電工電子技術(shù)第一章基本概念與基本定律

電工電子技術(shù)第一章基本概念與基本定律第一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一220六月2023

緒論

電工電子技術(shù)是一門研究電能在技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課，它包括：電工技術(shù)和電子技術(shù)兩部分。電工技術(shù)：電路理論：直流、交流、暫態(tài)、非正弦。磁路和電機(jī)：變壓器、電磁鐵、三相異步電動(dòng)機(jī)及控制。電子技術(shù)：模擬電子線路：半導(dǎo)體器件、分離件放大器、集成運(yùn)放、電源數(shù)字電路：各種門電路、組合電路、時(shí)序電路及555的應(yīng)用電路。第二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一320六月2023一、電工學(xué)課程的作用和任務(wù)

電工學(xué)是研究電工技術(shù)和電子技術(shù)的理論和應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。作為技術(shù)基礎(chǔ)課程，它應(yīng)具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和先進(jìn)性。

基礎(chǔ)是指基本理論、基本知識(shí)和基本技能。

應(yīng)用是指課程內(nèi)容要理論聯(lián)系實(shí)際，建立系統(tǒng)概念，培養(yǎng)大家分析和解決問(wèn)題的能力；重視實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。

先進(jìn)性是指電工學(xué)課程內(nèi)容和體系隨著電工技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)不斷更新。第三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一420六月2023二、電工技術(shù)和電子技術(shù)發(fā)展概況1785年庫(kù)侖確定了電荷間的相互作用力，電荷的概念開(kāi)始有了定量的意義。1826年歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。1834年雅可比制造出第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。1864年麥克斯韋提出了電磁波理論。1888年赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋提出了電磁波理論。1895年意大利和俄國(guó)分別進(jìn)行了通信實(shí)驗(yàn)，從而為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了道路。第四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一520六月2023未來(lái)的發(fā)展是《量子工學(xué)》1883年愛(ài)迪生發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)。1904年弗萊明發(fā)明了電子二極管。1948年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管。1958年生產(chǎn)出集成電路（到現(xiàn)在已經(jīng)是超大規(guī)模集成電路）?，F(xiàn)在的集成電路線寬是0.3um，可望達(dá)到0.01um（30個(gè)原子的寬度）。第五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一620六月2023三、課程的學(xué)習(xí)方法2、上課注意聽(tīng)講，下課要看除教材外的其它參考書及做適當(dāng)?shù)牧?xí)題。解題前，要對(duì)所學(xué)內(nèi)容基本掌握；解題時(shí)，要看懂題意，注意分析，用哪個(gè)理論和公式以及解題步驟也都要清楚。習(xí)題做在本子上，要書寫整潔，圖要標(biāo)繪清楚，答數(shù)要注明單位。1、重點(diǎn)放在物理概念和基本分析法。3、要重視實(shí)踐技能的培養(yǎng)。第六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一720六月2023第一部分電路理論

電路理論就是研究電路基本規(guī)律的一門學(xué)科，它是一門具有豐富內(nèi)容的學(xué)科，它的理論和方法，在其它領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。已知輸出輸入的條件，求元件參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)。電路理論：電路分析：電路綜合：已知電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)，求電路中的電流、電壓和功率。第七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一820六月2023下面我們看一個(gè)例題，USRRLILUSR+RLUS1-US1?

不會(huì)求的原因是電路中出現(xiàn)了兩個(gè)回路，我們對(duì)電路結(jié)構(gòu)的約束關(guān)系不了解，所以不會(huì)求。求圖示電路中的電流。US2R2第八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一920六月2023第一章電路的基本概念與基本定律§1-1電路的作用與組成部分一、電路的組成1．電路：電池負(fù)載開(kāi)關(guān)電流流通的路徑稱為電路。2．組成：（1）電源：提供能量。（2）負(fù)載：消耗能量。（3）中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載的導(dǎo)線及控制元件。第九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1020六月2023（1）電能的傳輸與轉(zhuǎn)換。3．作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器用戶負(fù)載如：輸配電電路。第十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1120六月2023（2）信息的傳輸與處理。放大器話筒揚(yáng)聲器如：各種信息處理電路等。E111A.EXE第十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1220六月2023§1-2電路的模型

所謂電路模型就是指一個(gè)實(shí)際元件在特定的條件下，所表現(xiàn)的主要的電磁特性，而忽略其次要因素，如R、L、C等。這種表示的參數(shù)，我們稱為集總參數(shù)。電池負(fù)載開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)++--ER0UR

實(shí)際電路都是由一些實(shí)際的元器件所組成。在分析電路時(shí)，我們要對(duì)實(shí)際電路建立數(shù)學(xué)模型—電路模型。E111B第十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1320六月2023§1-3電壓和電流的參考方向++--ER0UR+-E1R1R-+E2R2II電流的實(shí)際方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向。（1）為什么要引入?yún)⒖挤较?？a）復(fù)雜電路很難確定電流的實(shí)際方向。b）交流電路中，電流本身就是交變的。（2）參考方向的選擇：原則上是任意的，實(shí)際和電壓的參考方向一起選。（3）參考方向的表示方法：a）箭頭；

b）雙下標(biāo)。（4）電流正負(fù)的意義：

E112AE112D負(fù)——表示參考方向和實(shí)際方向相反。正——表示參考方向和實(shí)際方向一致。第十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1420六月2023-4Vc)正負(fù)號(hào)。電壓和電動(dòng)勢(shì)的參考方向5V4ΩIL+-Uab1Ω1A4V-1Aa)箭頭；b)雙下標(biāo)；

那么，在一個(gè)電路中，電流和電壓的參考方向應(yīng)該怎樣選擇呢？E112B第十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1520六月20233）伏安特性曲線。線性電阻為一直線?！?-4歐姆定律

U=RI，它是電阻元件的約束方程，也是我們分析電路的主要的理論依據(jù)。I（A）U（V）0

流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這就是歐姆定律。U-+IU+-I使用時(shí)應(yīng)注意：1）U=RI為關(guān)聯(lián)方向得出的；2）U=-RI為非關(guān)聯(lián)方向；歐姆定律是德國(guó)物理學(xué)家喬治·歐姆在1826年發(fā)現(xiàn)的（1787年—1854年）E112EE113AE113B第十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1620六月2023§1-5電源有載工作、開(kāi)路與短路本節(jié)主要討論電路中電流、電壓和功率方面的內(nèi)容。1.5.1電源有載工作R0EURabcd++--IR0EURabcd++--I

所謂有載工作狀態(tài)，是指電源與負(fù)載相連通，構(gòu)成一個(gè)電流的回路。E—電動(dòng)勢(shì)U—端電壓R0—電源內(nèi)阻R—負(fù)載E114A第十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1720六月20231、電壓與電流

電源的伏安特性是指電源對(duì)外供電時(shí)，其端電壓U和流過(guò)其中電流I的關(guān)系。此種關(guān)系也稱電源的外特性。U=E-R0IUI0E電源的外特性曲線理想電源的外特性曲線U=ER0EURabcd++--I第十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1820六月20232．功率及功率平衡因?yàn)椋篣=E-R0I所以各項(xiàng)同乘電流后可得功率平衡式：

可以看出電源產(chǎn)生的功率和電路中所有消耗的功率是平衡的。R0EURabcd++--I式中：P為電源輸出功率；PE為電源產(chǎn)生功率；△P為內(nèi)阻損耗的功率。PE=P+△P功率的單位是瓦特（W）或千瓦（KW）。U

=E

-R0I

P=PE-△P

I

I

I第十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一1920六月20233、電源與負(fù)載的判別方法元件I+-UP=UI關(guān)聯(lián)方向＜0電源＞0負(fù)載元件I-+U非關(guān)聯(lián)方向＜0電源＞0負(fù)載第十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2020六月2023例題5V4ΩI+-Uab1Ω1A4VER0RU0試求電路中各元件的功率，并驗(yàn)證功率平衡。解：第二十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2120六月2023

（5）當(dāng)R=RO時(shí)，電源輸出功率為最大（最大功率傳輸）。幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

（1）功率與電壓的平方成比，即電壓增大1倍，P增大4倍。（2）P=UI為關(guān)聯(lián)方向的關(guān)系式。

（3）在關(guān)聯(lián)方向下功率大于0為耗能，小于0為放能（電源與負(fù)載的判別）。（4）對(duì)于獨(dú)立電路來(lái)說(shuō)∑P≡0。第二十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2220六月20234．額定值與實(shí)際值

通常負(fù)載都是并聯(lián)運(yùn)行的。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電源輸出的功率也相應(yīng)增加。即電源輸出的功率和電流決定于負(fù)載的大小。

既然電源輸出的功率和電流決定于負(fù)載的大小，是可大可小的，那么，有沒(méi)有一個(gè)最合適的數(shù)值呢？回答是肯定的，這個(gè)合適的值就是額定值。

各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個(gè)額定值，額定值是標(biāo)明設(shè)備在給定條件下能正常工作而規(guī)定的正常允許值。UN—額定電壓IN—額定電流PN—額定功率E114A第二十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2320六月2023特征1.5.2電源開(kāi)路（引伸為支路電流為零）R0EURabcd++--II=0P=0U=E=U0（開(kāi)路電壓）E114B第二十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2420六月2023

特征1.5.3電源短路R0EURabcd++--IU=0I=IS=E/R0PE=△P=R0I2，P=0短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力預(yù)防。第二十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2520六月2023§1-6基爾霍夫定律（德國(guó)物理學(xué)家）

除了歐姆定律外，分析與計(jì)算電路的基本定律，還有基爾霍夫電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)?；鶢柣舴螂娏鞫蓱?yīng)用于結(jié)點(diǎn)，基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于回路。++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第二十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2620六月20235．網(wǎng)絡(luò)：指較多元件組成的較為復(fù)雜的電路。1.6.1名詞解釋++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd1．支路：電路中由一個(gè)或多個(gè)元件首尾相接構(gòu)成的無(wú)分支電路稱為支路（流過(guò)同一電流）。2．結(jié)點(diǎn)：三條及三條以上支路的交叉點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。3．回路：一條或多條支路所組成的閉合電路。4．網(wǎng)孔：內(nèi)部不包含支路的回路。E115A第二十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2720六月20231．定義：在任一時(shí)刻，任一結(jié)點(diǎn)上的所有支路電流的代數(shù)和恒為零。即∑I=0；或∑I入=∑I出

1.6.2KCL（電流定律）I1+I2-I3=0或-I1-I2+I3=0也可寫成：

I1+I2=I3

（入）（出）2．注意正負(fù)號(hào)的取法（兩套符號(hào)）++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第二十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2820六月20233．推廣到廣義結(jié)點(diǎn)上使用，任一閉合面。IAIBICIABIBCICAABCIC=ICA-IBC將三式相加得：

IA+IB+IC=0或∑I=0IA=IAB-ICAIB=IBC-IABIA+IB+IC=0【證明】第二十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2920六月2023圖示電路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求I2，I3和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例題解：I3=I1－I5=11－6=5（mA)I2=I3－I4=5－12=－7（mA)I6=I1－I2=11－(－7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)第二十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3020六月20234．物理意義：KCL是電流的連續(xù)性的體現(xiàn)，也是能量守衡的體現(xiàn)。5．KCL對(duì)各支路電流施加了約束，而與支路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。qq2q1第三十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3120六月20231．定義：在任一時(shí)刻，沿任一回路內(nèi)所有支路或元件電壓降的代數(shù)和恒為零。1.6.3KVL（電壓定律）∑E=∑U2．表達(dá)式∑U=0++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabdE1=I1R1+I3R3E2=I2R2+I3R3E1=I1R1－I2R2+E2第三十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3220六月2023例題：

電路如圖所示，已知UAB=5V，UBC=－4V，UDA=－3V。試求：（1）UCD；（2）UCA++++----UABUDAUCDUBCABCD+-UCA解：（2）ABCA不是閉合回路，也可應(yīng)用KVL求解。（1）UAB+UBC+UCD+UDA=05+（－4）+UCD+（－3）=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=0UCA=－1V第三十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3320六月2023

（1）列KVL前，要首先選定回路繞行方向，然后再列方程，電壓降和回路繞行方向一致取正，否則取負(fù)。

（3）KVL對(duì)閉合回路中各支路電壓施加了約束，它與元件性質(zhì)無(wú)關(guān)。3．討論∑U=∑E（2）KVL的另一種表達(dá)式。此時(shí)注意正負(fù)號(hào)的取法。4．繞行方向的選擇：原則上是任意。第三十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3420六月2023KCL和KVL是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的，是分析電路的理論基礎(chǔ)，它和歐姆定律一起構(gòu)成了電路分析的兩個(gè)基本依據(jù)。局部約束方程：U=RI整體約束方程：KCL和KVL第三十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3520六月2023

提到電位必須有參考點(diǎn)，在電路中，參考點(diǎn)選的不同時(shí)，電路中各點(diǎn)電位不同，但任意兩點(diǎn)間的電位差不變?！?-7電路中電位的計(jì)算++--E1E220Ω4A6A10AABDC5Ω6Ω140