與它的電流對(duì)時(shí)間的變化率成正比，比例系數(shù)L稱為電感。單元一 直

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路3.電容元件理想電容元件簡(jiǎn)稱電容元件，是從實(shí)際電容器抽象出來(lái)的理想化模型。電容器加上電壓后，兩極板出現(xiàn)等量異號(hào)電荷，并在兩極板間形成電場(chǎng)。當(dāng)忽略電容器的漏電阻和電感時(shí)，可將其抽象為只具有儲(chǔ)存電場(chǎng)能量性質(zhì)的電容元件。單元一 直

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路電容元件當(dāng)電路中的電壓、電流參考方向如圖b所示時(shí)，則有式表明，通過(guò)電容元件的電流與該時(shí)刻元件兩端電壓的變化率成正比。電容既表示電路元件，又表示元件參數(shù)。其單位是法拉（F），工程上一般采用微法（μF）和皮法（pF）。1

F=106

μF=1012

p電容元件極板間儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為單元一 直

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路4.理想電壓源無(wú)論流過(guò)多大的電流，都能提供確定電壓的電路元件稱為理想電壓源，即U=US或u（t）=us（t）電壓源輸出的電壓是定值或是時(shí)間t的函數(shù)，而與外電路無(wú)關(guān)；通過(guò)電壓源的電流取決于外電路。常見(jiàn)的電壓源有直流電壓源和正弦交流電壓源。單元一 直

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路理想電壓源單元一 直

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路5.理想電流源在電路中，無(wú)論它的端電壓是多少，都能提供確定電流的電路元件稱為理想電流源。單元一 直

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路理想電流源下圖是理想電流源的符號(hào)和伏安特性曲線，IS為理想電流源的電流，其電壓電流關(guān)系為I=IS單元一 直

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路6.實(shí)際電源的兩種電路模型電壓源模型單元一 直

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路電流源模型單元一 直

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路實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源的等效變換單元一 直

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路（四）電路的三種工作狀態(tài)1.空載狀態(tài)空載狀態(tài)在下圖中，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電源與負(fù)載斷開(kāi)，電路中的電流為零，這種狀態(tài)稱為空載狀態(tài)或開(kāi)路狀態(tài)。單元一 直

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路2.負(fù)載狀態(tài)負(fù)載狀態(tài)在下圖所示電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，電源與負(fù)載接通，就是電源有載工作狀態(tài)，即負(fù)載狀態(tài)。提示負(fù)載的大小是指負(fù)載電流的大小或功率的大小，而不是電阻的大小。單元一 直

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路單元一 直

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路負(fù)載狀態(tài)3.短路狀態(tài)在下圖所示電路中，電源兩端沒(méi)有經(jīng)過(guò)負(fù)載而直接連在一起時(shí),稱為電源被短路。直流電路的分析方法二、（一）電阻等效1.電阻的串聯(lián)單元一直流電路兩個(gè)或多個(gè)電阻無(wú)分支地依次相連，各個(gè)電阻中通過(guò)同一電流，稱為電阻的串聯(lián)，串聯(lián)電阻電路有以下特點(diǎn)。（1）通過(guò)各個(gè)電阻的電流相等，即I=I1=I2=…=In（2）串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻上電壓的代數(shù)和，即U=U1+U2+…+Un（3）串聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）等于各電阻之和，即

R=R1+R2+…+Rn（4）各串聯(lián)電阻電壓與其阻值成正比，即2.電阻的并聯(lián)單元一 直

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路兩個(gè)或多個(gè)電阻并列連接在電路中兩個(gè)公共端點(diǎn)之間，每個(gè)電阻的端電壓相同，這樣的連接方式稱為電阻的并聯(lián)。并聯(lián)電阻電路具有以下特點(diǎn)。（1）各并聯(lián)電阻的端電壓相等，即U=U1=U2=…=Un（2）流過(guò)并聯(lián)電路的總電流等于各支路電流之和，即I=I1+I2+…+In（3）并聯(lián)電路的總電阻（等效電阻）的倒數(shù)，等于各個(gè)并聯(lián)電阻倒數(shù)之和。（4）流過(guò)各并聯(lián)電阻的電流與其阻值成反比，即單元一 直

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路電阻的等效變換（二）基爾霍夫定律1.電路結(jié)構(gòu)的基本術(shù)語(yǔ)單元一 直

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路電路術(shù)語(yǔ)示意圖2.基爾霍夫電流定律（KCL）單元一 直

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路基爾霍夫電流定律的內(nèi)容是：在任意瞬間，通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)所連的各支路電流的代數(shù)和恒等于零，即∑I=0也可以寫(xiě)成∑I入=∑I出3.基爾霍夫電壓定律（KVL）單元一 直

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路基爾霍夫電壓定律的內(nèi)容是：在任意瞬間，沿任一回路繞行一周（順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较颍?，回路中各個(gè)元件電壓的代數(shù)和恒等于零，即∑U=0（三）支路電流法單元一 直

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路支路電流法是以支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL，列出與支路數(shù)相等的節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程，解出各支路電流的方法。單元一 直

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路（四）節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法是以電

路中的節(jié)點(diǎn)電壓為未知

量，應(yīng)用KCL列出與節(jié)

點(diǎn)電壓數(shù)相等的節(jié)點(diǎn)電

流方程，聯(lián)立后求解各

個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的電路分析

方法。求出節(jié)點(diǎn)電壓，

便可得到各支路電壓，

利用歐姆定律和KVL，

就可以求出各支路電流。提示節(jié)點(diǎn)電壓法適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)少，支路數(shù)多的電路。對(duì)于只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，多條支路的電路，用節(jié)點(diǎn)電壓法求支路電流更為方便。當(dāng)電路中含有電壓源支路，盡可能取電壓源支路的負(fù)極性端作為參考點(diǎn)，把電壓源中的電流作為變量列入節(jié)點(diǎn)方程。單元一 直

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路單元一 直

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路含電壓源支路的電路單元一 直

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路（五）疊加原理在多個(gè)電源共同作用的線性電路中，任意支路的響應(yīng)（電流或電壓）都是多個(gè)電源共同作用的結(jié)果。疊加原理是指在線性電路中，如果有多個(gè)電源同時(shí)作用，任意支路的電流或電壓，等于各個(gè)電源分別單獨(dú)作用時(shí)，在該支路中產(chǎn)生的響應(yīng)的代數(shù)和。無(wú)作用電源的處理方法為：將電壓源短路，將電流源開(kāi)路，如果電源有內(nèi)電阻，則將內(nèi)電阻保留。單元一 直

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路應(yīng)用疊加原理分析電路時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題。（1）疊加原理只適用于線性電路電壓和電流的計(jì)算，不適合電功率的計(jì)算。（2）將各個(gè)電源單獨(dú)作用產(chǎn)生的電壓和電流進(jìn)行疊加時(shí)，要注意各分電路中電壓和電流的參考方向應(yīng)與原電路中對(duì)應(yīng)電壓和電流的參考方向保持一致，若不一致，則應(yīng)在分量前加“-”。單元一 直

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路（六）戴維南定理在電路分析中，有時(shí)只需要計(jì)算其中某一支路的電流或電壓。為了使計(jì)算方便，常常應(yīng)用等效電壓源的方法，將所需要計(jì)算的那條支路劃出，而把其余部分看作一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)于劃出的支路來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)電壓源。戴維南定理是指任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外部電