电工基础——电子讲义大连

1、3/7/20221 电工基础 电子讲义 大连职业技术学院 电气与电子工程技术系3/7/20222 第一章 电路的基本概念和基本定律第二章 电路的等效变换第三章 线性网络的一般分析方法第四章 线性网络的基本定理第五章 正弦稳态电路第六章 互感电路第七章 三相电路第八章 非正弦周期电流电路第九章 线性电路过渡过程的分析第十章 线性电路过渡过程的复频域分析第十三章 磁路和铁心线圈电路 3/7/20223 第一章 电路的基本概念和基本定律 第一节 电路和电路模型 第二节 电路的基本物理量 第三节 电阻元件和欧姆定律 第四节 电压源和电流源 第五节 电路的工作状态 第六节 基尔霍夫定律3/7/20224

2、1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 电路：电路：是各种用电设备按一定的方式连接起来是各种用电设备按一定的方式连接起来的整体，它提供了电流流通的路径。的整体，它提供了电流流通的路径。 电路的两个功能：电路的两个功能： 进行能量的转换、传输和分配。进行能量的转换、传输和分配。 对电信号的处理和传递。对电信号的处理和传递。电路有时也称为电网络。电路有时也称为电网络。3/7/20225 电路模型电路模型：用抽象的理想元件及其组合近似地替代用抽象的理想元件及其组合近似地替代实际的电路元件，从而构成了与实际电路相对应的实际的电路元件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。电路模型。电池电池灯泡灯

3、泡USIRU+_负载负载电源电源3/7/20226电路由电路由电源电源、负载负载、中间环节中间环节组成。组成。理想的元件：理想的元件：电压源：电压源： 电流源：电流源： 电阻：电阻： 电感：电感： 电容：电容：3/7/202271.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 物物理理量量 单单位位 实实际际正正方方向向 大大小小 电电流流 I A、kA、mA、A 正正电电荷荷移移动动的的方方向向 I=Q/t i=dq/dt 电电动动势势 E V、kV、mV、V 电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 ( (低低电电位位 高高电电位位) ) Uab=Va-Vb 电电压压 U V、kV、mV、

4、V 电电位位降降落落的的方方向向 ( (高高电电位位 低低电电位位) ) Uab=Wab/Q u=dw/dq 3/7/20228电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实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（参考正方向）：假设正方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。3/7/20229物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡IRUabUS+_abu_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位

5、在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。3/7/202210电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：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？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？U1ABRU2IR3/7/202211(1) (1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) (3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实

6、际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；3/7/202212例例已知：已知：US=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?US IRRURabU解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： SRUUURUURUISRRS

7、RUUU 3/7/202213(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU时时（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）RUUISRUS IRRURabU3/7/202214(4)(4)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I I 与与 U U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1) (1) 方程式方程式R =R = U/IU/I 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。 (2) (2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设

8、正方向假设正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时, ,任意假设的。任意假设的。 (3)(3)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向” ( (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向) )，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. . 提示提示3/7/202215RIURR IRURab假设假设: 与与 的方向一致的方向一致RIRU例例RIRU假设假设: 与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab称称IR和和UR为关联参考方向为关联参

9、考方向称称IR和和UR为非关联参考方向为非关联参考方向3/7/202216电电 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：单位时间内电路吸收或释放的电能定义：单位时间内电路吸收或释放的电能定义为该电路的功率。为该电路的功率。p=dw/dt=dw/dtdq/dt=ui IUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？3/7/202217 U、 I 在关联参考方向下在关联参考方向下 P = UI P = -UI 根据能量守衡关根据能量守衡关 系系P（吸收）（吸收）= P（发出（发出 ） U、 I 在非关联参考方向下在非关联参考方向下若若 P 0“吸收功率吸收

10、功率”（负载）（负载）若若 P 0“发出功率发出功率”（电源）（电源）3/7/202218 当计算的当计算的 P 0 时时, , 此部分电路消耗电功率，此部分电路消耗电功率，为负载为负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进行功率计算时：在进行功率计算时： 当计算的当计算的 P US 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方向与图中假设方向一致。当当 UabUS 时，时， I 0 表明方向与图中假设方向相反。表明方向与图中假设方向相反。US+_baIUabR3/7/20222

11、32 2、电导、电导G 单位单位 西门子（西门子（s s） G=1/R 欧姆定律可表示为欧姆定律可表示为i =uG GiuR1R2 G总总=G1+G2 1/R总总=1/R1+1/R23/7/2022241. 1. 电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型oSIRUUIUUSUIRO+-USRo越大越大特性越平特性越平1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源主要介主要介紹紹有源元件中的两种电源：电压源和电流源。有源元件中的两种电源：电压源和电流源。3/7/202225理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: : R RO O= = 0 0 时的电压源时的电压源. .特点：特点：(

12、 (1 1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电压源。压不变，其值恒等于电压源。 即即 U Uabab U US S ； （2 2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS3/7/202226恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: US=10VIUS+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时 ： I=5A则：则：3/7/202227RUIS恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_US恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ _ 会引

13、起会引起 I I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是_ _ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结USUababR3/7/2022282. 电流源电流源ISROabUabIoabSRUIIIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RORO越大越大特性越陡特性越陡3/7/202229理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源): RO= 时的电流源时的电流源. 特点：特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安

14、特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。3/7/202230恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V。R=1 时，时， U =1 V。则则:例例3/7/202231恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向RIUsab 理想恒流源两端理想恒流源两

15、端可否被短路可否被短路？abIUabIsR3/7/202232电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例IUS R_+abUab=?Is原则原则：Is不能变，不能变，US 不能变不能变。SabUIRU电压源中的电流电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压3/7/202233恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量US+_abIUabUab = US （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影

16、响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定3/7/2022341.5 1.5 电路的工作状态电路的工作状态电路有三种工作状态：电路有三种工作状态：开路开路、短路短路、额定工作额定工作状态状态。1、开路 UOCIRO+-Us开路时开路时I I=0=0，内阻，内阻R Ro o上电上电压降为零。压降为零。开路电压开路电

17、压UOC= Us3/7/2022352、短路US -+b ISCROa U ab=0V 短路电流短路电流 ISC=US / RO3/7/2022363、额定工作状态 任何电气设备都有一定的电压、电流和功率的限额。任何电气设备都有一定的电压、电流和功率的限额。 额定值就是电气设备制造厂对产品规定的使用限额。额定值就是电气设备制造厂对产品规定的使用限额。 额定电压额定电压 U UN N额定值额定值 额定电流额定电流 I IN N 额定容量额定容量 S SN N 电气设备工作在额定值的情况下就称为额定工作状态。电气设备工作在额定值的情况下就称为额定工作状态。 或称或称 “ “满载满载” ” 。设备超

18、过额定值工作时称为。设备超过额定值工作时称为 “ “过过载载” 。3/7/2022371.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关 系，包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律系，包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。名词注释名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径3/7/202238支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个

19、）节点：节点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3U4U3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-3/7/202239 (一一) ) 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 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 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性原理。：电流的连续性原理。 I =0即：即：例例或或：04231IIII3/7/202240电流定

20、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。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R3/7/202241( (二二) ) 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，各对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，各部分电压的代数和为部分电压的代数和为 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIUURIRI电位升电位升电位降电位降即：即：0U或：或：033435544RIUURIRII3U4U3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-3/7/202242RIUUabS电压降电压降电压降电压降US+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开路。基尔霍夫电压定律也适合开