第1章 直流电路[1]

1、跳转到第一页2021-11-20跳转到第一页课程内容课程内容1.电路原理：直流电路、交流电路、电路原理：直流电路、交流电路、 三相电路、安全用电；三相电路、安全用电；2.电气设备：电动机电气设备：电动机 电动机的工作原理；电动机的工作原理； 电动机的基本结构电动机的基本结构 电动机的机械特性电动机的机械特性3.电子技术：二极管、三极管；电子技术：二极管、三极管； 基本放大电路；基本放大电路； 组合逻辑电路组合逻辑电路跳转到第一页跳转到第一页跳转到第一页为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。一定方式组合起来的电流的通

2、路称为电路。跳转到第一页 n一：进行能量的转换、传输和分配。一：进行能量的转换、传输和分配。n二：实现信号的传递、存储和处理。二：实现信号的传递、存储和处理。跳转到第一页几个基本概念几个基本概念内电路：内电路：电源本身的电流通路。电源本身的电流通路。外电路：外电路：电源以外的电流通路。电源以外的电流通路。直流电路：直流电路：电路中的电流不随时间变化。电路中的电流不随时间变化。（DC）交流电路：交流电路：电路中的电流随时间按正弦规电路中的电流随时间按正弦规律变化。（律变化。（AC）跳转到第一页跳转到第一页电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向(参考方向参考方向)物理量的物理量的正方向正方向：实

3、际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）： 在分析计算时，为了解题方便，对物理量在分析计算时，为了解题方便，对物理量任意假设的参考方向。任意假设的参考方向。跳转到第一页物理量的实际正方向物理量的实际正方向跳转到第一页电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用表示，简称电流。表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电流的一般符号表示电

4、流的一般符号dtdqi 跳转到第一页正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。方向相反。跳转到第一页 电路中电路中a a、b b点两点间的点两点间的电压电压定义为单位正定义为单位正电荷由电荷由a a点移至点移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。dqdWuabab电压的实际方向电压的

5、实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。跳转到第一页 电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷由该定义为单位正电荷由该点移至点移至参考点参考点电场力所做的功。电场力所做的功。电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点的电两点的电位差位差。baabuuu将电路中的某一点选作将电路中的某一点选作参考点参考点，并规定其，并规定其电位为电位为零零。（。（参考点通常用参考点通常用“接地接地”符号表示）符号表示）电路中其它任何一点与参考点之间的电压电路中其它任何一点与参考点之间的电压便是该点的便是该点的电位电位。跳转到第一页与电流方向的

6、处理方法类似，与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向例：例： 当当ua =3V ub = 2V时时u1 =uaub1V最后求得的最后求得的u为正值，说明电压的实际为正值，说明电压的实际方向方向与参考与参考方向方向一致，否则说明两者相反。一致，否则说明两者相反。u2 = ubua 1V跳转到第一页 对一个元件，电流参考方向和电压参考对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称起见，常常将其取为一致，称关联方向关联方向；如；如不一致，称不一致，称非关联方向非关联方

7、向。 如果采用关联方向，在标示时标出一种即如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。跳转到第一页 电动势是衡量外力即非静电力做功能力电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源电源的电动势的电动势。dqdWe 电动势的方向在电源内部由负极指向正极电动势的方向在电源内部由负极指向正极 注：对于一个电源来说，即有电动势又有端电压。注：对于一个电源来说，即有电动势又有端电压。电动势只存在于电

8、源内部；而端电压则是电源加在外电电动势只存在于电源内部；而端电压则是电源加在外电路两端的电压，其方向由正极指向负极。路两端的电压，其方向由正极指向负极。E跳转到第一页电场力在单位时间内所做的功称为电场力在单位时间内所做的功称为电功率电功率，简称功率。简称功率。dtdWp 功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：关联方向时：关联方向时：p =ui非关联方向时：非关联方向时：p =uip0时吸收功率，时吸收功率，p0时放出功率。时放出功率。跳转到第一页当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方向一致，此的实际方向一致，此部分电路部分电路消耗电功率消耗电功率，为为负

9、载负载。功率性质判断（元件属性判断）：功率性质判断（元件属性判断）：当计算的当计算的 P 0，吸收吸收10W功率。负载功率。负载（b）关联方向，关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收吸收10W功率。负载功率。负载跳转到第一页电能电能用用W 表示表示. 单位：焦（耳）（单位：焦（耳）（J），）， 在一定时间内消耗的功率，称为在一定时间内消耗的功率，称为。 工程上用千瓦时：工程上用千瓦时： 1千瓦时千瓦时=1度电度电PtWJhkW6106 . 31焦耳与千瓦时的换算关系：焦耳与千瓦时的换算关系：电能的计算公式：电能的计算公式：跳转到第一页1.1.5电路的状态电路的状态（一）通路一）通路返

10、回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节EUSUL+_IS电路的状态电路的状态通路通路电源的状态电源的状态有载有载电源产生的电功率为电源产生的电功率为 EI电源输出的电功率为电源输出的电功率为 US I负载取用的电功率为负载取用的电功率为 UL I额定值：额定值：电气设备工作时，其电压、电流和功率均有电气设备工作时，其电压、电流和功率均有一定限额，这些限额表示了电气设备的正常工作条件和一定限额，这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能力，称为电气设备的工作能力，称为电气设备的额定值额定值。通路通路跳转到第一页（二）开路二）开路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节

11、上一节 当某部分电路与电源断当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为部分电路的状态称为开路开路。S2S1I0有有源源电电路路U视电视电路而定路而定开路的特点开路的特点:图图 1 开路开路图图 2 开路的特点开路的特点跳转到第一页（三）短路三）短路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节 当某部分电路的两端用电阻当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部全部被导线

12、或开关所旁路，这部分电路的状态称为分电路的状态称为短路短路。I 视电路而定视电路而定有有源源电电路路U 0短路的特点短路的特点:S2S1电源短路图图 3 短路短路图图 4 短路的特点短路的特点跳转到第一页跳转到第一页伏安关系（欧姆定律）：伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：关联方向时：u =Ri非关联方向时：非关联方向时：u =Ri符号：符号：功率：功率：RuRiuip22电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。跳转到第一页伏安关系：伏安关系：符号：符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。件，是实际电感器的理想化

13、模型。dtdiLu dtdiLu称为电感元件的电感，单位是亨利（）。称为电感元件的电感，单位是亨利（）。只有电感上的电流变化时，只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短通过，但，相当于短路。路。跳转到第一页电容元件是一种能够贮存电场能量的元电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：伏安关系：符号：符号：dtduCi dtduCi只有电容上的电压变化时，电只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路容两端才有电流。在直流电路中，电

14、容上即使有电压，但中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即，相当于开路，即 电容具电容具有有隔直作用隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。）。跳转到第一页u=uS 端电压为端电压为us，与流过电与流过电压源的电流无关，由电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意源本身确定，电流任意，由外电路确定。，由外电路确定。跳转到第一页跳转到第一页i=iS流过电流为流过电流为is，与电源与电源两端电压无关，由电两端电压无关，由电源本身确定，电压任源本身确定，电压任意，由外电路确定。意，由外电路确定。跳转到第一页跳转到第一页 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间

15、的用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系关系,其中包括其中包括基氏电流基氏电流和和基氏电压基氏电压两个定律。两个定律。术语：术语：网孔：网孔：不包含任何支路的回路不包含任何支路的回路支路：支路：两个结点之间的每一条分支电路两个结点之间的每一条分支电路 （一个支路流过一个电流）（一个支路流过一个电流）结点：结点：三个或三个以上元件的连接点三个或三个以上元件的连接点回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径1.3 基尔霍夫定律跳转到第一页支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个）结点：结点：a、 b、 . (共共4个）个

16、）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-跳转到第一页 在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。定等于从该节点流出的电流之和。出入ii 在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。恒等于零。0i可假定流入节点的电流为正，流出节点可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。的电流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。所有电流均为正。跳转到第一页 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流

17、出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性。：电流的连续性。 I =0即：即：例例或或：04231IIII跳转到第一页例例1：如图所示的部分电路中，：如图所示的部分电路中，I13A，I4-5A，I58A，求，求I2，I3，I6。A)(835146416IIIIIIA)(1358452542IIIIIIA1685563653IIIIII 对于对于a点：点：对于对于c点：点：对于对于b点：点：I1I5I2I4I6I3acb跳转到

18、第一页KCL还可以推广到电路中任意还可以推广到电路中任意的闭合面的闭合面（广义节点）（广义节点）。例：列出下图中各节点的例：列出下图中各节点的KCL方程方程解：取流入为正解：取流入为正以上三式相加：以上三式相加： i1 i2i3 0 节点节点a i1i4i60节点节点b i2i4i50节点节点c i3i5i60跳转到第一页广义节点的应用：广义节点的应用：例例I1+I2=I3例例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R跳转到第一页 对电路中的任一回路，沿任意对电路中的任一回路，沿任意绕行方向绕行方向的各的各段电压的代数和等于零。段电压的代数和等于零。即：即：IRE即：即：0U

19、在任一回路的在任一回路的绕行方向绕行方向上，电动势的代数上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。和等于电阻上电压降的代数和。E、U和和IR与与绕行方向绕行方向相同为正，反之为负。相同为正，反之为负。跳转到第一页例如：例如： 回路回路 a-d-c-a55443343RIRIRIEE或：或：0UURIRIRI4S3S554433注意：注意：与绕行方向相同为正，与绕行方向相同为正， 反之为负。反之为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-跳转到第一页KVL通常用于通常用于闭合闭合回路，但回路，但也可推广应用也可推广应用到任一不闭合的电路上（到任一不闭合的电路上

20、（开口电路开口电路）。0111222333sssabuRiuRiRiuu例：列出下图的例：列出下图的KVL方程方程跳转到第一页用用KVL求下列电路的开路电压求下列电路的开路电压U0RIEU0RIEU0RIEU0RIEU跳转到第一页 Uab Ued Ucd Uef E2 E1 例例2：012EUUUEUefedcdab由由KVL：跳转到第一页作业：作业：P28 1.2.1P29 1.6.2 1.6.3跳转到第一页URRRU2111 URRRU2122 跳转到第一页IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR 跳转到第一页 支路电流法是求解复杂电路最基本的方支路电流法是求解复杂电路最

21、基本的方法，它以支路电流为未知量，直接应用法，它以支路电流为未知量，直接应用KCL和和KVL，分别对节点和回路列出所需的方程分别对节点和回路列出所需的方程式，然后联立求解出各未知电流。式，然后联立求解出各未知电流。跳转到第一页 一个具有一个具有b条支路、条支路、n个节点的电路，个节点的电路，根据根据KCL可列出（可列出（n1）个独立的节点电个独立的节点电流方程式，根据流方程式，根据KVL可列出可列出b(n1)个独个独立的回路电压方程式。立的回路电压方程式。跳转到第一页跳转到第一页图示电路图示电路（2）节点数）节点数n=2，可列出可列出21=1个独个独立的立的KCL方程。方程。（1）电路的支路）

22、电路的支路数数b=3，支路电流支路电流有有i1 、i2、 i3三个。三个。（3）独立的）独立的KVL方程数为方程数为3(21)=2个。个。013311suRiRi回路回路I023322suRiRi回路回路321iii节点节点a 跳转到第一页解得：解得：i1=1A i2=1Ai10说明其实际方向与图示方向相反。说明其实际方向与图示方向相反。对节点对节点a列列KCL方程：方程：i2=2+i1例：如图所示电路，用支路电流法求各支路例：如图所示电路，用支路电流法求各支路电流及各元件功率。电流及各元件功率。解：解：2个电流变量个电流变量i1和和i2，只需列只需列2个方程。个方程。对图示回路列对图示回路列

23、KVL方程：方程：5i1+10i250跳转到第一页各元件的功率：各元件的功率：5电阻的功率：电阻的功率： p1=5i12=5(1)2=5W10电阻的功率：电阻的功率： p2=10i22=512=10W5V电压源的功率：电压源的功率： p3=5i1=5(1)=5W2A电流源的功率：电流源的功率： u=10i2=101=10V， p4=2u=210=20W 由以上的计算可知，由以上的计算可知，2A电流源发出电流源发出20W功率功率，其余，其余3个元件总共吸收的功率也是个元件总共吸收的功率也是20W，可见可见电路功率平衡。电路功率平衡。跳转到第一页讨论题讨论题A11433I求：求：I1、I2 、I3

24、 能否很快说出结果能否很快说出结果？1 +-3V4V1 1 +-5VI1I2I3A615432IA7321III跳转到第一页支路电流法小结支路电流法小结解题步骤解题步骤结论与引申结论与引申12对每一支路假设对每一支路假设一未知电流一未知电流1. 假设未知数时，正方向可任意选择。假设未知数时，正方向可任意选择。对每个节点有对每个节点有出入ii1. 未知数未知数=B，4解联立方程组解联立方程组对每个回路有对每个回路有U0#1#2#3根据未知数的正负决定电流的实际方向。根据未知数的正负决定电流的实际方向。3列电流方程：列电流方程：列电压方程：列电压方程：2. 原则上，有原则上，有B个支路就设个支路就

25、设B个未知数。个未知数。 （恒流源支路除外）（恒流源支路除外）例外？例外？若电路有若电路有N个节点，个节点，则可以列出则可以列出 个独立方程。个独立方程。(N-1)I1I2I32. 独立回路的选择：独立回路的选择：已有已有(N-1)个节点方程，个节点方程， 需补足需补足 B -（N -1）个方程。个方程。 一般按网孔选择一般按网孔选择跳转到第一页实际电源的伏安特性实际电源的伏安特性oIRUUs或或oRUIIs 可见一个实际电源可可见一个实际电源可用两种电路模型表示：一用两种电路模型表示：一种为电压源种为电压源Us和内阻和内阻Ro串串联，另一种为电流源联，另一种为电流源Is和和内阻内阻Ro并联。

26、并联。跳转到第一页同一个实际电源的两种模型对同一个实际电源的两种模型对等效，等效，等效条件为：等效条件为：oRUIssoRIUss或或且两种电源模型的内阻相等且两种电源模型的内阻相等跳转到第一页例：用电源模型等效变换的方法求图（例：用电源模型等效变换的方法求图（a）电路电路的电流的电流i1和和i2。解：将原电路变换为图（解：将原电路变换为图（c）电路，由此可得：电路，由此可得：(a) 电路2Ai1i2 +5V 105(b) (a)的等效电路2Ai21051A3Ai210 5(c) (b)的等效电路A1351052iA121221 ii跳转到第一页在任何由线性电阻、线性受控源及独立源在任何由线性

27、电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的组成的电路中，每一元件的电流或电压电流或电压等于每等于每一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。这就是生的电流或电压的代数和。这就是。：当某一独立源单独作用时，其他独立当某一独立源单独作用时，其他独立源置零源置零。开路短路0 0SSIu跳转到第一页+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路原电路I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用单独作用+_AE1BI2R1I1R2I3R3E1单独作用单独作用III UUU 开路短路0 0SSIu跳转到第一页例：例：求求 I解：

28、应用叠加定理解：应用叠加定理R12AIR2A1224 IA12222 IA211 III4VR1R22A22IR1R2I4V跳转到第一页例例+-10 I4A20V10 10 叠加原理用求：叠加原理用求：I= ?I=2AI= -1AI = I+ I= 1A+10 I 4A10 10 +-10 I 20V10 10 解：解：跳转到第一页12112112111211 ) (RIRIRIIRIP 跳转到第一页A1A5510322 RREIVVS55132RIU跳转到第一页AAA 5 . 05 . 01222 III所以AS5 . 015553232 IRRRIS.V. V220 552 5UI RV2.5V5VSSS5 . 7 UUU跳转到第一页对外电路来说，任何一个线性有源二端网对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，都可以用一条含源支路即电压源和电阻串络，都可以用一条含源支路即电压源和电阻串联的支路来代替，其电压源电压