第1章 直流电路

1、中南大学电工电子教学实验中心中南大学电工电子教学实验中心http:/http:/主讲教师：姜主讲教师：姜 霞霞 1536790375015367903750一、课程的性质、作用和任务一、课程的性质、作用和任务 电工电工学学B是一门技术基础课。通过本课程的学习，学会运用所学知识解决是一门技术基础课。通过本课程的学习，学会运用所学知识解决一些基本的有关电学方面的问题，同时为后续一些基本的有关电学方面的问题，同时为后续专业专业课程打下基础。课程打下基础。电工技术电工技术 （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 电路基础电路基础 电机与控制电机与控制模拟电子技术模拟电子技术 数字

2、电子技术数字电子技术 整理课件 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机伺服机构构模拟信模拟信号处理号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整理课件二、电工电子技术的发展与应用二、电工电子技术的发展与应用现状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1

3、785年，库仑确定电荷间的作用力；年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出年，欧姆提出“欧姆定律欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895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；1904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）；1946年，诞生第一台电子计算机；年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；年，贝尔实验室发明第

4、一只晶体管；1958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。 ：发发 展展快速发展快速发展原因原因电能电能易转换易转换易传输易传输易控制易控制整理课件三、三、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1.1.注意掌握注意掌握“三基三基”：2.2.注重工程素质培养注重工程素质培养 注重综合分析与设计注重综合分析与设计 基本原理、基本分析方法、基本应用基本原理、基本分析方法、基本应用整理课件1.作业要求书写工整，铅笔直尺画图。作业要求书写工整，铅笔直尺画图。2.作业作业请上课前学委收齐，按学号排序请上课前

5、学委收齐，按学号排序。平时成绩占平时成绩占40% 考试成绩占考试成绩占60%七、作业七、作业六、成绩六、成绩四、教学安排（四、教学安排（3232学时）学时）1.讲授（讲授（2626学时）学时）2.实验（实验（6 6学时）学时）五、教材五、教材1.电工学电工学简明教程简明教程 秦曾煌高等教育出版社秦曾煌高等教育出版社2.电工电工学学（少学时少学时） 唐介唐介 高等教育出版社高等教育出版社3.电工学电工学 李飞李飞 中南大学中南大学出版社出版社 整理课件电工电工学学B课内实验课内实验代号代号实验名称实验名称实验地点实验地点A A0 02 2 线性有源二端网络等效参数测定线性有源二端网络等效参数测定

6、316 #316 #B02B02单管放大电路的研究单管放大电路的研究3 30303 # #B17B17 门电路的功能测试及其应用门电路的功能测试及其应用3 30202 # #整理课件1.1.实验（电工实验（电工学学B） 选课阶段：登录选课阶段：登录 预选预选 确认确认 完成完成 实验阶段：刷条形码实验阶段：刷条形码( (卡卡) ) 操作操作 验收验收 完成完成实验报告：每次实验结束后一周实验报告：每次实验结束后一周 购买实验报告、条形码时间购买实验报告、条形码时间 ： 实验楼实验楼313313（或（或318318隔壁工作间）隔壁工作间）姜姜 锡老师锡老师 2.2.作业纸作业纸 （电工（电工学学

7、B ） 第第四四周周周周一、一、周周二二下午下午2:30-5:00 2:30-5:00 实验楼实验楼314 314 张婵娟老师张婵娟老师18684986462 公共邮箱：公共邮箱：dgdgx om 密码：密码：dgdgx x20132013整理课件整理课件整理课件整理课件整理课件整理课件 从电源来看，电源本身的电流通路称为从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路内电路， 电源以外的电流通路称为电源以外的电流通路称为外电路外电路。 当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时，当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 这种电路称为这种电路称为直流电路直流电路。 当电路中的

8、电流是随时间按正弦规律变化的交当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流时，这种电路称为流电流时，这种电路称为交流电路交流电路。无源网络无源网络有源网络有源网络二端二端网络网络二端二端网络网络整理课件dtdqi ABi整理课件ABU整理课件UItqqWtWP 整理课件整理课件额定值与实际值额定值与实际值额定值额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的限额值。规定的限额值。注注 在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值。一定等于它们的额定值。整理课件

9、解解A273.022060UPI806273.0220IUR一个月的用电量一个月的用电量 WPt60(W)30 (h) 5.4kWh来计算和或可用PURIPR22有一有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源上的电源上，求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻电阻如每晚用如每晚用3 3小时，问一个月消耗小时，问一个月消耗电能电能多少？多少？整理课件解解A105005RPI在使用时电压不得超过在使用时电压不得超过 URI5000.150V有一额定值为有一额定值为5W 500 的线绕电阻的线绕电阻，问其问其额定电流？额定电流？在使用时在使

10、用时电压不得电压不得超过超过多大？多大？整理课件当电源与负载接通，电路中有当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。了电流及能量的输送和转换。电路的这一状态称为电路的这一状态称为通路通路。IEUS UL S通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为为有载有载或称电源处于负载状态。或称电源处于负载状态。整理课件S1S2EEL1EL2当某一部分电路与电源断开，当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为路所处的状态称为开路开路。有有源源

11、电电路路 开路的特点：开路的特点：开路处的电流等于零开路处的电流等于零I0开路处的电压应视电路情况而定开路处的电压应视电路情况而定电源既不产生也不输出电功率，电源这时的状态称为电源既不产生也不输出电功率，电源这时的状态称为空载空载。U 视电视电路而定路而定整理课件当某一部分电路的两端用电当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一部分电路所关所旁路，这一部分电路所处的状态称为处的状态称为短路短路或或短接短接。S1S2电源短路电源短路 短路的特点：短路的特点：

12、短路处的电压等于零短路处的电压等于零U0短路处的电流应视电路情况而定短路处的电流应视电路情况而定I 视电路而定视电路而定有有源源电电路路EL1EL2整理课件II原则上参考方向可任意选择。原则上参考方向可任意选择。在分析某一个电路元件的电压与电流的关系在分析某一个电路元件的电压与电流的关系时，需要将它们联系起来选择，这样设定的时，需要将它们联系起来选择，这样设定的参考方向称为参考方向称为关联参考方向关联参考方向。 U电电源源负负载载 U注意：注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般都为在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般都为关联参考方向。关联参考方向。整理课件理想电路元件理想电路元

13、件理想有源元件理想有源元件理想无源元件理想无源元件电电压压源源电电流流源源电电阻阻元元件件电电容容元元件件电电感感元元件件整理课件SURiUSuSAB可提供一个固定的电压可提供一个固定的电压 US ，称为，称为源电压源电压。整理课件 可提供一个固定的电流可提供一个固定的电流 IS ，称为，称为源电流源电流。SiRUiSAB整理课件 US I U 当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时，当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们输出（产生）电功率，起它们输出（产生）电功率，起电源电源作用。作用。IS U I US I U IS -+ U I 当电压源和电流源的电压和电流实际方向如

14、上图时，当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们取用（消耗）电功率，起它们取用（消耗）电功率，起负载负载作用。作用。整理课件iuuidtduCi uidtdiLu 整理课件 电阻图片电阻图片水泥电阻水泥电阻线绕电阻线绕电阻碳膜电阻碳膜电阻可变电阻可变电阻压敏电阻压敏电阻功率电阻功率电阻解解RU6VI2A(a)U6VI2A(b)RRU6VI2A(c)应用应用欧姆定律欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻对下图的电路列出式子，并求电阻R R326)(IURa326)(IURb326)(IURc326)(IURdRU6VI2A(d)-E1=5VE1=5V + +R U mR U m -

15、-E2=3VE2=3V- -+ +- -+ +I=-2AI=-2Aa ab bm mn n解解Ua=-12=-12V由欧姆定律得由欧姆定律得 RUnmI5 计算下图的电阻计算下图的电阻R值，已知值，已知U Uabab12V12V。设设b b点为参考点点为参考点Un=-7=-7VUm=3=3VUnm=(-7)-3=-10=(-7)-3=-10V整理课件 例例1.5.1在图示直流电路中，已知在图示直流电路中，已知 US3 V， IS3 A， R1 。求：。求：(1) 电压源的电流和电流源的电压；电压源的电流和电流源的电压； (2) 讨论电路的功率平衡关系。讨论电路的功率平衡关系。 R I US I

16、S U解解(1) 由于电压源与电流源串联由于电压源与电流源串联IIS3 A根据电流的方向可知根据电流的方向可知UUSRIS ( 3 + 1 3 ) V = 6 V(2) 功率平衡关系功率平衡关系电压源吸收电功率：电压源吸收电功率：PLUS I( 3 3 ) W = 9 W 电流源发出电功率：电流源发出电功率： POU IS( 6 3 ) W = 18 W电阻电阻 R 消耗的电功率：消耗的电功率：PRR IS( 1 32 ) W = 9 W功率平衡：功率平衡： I1I2I3I1+I2-I3=0-I1-I2+I3=0I1=I3+I4I1+I2=I3ICIEIBICIBIEICIB= IE解解I I

17、1 1I I2 2I I3 3I I4 4由由基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律可列出可列出I1I3 I2 + I4可得可得 I43A如图所示，如图所示，I12A，I23A，I32A，试求，试求I4。 解由解由KCL方程：方程：I6I4I1 (53 ) A 8 A 例例8 在图示部分电路中，已知在图示部分电路中，已知 I13 A， I45 A， I58 A 。试求。试求 I2 ，I3 和和 I6 。 a I1 I3 I2 I4 I5 I6 cbI2I5I4 8(5 ) A 13 AI3I6I5 (88 ) A 16 A或由广义结点得或由广义结点得 I3I1I2 (313 ) A 16 A与回路环

18、行方向一致的电流、电压和电动势前面取正号，与回路环行方向一致的电流、电压和电动势前面取正号， 不一致的前面取负号。不一致的前面取负号。 基尔霍夫电压定律还可以推广应用于任何一个基尔霍夫电压定律还可以推广应用于任何一个假想闭合的一段电路。假想闭合的一段电路。将将 a、b 两点间的电压两点间的电压作为电阻电压降一样考作为电阻电压降一样考虑进去。虑进去。 R IUE U R I E 或或 USba或或 R IUUS0 解解 由回路由回路 abcdefaUab + UcdUed + UefE1E2 例例9在图示回路中，已知在图示回路中，已知 E120 V，E210 V，Uab4 V ，Ucd6 V ，

19、Uef 5 V 。试求。试求Ued 和和 Uad 。 R2 E2eaR3 R4 Ucd R1 E1 Uef UabUed bdfc Uad求得求得 Ued Uab + Ucd + Uef E1 + E2 4 + (6 )52010 V 7 V 由假想的回路由假想的回路 abcdaUab + UcdUadE2 R2 E2eaR3 R4 Ucd R1 E1 Uef UabUed bdfc Uad求得求得 Uad Uab + Ucd + E2 4 + (6 ) 10 V 8 V-I1+I3+I4=0I1-I2+I6=0I2-I3-I5=0I1R1-I6R6+I4R4=E4I2R2+I5R5+I6R6

20、=0-I4R4-I5R5+I3R3=-E4+E3整理课件aI1I2I3bU2+_R1R3R2+_U1整理课件 解解 选择各支路电流的选择各支路电流的参考方向和回路方向如图参考方向和回路方向如图R4 R3 R1 US1 R2 US2 例例1.7.1在图示电路中，已知在图示电路中，已知 US112 V ， US212 V ，R11 ， R22 ， R32 ， R44 。求各支路电。求各支路电流流 。 I1 I2 I3 I4 上结点上结点 I1I2I3 I4 0 左网孔左网孔 R1I1R3I3US10 中网孔中网孔 R1I1 R2I2US1US2 0右网孔右网孔 R2I2R4I4US20整理课件 代

21、入数据代入数据R4 R3 R1 US1 R2 US2I1 I2 I3 I4 I1I2I3 I4 0I12I3120I1 2I21212 02I24I4120 I14 A， I22 A， I34 A， I42 A整理课件整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1例例9aI 1I2+_R1R3R2I3bU1aI1I2U2R1R3R2+_I3bI1=I1-I1I2=-I2+I2I3=I3+I3已知已知U1=12V,U2=3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 ,求求I1 ,I2 , I3。AIIAI1,2321 AIAII5 . 0,25. 0231 I1=I1-I1=1.75A I2=-

22、I2+I2=-0.5A I3=I3+I3=1.25A整理课件 例例1.8.1在图示电路中，已知在图示电路中，已知 US10 V ，IS2 A ，R14 ，R21 ，R35 ，R43 。试用叠加定。试用叠加定理求通过电压源的电流理求通过电压源的电流 I5 和电流源两端的电压和电流源两端的电压 U6 。 R2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 整理课件 解解电压源单独作用时电压源单独作用时 R2 USI2 U 6R1 R4 I4 R3 I5 = I2 I4I5 =USR1R2USR3R4= ( 2 + 1.25 ) A = 3.25 A=I2 I4U6 R2R4 = 1

23、 2 3 1.25 = 1.75 VR2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 例例1.8.1在图示电路中，已知在图示电路中，已知 US10 V ，IS2 A ，R14 ，R21 ，R35 ，R43 。试用叠加定。试用叠加定理求通过电压源的电流理求通过电压源的电流 I5 和电流源两端的电压和电流源两端的电压 U6 。 整理课件电流源单独作用时电流源单独作用时 =I2 I4+U6 R2R4R2 I2 U6IS R1 R4 I4 R3 I5 = I2I4I5 =R1R1R2ISR3R3R4IS = ( 1.61.25 ) A= 0.35 A= ( 1 1.6 + 3 1.2

24、5 ) V = 5.35 VR2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 最后求得最后求得 = I5I5I5 = ( 3.250.35 ) A = 3.6 A= U6 U6+U6 = (1.75 + 5.35 ) V = 3.6 V 例例1.8.1在图示电路中，已知在图示电路中，已知 US10 V ，IS2 A ，R14 ，R21 ，R35 ，R43 。试用叠加定。试用叠加定理求通过电压源的电流理求通过电压源的电流 I5 和电流源两端的电压和电流源两端的电压 U6 。 整理课件 等效电源定理等效电源定理是将有源二端网络用一个等效是将有源二端网络用一个等效 电源代替的定理。

25、电源代替的定理。有源二端网络有源二端网络R1 R2 IS US对对 R2 而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部等效的条件下可用一个等效电源来代替。等效的条件下可用一个等效电源来代替。R0 UeS 戴维宁戴维宁等效电源等效电源R0 IeS 诺顿等诺顿等效电源效电源整理课件整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 。试。试用戴维宁定理用戴维宁定理求求I3。aU2+_R1R3R2+_b+_U1整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=

26、3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 。试用戴维宁定理试用戴维宁定理求求I3。aR1R3R2b+_整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 。试用戴维宁定理试用戴维宁定理求求I3。I3abARRUIOOC25. 133 整理课件整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 。试用诺顿定理试用诺顿定理求求I3。aU2+_R1R2+_bU1整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=3V,R1=4

27、,R2=4 ,R3=4 。试用诺顿定理试用诺顿定理求求I3。aR1R3R2b+_整理课件aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1已知：已知：U1=12V,U2=3V,R1=4 ,R2=4 ,R3=4 。试用诺顿定理试用诺顿定理求求I3。ARRIRISC25. 13003 I3ab整理课件用戴维宁等效电源或诺顿等效电源代替有源二端网络用戴维宁等效电源或诺顿等效电源代替有源二端网络 ,可以可以简化原电路。简化原电路。整理课件R1R2+-+U1U2R3R4R5+-U5例例12 试用戴维宁定理和诺顿定理试用戴维宁定理和诺顿定理求求I3。整理课件ocaccbUUU=+R1R2+-+U1U2R3R4R

28、5+-U55421RRRRRo oesscRUIR3R35122241245UUU(RU )RRRRR-=+例例12 试用戴维宁定理和诺顿定理试用戴维宁定理和诺顿定理求求I3。整理课件UsRiuRiusIUS = IS Raabb整理课件snsssuuuu 21 nksku1注意：只有相同的电压源才能允许并联。否则，烧毁电压表。注意：只有相同的电压源才能允许并联。否则，烧毁电压表。1su2susnususu整理课件snsssiiii 21 nkski11si2sisnisisi整理课件iusuRuisisuuisu整理课件isisusiRisii整理课件6A2A6V66A10V55整理课件31

29、231212311RRRRRR 31231223122RRRRRR 31231231233RRRRRR 31R12R23R1231i 2i 3i 313322112RRRRRRRR 113322123RRRRRRRR 213322131RRRRRRRR 1R2R3R1231i2i3i整理课件YRRRR 321YRRRR3312312 RRRR3123123/321 RRRR1R2R3R1231i2i3i31R12R23R1231i 2i 3i 23i 31i 12i 整理课件1R2R3R1231i2i3i31R12R23R1231i 2i 3i 23i 31i 12i =整理课件12224?

30、eqR22？22727874整理课件2244444? eqR14442142.4)(44 . 344 . 3 eqR整理课件综合练习题：求综合练习题：求I1 、 I2。1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdab整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI1=I2+1A+1A1V-I1-1V-I2=0I1=1A I2=-1A整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1021 II整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1021 IIAI11 AI12 整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1021 IIAI11 AI12 AIII

31、1111 AIII1222 整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1整理课件 1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1整理课件 I1=1A1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1 I1 整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1 整理课件1A1A1 1 +-1V1VI2I1cdabI2I1 I2=-1A I2 整理课件电流、电压、电动势（电位电流、电压、电动势（电位 、功率、电能），功率、电能），实际方向与参考实际方向