华科编版电工电子第一章

1、第一章电路的基本概念及基本定律 张雪凌张雪凌 2014年年7月月2022年3月8日Page 2 电工电子学是研究是电能及电子器件在技术领域中应用的电工电子学是研究是电能及电子器件在技术领域中应用的技术基础课程技术基础课程2022年3月8日Page 3 课程介绍课程介绍一、课程性质一、课程性质非电类专业电工学重要技术基础课非电类专业电工学重要技术基础课二、课程特点二、课程特点理论严密、逻辑性强、有广阔的工程背景理论严密、逻辑性强、有广阔的工程背景三、课程内容三、课程内容分析电路中的电磁现象分析电路中的电磁现象（电压、电流、电荷、磁通（电压、电流、电荷、磁通）四、学习目的四、学习目的电路的基本定律

2、、定理电路的基本定律、定理电路的基本分析方法电路的基本分析方法初步的实验技能初步的实验技能2022年3月8日Page 4 五五、课程的作用与任务、课程的作用与任务 * * 掌握电类基本理论、基本知识和基本技能。掌握电类基本理论、基本知识和基本技能。 * * 了解电工电子技术的应用和发展概况了解电工电子技术的应用和发展概况 * * 学习常用电子器件及其应用技巧学习常用电子器件及其应用技巧 * * 为从事相关的工程技术及科学研究打基础为从事相关的工程技术及科学研究打基础2022年3月8日Page 5 六、学习方法六、学习方法1、认真阅读教材认真阅读教材3、重视实验、重视实验2、认真听讲、独立完成作

3、业、认真听讲、独立完成作业八、参考书目八、参考书目电路（第五版）电路（第五版）邱关源邱关源电路基础理论电路基础理论黄冠斌黄冠斌七七、与课程有关的知识、与课程有关的知识数学：数学：多元一次方程、三角函数、复数及其计算、简单的微分多元一次方程、三角函数、复数及其计算、简单的微分 和积分、一阶微分方程等和积分、一阶微分方程等物理：物理：电场电场、磁场、电磁定律等等、磁场、电磁定律等等2022年3月8日Page 6 第一章第一章 电路的基本概念及电路的基本概念及基本定律基本定律电路组成电路组成1-1基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-5电路的基本物理量及其正方向电路的基本物理量及其正方向1-2电阻串联和并联电

4、阻串联和并联1-6电路的工作状态电路的工作状态1-3电压源和电流源及其等电压源和电流源及其等效变换效变换1-7电路基本元件电路基本元件1-4本章内容本章内容2022年3月8日Page 7 1. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：2. 2. 直流电路中电位和功率计算方法直流电路中电位和功率计算方法4. 4. 电压源、电流源特性及其等效变换电压源、电流源特性及其等效变换2022年3月8日Page 8 1-1电路的组成电路的组成 电路是为了某种需要由若干个电气设备或器件按一定电路是为了某种需要由若干个电气设备或器件按一定方式组合而成的电流

5、通路。方式组合而成的电流通路。 1-1-11-1-1实际电路实际电路 10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡负载：负载：能将电能转化为其他形式能量的装置。如灯泡、电动机等能将电能转化为其他形式能量的装置。如灯泡、电动机等电源：电源：能提供电能或电信号的器件，如电池、发电机、信号发生器。能提供电能或电信号的器件，如电池、发电机、信号发生器。中间环节：中间环节：开关、导线，起传输、分配、控制作用开关、导线，起传输、分配、控制作用2022年3月8日Page 9 1-1-2 理想电路元件理想电路元件, ,电路模型电路模型电路理论研究的对象不是实际电路，而是电路模型电路理

6、论研究的对象不是实际电路，而是电路模型1 1、电路模型：把实际电路的本质特征抽象出来所形成、电路模型：把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路，与实际电路具有相同的电磁性质。的理想化的电路，与实际电路具有相同的电磁性质。电路模型是由理想电路元件构成。电路模型是由理想电路元件构成。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关白炽灯白炽灯RL+RoES+UI2022年3月8日Page 10 1-1-2 理想电路元件理想电路元件, ,电路模型电路模型2 2、理想电路元件（电路元件）、理想电路元件（电路元件） 根据实际电路元件所具备的电磁性质所假想的只具根据实际电路元件所具备

7、的电磁性质所假想的只具有单一电磁性质的元件。有单一电磁性质的元件。电阻元件：表示消耗电能的元件。电阻元件：表示消耗电能的元件。电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成电能的元件。电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成电能的元件。3 3、5 5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：2022年3月8日Page 11 1 1、电流的含义、电流的含义物理现象：带电粒子的有序运动物理现象：带电粒子的有序运动电流强度：表

8、征电流的大小电流强度：表征电流的大小i= =dqdt1-2 电路的基本物理量及其正方向电路的基本物理量及其正方向1-2-1 电流电流S2 2、电流的表示意义、电流的表示意义I:直流、恒定电流（不随时间变化）直流、恒定电流（不随时间变化）i：大小和方向随时间变化大小和方向随时间变化安培（安培（A A）RL+RoES+UI2022年3月8日Page 12 3、电流的正方向（参考方向）、电流的正方向（参考方向）电流实际方向的习惯规定电流实际方向的习惯规定Sab电流电流参考方向参考方向问题的提出问题的提出大小和方向随时间变化的电流大小和方向随时间变化的电流ERR1R2R3R4R5R6Eab 正电荷运动

9、的方向正电荷运动的方向2022年3月8日Page 13 4、电流参考方向的表示、意义、电流参考方向的表示、意义i元件abiab 0实际方向与参考方向一致实际方向与参考方向一致 0实际方向与参考方向一致实际方向与参考方向一致0 p 0 i i 电场力做功，消耗电能电场力做功，消耗电能 起负载作用起负载作用 非电场力做功，提供电能非电场力做功，提供电能 起电源作用起电源作用dtdwp udqdwdqdwudtudqidtdqui2022年3月8日Page 22 1-2-5 功率功率2 2、电压与电流关联的含义、电压与电流关联的含义关联和与非关联的相对性关联和与非关联的相对性元件abi+-u元件ab

10、i+-ui元件1元件2+u电压与电流正方向一致电压与电流正方向一致称为关联，称为关联，p=u p=u i电压与电流正方向相反电压与电流正方向相反称为非关联称为非关联 p= -u i关联和与非关联与元件性质无关关联和与非关联与元件性质无关注意：如无特殊说明，若电路中只标注电压、电流注意：如无特殊说明，若电路中只标注电压、电流均为相关联参考方向。均为相关联参考方向。2022年3月8日Page 23 U U、I I 非关联方向不同，非关联方向不同，P P = - = -UIUI 0 0，负载负载； P P =- =-UIUI 0 0， 电源电源。U U、I I 关联参考方向，关联参考方向，P P =

11、 =UI UI 0 0，负载负载； P = UIP = UI 0 0，电源电源。 U UI IU UI IU UI IU UI I2022年3月8日Page 24 4 、最大、最大功率功率 P=I2 R 负载消耗负载消耗的的功率功率 I= Us/(Rs+R)+-UsRs+U-RI P= Us2R/(Rs+R)2 当当Us和和Rs为定值时，为定值时，P随着随着R的变化而变化的变化而变化 当当R= Rs时，时，P有最大值，负载与信号源内阻匹配的状态有最大值，负载与信号源内阻匹配的状态Pmax= Us2/4Rs 优点优点：可以利用匹配状态获得较大电流和功率可以利用匹配状态获得较大电流和功率 不足不足

12、：较大电流可能会危及电源和负载较大电流可能会危及电源和负载2022年3月8日Page 25 开关闭合开关闭合, ,接通电源与负载接通电源与负载LsRRUsI负载端电压负载端电压U U = = IRIR1 1、 特征特征: :I IR Rs sR RL L+ + - -UsUsU U+ + - -I I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I I U U 。或或 U U = = Us Us IRIRS S1-3 电路的工作状态电路的工作状态1-3-1 有载状态有载状态P P = = P Ps s P P负载负载消耗消耗功率功率电源电源产生产生功率功率内阻

13、内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。2022年3月8日Page 26 额定值额定值: : 电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值： I II IN N ，P PP II IN N ，P PP PN N 额定工作状态：额定工作状态： I = II = IN N ，P = PP = PN N 例：例：灯泡：灯泡：U UN N = = 220V220V ，P PN N = = 60W60W电阻：电阻： R RN N = = 100100 ，P PN N = =1 W1 W U UN N 、P PN N 、 I IN N额定值反映电气设备

14、的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。2022年3月8日Page 27 1 1、特征、特征: : 开关开关 断开断开I = I = 0 0电源端电压电源端电压 ( ( 开路电压开路电压 ) )负载功率负载功率U U = U= Us s P P = = 0 01. 1. 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I I = 0= 02. 2. 开路处的电压开路处的电压 Uoc Uoc 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :I I+ +UocUoc有有源源电电路路I IR Rs sR R

15、+ + - -UsUsU U+ + - -1-3-2 1-3-2 开路（空载）状态开路（空载）状态2022年3月8日Page 28 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征: :0SREII U U = = 0 0 P Ps s = = P = IP = IR R0 0P P = = 0 01. 1. 短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U U = 0= 02. 2. 短路处的电流短路处的电流 I Iscsc 视电路情况而定。视电路情况而定。I IScSc+ +U U有有源源电电路路I IR Rs sR RL L+ + - -UsUsU U+ + - -1-3-3 1-3-3 短路

16、状态短路状态2022年3月8日Page 29 1-4 1-4 电路理想元件电路理想元件1-4-1 1-4-1 电阻元件电阻元件 描述消耗电能的性质的理想化元件描述消耗电能的性质的理想化元件R Riu u+ +_ _参数参数: :电阻电阻 R R 单位单位 欧姆欧姆 任一时间内满足任一时间内满足U-iU-i平面上为一条曲线平面上为一条曲线的确定关系的确定关系. . i / Au / V0RU-iU-i平面的曲线成为电阻的伏安特性曲线平面的曲线成为电阻的伏安特性曲线 1 .定义定义:2 .分类分类:R=U/I (R=U/I (常数常数) )线性电阻线性电阻伏安特性曲线是通过原点的直线伏安特性曲线是

17、通过原点的直线2022年3月8日Page 30 1-4 1-4 电路理想元件电路理想元件1-4-1 1-4-1 电阻元件电阻元件R Riu u+ +_ _i / Au / V02 .分类分类:非线性电阻非线性电阻伏安特性曲线不是通过原点的直线伏安特性曲线不是通过原点的直线电阻电阻R R不是常数不是常数, ,随着电压和电流改变随着电压和电流改变2022年3月8日Page 31 iNiL电感电感: :( H( H、mH)mH)电流通过电流通过N N匝匝线圈产生线圈产生( (磁链磁链) )N 电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生( (磁通磁通) )u ui + +- -1-4 1-4 电路理想元

18、件电路理想元件1-4-2 1-4-2 电感元件电感元件Li2022年3月8日Page 32 tiLtuddddLiLu+ +- -L LtiLuddL 0 tiddi 0 0 tiLuddLi 0 tidd0tidd2022年3月8日Page 33 uqCCuq)(FPFuF C、电容u ui iC C+ +_ _tuCidd 当电压当电压u u变化时，在电路中产生电流变化时，在电路中产生电流: :0dtduUu时，当0i2022年3月8日Page 34 例：求下图中例：求下图中A点的电位。点的电位。 解：解：直流电路，电路中的电压电流恒定直流电路，电路中的电压电流恒定电感元件相当于短路电感元

19、件相当于短路电容元件相当于开路电容元件相当于开路I-8VAI1661：方法BVAUAB414VVVVA4)8(4I2642ABBAVVVV：方法VVB8VVA42022年3月8日Page 35 I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -Us2Us2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 11 12 23 3 3 31-5基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-5-1 术语术语2022年3月8日Page 36 在电路中，任一瞬间流入任一节点的电流之在电路中，任一瞬间流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。和等于流出该节点的电流之和。实质实质: : 或或: :

20、= 0= 0I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -USUS2 2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 1对节点对节点 a a ：I I1 1+ +I I2 2 = = I I3 3或或 I I1 1+ +I I2 2I I3 3= 0= 01-5-2 KCL KCL定律定律2022年3月8日Page 37 I I =?=?例例2:2:广义节点广义节点I I = 0 = 0I IA A + + I IB B + + I IC C = 0= 0A AB BC CI IA AI IB BI IC C2 2 + +_ _+ +_ _I I5 5 1 1 1

21、 1 5 5 6V6V12V12V2022年3月8日Page 38 在任一瞬间，电路任一回路内各部分电压的代数和等于零。在任一瞬间，电路任一回路内各部分电压的代数和等于零。 即即 U=0U=0 对回路对回路1 1：对回路对回路2 2：或或 U US S1 1 = = I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3或或U US S2 2= = I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3 I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3 U US S1 1 = 0 = 0 I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3 U US S2 2 =

22、0 = 0 I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -UsUs2 2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1UsUs1 11 12 21-5-3 KVL KVL定律定律在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在任一瞬间，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：电位升之和等于电位降之和。即： U U升升 = = U U降降 2022年3月8日Page 39 1 1列方程前列方程前标注标注回路方向；回路方向； 电位升电位升 = = 电位降电位降 E E2 2 = =U UBE BE + + I I2 2R R2 2 U U = 0

23、= 0 I I2 2R R2 2 E E2 2 + + U UBEBE = 0= 02 2应用应用 U U = 0 = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 与回路方向相同与回路方向相同 虚拟回路可按回路处理。虚拟回路可按回路处理。1 1对回路对回路1 1：E E1 1U UBEBEE E+ +B B+ +R R1 1+ +E E2 2R R2 2I I2 2_2022年3月8日Page 40 URRRU2111 URRRU2122 1-6电阻的串联和并联电阻的串联和并联1-6-1 电阻的串联电阻的串联2022年3月8日Page 41 IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR

24、1-6-2 电阻的并联电阻的并联2022年3月8日Page 42 a ab bRabRab8 8 6 6 3 3 8 8 8 8 图aa ab bRabRab1010 1010 7 7 4 4 4 4 图b2022年3月8日Page 43 2022年3月8日Page 44 sSUIIR电流源电流源SSUsIR其中sSUIIR即1-7-2 电流源电流源2022年3月8日Page 45 设设 I IS S = 10 A = 10 A，接上，接上R RL L 后，恒流源对外输出电压。后，恒流源对外输出电压。R RL L I IU UI IS SO OI II IS SU U+_2022年3月8日Page 46 解解: :+ +a ab bU U2 2 5V5V(a)(a)+ + + +a ab bU U5V5V(c)(c)+ + a a+ +- -2V2V5V5VU U+ +- -b b2 2 (c)(c)+ + (b)(b)a aU U 5A5A2 2 3 3 b b+ + (a)(a)a a+ +5V5V3 3 2 2 U U+ + a a5A5Ab bU U3 3 (b)(b)+ + 2022年3月8日Page 47 解解: :a a+ +b bU U18V18V(d)(d)+ + a