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,电工与电子技术,教师：,课程性质,包含电路理论电机学基础模拟电,子技术数字电子技术四局部内容。,本课程是非电专业的专业基础课程。,课程内容,问题1 电是谁发现的？,问题3 为什么收音机调台旋钮调节时可以收到不同电台的信号,问题4 为什么我国电网采用50Hz供电,问题5 为什么经常开、关灯时容易出现灯坏掉的情况,问题2 为什么低压电力网采用四线制,问题6 为什么话筒可以使声音清楚的变大,问题7 交流电如何变成直流电的,问题8 为什么红绿灯会自动每一秒减少一并显示出来的,问题9 自动报警如何实现,微波防盗报警器,要求,认真听课，重视概念、掌握规律，课后复习，,重视实验，作业,要认真、标准（,必须画电路图,、,按解题步骤求解）。,考试：,平时成绩：20%（,作业、考勤、实验,）,期末成绩：80%,电路理论,实际电路,电路模型,电气特性,电路分析,电路综合,本章要求:,1.理解电路模型的概念；,2.掌握电压与电流参考方向的意义；,3.掌握电路中的基本物理量及其计算；,4.,掌握各个理想元件的性质；,5.,掌握电路理论中最基本的定理；,第,1,章 电路的基本概念与基本定律,1.1,实际电路的作用与组成局部,(1) 实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信息的传递、操作与处理,放大器,扬声器,话筒,1. 实际电路的作用,实际电路是,由电气设备按预期目的连接构成的电流通路。,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电动机电炉,.,输电线,2.,电路的,组成局部,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,配和操作电能的作用,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电动机电炉,.,输电线,直流电源,直流电源:,提供能源,信号处理：,放大、调谐、检波等,负载,信号源:,提供信息,2.,电路的,组成局部,放大器,扬声器,话筒,电源或信号源的电压或电流称为鼓励，它推动电路工作；由鼓励所产生的电压和电流称为响应。,一、实际电路：,电气元件由导线连接构成的闭合通路，并进行着能量形式转换，电能的传输和分配过程。,二、电路模型： （简称电路）,用于分析计算的电路图形。由理想电路元件构成的模型。,忽略掉次要因素，突出其主要因素的元件,是组成电路模型的最小单元，是具有某种确定的电磁性质的假想元件,根据端子的数目，理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等。,1. 2,电路模型,基本的理想电路元件：,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。,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一电路模型表示。,同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。,电感线圈的电路模型,注意,手电筒的电路模型,例2：手电筒,R,+,R,o,E,S,+,U,I,电池,导线,灯泡,开关,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,负载,电源,E,R,电池,导线,灯泡,开关,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、能量、电功率等，但是电路分析中主要关心的物理量是电流、电压、功率以及能量。,电压:,单位时间内通过导体横截面的电荷量,1.3,电压和电流的参考方向,电流：,单位电荷由a点到b点电场力所做的功,1.3,电压和电流的参考方向,1. 电路基本物理量的实际方向,物理量,实 际 方 向,电流,I,正电荷运动的方向,电压,U,(电位降低的方向),高电位,低电位,单 位,kA 、A、mA、A,kV 、V、mV、V,电压、电流的实际方向：,R,E,I,U,E,I,R,U,ab,+,_,+,_,都是实际的电压、电流方向，都是高电位指向低电位。,a,b,问题的提出：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？,E,1,A,B,R,E,2,I,R,电流方向,A,B,？,电流方向,B,A,？,U,ab,=V,a,- V,b,电流参考方向,任意假定一个方向为电流的正方向，这个假定的正方向称为电流的参考方向。,i, 0,i, 0,参考方向,U,+,参考方向,U,+,0,汲取正功率 (实际汲取),P,0,发出正功率 (实际发出),P,0,电容汲取功率,，电容充电,。,p,0,，,电感汲取功率。,p,0,，,电感发出功率。,电感能在一段时间内汲取外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件储能元件，其本身不消耗能量。,表明,从,t,0,到,t,电感储能的变化量：,电感的储能,实际电感线圈的模型,L,u,R,+,u,(,t,),i,L,贴片型功率电感,贴片电感,贴片型空心线圈,可调式电感,环形线圈,立式功率型电感,磁棒电感,色环电感,滤波电感,环形电感,电抗器,理想电压源和理想电流源,（独立源/鼓励源）,电路符号,1.理想电压源,定义,端电压与端电流,i,无关，端电压保持定值或一定的时间函数的元件叫理想电压源。,+,_,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。,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,例,R,i,-,+,外电路,电压源不能短路！,直流电压源的伏安关系,0,u,i,u,S,(t,0,),u,i,o,u,S,(t,1,),u,S,(t,2,),u,S,(t,3,),u,S,(t,4,),交流电压源伏安特性,电压源的功率,电压、电流参考方向非关联；,发出功率,电压、电流参考方向关联；,汲取功率,+,_,i,u,+,_,+,_,i,u,+,_,端电流与其端电压,u,无关，端电流,总能保持定值或一定的时间函数的,元件叫理想电流源。,电路符号,2.理想电流源,定义,理想电流源的电压、电流关系,电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关。,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。,u,i,直流电流源的伏安关系,0,例,R,u,-,+,外电路,电流源不能开路！,i,S,(t,0,),i,u,o,i,S,(t,1,),i,S,(t,2,),i,S,(t,3,),i,S,(t,4,),例,10A,4,2A,+ U,2,U,3,+,R,下面答案哪个正确：,1),当,R,时,，U,1,2),当,R,时,，U,2,3),当,R,时,，U,3,不变,+,U,1,实际电源,干电池,钮扣电池,1. 干电池和钮扣电池（化学电源）,干电池电动势,1.5V,，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反响不可逆。,钮扣电池电动势,1.35,V，用固体化学材料，化学反响不可逆。,氢氧燃料电池示意图,2. 燃料电池（化学电源）,电池电动势,1.23V,。以氢、氧作为燃料。约,40-45%,的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。,3. 太阳能电池（光能电源）,一块太阳能电池电动势,0.6V,。太阳光照射到,P-N,结上，形成一个从,N,区流向,P,区的电流。约,11%,的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。,一个,50cm,2,太阳能电池的电动势,0.6V,电流,0.1A,太阳能电池示意图,太阳能电池板,蓄电池示意图,4. 蓄电池（化学电源）,电池电动势,2V,。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于,2V,，常要充电，化学反响可逆。,直流稳压源,函数发生器,发电机组,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。,电流源,受控源（非独立源）,独立源： 指电压源的电压或电流源的电流不受,外电路的操作而独立存在的电源。,受控源的特点：当操作电压或电流消失或等于零时，,受控源的电压或电流也将为零。,受控源：,受控源,又称为非独立源，,它表示某一处,电压或电流受电路中另一处电压或电流,的操作。,+,+,_,_,i,b,i,c,u,be,u,ce,晶体管放大器电路晶体三极管的符号,u,i,R,b,R,c,E,c,c,e,b,1、电流控制电流源 CCCS.,拓宽,场效应管放大器电路场效应管的符号,u,i,R,g1,R,g2,G,i,G,S,S,D,D,G,i,D,R,D,E,c,2、电压控制电流源 VCCS.,直流发电机示意图,直流发电机的电路模型,I,f,I,f,RI,f,+,_,u,+,_,u,3、电流操作电压源 CCVS.,R,2,R,1,a,u,1,b,u,2,+,_,u,1,b,a,由运放构成的比例器,4、电压操作电压源 VCVS.,U,1,+,_,U,1,U,2,I,2,(a)VCVS,+,-,+,-,I,1,(b)CCVS,+,_,U,1,=0,U,2,I,2,I,1,+,-,+,-,四种理想受控电源的模型,(c) VCCS,g,U,1,U,1,U,2,I,2,+,-,+,-,(d) CCCS,I,1,U,1,=0,U,2,I,2,I,1,+,-,+,-,电压操作电压源,电流操作电压源,电压操作电流源,电流操作电流源,r,具有电阻量纲，称为转移电阻。,g,具有电导量纲，称为转移电导。,纲，称为转移电流比。,亦 纲，称为转移电压比。,4、电压操作的电压源（VCVS）,二、四种类型,1、电流操作的电压源（CCVS）,2、电压操作的电流源（VCCS）,3、电流操作的电流源（CCCS）,受控源与独立源的比较,独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由操作量决定。,独立源在电路中起“鼓励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的,电压或电流,的操作关系，在电路中不能作为“鼓励”。,古斯塔夫罗伯特基尔霍夫,Gustav Robert Kirchhoff，,18241887,德国物理学家,1845年，发表了第一篇论文，提出了,电路网络中电流、电压、关系的,两条电路定律，即著名的基尔霍夫电,流定律（KCL）、基尔霍夫电压电压,（KVL）。,“电路求解 ”。,热辐射,化学,光学理论,1.6 基尔霍夫定律,分析电路的基本依据 两类约束,2. 拓扑约束 连接方式方面的约束,1. 元件约束 元件性质的约束（VCR）,基尔霍夫电流定律,基尔霍夫电压定律,比方 欧姆定律,1.6 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律,（,KCL,）,和基尔霍夫电压定律,(,KVL,),。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析电路的基本定律。,基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,1. 6,基尔霍夫定律,支路：电路中流过同一电流的一个分支。,流过支路的电流，称为支路电流。,支路两端的电压，称为支路电压。,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：,电路中的自然孔。（内部不含支路的回路）,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,例1：,支路：ab、bc、ca、,（共6条）,回路：abda、abca、 adbca ,（共7 个）,结点,：,a、 b、c、d,(共4个）,网孔：abd、 abc、bcd,（共3 个）,a,d,b,c,E,+,G,R,3,R,4,R,1,R,2,I,2,I,4,I,G,I,1,I,3,I,1.6.1,基尔霍夫电流定律(,KCL),1定律内容,即:,入,=,出,在任一时刻，对于任一结点，流入此结点的电流等于流出此结点的电流。,实质:,电流连续性的表达。,对结点,a：,基尔霍夫电流定律,（KCL）,反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,对结点,b：,b,a,I,1,I,3,I,2,1.6.1,基尔霍夫电流定律(,KCL),1定律内容,入,=,出,即 ,= 0 （代数和）,对结点,a：,对结点,b：,整理得：,在任一时刻，对于任一结点，此结点所关联的所有支路电流的代数和为零。,b,a,I,1,I,3,I,2,KCL,是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；,KCL,是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,KCL,方程是按电流参考方向列写的。在方程中一般取流出为正，流入为负。,明确,例：已知：,求,解,KCL可以推广应用于包围局部电路的任一假设的闭合面（广义结点）。,2KCL推广,I,=?,例:,广义结点,I,= 0,I,A,I,B,I,C,= 0,A,B,C,I,A,I,B,I,C,2,+,_,+,_,I,5,1,1,5,6V,12V,基尔霍夫电压定律（,KVL,),1,定律,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路绕行一周，电位升之和等于电位降之和。,对回路1,：,对回路2,：,基尔霍夫电压定律,（KVL,）,反映了电路中任一回路中各支路电压间相互制约的关系。,+,u,7,+,u,5,+,u,6,+,u,1,+,u,4,+,u,2,+,u,3,在任一瞬间，沿任一回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和恒等于零。即：,U,= 0,基尔霍夫电压定律（,KVL,),对回路1,：,对回路2,：,即,即,标定各元件电压参考方向。,选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。,支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致，该电压在和式中取，否则取。,+,u,7,+,u,5,+,u,6,+,u,1,+,u,4,+,u,2,+,u,3,例 如下图电路，已知,u,1,=u,3,=1V，,u,2,=4V,，u,4,=u,5,=2V，求,u,x,。,+,u,x,+,u,5,+,u,6,+,u,1,+,u,4,+,u,2,+,u,3,解：,对回路有：,对回路有：,KVL,的实质反映了电路遵从能量守恒定律;,KVL,是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,KVL,方程是按电压参考方向列写。,明确,a,U,s,b,_,_,-,+,+,+,U,2,U,1,KVL,也适用于电路中任一假想的回路（不完全回路）。,4.,KCL、KVL,小结,：,KCL,是对支路电流的线性约束，,KVL,是对回路电压的线性约束。,KCL、KVL,与组成支路的元件性质及参数无关。,KCL,说明在每一节点上电荷是守恒的；,KVL,是能量守恒的具体表达(电压与路径无关)。,利用KCL、KVL,时，应对电路的结点与回路编号，并指定有关回路的绕行方向,。,例,1,求电流,i,解,例,2,解,求电压,u,+,+,-,-,4V,5V,i,=?,3,+,+,-,-,4V,5V,1A,+,-,u,=?,3,例,3,求电流,i,例,4,求电压,u,解,解,要求,能熟练求解含源支路的电压和电流。,解,I,1,-10V,10V,+,+,-,-,1A,I,=?,10,例,5,求电流,I,例,6,求电压,U,解,I,4V,+,-,10A,U,=?,2,+,-,3A,对回路1,：,对回路2,：,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,1,2,+,+,+,-,-,-,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,1,2,-,-,-,+,+,+,对回路1,：,对回路2,：,对回路1,：,对回路2,：,对回路1,：,对回路2,：,第一章,参考方向,参考方向的关联性,电功率的计算,参考方向定义,理想元件,电阻、电容、电感的VCR,电压源：端电压与外电路无关，端电流取决,于外电路。,电流源：端电流与外电路无关，端电压取决,于外电路。,受控源,基本电路定理,KCL,KVL,利用KCL、KVL列方程求解简单电路的电压电流。,1、一个理想独立电流源的基本特性是: (),A. 其输出电流与端电压无关; 端电压可为任意值, 取决于外电路B. 其输出电流与端电压有关; 端电压不为任何值, 取决于电流源C. 其输出电流与端电压无关; 端电压必定与电流方向一致D. 其输出电流与端电压有关; 端电压未必与电流方向一致,1 电路如下图，,（1）图（a）中以知,U,=5V，求,I,；,（2）图（b）中以知,i,=5e,-t,A，求,u,；,i,+,-,u,b,2 如下图电路：,（1）求-5V电压源提供的功率；,_,+12V -,-3A,2A,-5V,+,-,I,+3V -,+ 4V -,4A,某支路电压电流取关联参考方向，,求得电压为-4V，电流为2A，,则电压的实际方向与参考方向_，,电流的实际方向与参考方向_，,该支路发出的功率P=W。,+,-,U,I,a,如图，已知电压U=10V，电流,1 求I,3,。,2判断整个电路的功率是否守恒。,在图所示电路中，已知,U,1,10 V，,U,s1,4V，,U,s2,2V，,R,1,4，,R,2,2，,R,3,5。试计算端子1、2开路时,流过电阻,R,2,的电流,I,2,和电压,U,2,。,1,+,+,U,1,I,2,+,+,R,2,R,1,R,3,U,s1,U,s2,U,2,2,已知,，,，求电流,、电压,。,小功率直流稳压电源的组成,功能：把交流电压变成稳定的大小适宜 的直流电压,u,4,u,o,u,3,u,2,u,1,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,演讲完毕，谢谢观看！,
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