电子电工教材第1章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章,电路的基本概念和基本定律,1.1 电路的基本概念,1.1.1 电路的组成及其作用,电路的组成,电源(或信号源),负载,中间环节,将非电能转换成电能的电气设备。如电池、发电机等,电源：,把其它形式的信息转化为电信号的元件。,信号源：,将电能转换成非电能的电气设备。如灯泡、电动机等,负载：,联接电源（或信号源）和负载的元件。如导线、开关、保护设备等,，,其作用是传输和分配电能。,中间环节：,手电筒电路,电池,开关,灯泡,放 大 电路,话筒,扬声器,扩音机电路示意图,电路的功能,实现电能的传输和转换,传递和处理信号（信息）,将一些电气设备或元器件，依所要完成的功能，按一定方式组成的整体称为电路,电路：,由理想电路元件组成的电路,电路模型：,1.1.2 电路模型,手电筒电路,电池,开关,灯泡,电源,负载,R,0,E,R,开关,手电筒电路的电路模型,R,电阻,L,电感,C,电容,+,E,理想电压源,I,S,理想电流源,基本理想电路元件,1.1.3 电路的基本物理量及其参考方向,电流：,电流是电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的，数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量。,当电流不随时间变化，即,称为,直流电流,时，,物理量的方向,实际方向,参考方向,实际方向：,物理中对电量规定的方向。,参考方向：,在分析计算时，对电量人为规定的方向。,规定正电荷移动的方向为电流的方向,当电流的实际方向与其参考方向相同时，电流为正值；反之，当电流的实际方向与参考方向相反时，则电流为负值。,参考方向与实际方向相同,R,I,A,B,I,0,R,A,B,I,0,时，表示该部分电路吸收功率，是,负载,；当功率,P,0,时，表示该部分电路发出功率，是,电源,。,1.1.4 电气设备的额定值及电路的工作状态,电气设备的额定值,表示电气设备的正常工作条件、状态和容量，通常标在设备的铭牌上，在产品说明书中也可以查到。使用电气设备时，一定要注意它的额定值，避免出现不正常的情况或发生事故。,1.空载状态（开路状态）:,2.短路状态：,3.负载状态,满载：,电路中电流达到电源或供电,线的额定电流时,过载：,电路中电流超过额定电流时,欠载：,电路中电流小于额定电流时,不接负载的状态。,负载电阻为零 的状态,电路的几种工作状态,1.2 基本理想电路元件,1.2.1 电阻元件,R,i,u,+,图形符号,O,i,u,线性电阻的伏安特性,欧姆定律,（常用单位：,，k，M）,1 M,=10,6,1 k=10,3,电导G：,电阻R的倒数。,单位为西门子（S）,电阻元件上的功率为：,图形符号,+q,q,i,C,u,+,O,q,u,库伏特性,1.2.2 电容元件,（单位：F，,F，pF）,1 pF,=10,6,F 1,F=10,6,F,电容上电流、电压的关系,当,(直流)时,所以，在直流稳态电路中电容相当于断路（开路）。,电容两端的电压是不能突变的，否则需无穷大的电流。,特例：,电容接理想电压源时，电压可以突变。,u,i,C,+,当电容两端电压与流过的电流采用关联参考方向时，则,e,L,i,L,u,+,+,图形符号,O,i,韦安特性,（单位：H，mH，,H）,1,H,=10,6,H 1 mH=10,3,H,1.2.3 电感元件,电感上电压、电流的关系,当,(直流)时,所以，在直流稳态电路中电感相当于短路。,流过电感的电流是不能突变的，否则需无穷大的电压。,特例：,电感接理想电流源时，电流可以突变。,u,i,+,当电感两端电压与流过的电流采用关联参考方向时，则,t,/ms,0,15,15,1,0.5,1.5,2.5,2,3,+,R,C,(a),(b),例,在图a所示电路中，已知电容,C,2,F,，电阻,R,=1k,，电压,u,(,t,)的波形如图,b,，试画出电流,和,的波形,t,/ms,0,15,15,1,0.5,1.5,2.5,2,3,t,/ms,0,60,60,1,2,3,1.2.4 电压源,E,+,e,+,图形符号,i,E,外,电,路,u,+,+,E,O,u,i,理想电压源的伏安特性,R,0,e,u,+,R,0,U,E,+,+,或,实际电压源的等效电路,R,L,U,I,R,O,+,E,+,伏安特性,IR,0,U,E,O,U,I,i,I,S,外,电,路,u,+,1.2.5 电流源,i,S,图形符号,I,S,O,u,i,理想电流源的外特性,R,0,i,S,实际电流源模型,U/R,0,I,I,S,O,I,U,实际电流源的外特性,I,S,R,O,a,b,U,ab,I,R,L,+,u,1,+,u,1,电压控制电压源VCVS,+,u,1,g,u,1,电压控制电流源VCCS,+,r,i,1,电流控制电压源CCVS,i,1,i,1,电流控制电流源CCCS,i,1,1.2.6 受控电源,1.3 基尔霍夫定律,支路：,电路中的每一分支称为支路，一条支路流过同一个电流，称为支路电流。,节点：,电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。,回路：,电路中的任意一个闭合路径称为回路。,网孔：,回路中不包含其他支路的最简单的回路称为网孔，也叫做单孔回路。,基尔霍夫定律是电路的基本定律，包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,+,+,+,R,1,R,2,R,3,E,1,E,2,E,3,a,b,c,d,I,1,I,2,I,3,支路：,三条支路，分别流过电流,I,1,、,I,2,、,I,3,。,回路：,abca,、abda、abda共3 个。,节点：,a,、,b,共2个节点。,网孔：,abca,、a,bda,共2个,例,+,+,+,R,1,R,2,R,3,E,1,E,2,E,3,a,b,c,d,I,1,I,2,I,3,在任一瞬时，流入某节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。或者说，在任一瞬时，任一节点上电流的代数和恒等于零。即：,I,=0,基尔霍夫电流定律（KCL）,基尔霍夫电流定律也叫基尔霍夫第一定律或节点电流定律。,或,+,I,1,I,2,I,3,I,4,基尔霍夫电流定律的推广,基尔霍夫电流定律也可以应用于包围部分电路的任一假设的闭合面，即在任一瞬间，流入某一闭合面的电流之和等于流出该闭合面的电流之和。,或写成,R,1,R,2,R,3,I,1,I,3,I,2,I,4,I,5,I,6,a,b,c,例,已知,I,1,=3A，,I,4,=5A，,I,5,=4A。求,I,2,、,I,3,和,I,6,。,解,应用基尔霍夫电流定律列方程求解,由节点b得,由虚线所示的广义节点得,由节点a得,基尔霍夫电压定律（KVL）,在任一瞬时，沿任一回路环行一周（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。基尔霍夫电压定律也叫基尔霍夫第二定律或回路电压定律。其数学表达式为,或者说：,在任一瞬时，沿任一回路环行一周（顺时针方向或逆时针方向），回路中电动势的代数和等于电压降的代数和。电动势的参考方向与环行方向相同的取正，相反的取负（注意：电动势的方向是从电源的负极指向正极）；电流的参考方向与环行方向相同的，则该电流在电阻上所产生的电压取正号，反之则取负号。,+,+,R,1,R,2,E,1,E,2,a,b,c,I,1,I,2,或改写为,以a点为起点，顺时针环行一周，取电位降为正号，电位升为负号，由基尔霍夫电压定律得,+,R,E,a,b,I,+,U,ab,基尔霍夫电压定律的推广,基尔霍夫电压定律也可以推广到开口回路，即广义的回路。,或改写为,N,+,+,R,1,R,2,E,1,E,2,I,1,I,I,2,例,已知：,E,1,=80V，,E,2,=100V，,R,1,=2,，,I,=5A，,I,2,=2A，试用基尔霍夫定律求电阻,R,2,和供给负载N的功率。,解,由KCL得,I,1,I,2,I,=0,由KVL得：,所以供给负载N的功率为,+12V,18V,A,B,C,D,20,10,30,S,例,分别求开关S断开和闭合时A点的电位,V,A,。,解,(1)当开关S断开时，,+12V,18V,A,B,C,D,20,10,30,+,+,I,+12V,18V,A,B,C,D,20,10,30,+,+,I,1,(2)当开关S闭合时,本章小结：,1、电路的概念、组成、工作状态；,2、电路的基本物理量及其参考方向、关联方向与非关联方向、功率。,3、基本理想电路元件、,4、基尔霍夫定律：KCL、KVL。,作业：,11、4、7、9、15、16、19。,第一章结 束,