電工與電子技術

電工與電子技術第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一§1.1-2電路的組成與電路模型

電路是電流的通路。由電源、負載和中間環(huán)節(jié)等電路元件或設備組成。實現(xiàn)電能的傳輸和轉換;或信號的傳遞和處理。電池燈泡1.1.1

電路的組成電源/信號源負載中間環(huán)節(jié)負載電源EIRLU+_rO開關功率放大電壓放大負載信號源中間環(huán)節(jié)電路模型電路由理想電路元件組成：——對實際電路電磁性質的科學抽象和概括。電路簡稱—（電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件）由相應的電路參數(shù)來表征。第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.1.2

電路的基本物理量電流、電壓、電位、電動勢和電功率1.電流---單位時間(s：秒)內通過某一導體橫截面的電荷量Q（C:庫侖)，稱為電流I（A:安培）。若為恒定電流時2.電壓---電場力將單位正電荷（1C）從A點移至B點所做的功(1J)即為ab兩點之間的電壓(1V)。3.電位---電路中某點的電位就是該點到電路參考點之間的電壓。記作Va,參考點一般為零電位點Vo

。則4.電動勢---用以描繪電源力將單位正電荷從負極移至正極所做的功。ab參考點（參考電位）R＝2I=5AUab=10V＋－Eab接地零電位第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一5.電功率－單位時間內電流所做的功，簡稱功率。對于電阻負載：單位為瓦特（W）：即，設電路任意兩點間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率P

為:aIRUb6.電能－電流在一段時間內所做的功，單位為焦耳(J)。當電能單位為“千瓦·小時”（kW·h)稱為“度”：1度＝1kW·h＝36×105J

電流通過負載時，若電能完全轉換成熱能，則在t時間內，負載所發(fā)出的熱量等于所耗用的電能。7.電流的熱效應1卡＝4.817焦耳第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電路分析中的物理量參考方向(假設正方向)問題的提出：在復雜電路中難于判斷元件中物理量實際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？E1ABRE2IR解決方法:(1)在解題前先設定一個正方向，作為參考方向；(3)根據(jù)計算結果確定實際方向：若計算結果為正，則實際方向與參考方向一致；若計算結果為負，則實際方向與參考方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關系的代數(shù)表達式；IR1IR3IR2

電路中物理量的正方向實際正方向假設正方向§1.3電壓和電流的參考方向第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

電路中物理量的正方向實際正方向假設正方向

實際正方向(實際方向):

物理中對電量規(guī)定的方向。

假設正方向（參考方向）：在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。(從電源內部）§1.3電壓和電流的參考方向物理量正方向的表示方法正負號箭頭雙下標第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一物理量正方向的表示方法

從電源內部由負極（低電位）指向正極（高電位）。電動勢：電壓與電流：從電路的高電位端指向低電位端，即電壓降方向EIRLU+_rO+_E+_rO正負號箭頭ErO正負號+_U箭頭UIab雙下標UabIabUab與Iab（下標字母高電位在前，低電位在后）Uab＝－UbaIab＝－Iba電壓與電流同向（關聯(lián)方向)箭頭：電壓與電動勢反向USUS+-第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例

已知：E=2V,R=1Ω問：當Uab分別為3V和1V時，IR=?E

Rab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(shù)值計算（結果為正,實際方向與參考方向一致）（結果為負,實際方向與參考方向相反）UabIRURU?第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一(4)為了避免列方程時出錯，習慣上把同一個元件上

I

與U

的方向按相同的參考方向假設（即U

與I為關聯(lián)參考方向）。(1)方程式R=

U/I

僅適用于假設正方向一致的情況。(2)“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。(3)在以后的解題過程中，注意一定要先設定“參考方向”

(即在圖中表明物理量的參考方向)，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

IRURab假設:與的方向一致假設:與的方向相反

IRURab（為關聯(lián)方向）（為非關聯(lián)方向）P=URIRP=－URIR第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一RUI注意：用歐姆定律列方程時，一定要標明參考方向。RUIRUII和U參考方向相同（關聯(lián))I和U參考方向相反(非關聯(lián)）§

1.4歐姆定律1.

電阻電路歐姆定律2.含源支路歐姆定律當Uab<E

時，I>0表明I的實際方向與圖中假設方向一致。當Uab>E時，I<0表明I的實際方向與圖中假設方向相反。RLE+_baIUabr03.全電路歐姆定律I/AU/V0遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻。第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.4.1RUI+-6V2A(a)RUI+--6V2A(c)RUI+-6V-2A(b)RUI-+-6V-2A(d)分別求圖a、b、c和d的電阻R。解圖a：關聯(lián)方向圖b：非關聯(lián)方向圖c：非關聯(lián)方向圖d：關聯(lián)方向例1.4.2解已知Uab=-12V，I=-2A,求電阻R。RI+-abnmUnmE1E2--++5V3V據(jù)歐姆定律，關聯(lián)方向，有設b點為零電位，據(jù)電位的定義，有得P12第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一E+-IUroRL1.5.1通路---電源帶負載工作負載RL

兩端電壓

U=IRL

由上兩式得

U=E-Ir0由歐姆定律可得1.電壓與電流§

1.5

電路的工作狀態(tài)（通路、開路與短路）2.功率與功率平衡上式兩邊乘以I,得或即---電源產(chǎn)生的功率；---負載吸收的功率；---電源內阻耗損的功率；IUE電源的外特性曲線UIr0在閉合電路中，根據(jù)能量守衡關系：ΣP（發(fā)出）=ΣP（吸收）功率平衡問題第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一則元件吸收功率,起負載作用.3.如何判斷電路元件是電源（起電源作用）產(chǎn)生功率，還是負載（起負載作用）消耗功率？則元件發(fā)出功率,起電源作用.

求各圖電路元件的功率，并說明該元件是吸收功率還是發(fā)出功率。例解：圖a:U與I的實際方向相同該元件吸收功率，是負載，充電。圖b，U與I的實際方向相反該元件吸收功率，是電源，供電。圖c，U與I的實際方向相反該元件吸收功率，是電源，供電。若元件的U與I的實際方向相反，電流從＋端流出:若元件的U與I的實際方向相同，電流從＋端流入:I＝2AUab+-15V(a)I＝－2AUab+-15V(b)I＝2AUab+-15V(c)小結：若電流的實際方向從元件的正極流出，該元件發(fā)出功率，起電源作用。若電流的實際方向從元件的正極流入，該元件吸收功率，起負載作用。補充：實際可以看功率的正負來判斷。第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

（1）求電源的電動勢E1和負載的反電動勢E2;（2）并說明功率的平衡。例1.5.1解：E1+-I＝5AUab=220Vab+-R01E2+-R020.6Ω0.6Ω（1）求電動勢E1;據(jù)含源支路歐姆定律，得電流的實際方向從＋端流出:E1是電源，供電。（2）求電動勢E2;據(jù)含源支路歐姆定律，得電流的實際方向從＋端流入:E2是負載，充電。(3)說明功率的平衡由(2)代入(1)得：兩邊同乘以I得：P14第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.5.2電源開路(空載)當開關斷開時,相當于RL為無窮大。

I=0U=Uo=EP=UI=0

E+－IUOrORL電源短路時,相當于RL為零。

U=0

I=Is=E/ro

P=UI=0,

PE=?P=I2roE+－ISUrORL1.5.3電源短路第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一

求PE,P,ΔP和r0

及其壓降Ur0例解：若發(fā)生短路，則短路電流：E+－I＝4AU＝115VrORLab125VUr0例1.5.4若電源的開路電壓Uo=12V，其短路電流IS=30A，該電源的電動勢和內阻各為多少？解電源的電動勢電源的內阻利用電源（網(wǎng)絡）的開路電壓和短路電流，可求出其電動勢和內阻。P17第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一§1.6

基爾霍夫定律（克希荷夫定律）

用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關系，其中包括克氏電流和克氏電壓兩個定律。名詞注釋：結點：三個或三個以上支路的聯(lián)結點支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、…...（共7個）結點：a、b、…...

(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-TheKirchhoff’slaws

第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.6.1基爾霍夫電流定律Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)KCL的依據(jù)：電流的連續(xù)性。

對任何結點，在任一瞬間，流入結點的電流等于由結點流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個結點上電流的代數(shù)和為0。即：I1I2I3I4例或：I=0電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例I1+I3=I2例I=0KCL的擴展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.6.1解SKCL的擴展I1I2I3abcI4I5I6I1+I4-I6=0a點-I2-I4+I5=0b點c點I3-I5+I6=0I1–I2+I3=03式相加，得S封閉面的電流代數(shù)和I1+I3=I2試求I4

。據(jù)KCL,有代入數(shù)據(jù)得I1I2I3I4-3A-2A2AP20第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一1.6.2基爾霍夫電壓定律(KVL)Kirchhoff’sVoltageLaw

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉一周，其電位升等于電位降?；颍妷旱拇鷶?shù)和為0。即：例如：回路a-d-c-a電位升電位降或：或：電動勢代數(shù)和電阻上電壓降的代數(shù)和例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一KVL解題步驟：2、確定元件正方向。電阻為電流方向。電源為正極指向負極(電位方向)。1、確定回路及參考方向。3、利用公式解題。解題時元件正方向與參考方向一致時取正元件，反之取負元件。IRLU+_rOU00IrUU0ab+=第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電位升電位降KVL也適合開口電路。據(jù)KVL,得求a,b間的電壓Uab解：例IE+_RabUabE2E1R16V=3V8Ω=16Ω=1AI2I1R2baUab-3A＋＋－－求流過回路中的電流I.例解：據(jù)KVL,得E1IR112VE23V4Ω5Ω6Ω3ΩR3R2R4＋＋－－第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一例1.6.2解：對ABCDA回路，據(jù)KVL,有USR1EBRB＋－－＋UBEBEIB＋－I1I2UCD閉合會路中，各支路的元件是任意的，試求和。UCA－4V5VUABUDAUCDUCAUBC＋－ABCD－＋＋－＋－－＋－3V即得對ABCA開口回路，據(jù)KVL,有即得已知RB

＝20kΩ，R1

＝10kΩ，US

＝EB

＝6V,UBE

＝－0.3V，求電流IB

、I1和I2

。補充例題解：對右開口回路，據(jù)KVL,有即得對左回路，據(jù)KVL,有即得對結點據(jù)KCL,有得P22第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期一電位的概念：ab15A在電路中任選一節(jié)點，設其電位為零（用標記），此點稱為參考點。其它各節(jié)點對參考點的電壓，便是該節(jié)點的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標）?！?.7

電路中各點電位的計算ab15A

a

點電位：

b

點電位：或電位的特點：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；電位為單下標標記。電壓的特點：電路中兩點間的電壓值是固定的（單值性），不會因參考