工学大学课程电子电工技术杨静生主编PPT课件

1、 学好本课程，应注意抓好四个主要环节：学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作听课与笔记、作业与复习、自学与互学。业与复习、自学与互学。第1页/共127页 理解电流、电压参考方向的问题；理解电流、电压参考方向的问题；掌握克希荷夫定律及其具体应用；了掌握克希荷夫定律及其具体应用；了解电气设备额定值的定义；熟悉电路解电气设备额定值的定义；熟悉电路在不同工作状态下的特点；深刻理解在不同工作状态下的特点；深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路电路中电位的概念并能熟

2、练计算电路中各点的电位。熟悉掌握支路电流法、中各点的电位。熟悉掌握支路电流法、叠加原理，戴维南与诺顿定理的运用。叠加原理，戴维南与诺顿定理的运用。理解电桥电路。理解电桥电路。第2页/共127页单元目录单元目录第3页/共127页1电路与电路模型电路与电路模型：由实际元器件构成的电流的通路。由实际元器件构成的电流的通路。电源：电源：电路中的电源主要提供电能或电信号。电能可电路中的电源主要提供电能或电信号。电能可以由其他形式的能量转换而来，也可以由交流以由其他形式的能量转换而来，也可以由交流电转换成为直流电。另外，将某种电能转换为电转换成为直流电。另外，将某种电能转换为特殊需要的电能装置也称为电源特

3、殊需要的电能装置也称为电源第4页/共127页负载：负载：在电路中接收电能与电信号的设备。如电动在电路中接收电能与电信号的设备。如电动机、电灯等。机、电灯等。中间环节：中间环节： 电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件，如连接导线、开关设备、测量设备护部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。以及各种继电保护设备等。第5页/共127页电源负载实体电路电路模型负载电源开关连接导线SRL+ UI中间环节US+_R0中间环节第6页/共127页电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：传递、分传递、分配

4、和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线第7页/共127页信号的产生和处理电路；信号的产生和处理电路；功率功率(或能量或能量)的产生和处理电路的产生和处理电路;各种物理量的测量电路、放大电路、声音、图像或文字各种物理量的测量电路、放大电路、声音、图像或文字处理电路处理电路各种整流电路、变频电路、逆变电路及直流变换电路等各种整流电路、变频电路、逆变电路及直流变换电路等属于后者属于后者第8页/共127页 实际电路器件品种繁多，其电磁特性实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元多元而而复杂复杂，采采取模型化处理可获得有意义

5、的分析效果。取模型化处理可获得有意义的分析效果。白炽灯的电路模白炽灯的电路模型可表示为：型可表示为：R 消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能由于白炽灯中耗能的因素大大于产生的因素大大于产生磁场的因素，因此磁场的因素，因此L 可以忽略。可以忽略。第9页/共127页 理想电路元件理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，是实际电路器件的理想化和近似，其电特性其电特性单一单一、确切确切，可定量分析和计算。可定量分析和计算。 为了便于进行分析，常常在一定条件下对实际电为了便于进行分析，常常在一定条件下对实际电路器件加以理想化，抽象出反映单一电磁性质的理想路器

6、件加以理想化，抽象出反映单一电磁性质的理想化电路元件，化电路元件，简称理想元件简称理想元件 由这些理想元件组合而成的电路为实际电路的由这些理想元件组合而成的电路为实际电路的电电路模型，路模型，电路理论研究的对象是电路理论研究的对象是电路模型电路模型而不是而不是实际实际电路，电路，习惯上将习惯上将电路模型电路模型简称为简称为电路电路第10页/共127页RC+ US电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L电感元件只具有储存磁能的电特性IS无源二端元件无源二端元件 有源二端元件有源二端

7、元件 第11页/共127页必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的：必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为集中参数集中参数元件的电路。元件的电路。集中参数元件的特征1. 电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。如如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。2. 任何时刻从集中参数

8、元件一端流入的电流恒等于从它另一任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。 工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提，波长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提，有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。第12页/共127页5) 理想电压源理想电压源 电压源是由电动势电压源是由电动势E和内阻和内阻R0 串联的电源的电路模型。串

9、联的电源的电路模型。 OSREI 电压源第13页/共127页 理想电压源内阻为零，因此输理想电压源内阻为零，因此输出电压恒定；出电压恒定； 实际电源总是存在内阻的，因实际电源总是存在内阻的，因此实际电压源模型电路中的负载电此实际电压源模型电路中的负载电流增大时，内阻上必定增加消耗，流增大时，内阻上必定增加消耗，从而造成输出电压随负载电流的增从而造成输出电压随负载电流的增大而减小。因此，实际电压源的外大而减小。因此，实际电压源的外特性稍微向下倾斜。特性稍微向下倾斜。理想电压源和实际电压源模型的区别理想电压源和实际电压源模型的区别+ US理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定第14页/

10、共127页理想电压源的外特性0UI电压源模型S USR0URL电压源模型的外特性0UI第15页/共127页6)理想电流源理想电流源0SRUII 电流源是由电流电流源是由电流 IS 和内和内阻阻 R0 并联的电源的电路并联的电源的电路模型。模型。电流源第16页/共127页理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定IS 理想电流源的内阻理想电流源的内阻 R0(相当于开相当于开路路)，因此内部不能分流，输出的电流值，因此内部不能分流，输出的电流值恒定。恒定。 实际电流源的内阻总是有限值，实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内阻上分配的电因此当负载增大时，内阻上分配的电流必定增加，从

11、而造成输出电流随负流必定增加，从而造成输出电流随负载的增大而减小。即实际电流源的外载的增大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾斜的直线。特性也是一条稍微向下倾斜的直线。第17页/共127页理想电流源的外理想电流源的外特性特性0I IU电流源模型的外电流源模型的外特性特性0I IUU+_RLR0ISI电流源模型第18页/共127页柴油机组柴油机组汽油机组汽油机组蓄电池蓄电池 各种形式的电源设备图各种形式的电源设备图干电池干电池第19页/共127页2 2电路变量及其参考方向电路变量及其参考方向 电路中的主要物理量有电路中的主要物理量有电流、电压、功率和能量，电流、电压、功率和能量，在电路

12、分析计算中经常用到的变量是在电路分析计算中经常用到的变量是电流电流和和电压电压 1)电流及参考方向电流及参考方向 电流是由电荷定向运动形成的。为了表达电流的强弱，电流是由电荷定向运动形成的。为了表达电流的强弱，规定了电流强度这一物理量。如图导体中的电流电流强规定了电流强度这一物理量。如图导体中的电流电流强度是指在电场的作用下，单位时间内通过导体某一横截度是指在电场的作用下，单位时间内通过导体某一横截面的电量。若在面的电量。若在dt时间内，通过导体某一截面时间内，通过导体某一截面S的电量为的电量为dq，则电流强度为：，则电流强度为：i dqdt=（1-1）大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表

13、示为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：第20页/共127页I Q t=（1-2） 电流的国际单位制是安培电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫，较小的单位还有毫安安【mA】和微安和微安【A】等，它们之间的换算关系为：等，它们之间的换算关系为： 在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常以正电荷移动的方向规定为电流的通常以正电荷移动的方向规定为电流的正方向。正方向。第21页/共127页导体中的电流导体中的电流 第22页/共127页 参考方向参考方向可以人为选定。在分析、计算过程可以人为选定。在分析、计算过程中，若电流的实

14、际方向和参考方向一致，电流的值中，若电流的实际方向和参考方向一致，电流的值为正；若电流的实际方向和参考方向相反，则电流为正；若电流的实际方向和参考方向相反，则电流的值为负。在假定了电路中电流的参考方向后，就的值为负。在假定了电路中电流的参考方向后，就可以根据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，可以根据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，如图所示。如图所示。 电流的参考方向和实际方向电流的参考方向和实际方向(a) I0；(b) I0 第23页/共127页dqdwuababQWUabab直流恒压情况下直流恒压情况下2)2)电压及参考方向电压及参考方向 高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电

15、荷从高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：注意：注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。 从工程应用的角度来讲，电路从工程应用的角度来讲，电路中中电压是产生电流的根电压是产生电流的根本原因本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：baabVVU第24页/共127页 电压的国际单位制是伏特电压的国际单位制是伏特V，常用的单位还有毫伏，常用的单位还有毫伏mV和千伏和千伏【KV】等，换算关系为：等，换算关系为

16、： 电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向方向高电位指向低电位，因此电压又称作电压降高电位指向低电位，因此电压又称作电压降第25页/共127页习惯上，人们把习惯上，人们把电位下降的方向规定为电压的方电位下降的方向规定为电压的方向，可以用向，可以用+ +、- -号表示，也可以用箭头表示。号表示，也可以用箭头表示。在复杂在复杂电路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电电路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电压的参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考压的参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考方向是为了分析和计算方便而假定的电路中

17、某元件或方向是为了分析和计算方便而假定的电路中某元件或者某段电路的电压方向。若在计算结果中，电压的值者某段电路的电压方向。若在计算结果中，电压的值为正，则参考电压方向与实际电压方向一致；若电压为正，则参考电压方向与实际电压方向一致；若电压的值为负，则参考电压方向与实际电压方向相反。在的值为负，则参考电压方向与实际电压方向相反。在下图（下图（a a）所示的电压参考方向下）所示的电压参考方向下, ,计算得到的电压结计算得到的电压结果果U0U0；在图（；在图（b b）所示的电压参考方向下，计算得到）所示的电压参考方向下，计算得到的电压结果的电压结果U0U0。第26页/共127页电压的参考方向和实际方

18、向图电压的参考方向和实际方向图 第27页/共127页在电路分析中电压的参考方向有三种表示方式在电路分析中电压的参考方向有三种表示方式正负号正负号u_+abUab (表示电压的参考方向由表示电压的参考方向由a指向指向b） 双下标双下标箭头箭头uab+-RI123第28页/共127页3)3)电压电流的关联参考方向电压电流的关联参考方向如图所示，电路中，若电压和电流的参考方向一致如图所示，电路中，若电压和电流的参考方向一致时，称为关联参考方向，也称关联正方向；若电压时，称为关联参考方向，也称关联正方向；若电压和电流参考方向不一致时，称为非关联参考方向。和电流参考方向不一致时，称为非关联参考方向。图图

19、 电压和电流方向的关系电压和电流方向的关系(a)(a)电压和电流为关联参考方向；电压和电流为关联参考方向；(b)(b)电压和电流为非关联参考方向电压和电流为非关联参考方向 第29页/共127页假设正方向（参考方向）在分析计算时，对电路人为规定的方向。在分析计算时，对电路人为规定的方向。在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？问题的提出问题的提出电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR第30页/共127页(1) (1) 在解题前先任意设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先任意设定一个正方向，作为参考方向；(2)

20、(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；代数表达式；(3) (3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：假设正方向（参考方向）的应用假设正方向（参考方向）的应用结论！结论！若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。第31页/共127页实际正方向：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。正方向正方向物理量物理量单位单位电流电流I正电荷移动的方向正电荷移动的方向A, kA

21、, mA, A电动势电动势E电源驱动正电荷的方向电源驱动正电荷的方向低电位低电位高电位高电位V, kV, mV, V电压电压U电位降落的方向电位降落的方向高电位高电位低电位低电位V, kV, mV, V第32页/共127页 在电路图上预先标出电压、电流的在电路图上预先标出电压、电流的，目的是为解题时列写方程式提供依目的是为解题时列写方程式提供依据。因为，只有参考方向标定的情况下，据。因为，只有参考方向标定的情况下，方程式各电量前的正、负号才有意义。方程式各电量前的正、负号才有意义。 为什么要在电为什么要在电路图中预先标出路图中预先标出参考方向？参考方向？I +USR0RI第33页/共127页

22、设参考方向下设参考方向下US=100V，I=5A，则说明电源电，则说明电源电压的实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实压的实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。际方向与图中所标示的参考方向相反。 参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量的出，而电量的真实方向真实方向是以计算结果和参考方向二者共是以计算结果和参考方向二者共同确定的。同确定的。第34页/共127页1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么

23、？在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ 2.应用参考方向时，你能说明应用参考方向时，你能说明“正、负正、负”、“加、减加、减”及及“相同、相反相同、相反”这几对词的不同之这几对词的不同之处吗？处吗？ 电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算电路提供方便和依据。算电路提供方便和依据。第35页/共127页 应用参考方向时应用参考方向时，“正、负正、负”是指在参考方向下，是指在参考方向下，电压、电流数值前面的正负号，如某电流为电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“5A5A”，说明其实际方向与参考方向说明其实际方向与参考方向相反相反，某电压为，某电压

24、为“100V100V”，说明该电压实际方向与参考方向说明该电压实际方向与参考方向一致一致；“加、减加、减”指指参考方向下电路方程式中各量前面的参考方向下电路方程式中各量前面的加、减号加、减号；“相相同同”是指电压、电流为是指电压、电流为关联参考方向关联参考方向，“相反相反”指的指的是电压、电流参考方向是电压、电流参考方向非关联非关联。 第36页/共127页3 3 电路基本定律电路基本定律1)电路结构名词：电路结构名词： 分析与计算电路的基本定律，为分析与计算电路的基本定律，为欧姆定律，克希欧姆定律，克希荷夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律荷夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律和电

25、压定律。和电压定律。a)如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电路，称为支路。支路中通过的电流称为支路电流。路，称为支路。支路中通过的电流称为支路电流。如图的电路中共有如图的电路中共有bafe、be、bcde三条支路。三条支路。第37页/共127页b)电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节点。如图电路中有点。如图电路中有b、e两个节点。两个节点。c)电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的电路称电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的电路称为回路。如图中的为回路。如图中的abefa回路、回路、bcdeb回路、

26、回路、abcdefa回路。回路。bafea、beb、bcdeb第38页/共127页支路、节点和回路示意图支路、节点和回路示意图 第39页/共127页例支路：共 ？条回路：共 ？个节点：共 ？个网孔：？个I3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_第40页/共127页基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。 基尔霍夫电流定律是将物理学中的基尔霍夫电流定律是将物理学中的“液体流动的液体流动的连续性连续性”和和“能量守恒定律能量守恒定律”用于电路中，它指出：用于

27、电路中，它指出：。数学表达式：数学表达式：1)克希荷夫电流第一定律克希荷夫电流第一定律(KCL)：第41页/共127页I1I2I3I4aI1 + I2 I3 I4 = 0 若以若以指向指向结点的电流为结点的电流为正正，背离背离结点结点的电流为的电流为负负，则根据则根据KCL，对结点，对结点 a 可可以写出：以写出：（直流电路的电流）（直流电路的电流）（任意波形的电流）（任意波形的电流） 0 0SSIi第42页/共127页克希荷夫电流定律示例图克希荷夫电流定律示例图 第43页/共127页 就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数和等于零。和等于零。 根据式根据

28、式(2)(2)，规定了电流的参考方向，规定了电流的参考方向，即流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。即流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。由于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是由于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是负值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方负值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方向不一致造成的。向不一致造成的。对于上图所示的节点对于上图所示的节点b，可得下式，可得下式:也可以写成也可以写成: :即即: :321III(1)0321III(2)0SI(3)第44页/共127页i1i4i2i3整理为：整理为： i1+ i3= i2+ i4 0)(ti

29、根据可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0出入的另一种形式：可得ii KCL第45页/共127页解：解：求左图示电路中电流求左图示电路中电流i i1 1、i i2 2。i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A4Ai110A- -12Ai2其中其中i i1 1得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。第46页/共127页克希荷夫电流定律的推广克希荷夫电流定律的推广I=?I1I2I3IU2+_U1+_RU3+_RRR广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。广义节点第47页

30、/共127页2)克希荷夫电流第二定律克希荷夫电流第二定律(KVL)： 克希荷夫电压定律是用来确定回路中各段电压之克希荷夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。间关系的电压定律。 回路电压定律依据回路电压定律依据“电位的单值性原理电位的单值性原理”，它指，它指出：出：第48页/共127页然后根据：然后根据： U = 0I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4可得可得KVL另一形式：另一形式：IR=US

31、电源压升电源压升先标绕行方向先标绕行方向第49页/共127页根据根据 U=0对回路对回路列KVL方程电阻压降电阻压降#1#2例0S13311URIRI电源压升电源压升#3即电阻压降等于电源压升即电阻压降等于电源压升）（）（2 1 S23322S13311URIRIURIRI此方程式不独立此方程式不独立对回路对回路#2列列KVL常用形式常用形式S23322URIRI对回路对回路#3列列KVL方程方程S1S22211UURIRII1I2I3R3US1+_US2_+R1R2方程式也可用常用形式方程式也可用常用形式 KVL方程式的常用形式，方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方是把变量和已知量区

32、分放在方程式两边，显然给解题带来一程式两边，显然给解题带来一定方便。定方便。图示电路图示电路KVL独立方程为独立方程为 S13311URIRI第50页/共127页KVL 推广应用于假想的闭合回路或写作或写作对假想回路列对假想回路列 KVLKVL：USI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_UA UB UAB = 0UAB = UA UB US IR U = 0U = US IR对假想回路列对假想回路列 KVL：或写作或写作第51页/共127页3)欧姆定律U、I 参考方向相同时参考方向相同时U、I 参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正

33、负号：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R第52页/共127页解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第53页/共127页电路端电压与电流的关系称为伏电路端电压与

34、电流的关系称为伏安特性。安特性。 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念： 线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。常数常数即：即： IUR 第54页/共127页4)焦耳定律 电阻将所吸收的电能转换为热能，这种能量转换关电阻将所吸收的电能转换为热能，这种能量转换关系，所以称为焦耳定律系，所以称为焦耳定律WUqUIt 在单位时间在单位时间t t内，正电荷内，正电荷q q通过电阻通过

35、电阻R R由由a a点移到点移到b b点点电场力所作的功电场力所作的功根据欧姆定律：根据欧姆定律：22WUUItI RttRa)电能电能第55页/共127页 日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：量纲：1度度=1KWh=1KVAh式中单位：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功时，电功W为焦耳为焦耳【J】1 1度电的概念度电的概念1000W的电炉加热的电炉加热1小时；小时；100W的电灯照明的电灯照明10小时；小时；40W的电灯照明的电灯照明25小时。小时。第56页/共127页aIRUb设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电

36、压为 U ,流入此部分电路的电流流入此部分电路的电流为为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: P = U I功率的概念功率的概念单位单位: W, kW, mW负载负载若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向一致实际方向一致 ,则该元件则该元件吸收功率吸收功率,为为负载负载;电源电源若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向相反实际方向相反 ,则该元件则该元件发出功率发出功率,为为电源电源。第57页/共127页电路功率电路功率: :功率平衡功率平衡根据能量守恒，电路产生的总功率等于消耗的总功根据能量守恒，电路产生的总

37、功率等于消耗的总功率，可知率，可知20UIEII REPPP20EIUII R 电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的的电灯表明在电灯表明在1秒钟内该灯可将秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热的电能转换成光能和热能；电机能；电机1000W表明它在一秒钟内可将表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换的电能转换成机械能。成机械能。第58页/共127页根据根据 电压和电流的实际方向电压和电流的实际方向判断器件的性质，或是判断器件的性质，或是电源电源，或是或是负载负载。当元件上的当元件上的U U、I I 的实际方向一致，则此元件消耗电功的实际方

38、向一致，则此元件消耗电功率，率，为为负载负载。实际方向相反，则此元件发出电功率，实际方向相反，则此元件发出电功率，为电源为电源。电流和电压的电流和电压的实际方向实际方向根据根据参考方向参考方向和和计算结果计算结果的正、负得到。的正、负得到。结结 论论第59页/共127页4.电路的工作状态电路的工作状态 电源和负载不能任意连接，如果连接不当，会造成电源和负载不能任意连接，如果连接不当，会造成电源或负载损坏，因此必须知道电源和负载的额定值。电源或负载损坏，因此必须知道电源和负载的额定值。a)有载工作状态有载工作状态(通路通路) 电路在不同的工作条件下，会有不同的状态，具有电路在不同的工作条件下，会

39、有不同的状态，具有不同的特点。下面以直流电路为例，分别讨论电路的不同的特点。下面以直流电路为例，分别讨论电路的三种工作状态。三种工作状态。 当电源与负载接通，电路中有电流流动，电路的当电源与负载接通，电路中有电流流动，电路的此种状态称为通路，电源的此种状态称为有载状态。此种状态称为通路，电源的此种状态称为有载状态。第60页/共127页负载电阻负载电阻+-SER0RLIU电源电源电源电动势电源电动势电源内阻电源内阻电路电流电路电流: :LRREI0电源端电压电源端电压: :0UEIR如图所示，当开关如图所示，当开关s s闭合时闭合时第61页/共127页电源外特性电源外特性: :IUE0电源端电压

40、电源端电压U U和输出电流和输出电流I I的关系的关系电源外特性的斜率与电源外特性的斜率与R0有关，有关， R0越越小，斜率越小。小，斜率越小。R0 RL时，时，U 随负载的变动很小，随负载的变动很小，受负载的影响很小，电源带负载能受负载的影响很小，电源带负载能力强力强第62页/共127页b）电源开路）电源开路+-SER0IU0I = 0U=U0=EP = 0(空载，空载，RL=)第63页/共127页c)c)电源短路电源短路U = 0+-ER0ISU0REIS 外电路被短路外电路被短路(RL =0)电源短路容电源短路容易烧坏电源易烧坏电源，因此电源，因此电源使用中通常使用中通常接入接入熔断器熔

41、断器P=0(输出功率输出功率)PE =I2 R0 (电源消耗的功率电源消耗的功率)第64页/共127页5)电气设备的额定值 电气设备电气设备长期、安全长期、安全工作条件下的工作条件下的正确使用时的技正确使用时的技术数据术数据称为额定值。电气设备的额定值是根据设计、材料称为额定值。电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。 电器设备的额定值主要有额定电压、额定电流、额定电器设备的额定值主要有额定电压、额定电流、额定功率和额定温升功率和额定温升(温升是指在规定的冷却方式下高出周围介温升是指在规定的冷却方式下高出周围介质的

42、温度，周围介质温度定位质的温度，周围介质温度定位40),下标为“N”。第65页/共127页 通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额。当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值，当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。定值，当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。 用电器额定工作时的电压叫额定电压，电流为额定用电器额定工作时的电压叫额定电压，电流为额定电流，电流，额定电压下的电功率称为额定功率额定电压下的电功率称为额定功率；由以上两个；由以上两个参数，可通过计算获得另外一个参数参数，

43、可通过计算获得另外一个参数 额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上，作为额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。用电器正常工作条件下的最高限值。第66页/共127页想想想想 练练练练举例举例1：右下图电路，若已知元件吸收功率为右下图电路，若已知元件吸收功率为20W，电压，电压U=5V，求电流，求电流I。+UI元 件由图可知由图可知UI为关联参考方向，因此为关联参考方向，因此:A4520UPI举例举例2：右下图电路，若已知元件中电流为右下图电路，若已知元件中电流为I=100A，电压电压U=10V，求电功率，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。，并说明元件是电

44、源还是负载。+UI元 件UI非关联参考，因此:元件吸收正功率，说明元件是负载。W1000)100(10 UIPI为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。第67页/共127页1、某用电器的额定值为、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工，此电器正常工作作10小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？2、一只标有、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多的电灯，当其两端电压为多少伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？少伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？若

45、加在灯两端的电压仅有若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多伏时，该灯的实际功率为多少瓦？额定功率有变化吗？少瓦？额定功率有变化吗？ 3、把一个电阻接在、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某伏的直流电源上，已知某1分钟单分钟单位时间内通过电阻的电量为位时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这个库仑，求这1分钟内电阻分钟内电阻上通过的电流和电流所做的功各为多少？上通过的电流和电流所做的功各为多少？3A，1080J3600000J，1度度电电220V，60W；15W，不变。，不变。第68页/共127页电路由哪几部分电路由哪几部分组成？试述电路组成？试述电路的功能？的功能？为何要引入参考为

46、何要引入参考方向？参考方向方向？参考方向和实际方向有何和实际方向有何联系与区别？联系与区别？何谓电路何谓电路模型？模型？理想电路元件理想电路元件与实际元器件与实际元器件有何不同？有何不同？如何判断元件如何判断元件是电源还是负是电源还是负载？载？第69页/共127页1. 电源外特性与横轴相交处的电流=？电流工作状态？2. 该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？3.额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A电流去哪了？4.电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的US=?RS=？UI0U0I=?“1W、100”第70页/共127页5.负载获得最大功率的条件负载

47、获得最大功率的条件 一个实际电源产生的功率通常分为两部分，一部分消一个实际电源产生的功率通常分为两部分，一部分消耗在电源及线路的内阻上，另一部分输出给负载。耗在电源及线路的内阻上，另一部分输出给负载。如何使负载如何使负载上获得最大上获得最大功率呢？功率呢？RLSUSIR0用左图所示的闭合电路来分析。用左图所示的闭合电路来分析。L0SRRUI 电工技术中一般考虑的电工技术中一般考虑的是如何提高电源的利用率是如何提高电源的利用率问题，电子技术中则希望问题，电子技术中则希望负载上得到的功率越大越负载上得到的功率越大越好。好。电路中通过的电流为：电路中通过的电流为：L2L0SL2)(RRRURIP负载

48、上获得的功率为：负载上获得的功率为：第71页/共127页L2L0SL2)(RRRURIPL2L002S)(4RRRRUP由此式能看出负由此式能看出负载上获得最大功载上获得最大功率的条件吗？率的条件吗？*R0=RL把上式加以整理可得：把上式加以整理可得： 电源内阻与负载电阻相等称为电源内阻与负载电阻相等称为阻抗匹配。阻抗匹配。晶体管收音机晶体管收音机的输出变压器就是利用这一原理使喇叭上获得最大功率的。的输出变压器就是利用这一原理使喇叭上获得最大功率的。02SmaxL4RUPRLSUSIR0第72页/共127页PPmaxRR=R0sU24R0第73页/共127页%100%1002212PPPPP

49、提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设1千瓦的发电能力，平均在千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约元左右；而节约1千瓦的电千瓦的电力，大约平均需要投资力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的元，不到建设投资的1/3。通。通过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性资源投入，更不会增加环境污染。性资源投入，更不会增加环境污染。效率 电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把输出功率与输入功率的比例数称为效率，用把输出功率与

50、输入功率的比例数称为效率，用“”表示：表示：第74页/共127页6.电路的等效变换及应用电路的等效变换及应用1）目的）目的 将某些复杂的电路根据等效的原则化简成简单的将某些复杂的电路根据等效的原则化简成简单的电路，甚至简化成单回路电路电路，甚至简化成单回路电路2）基本思路）基本思路 把电路中的某部分电路把电路中的某部分电路(一般是一个二端网络一般是一个二端网络)用用另一个简化的电路另一个简化的电路(另一个二端网络另一个二端网络)替换，替换后电路替换，替换后电路被简化了，而这个电路中未被替换的部分的解答不变被简化了，而这个电路中未被替换的部分的解答不变第75页/共127页两种电源之间的等效互两种

51、电源之间的等效互换换当外接负载相同时，两种电源模当外接负载相同时，两种电源模型对外部电路的电压、电流相等。型对外部电路的电压、电流相等。第76页/共127页Us = Is R0内阻改并联Is = UsR0bI IR0Uab+_US+_aIS R0Uab bI IR0Uab+_a内阻改串联0SRUsI 第77页/共127页电压源和电流源的等效关系只电压源和电流源的等效关系只对对外外电路而言，对电源电路而言，对电源内内部则是部则是不等效的。不等效的。 注意事项：例：当例：当RL= 时，时，电压源的内阻电压源的内阻 R0 中不损耗功率，中不损耗功率， 而电流源的内阻而电流源的内阻 R0 中则损耗功率

52、。中则损耗功率。例如：当例如：当RL=IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量中不消耗能量RO中则消耗能量中则消耗能量对内不等效对内不等效对外等效对外等效0IIUsUUabab第78页/共127页第79页/共127页 两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流两种电源模型之间等效变换时，电压源的数和电流源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中源的数值遵循欧姆定律的数值关系，但变换过程中内阻内阻不变。不变。第80页/共127页求下列各电路的等效电源求下列各电路的等效电源解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)

53、aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ 第81页/共127页试用电压源与电流源等效变换的方法试用电压源与电流源等效变换的方法,计算计算2 电阻中电阻中的电流。的电流。A1A22228 I由图由图(d)可得可得第82页/共127页电阻的连接及等效互换电阻的连接及等效互换1) 电阻的串联电阻的串联URRRU2111 URRRU2122 第83页/共127页IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR (4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；各电阻联接在两个公共的结点之

54、间；(2)各电阻两端的电压相同；各电阻两端的电压相同；(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；第84页/共127页3)电阻星形联结与电阻星形联结与三角形联结的等效变换三角形联结的等效变换经等效变换后，不影响其它部分的电压和电流。经等效变换后，不影响其它部分的电压和电流。bCRaRcRba第85页/共127页)/()/()/(bcabcacabaabbccbbacaabbaRRRRRRRRRRRRRRR CbCRaRcRba第86页/共127页baccbbacaaaccbbabccccbbaabRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRa cabcabbc

55、caccabcababbcbcabcabcaabaRRRRRRRRRRRRRRRRRR Y Y 第87页/共127页第88页/共127页例例1：对图示电路求总电阻对图示电路求总电阻R R121212由图：由图：R12=2.68 12CD12第89页/共127页计算下图电路中的电流计算下图电路中的电流 I1 。 284484cabcabcaaba RRRRRR 184444b R 284448c R第90页/共127页例例2：计算下图电路中的电流计算下图电路中的电流 I1 。解：解： 52) 1(5)24() 1(5)24( RA A 2 .I第91页/共127页Va

56、= +5V a 点电位ab1 5Aab1 5A1)电位的概念电位的概念 电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压电位实际上就是电路中某点到参考点的电压，电压常用双下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特常用双下标，而电位则用单下标，电位的单位也是伏特V。 电位具有电位具有相对性相对性，规定参考点的电位为规定参考点的电位为零电位零电位。因因此，相对于参考点较高的电位呈此，相对于参考点较高的电位呈正电位正电位，较参考点低的较参考点低的电位呈电位呈负电位负电位。Vb = - 5V b点电位7.电路中电位及其计算方法电路中电位及其计算方法第92页/共127页求开关求开关S打开和闭合时打开和闭合时

57、a点的电位值。点的电位值。2)电位的计算12V12V6K4K20K12V画出画出S打开时的等效电路：打开时的等效电路：babadc6K4Kc20K12VS闭合时的等效电路：闭合时的等效电路：6K4K20K12V12Vbacdd第93页/共127页V4202046121212aV 显然，开关显然，开关S打开时相当于一打开时相当于一个闭合的全电路，个闭合的全电路，a点电位为：点电位为：S闭合时，闭合时，a点电位只与右点电位只与右回路有关，其值为：回路有关，其值为：V2420412aV第94页/共127页求下图电路中开关S闭合和断开时B点的电位。试述电压和电位的异同，若电路中两点电位都很高，则这两点

58、间电压是否也很高？A24VBCDS12VA26K4V12VBS4K2K第95页/共127页8 支路电流法支路电流法 支路电流法：支路电流法：以以支路电流为未知量、支路电流为未知量、应 用 基 尔 霍 夫 定 律应 用 基 尔 霍 夫 定 律(KCL、KVL)列方程列方程组求解。组求解。对上图电路对上图电路支支路数：路数： b=3 结点数：结点数：n =2回路数回路数 = 3 单孔回路（网孔）单孔回路（网孔）=2若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程第96页/共127页1. 在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出在图中标出各支路电流的参考方向，

59、对选定的回路标出回路循行方向。回路循行方向。2. 应用应用 KCL 对结点对结点列出列出 ( n1 )个独立的结点电流方程。个独立的结点电流方程。3. 应用应用 KVL 对回路对回路列出列出 b( n1 ) 个个独立的回路电压方独立的回路电压方程程(通常可取通常可取网孔网孔列出列出) 。4. 联立求解联立求解 b 个方程，求出各支路电流。个方程，求出各支路电流。I1+I2I3=0I1 R1 +I3 R3=E1I2 R2+I3 R3=E2支路电流法的解题步骤支路电流法的解题步骤: :第97页/共127页(1) 应用应用KCL列列(n-1)个结点电流方程个结点电流方程 因支路数因支路数 b=6，所

60、以要列所以要列6个方程。个方程。(3)联立解出联立解出 IG 支路电流法是电路分析中最基本的方支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所需方程法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不方便。的个数较多，求解不方便。 试求检流计中试求检流计中的电流的电流IG。第98页/共127页9.9.叠加原理叠加原理叠加原理：叠加原理：对于对于线性电路线性电路，任何一条支路的电流，都，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。用时，在此支路中所产生的电流的代数和。第