《电工电子技术》课件-第一章

知方向•晓规律•懂原理电工电子技术第一章1.电路的基本概念一、电学发展史二、电路模型主要内容一、电学发展史绝大多数电器都需要“电”来启动和工作；谁发明的“电”？

一、电学发展史一、电学发展史（一）谁发明的“电”？摩擦起电现象——人类最早发现的电现象。古希腊人发现，琥珀不管擦得多干净，都会很快吸上层灰尘。当时人们无法解释这种现象。（一）谁发明的“电”？泰勒斯（前625年—前547年）他被称为“科学之祖”，是古希腊第一个自然科学家和哲学家，希腊最早的哲学学派—爱奥尼亚学派的创始人。一、电学发展史（一）谁发明的“电”？居里克（OttovonGuericke,1602-1686）1660年，建造世界上第一台转动摩擦发电机。这个发动机产生的电流是静电。1654年，进行马拉铁球实验。一、电学发展史（一）谁发明的“电”？加法尼（LuigiGalvani,1737-1798）1780年，他从动物组织对电流的反应开始研究化学作用产生的电流。这种动物组织与两种不同金属接触所产生的反应现在称为“电疗法”（又称加法尼疗法，galvanism）一、电学发展史（一）谁发明的“电”？伏特（AlessandroGuiseppeAntonioAnastasioVolta,1745-1827）意大利物理学家1800年，发明电容器(condenser)一、电学发展史（一）谁发明的“电”？一、电学发展史世界上第一块电池（一）谁发明的“电”？法拉第·迈克尔（1791-1867）英国物理学家、化学家1821年，发明世界上第一台电动机；1831年，发现电磁感应并提出相应理论，后被麦克斯韦和爱因斯坦进一步发展。一、电学发展史电磁感应现象（一）谁发明的“电”？托马斯·爱迪生（1847-1931）美国发明家、物理学家著名的天才之一，拥有白炽灯、留声机等1093种发明专利权，创办了世界上第一个工业研究实验室。一、电学发展史图为上海世博会博物馆，摆放的是爱迪生发明的第一只白炽灯。（一）谁发明的“电”？一、电学发展史世界最早的发电厂（一）谁发明的“电”？一、电学发展史中国最早的发电厂二、电路模型（一）电路的组成及作用由实际元器件构成的电流的通路称为电路。二、电路模型（一）电路的组成及作用电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。二、电路模型（一）电路的组成及作用电力系统——强电电路可以实现电能的传输、分配和转换。电子技术——弱电电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。二、电路模型（二）电路模型用抽象的理想电路元件及其组合，近似地替代实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。二、电路模型（三）理想元件理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似化，其电特性单一、精确、可定量分析和计算。（1）只有两个端子；（2）可以用电压或电流按数学方式描述；（3）不能被分解为其他元件。注意：5种基本理想电路元件有三个特征：二、电路模型二端元件和三端元件（三）理想元件2.电路的基本物理量电流电压主要内容电位电动势电功率电路的基本物理量一、电流电路的基本物理量（二）电流强度单位时间内通过导体横截面的电荷量（一）电流带电粒子有规律的定向运动（三）单位A（安培）、kA、mA、

A1kA=103A1mA=10-3A1

A=10-6A一、电流电路的基本物理量（四）方向电流实际方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件（导线）中电流实际方向的两种可能：实际方向AB

（1）3.问题对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。实际方向AB

（2）一、电流电路的基本物理量（四）方向参考方向：任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。电流的参考方向与实际方向的关系：（1）表明电流(代数量)大小方向(正负）参考方向ABi参考方向AB实际方向ii

>0（2）（3）参考方向ABii

<0实际方向一、电流电路的基本物理量（四）方向电流参考方向的两种表示：（1）用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。参考方向ABiAB

（2）用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。二、电压电路的基本物理量（二）电压单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。

（三）实际电压方向电位真正降低的方向。（四）单位V(伏)、kV、mV、

V二、电压电路的基本物理量Iab+

U–RL_SE+R0电压的大小反映了电场力作功的本领；电压是产生电流的根本原因；其方向规定由“高”电位端指向“低”电位端。（五）端电压U电动势只存在电源内部，其数值反映了电源力作功的本领，方向规定由电源负极指向电源正极。（六）电动势E电位

是相对于参考点的电压；参考点的电位:

b=0；a点电位：

a=E-IR0=IR（七）参考点的电位二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量Uab=Wa－Wbq

a=Wa－W0qE=W源qUab=Va－Vb三者的定义式显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此它们的单位一样，都是伏特（V）三者的区别和联系电压等于两点电位之差：电源的开路电压在数值上等于电源电动势；电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量例1已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J，若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、Ubc;若以c点为参考点，再求以上各值。解:

①二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量解:②结论电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。acb二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。电压(降)的参考方向：假设高电位指向低电位的方向二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量电压参考方向的三种表示方式（2）用正负极性表示（1）用箭头表示（3）用双下标表示二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量关联参考方向复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。二、电压（九）电压、电位、电动势三者的关系电路的基本物理量例

2电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。注意分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号)，在计算过程中不得任意改变。参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。三、电功率电路的基本物理量（一）基本概念1.定义电功率是单位时间内电场力所做的功。2.单位功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)电路的基本物理量

u,i取关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P>0吸收正功率(实际吸收)P<0吸收负功率(实际发出)P=ui表示元件发出的功率P>0发出正功率(实际发出)P<0发出负功率(实际吸收)

u,i取非关联参考方向三、电功率（二）电路吸收或发出功率的判断三、电功率（二）电路吸收或发出功率的判断电路的基本物理量例3求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。解：已知：U1=1V,U2=-3V,

U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V,

I1=2A,I2=1A,

I3=-1A。

三、电功率（二）电路吸收或发出功率的判断电路的基本物理量例3解：注意：对一完整的电路满足：发出的功率＝吸收的功率3.电路元件电阻元件电感元件主要内容电容元件电压源电流源电路元件一、电路元件（一）定义电路中最基本的组成单元。

（二）注意点如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。电路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它形式的能量转变成电能的元件（三）5种基本的理想电路元件（一）定义电阻元件是指对电流呈现阻力的元件。其特性可用u-i平面上的一条曲线来描述：（二）线性电阻元件1.定义：线性电阻元件是指任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。2.电路符号：二、电阻元件（三）u-i关系1.特点：电阻元件的伏安特性是一条过原点的直线，满足欧姆定律。2.公式：3.单位：R

称为电阻，单位：

(Ohm)

G

称为电导，单位：S(Siemens)二、电阻元件（三）u-i关系4.注意点：（1）欧姆定律只适用于线性电阻（R为常数）；（2）如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应加以负号；

则欧姆定律写为u–Rii–Gu

（3）公式和参考方向必须配套使用无特殊说明一般均使用

二、电阻元件关联参考方向（四）功率和能量

1.功率电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。二、电阻元件（四）功率和能量2.能量从t0到t电阻消耗的能量：（五）电阻的开路与短路1.开路2.短路二、电阻元件（六）线性电阻元件的串、并联1.串联（1）图示（2）特点①流过所有电阻的电流i相同②u=u1+u2+…+un③

Req=R1+R2+…+Rn④等流分压，分压公式：

二、电阻元件（六）线性电阻元件的串、并联

2.并联（1）图示（2）特点①所有电阻的电压u相同②i=i1+i2+…+in③

④等压分流，分流公式：

二、电阻元件（一）定义

1.电容器在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，是一种储存电能的部件。2.电容元件储存电能的元件。其特性可用u-q平面上的一条曲线来描述。三、电容元件(Capacitor)（二）线性电容元件1.定义：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比，q-u特性是过原点的直线。2.电路符号：3.单位：C

称为电容器的电容,单位：F(法)(Farad，法拉),常用

F、pF、nF等表示。1F=103

F

=106

pF

=109

nF三、电容元件(Capacitor)（二）线性电容元件4.线性电容的电压、电流关系三、电容元件(Capacitor)电容元件VCR的微分形式5.注意①

i的大小取决于u

的变化率,与u的大小无关，电容是动态元件；②当u为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；③实际电路中通过电容的电流

i为有限值，则电容电压u必定是时间的连续函数。u、i取关联参考方向（二）线性电容元件6.电容元件VCR的积分形式：

表明：电容元件有记忆电流的作用，故称电容为记忆元件。

需要注意：①当u，i为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号

;②上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。三、电容元件(Capacitor)（三）电容的功率和储能1.功率：2.电容的储能：以上表明：

①电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反映了储能不能跃变；②电容储存的能量一定大于或等于零。三、电容元件(Capacitor)（三）电容的功率和储能3.从t1时刻到t2时刻电容储能的变化量：电容能在一段时间内吸收外部供给的能量，转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。三、电容元件(Capacitor)（一）定义1.电感器电感器是指把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁场能量的部件。2.电感元件储存磁能的元件。其特性可用-i平面上的一条曲线来描述。四、电感元件(Inductor)韦安特性（二）线性电感元件1.特点：任何时刻，通过电感元件的电流i与其磁链成正比。

-i特性是过原点的直线。2.电路符号：3.单位：L称为电感器的自感系数,L的单位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，mH表示。四、电感元件(Inductor)（二）线性电感元件4.线性电感的电压、电流关系以上表明：①电感电压u的大小取决于i的变化率,与i的大小无关，电感是动态元件；②当i为常数(直流)时，u=0。电感相当于短路；③实际电路中电感的电压u为有限值，则电感电流i不能跃变，必定是时间的连续函数。四、电感元件(Inductor)u、i取关联参考方向根据电磁感应定律与楞次定律电感元件VCR的微分关系（三）电感的功率和储能1.功率2.电感的储能以上表明：①电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变；②电感储存的能量一定大于或等于零。四、电感元件(Inductor)u、i取关联参考方向

四、电感元件(Inductor)电容元件与电感元件的比较①元件方程的形式是相似的；②若把u–i，q–

，C–L互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；③C和L称为对偶元件,

、q

等称为对偶元素。五、电压源（一）理想电压源1.定义其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流i无关的元件叫理想电压源。2.电路符号（二）理想电压源的电压、电流关系五、电压源1.电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。2.通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。例：直流电压源的伏安关系外电路电压源不能短路！（三）电压源的功率五、电压源1.电压、电流非关联参考方向：物理意义：电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。：发出功率，起电源作用。2.电压、电流参考方向关联：物理意义：电场力做功，电源吸收功率。：吸收功率，充当负载。（三）电压源的功率五、电压源例：已知电路参数如图所示，求各电压源及负载的功率。解：满足：P（发）＝P（吸）发出吸收吸收六、理想电流源（一）理想电流源其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u无关的元件叫理想电流源。（二）电路符号（三）理想电流源的电压、电流关系①电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。六、理想电流源例：六、理想电流源（四）实际电流源的产生：可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。1.电压、电流非关联参考方向：发出功率，起电源作用。（左图）2.电压、电流参考方向关联：吸收功率，充当负载。

（右图）

4.电路的基本定律知识要点欧姆定律基尔霍夫定律（一）定义欧姆定律——流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。电压、电流为关联参考方向（二）表达式（三）单位欧(姆)，Ω；千欧，kΩ；兆欧，MΩ一、欧姆定律1.第一套（1）电压与电流的参考方向相同，则为正号。

U=RI（2）电压与电流的参考方向相反，则为负号。

U=-RI（四）欧姆定律中的两套正负号2.第二套电压与电流在确定参考方向后，本身的取值正负。例利用欧姆定律求解图中电阻R（四）欧姆定律中的两套正负号（1）（2）注意：电阻反映的是导体本身的一种物理性质，因而电阻值必然为正值。（四）欧姆定律中的两套正负号2.第二套支路：电路中流过同一电流的几个元件相互连接起来的分支。ab、bca和bda结点：三条或三条以上支路相连接的点。a和b回路：一条支路或多条支路组成的闭合电路。abca、abda和adbca网孔：将电路画在平面图上，内部不包含支路的回路。两个网孔1.有关定义二、基尔霍夫定律

二、基尔霍夫定律对结点①

列方程:对结点②

列方程:对结点③

列方程:对封闭面④

列方程:2.基尔霍夫电流定律KCL推广：适用于封闭面二、基尔霍夫定律3.基尔霍夫电压定律KVL表述一：从回路中任一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路绕行一周，则在这个方向上的电位降之和应等于电位升之和。沿逆时针方向，并根据电压参考方向：电位升电位降二、基尔霍夫定律3.基尔霍夫电压定律KVL表述二：在任一瞬时，沿任一回路绕行方向（顺时针或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。若规定电位降取正号，则电位升取负号；反之亦然。沿逆时针方向，并根据参考方向：二、基尔霍夫定律以上两种表述遇到电源时，均取其外部端电压U作为计算对象。3.基尔霍夫电压定律KVL若考虑回路中的电动势，则基尔霍夫电压定律在电阻电路中的表述为：任一回路绕行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。规定方向为：电动势的参考方向与所选回路绕行方向相反则为正，反之为负；电流参考方向与绕行方向相反，则在电阻上的电压降为正，反之为负。二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律3.基尔霍夫电压定律KVL推广：基尔霍夫电压定律可应用于部分电路。例1

有一闭合回路如图所示，各支路的元件是任意的，但已知：UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V。试求（1）UCD；（2）UCA。解：（1）ABCDA回路中应用KVL即：得：（2）ABC支路中应用KVL即：得：ABCDUABUCDUBCUDAUCA+++++3.基尔霍夫电压定律KVL例2在图中，已知Ia=1mA，Ib=10mA，Ic=2mA，求电流Id。3.基尔霍夫电压定律KVL基尔霍夫定律适用范围：适用于各种不同元件构成的电路，也适用于任一瞬时对任何变化的电流和电压。5.电路元件一、

电路的基本分析方法——支路电流法——结点电压法二、电压源与电流源的等效互换知识要点1.定义以支路电流为待求量，应用KCL、KVL列写电路方程组，求解各支路电流的方法。3.要求：支路电流法是计算复杂电路最基本的方法，需要的方程个数与电路的支路数相等。2.特点：电路支路数b

结点数n一、

电路的基本分析方法（一）支路