电工电子学之电路基本概念与定律

1、电气工程系电工电子教研室电气工程系电工电子教研室电工学电工学是大学工科各专业必设的是大学工科各专业必设的技术基础课技术基础课。当今世界上，人们衣。当今世界上，人们衣食住行的食住行的基本生活条件基本生活条件、现代一切、现代一切科学技术科学技术的发展与的发展与工农业生产工农业生产都离都离不开不开的支撑。的支撑。一、电能的应用及其与生产发展的关系第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发越来越广泛的机械化大大提高了越来越广泛的机械化大大提高了工农业的生产效率工农业的生产效率绪绪 论论第二次工业革命由电动机的发明而引发第二次工业革命由电动机的发明而引发 越来越广泛的电气化进一

2、步推动越来越广泛的电气化进一步推动 人类文明的发展，极大地改变着人类文明的发展，极大地改变着 物质生活和精神生活的条件物质生活和精神生活的条件 工业生产中电力机械的动力设备电动机采矿、冶金、轧钢、锻造和铸造机械、金属冷加工机械机床等v机械加工工艺机械加工工艺电加工技术电加工技术 电镀、电焊、电炉冶金、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等v测量与控制测量与控制 长度、速度、温度、时间、压力、流量、照度和色度等v交通与通讯交通与通讯汽车与火车、飞机、轮船 广播、电视、电影及电话v农业农业v医疗医疗v军事军事v国防国防v信息信息v电工电子技术的发展和广泛应用电工电子技术的发展和广泛应用极大地促

3、进了社会生产力的提高极大地促进了社会生产力的提高v第二次工业革命对社会生产力的第二次工业革命对社会生产力的发展起着变革性的推动作用发展起着变革性的推动作用电能电能的应用为人们提供了极大便利便于转换电能电能 水能水能电能电能 热能热能电能电能 光能光能电能电能 机械能机械能电能电能 化学能化学能 二、课程的地位和主要内容二、课程的地位和主要内容电工电子技术 : 研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术电工技术（上册）（上册）（电工学）（电工学）电工电子技术电工电子技术电子技术电子技术（下册）（下册）电路分析基础电路分析基础 磁路与电机磁路与电机 模拟电子技术模拟电子技术 数字电子

4、技术数字电子技术 电路分析基础电路分析基础 直流电路（直流电路（1、2）；暂态分析）；暂态分析 （3） ；交流电路（；交流电路（4 、5 ）。）。 磁路与电机磁路与电机磁路和变压器（磁路和变压器（6）；电动机（）；电动机（7、 8、9）；继电接触器控制（）；继电接触器控制（10） 可编程控制器（可编程控制器（11）、供电与安全用电（）、供电与安全用电（12）、电工测量（）、电工测量（13）上册上册模拟电子技术模拟电子技术半导体器件（半导体器件（14）；放大器）；放大器 （15、16）；反馈（）；反馈（17）；直流电源）；直流电源 （18）；电力电子技术（）；电力电子技术（19）数字电子技术数字

5、电子技术组合电路（组合电路（20）；时序电路）；时序电路（21） 存储器和可编程器件（存储器和可编程器件（22）、模数转换（）、模数转换（23）、现代通信技术）、现代通信技术（24）下册下册三、电工电子技术的发展与应用三、电工电子技术的发展与应用现状容量大型化容量大型化器件小型化器件小型化功率电子技术功率电子技术微电子技术微电子技术设计自动化设计自动化EDAEDA技术技术17851785年，库仑确定电荷间的作用力；年，库仑确定电荷间的作用力；18261826年，欧姆提出年，欧姆提出“欧姆定律欧姆定律”；18311831年，法拉第发现电磁感应现象；年，法拉第发现电磁感应现象；18341834年，

6、雅可比造出第一台电动机；年，雅可比造出第一台电动机；18641864年，麦克斯韦提出电磁波理论；年，麦克斯韦提出电磁波理论；18951895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；19041904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；19461946年，诞生第一台电子计算机；年，诞生第一台电子计算机；19471947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；年，贝尔实验室发明第一只晶体管；19581958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。 发 展快速发展快速发展原因原因电能电能易转换易转换

7、易传输易传输易控制易控制 计算机检测控制系统原理框图计算机检测控制系统原理框图微微机机传传感感器器伺服伺服机构机构模拟模拟信号信号处理处理功率功率放大放大模数模数转换转换数模数模转换转换数字数字接口接口数字数字接口接口 被被 测测 控控 对对 象象干扰、噪声、漂移、非线性干扰、噪声、漂移、非线性电工电子技术的典型应用电工电子技术的典型应用模拟电模拟电子技术子技术数字电数字电子技术子技术电机电机四、四、如何学好电工电子技术如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少课程特点：内容多且广、学时相对少1、注意掌握“三基”：2、注重综合分析与设计 注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本

8、应用3、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。或电路元件按一定方式组合而成。 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.输电线输电线mVt1t2热电偶热电偶)()(21tftfEt 电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配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

9、电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒激励：激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应响应: 由激励所产生的电压和电流由激励所产生的电压和电流; 电路分析：电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。条件下，讨论激励和响应之间的关系。 为了便于用数学方法分析电路，将为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模

10、型化实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。电路模型。实际电路实际电路实际器件（电阻器、电容器、实际器件（电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、集成电路等）电感线圈、晶体管、集成电路等）电路模型电路模型抽象抽象近似近似理想电路元件（电阻元件、电容元件、理想电路元件（电阻元件、电容元件、电感元件、电源、理想运放等）电感元件、电源、理想运放等） 器件建模：器件建模：1.1.保留主要电磁特性保留主要电磁特性2.2.一个器件可由多个元件模

11、型表示一个器件可由多个元件模型表示电路的建模过程电路的建模过程 电池电池是电源元件，其参是电源元件，其参数为电动势数为电动势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯泡、手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。开关和筒体组成。物理量

12、物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V注意：注意：它们是它们是标量标量，规定方向是为了便于电路的计算。，规定方向是为了便于电路的计算。电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_ 在分析与计算电路时，对电量任在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种意假定的方向。一种分析方法分析方法。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标

13、标abRI正负极性正负极性+abU U+_实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意：注意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负值才有正负之分。之分。 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压

14、的实际方向从从 b 指向指向 a 。 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 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，即参考方向相同，即关联参考方向关联参考方向。U = R I解：解：对图对图(a)有有, U = RI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 =

15、 RI326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2AI/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即： IUR 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路RREI 0IR0R EU IRREI 0IR0R EU IR U+_IIE+_U+_UIUIUIUI因为因为P2 = P1 + PR，所以电路的功率平衡。所以电路的功率平衡。IRoR EU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII 电源端电压电源端电压负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短

16、路电流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 0I+U有有源源电电路路IR0R EU0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 23 3 3 3 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。实质实质: 或或: = 0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a ：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例2:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V即：即： U = 0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一

17、周，在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则电位升之和等于电位降之和。即：则电位升之和等于电位降之和。即： U升升 = U降降 对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3E2= I2 R2+I3 R3或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3

18、. 开口电压可按回路处理。开口电压可按回路处理。 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R5I5 R5 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I5 R5 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I5I1I3I2. 举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 1