电工电子技术第一章PPT

电工电子技术第一章1.1电路的基本概念

1.2

电路中的常用元件

1.3基尔霍夫定律

1.4电路分析方法

1.5含受控源电路的分析第1章电路分析基础上页下页

电工电子技术1.1

电路的基本概念1.1.1

电路的组成和基本概念1.电路的组成：电源信号源负载中间环节电路——电流流通的路径。电路是由若干电路元件或设备组成的，能够传输能量、转换能量；能够采集电信号、传递和处理电信号的有机整体。手电筒电路·中间环节：连接电源和负载灯泡电池开关电源负载电源：非电能电能负载：电能非电能2.电路的基本功能：

(1)实现电能的传输、分配与转换（如电力工程）(2)实现信号的传递与处理（如信息工程）电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线1.1.2

电路模型和理想电路元件1.常用的理想元件上页下页RLUS+_IS电阻电感电容恒压源恒流源C+R2.电路模型例：手电筒

手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。US+_RLSRO手电筒电路模型iuRL日光灯电路的模型1.1.3

电路的基本变量

电流在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电量，电流用i或I表示，单位为安培（A）。

i=dq/dt

电流的实际方向规定为正电荷移动的方向。大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流（直流电流），简称直流（简写为DC）。大小或方向随时间变化的电流称为交变电流，简称交流（简写为AC）。

1.电流及其参考方向强调：电路中电流形成的必要条件是电路必须闭合。在分析交流电路时，电流是随时间变化的，分析之前无法确定实际方向，所以在分析计算电路时需任意选定某一方向作为电流的参考方向（假设方向）。将参考方向用带方向的箭头标于电路图中。注意：引入参考方向后，物理量为代数量

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。2.电压及其参考方向电路中任意（a、b）两点之间的电压为电场力移动单位正电荷由高电位点a到低电位点b时所做的功，用u或U表示，单位为伏特（V）。

u=dw/dq

电压的实际方向规定为电位降低的方向，即由高电位（“+”极性）端指向低电位（“”极性）端。与电流的参考方向类似，对电路中两点之间的电压也可以假定参考方向（参考极性）。

电压和电流的参考方向可以独立地任意假定。当电流的参考方向从标以电压参考极性的“+”端流入而从“”端流出时，称电流与电压为关联参考方向。当电流的参考方向从标以电压参考极性的“”端流入，而从“+”端流出时，称为非关联参考方向。3.功率在分析电路时，对功率计算公式作如下规定：（1）当电流、电压取关联的参考方向时，p=ui（2）当电流、电压取非关联参考方向时，p=ui当计算结果p>0时，表示元件吸收功率，该元件为负载性；当计算结果p<0时，表示元件发出功率，该元件为电源性。根据能量守恒定律电路中的功率平衡∑P=0

例+－+－－+IRURUS2US1已知：US1=15V，US2=5V，R=5Ω，试求电流I和各元件的功率。解：

已知：U1=20V，

I1=2A，U2=10V，I2=-1A，

U3=-10V，I3=-3A，试求元件的功率，并说明性质。I3

I2I1U3U2U11423例元件1功率

元件2功率

元件3功率

元件4功率

解：

元件1、2发出功率是电源，元件3、4吸收功率是负载。上述计算满足ΣP=0。三种基本工作状态:有载、开路和短路1.有载状态RLIUabE+_abRo+_①电流：②电压：RO

↓→IRO↓→Uab↑③功率：1.1.4

电路的基本工作状态2.开路状态开路电压：特点：Uo=

E输出功率P=0

输出电流I=0IE+_RoUoabRL+_3.短路状态IsUabE+_abRoRL特点：输出功率P=0

输出电压U=0短路电流：短路保护:熔断器FUFU4.电气设备的额定值

电源和负载等电气设备在一定工作条件下其工作能力是一定的。

额定值一般都列入产品说明书中，或直接标明在设备的铭牌上，使用时务必遵守这些规定。如果超过或低于这些额定值，都有可能引起电气设备的损坏或降低使用寿命，或不能发挥正常的效能。

额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值例：灯泡：UN=220V

，PN=60W电阻：

RN=100

，PN=1W

1.1.5电路中的电位电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”

。

通常设参考点的电位为零。

电位的计算步骤:

(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；

(2)标出各电流参考方向并计算；

(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。电力工程中以大地为参考点电子线路以输入、输出的公共线为参考点bR1R2US2US1+-R3+_acdbR1R2R3a+US1-US2cd设b点为参考点:c点的电位为:

Uc=US1d点的电位为:

Ud=-US2电子电路的习惯画法bR1R2R3a+US1-US2cd

参考电位在哪里？R1R215V+-正电源负电源电子电路的习惯画法：电源电压用电位值给出正电位值表示正电源，电源的负极接地。负电位值表示负电源，电源的正极接地。15V+-R1R2+15V-15VS断开时各电阻为同一电流其中：UD=+12V；UC=－18V

S闭合上时：例试求开关S断开和闭合时电路中各点的电位解：1.3.2.电位计算AB4kΩ6kΩC20kΩS－18V+12VDUA=－8VUB=－12VUD=+12V；UC=－18VUA=2VUB=0Ua=5V

a

点电位：ab15AUb=－5V

b

点电位：例试求图示电路中各点的电位及电压UabUb=0V

b点电位：Ua=0V

a

点电位：ab15A可见:电位与参考点的选择有关；电压与参考点的选择无关.Uab=Ua-UbUab=5VUab=5V①电位与参考点的选择有关；电压与参考点的选择无关例试分别以电路中的a、b、c点为参考点求电位和电压。注意：②电压等于电位之差。如Uab=Ua-Ub+_3V+_6Vabc参考点电位和电压UaUbUcUabUbcUcaa为参考点0V-3V-9V3V6V-9Vb为参考点3V0V-6V3V6V-9Vc为参考点9V6V0V3V6V-9V1.2电路中的常用元件1.电阻元件在关联参考方向下，u=iR

单位（W）单位（J）对于电阻元件的选用，主要考虑两个参数：一是电阻元件的阻值，二是电阻元件的额定功率。

Riu1.2.1无源电路元件单位：H,mH,H单位电流产生的磁链1）电感uiee2）自感电势uei2.电感元件当直流时,电感通直流，对直流电感相当于短路。当交流时,电感阻交流，对交流电感有反抗作用。ueiL电感是一种储能元件，储存的磁场能量为：3）

电流、电压的基本关系4）

电感的磁场能量单位电压下存储的电荷单位：F,F,pF++++----+q-qui1）电容电容符号有极性无极性+_+3.电容元件uiC当直流时,电容隔直流，对直流电容相当于开路。当交流时,电容通交流，对交流电容也有反抗作用。电容是一种储能元件,储存的电场能量为：2）

电流、电压的基本关系3）电容的电场能量理想元件的基本关系及性质LCR元件基本关系元件性质储能元件储能元件耗能元件理想元件的串联和并联两个元件串联和并联时参数的计算公式等效电感L等效电容C等效电阻R连接方式串联并联1.实际电源的两种模型（1）电压源模型及外特性UIRO+-USRLIUUSORo=0时，U=US1.2.2有源电路元件（2）电流源模型及外特性ISRoabIURLIUISRoOISRo=∞时，I=IS2.理想电压源和理想电流源（1）理想电压源:Ro=0时的电压源。特点:

(1）输出电压

U不变，即Uab

US

；（2）输出电流

I由外电路决定。oIUUSIUS+_abURL设

US=10V，

当RL=1时，U=10V，I=10A

当RL=10时，U=10V，I=1A电压恒定，电流随负载变化。（3）恒压源的电压为US=0时，恒压源视为短路。US=0+_（4）与恒压源并联的元件对外电路而言可视为开路。E+_abR2E+_abR1R2Is恒压源特性中不变的是：_____________US恒压源特性中变化的是：_____________I_________________会引起

I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向恒压源两端可否短路？

a+_IUSUabbR问题与讨论否因为R=0时（2）理想电流源:

Ro=

时的电流源.特点：（1）输出电流

I不变，即

I

IS

（2）输出电压U由外电路决定。abIUIsRLIUabISo设

IS=10A当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V电流恒定，电压随负载变化。E+_abR1R2Is（3）恒流源的电流IS=0时，恒流源视为开路。（4）与恒流源串联的元件对外电路而言为可视为短路。IS=0abR1Is恒流源特性中不变的是：_____________Is恒流源特性中变化的是：_____________Uab_________________会引起Uab

的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向恒流源两端可否开路？

abIUabIsR问题与讨论否因为R=∞时恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵串联电流相同。∴电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压取决外电路IUs

R_+abUab=?Is解：恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵并联电压相同。电压源中的电流取决外电路∴恒流源两端的电压解：aIUs

R_+bUab=?IsIR1.3基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123支路：ab、ad、bc、

…;I1I2…I6

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-确定电路中的支路、结点、回路、网孔数目。网孔：abda、bcdb、

adca

（共3个）1.3.1基尔霍夫电流定律(KCL)I1I2I3I4定律的依据：电荷守恒、电流的连续性或：1.定律内容对任何结点，在任一瞬间，I=0或：流入取正号，流出取负号。例流入流出广义结点

I1+I2=I3I=02.定律推广封闭面例例I1I2I3例IEICIBIE=

IB+IC8V9V+_34+_4

62I1.3.2基尔霍夫电压定律(KVL)

在任一瞬间，沿任意闭合回路循行方向绕行一周，例如：回路a-d-c-a电位升电位降或：或：1.定律内容I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-升取正号降取负号电位升电位降2.定律推广开口电路假想的闭合回路例例一段有源电路的欧姆定律IUS+_RabUab+_US+_RabUabI+_R2R1USI+—U2U1例分压公式

例分流公式

R2R1UISI2I11.4电路分析方法等效互换的条件：对外的电压、电流相等。I=I'Uab=U'ab即：IRo+-USbaUabU'abISabI'R'o1.4.1电压源与电流源的等效变换aUS+-bIUabRO电压源电流源U'abR'oIsabI'变换时应注意：两种电源的等效关系仅对外电路有效，对于电源内部，一般是不等效的。变换时电源的极性要对应，IS的流出端要对应US的“+”极。理想电压源和理想电流源之间没有等效关系，因为其外特性截然不同。采用两种电源等效变换的方法，可将较复杂电路简化为简单电路，给电路分析带来方便。③

应用举例例10V－+2A312I10V－+31I24V－+I=?1A66V－+234A23I－+3A312V－+6232I6V例(接上页)1A66V－+234A23I3A16V-+23I+13V+26V3I－-10V+－2A2I讨论题哪个答案对???+－10V+－4V21.4.2支路电流法支路电流法是以支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出方程，而后求解各支路电流的方法。

解题步骤：①确定支路数目，标出各支路电流的参考方向。②若有n个结点，则可列出（n–1）个独立KCL

方程。③若有m个网孔，则可建立m个独立KVL方程。④联立方程，求出b个支路电流。例试用支路电流法求各支路电流。解：①列方程组:②代入数据，解联求解，可得I1=4A，I2=1A，I3=3A。baI1I2US220V+－R12R38R24+_I312US132V例试用支路电流法求各支路电流。解：①图中含恒流源的支路，I1=IS=5A只需列两个方程。②由KCL列a点③由KVL列回路1④代入数据，联立求解，可得I2=2A，I3=-3A。R34ΩR18ΩR21ΩbaIS5AI2I3US10VI1+-1注意：①图中含恒流源的支路时，

可减少列方程数。②列回路方程时，要避开含恒流源的支路。讨论题你能否很快说出I1、I2

、I3

、I4

、I5

的结果？1++－－3V4V11+－5VI1I2I3I4I5支路电流法小结优点：支路电流法是电路分析中最基本的方法之一。只要根据基尔霍夫定律列方程，就能得出结果。缺点：电路中支路数多时，所需方程的个数较多，求解显得十分繁琐。支路数b=4须列4个方程式ab

1.4.3节点电压法(弥尔曼定理)在只有两个结点的电路中，先用公式求结点电压，再求各支路电流。+－I1－+R2UabbaR3R1US2US1I2I3设结点电压为Uab，则:结点a:代入结点a的电流方程，经整理后可得两结点的结点电压公式:

分子为各支路US与本支路R相除后的代数和。当US与Uab的参考方向一致时取正号，相反时则取负号。（或各支路恒流源IS的代数和，一致取负号，相反取正号。）

分母为两结点之间各支路的电阻的倒数和+-I1-+R2UabbaR3R1US2US1I2I3例试用结点电压法求各支路电流。已知US1=54V，US2=72V，R1=3ΩR2=6Ω，R3=2Ω。解：RS与恒流源串联对外可视为短路BR1I2I1E1IsR2ARS?试求AB间的电压。例解：+-1.4.4叠加定理

在线性电路中，如果有多个独立电源同时作用时，它们在任一支路中产生的电流（或电压）等于各个独立电源分别单独作用时在该支路中产生电流（或电压）的代数和。线性电路：R=常数去源方法：恒压源短接，恒流源开路代数和：以原电路的电压或电流方向为准，一致取正号，相反取负号。注意：I2I3I1R2R3R1ISUS+-解：例已知US=9V，IS=6A，R1=6Ω，R2=4Ω，R3=3Ω。试用叠加定理求各支路中的电流。（1）IS单独作用时：R2R3R1ISUS=0（2）US单独作用时：R2R3R1IS=0US+-

（3）叠加求出原电路中各支路电流。

例+-10I4A20V1010用叠加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I´4A1010+-10I"20V1010解：几点注意1.叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。去电源时，恒压源短接，恒流源开路，电路的结构和其它参数不变。3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+4.叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率。如：5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。设：则：I3R3=+1.4.5等效电源定理

有源二端网络RABU+-IABRU+-I等效电源定理用于化简复杂有源线性电路线性有源二端网络将有源二端网络等效为等效电压源或等效电流源有源二端网络用电压源替代的方法称戴维宁定理有源二端网络用电流源替代的方法称诺顿定理任何一个线性有源二端网络NA对外电路的作用可以用一个理想电压源Uoc与电阻Ro串联的电压源代替，其中Uoc等于该有源二端网络端口的开路电压，Ro等于该有源二端网络中所有独立电源不作用时无源二端网络NP的等效电阻。

独立电源不作用指电源置零，即理想电压源短路，理想电流源开路。

1.戴维南定理任意一个线性有源二端网络对外都可等效为等效电压源。UoRo+_RL戴维宁等效电路ABU+-IRL有源二端网络ABU+-I有源二端网络有源二端网络去源后端口的等效电阻Ro等于等效电压源的内阻（去源方法：恒压源短接，恒流源开路。）有源二端网络端口的开路电压Uo

等于等效电压源的电动势有源二端网络AB开路求电压Uo无源二端网络AB去源求内阻Ro求:I

=?例36422AIS+_18VbaIUSR1R2R3R解:(1)求开路电压Uo3622AIS+_18VbaUoUSR1R2R3C(2)求等效内阻Ro362baRoUS=0R1R2R3IS=0(3)求未知电流I+_UoRoRI戴维南等效电路ba448V已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：当

R5=10时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效电路有源二端网络例(1)求开端电压Uo(2)求等效内电阻RoUoR1R3+_R2R4EABCDCRoR1R3R2R4ABD=2030+3020=24+_UoRoR5I5戴维宁等效电路R5I5R1R3+_R2R4E原电路(3)求未知电流I5时求：U=?_+4450533AB1ARL+_8V10VCDEU例(1)求开端电压Uo此值是所求结果U吗？_A+4450B+_8V10VCDEUo1A5(2)求等效内阻RoRo44505AB1A+_8V_+10VCDEUo44505+_UoRo579V33Ｕ戴维宁等效电路4450533AB1ARL+_8V+10VCDEU(2)求解未知电压Ｕ2.诺顿定理任何一个线性有源二端网络对外电路而言，可以用一个理想电流源ISC和Ro并联的电流源代替。其中ISC等于该有源二端网络端口的短路电流，Ro等于该有源二端网络中所有独立电源不作用时无源二端网络的输出电阻。

独立电源不作用指电源置零，即理想电压源短路，理想电流源开路。

=

任意一个线性有源二端网络对外都可等效为等效电流源。有源二端网络AB短路求电流IS无源二端网络AB去源求内阻RoABISRo诺顿等效电路U+-IRL有源二端网络AB有源二端网络U+-IRL方法1:求开端电压Uo

与

短路电流IS开路、短路法有源网络Uo有源网络IS+-ROEIS=EROUo=E+-ROE等效内阻UoEIS==ROERO等效电阻Ro的其它求解方法

负载电阻法加负载电阻RL测负载电压UL方法2:RLUL有源网络Uo有源网络测开路电压Uo

加压求流法方法3:无源网络IU有源网络求电流I步骤：有源网络无源网络外加电压U则：Ro+-R1R2+-E1E2加压求流法举例UIR1R2加压求流电源分类受控源独立源电压源电流源(独立存在)(非独立，受电路中某个电压或电流的控制。)电压控制电压源VCVS电压控制电流源VCCS电流控制电压源CCVS电流控制电流源CCCS

1.5含受控源电路的分析

1.5.1受控源及其类型

受控源有两对端钮。一对为输入端（控制端），用以输入电压或电流控制量，另一对端钮为输出端（受控端），输