电工学(第二版)0电工学目录-1直流电路课件.ppt

1、内容提要(电工技术部分）直流电路直流电路 电容元件与电感元件电容元件与电感元件 正弦交流电路正弦交流电路 铁磁材料与磁路铁磁材料与磁路 变压器变压器 电机电机 发电厂厂用电及低压电动机的控制发电厂厂用电及低压电动机的控制 常用电工仪表及使用常用电工仪表及使用内容提要(电子技术部分）半导体二极管及整流电路半导体二极管及整流电路 半导体三极管及放大电路半导体三极管及放大电路 数字电路基础数字电路基础 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序逻辑电路时序逻辑电路 模模/数转换器和数数转换器和数/模转换器模转换器第一章第一章 直流电路直流电路1.9节点电压法节点电压法1.8两种电源模型及其等效互换两种电源模型及

2、其等效互换1.7电阻的串联与并联电阻的串联与并联1.6基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.5电路的三种状态电路的三种状态1.4电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律1.3电功率与电能电功率与电能1.2电流、电压及电动势电流、电压及电动势1.1电路及电路模型电路及电路模型1.10叠加定理叠加定理1.11戴维南定理戴维南定理小结小结习题一习题一返返 回回 总总 目目 录录概念：概念：电流流经的路径。电流流经的路径。组成：组成：由由电源电源、负载负载和和中间环节中间环节组成。组成。电源：电源：产生电能，将其他能量转换为电能产生电能，将其他能量转换为电能 负载：负载：用电设备总称，将电能转换为其他能用电设备总称

3、，将电能转换为其他能 中间环节：中间环节：电路中传输、分配、控制电能作电路中传输、分配、控制电能作用。用。电路元件概念：电路元件概念：为了对电路进行分析计算，常常将实为了对电路进行分析计算，常常将实际电器元件近似化和理想化际电器元件近似化和理想化，把在一定条件下忽略次，把在一定条件下忽略次要电磁因素，仅考虑其主要电磁特性的理想元件，称为要电磁因素，仅考虑其主要电磁特性的理想元件，称为电路元件。电路元件。电路模型：电路模型：用国家标准规定的电路元件图形符号代替实用国家标准规定的电路元件图形符号代替实际电路器件所绘制的电路，称为电路模型，亦叫原理电际电路器件所绘制的电路，称为电路模型，亦叫原理电路

4、图，简称电路图。路图，简称电路图。手电筒手电筒实际电路图实际电路图手电筒手电筒原理电路图原理电路图电流概念：电流概念：电荷的定向移动称为电流。电荷的定向移动称为电流。电流强度电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量，：单位时间内通过导体截面的电荷量，简称电流。用于衡量电流大小。简称电流。用于衡量电流大小。dtdqi 电流方向：电流方向：正电荷运动方向，习惯称为正电荷运动方向，习惯称为电流的实际方向电流的实际方向。直流电流：直流电流：大写大写 I 表示表示电流单位：电流单位：安培（安），安培（安），A 千安，千安，kA 毫安，毫安，mAtqI 电压概念：电压概念：在电场力的作用下，单位电荷从一点

5、在电场力的作用下，单位电荷从一点移到另一点的能量改变量称为这两点间的电移到另一点的能量改变量称为这两点间的电压，压，u表示。表示。dqdu电压方向：电压方向：正电荷运动其能量减少的方向，习惯正电荷运动其能量减少的方向，习惯称为电压的实际方向。称为电压的实际方向。电压单位：电压单位：伏特（伏），伏特（伏），V V 千伏，千伏，kV kV 毫伏，毫伏，mV mV 微伏，微伏，VV 直流电压：直流电压：大写大写U 表示表示参考方向概念：参考方向概念：对于一个元件，在电压（或电流）对于一个元件，在电压（或电流）可能的两个方向中任选的一个方向称为参考方向。可能的两个方向中任选的一个方向称为参考方向。正负

6、号问题：正负号问题：若实际方向与参考方向相同，前加正若实际方向与参考方向相同，前加正号；若实际方向与参考方向相反，前加负号。号；若实际方向与参考方向相反，前加负号。有关参考方向的注意事项：有关参考方向的注意事项：电路中，电流、电压的参考方向用实线箭头表示，需电路中，电流、电压的参考方向用实线箭头表示，需要时，用虚线箭头表示其实际方向。要时，用虚线箭头表示其实际方向。1）电流、电压的方向客观存在，参考方向人为选）电流、电压的方向客观存在，参考方向人为选定。定。2）同一电流（或电压），参考方向选择不同，其）同一电流（或电压），参考方向选择不同，其表示结果为等大异号。如：表示结果为等大异号。如：Ua

7、b=-Uba ,Iab=-Iba3）无特殊说明，电流、电压均为带有正负号的参）无特殊说明，电流、电压均为带有正负号的参考量，不指明参考方向谈正负毫无意义。参考方考量，不指明参考方向谈正负毫无意义。参考方向一经选定不能随意变动。向一经选定不能随意变动。关联参考方向与非关联参考方向关联参考方向与非关联参考方向 对某一段电路或某一元件，若选择电流、电压参对某一段电路或某一元件，若选择电流、电压参考方向一致，称考方向一致，称关联参考方向关联参考方向；如不一致，称如不一致，称非关联参考方向非关联参考方向。+u(a)关联方向abiu+(b)非关联方向abi 如果采用关联方向，在标示时标出一种即如果采用关联

8、方向，在标示时标出一种即可。可。电位概念：电位概念：在电路中，任选一点为参考点，则某在电路中，任选一点为参考点，则某一点到参考点之间的电压，称作该点的电位。一点到参考点之间的电压，称作该点的电位。用用V表示。表示。单位同电压单位。单位同电压单位。选选O点为参考点，点为参考点，Va=UaoVo=0，参考点也叫零电位点参考点也叫零电位点对上图，有：对上图，有：Va=Uao，Vb=Vbo，Uab=Uao+Uob=Uao-Ubo=Va-Vb结论：结论：两点间的电压等于两点间两点间的电压等于两点间的电位差。的电位差。所以电压也叫电位差。所以电压也叫电位差。亦可知亦可知电压方向是高电位指向低电压方向是高电

9、位指向低电位。电位。选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化。两点之间的电压不随参考点的改变而变化。参考点的选择：参考点的选择：电力系统，常以大地，电子设备，电力系统，常以大地，电子设备，常选机壳。常选机壳。电动势概念：电动势概念：电源力将单位正电荷从电源的电源力将单位正电荷从电源的负极移动到正极所做的功，称为负极移动到正极所做的功，称为电源的电动电源的电动势势。电动势方向：电动势方向：电源负极指向电源正极。电源负极指向电源正极。电动势的实际方向与电压实际方向相反电动势的实际方向与电压实际方向相反单位：单位：同

10、电压，伏特（同电压，伏特（V）dqdWe 直流电源：直流电源：电动势的大小和方向不随时间变化的电电动势的大小和方向不随时间变化的电源。源。E表示其电动势。表示其电动势。一般符号：一般符号：电池类直流电源符号：电池类直流电源符号：注意：注意：当不考虑电源内阻，电源电动势大小与电源当不考虑电源内阻，电源电动势大小与电源端电压大小相等。端电压大小相等。当方向相反：当方向相反：当方向相同：当方向相同：功率概念：功率概念：单位时间内电源单位时间内电源力或电场力所做的功称为力或电场力所做的功称为电电功率功率，简称，简称功率功率。dtdp单位：单位：瓦特（瓦特（W W），千瓦（），千瓦（kWkW），毫瓦（）

11、，毫瓦（mW)mW)1kW=103W 1mW=10-3W功率与电压电流的关系：功率与电压电流的关系：uidtdqdqddtdp直流电路功率：直流电路功率：P=UIP=UI二端网络概念：二端网络概念：电路中，对外只有两个端钮的一段电路电路中，对外只有两个端钮的一段电路两种情况：两种情况：1 1）接受功率：二端网络端口电压电流方向相同，该网）接受功率：二端网络端口电压电流方向相同，该网络接受功率为负载；络接受功率为负载；2 2）发出功率：二端网络端口电压电流方向相反，该网）发出功率：二端网络端口电压电流方向相反，该网络发出功率为电源。络发出功率为电源。电源：电源：U和和I的的 实际方向实际方向相反

12、相反，电流，电流 从端流出，从端流出，发出发出功率功率 负载：负载：U和和I的实际方向的实际方向相同相同，电，电 流从端流入，流从端流入，吸收吸收功率功率负载有时指用电设备，有时指功率负载有时指用电设备，有时指功率。电压电流关联方向时：电压电流关联方向时：P=UI电压电流非关联方向时：电压电流非关联方向时：P=UIP0时接受功率，时接受功率，P0时发出功率。时发出功率。功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：概念：概念：在一段时间内电场力做功的总和称为电在一段时间内电场力做功的总和称为电能，用能，用W表示。表示。直流电路：直流电路：电能单位：焦耳（电能单位：焦耳（J)，实用用千瓦时（，

13、实用用千瓦时（kWh)1kWh=1000W3600s=3.6106J=1度度电阻概念：电阻概念：导体或半导体对电流的阻碍作用称为电阻。导体或半导体对电流的阻碍作用称为电阻。电阻元件的特性：电阻元件的特性：流过电流生热，消耗电能。流过电流生热，消耗电能。电阻元件：电阻元件：理想的二端元件，其电压、电流方向总一理想的二端元件，其电压、电流方向总一致，不断消耗电能。简称为电阻。致，不断消耗电能。简称为电阻。符号：符号：R R表示其阻值。表示其阻值。线性电阻元件：线性电阻元件：电压与电流的大小成正比的电阻。否电压与电流的大小成正比的电阻。否则为非线性电阻元件。则为非线性电阻元件。线性电路：线性电路：由

14、线性元件组成的电路。否则为非线性电由线性元件组成的电路。否则为非线性电路。路。线性电阻元件伏安特性：线性电阻元件伏安特性：IUR U UI电阻：电阻：电导：电导：RG1电阻单位：电阻单位：欧姆（欧姆（），千欧（），千欧（k）;兆欧（兆欧（M）1 k=103；1 M=103k=106电导单位：电导单位：西门子（西），符号西门子（西），符号S。当当U、I 取关联取关联参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 说明：说明：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之

15、间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同，即取关联参考方向。参考方向相同，即取关联参考方向。U=I R 以上两式皆为欧姆定律式以上两式皆为欧姆定律式 电阻功率电阻功率：022RURIUIP电阻实际应用：电热设备，如电热水器、电熨斗、电电阻实际应用：电热设备，如电热水器、电熨斗、电烤箱、电炉等烤箱、电炉等电阻是耗能元件，按电压电流关联参考方向，电阻是耗能元件，按电压电流关联参考方向，R R0 0、U UO O分别为电源内阻和端电分别为电源内阻和端电压，压，R RL L为负载电阻。为负载电阻。开关开关S S处于处于1 1位置，电路处于位置，电路处于工作状态工作状态电气设备的额定值：电气设备的额

16、定值：为了保证电路的正常为了保证电路的正常工作，厂家对其生产工作，厂家对其生产的电气设备的工作电的电气设备的工作电压、电流、功率等都压、电流、功率等都规定了一个正常的使规定了一个正常的使用值，称为电气设备用值，称为电气设备的额定值。的额定值。又称为铭牌值。又称为铭牌值。电气设备的工作状态：电气设备的工作状态：额定值的表示：额定值的表示：P PN N、U UN N、I IN N对于电阻：对于电阻：RURIIUPRIUNNNNNNN22,当开关当开关S处于处于2位置，位置，电路处于开路状态。电路处于开路状态。00PUUIS0 当开关当开关S处于处于3位置，电路处于短路状态。位置，电路处于短路状态。

17、02S0S000RIPPRUIUL 短路电流很大，应避免短路，用短路短路电流很大，应避免短路，用短路保护，低压供电系统，用熔断器（保险保护，低压供电系统，用熔断器（保险丝）保护丝）保护支路、节点、回路、网孔支路、节点、回路、网孔电路中具有两个端钮且通过同一电流，由一个电路中具有两个端钮且通过同一电流，由一个或几个元件串联而成的分支。或几个元件串联而成的分支。3条或条或3条以上支路的联接点。条以上支路的联接点。电路中任意闭合的路径。电路中任意闭合的路径。网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。该图中含有五条该图中含有五条支路、三个节点、支路、三个节点、六个回路、三个六个回路、三个网孔

18、网孔对于电路中任意一个节点，在任意瞬时，流进对于电路中任意一个节点，在任意瞬时，流进的总电流等于流出的总电流。的总电流等于流出的总电流。oiII汇集于电路任意节点的各支路电流的代数和等汇集于电路任意节点的各支路电流的代数和等于零。于零。0 I可假定流入节点的电流为正，流出节点可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。的电流为负；也可以作相反的假定。KCL不仅不仅用于节点，还适用于假想的封闭面。用于节点，还适用于假想的封闭面。例：列出下图中封闭面大节点的例：列出下图中封闭面大节点的KCL方程方程解：取流入为正解：取流入为正将以上三式相加：将以上三式相加：I1I2I3 0

19、节点节点a I1I4+I60节点节点b I2I4I50节点节点c I3I5I60任一瞬时，电路中任意回路内各元件电压任一瞬时，电路中任意回路内各元件电压的代数和等于零。的代数和等于零。先选绕行方向，回路内元件电压参考方向与绕行方先选绕行方向，回路内元件电压参考方向与绕行方向一致时取正（或负）号，相反时取负（或正）号。向一致时取正（或负）号，相反时取负（或正）号。0U例：列出下图中闭合回路的例：列出下图中闭合回路的KVL方程。方程。KVL用于闭合回路，也可推广应用到假想的用于闭合回路，也可推广应用到假想的闭合回路。闭合回路。012221133ssURIURIRI例：列出下图的例：列出下图的KVL

20、方程方程 不能直接判断各支路电流方向的电路不能直接判断各支路电流方向的电路称为复杂电路。称为复杂电路。当电路各电源电压、电阻已知，以支当电路各电源电压、电阻已知，以支路电流为未知量，列出独立的路电流为未知量，列出独立的KCL和和KVL方程，联立求解方程组，求得各支路电流。方程，联立求解方程组，求得各支路电流。一个具有一个具有b条支路、条支路、n个节点的电路，根据个节点的电路，根据KCL可列可列出（出（n1）个独立的节点电流方程式，根据）个独立的节点电流方程式，根据KVL可列出可列出b(n1)个独立的回路电压方程式。个独立的回路电压方程式。即：解得：为了满足实际电路的需要，经常将电为了满足实际电

21、路的需要，经常将电阻串联或并联。阻串联或并联。几个电阻依次相连，通过同一电流。几个电阻依次相连，通过同一电流。321RRRR几个电阻串联可用一个等效电阻代替。几个电阻串联可用一个等效电阻代替。等效条件：等效条件：相同外加电压作用下通过的电流相等，等相同外加电压作用下通过的电流相等，等效电阻又叫总电阻。效电阻又叫总电阻。串联电阻的总电阻等于各电阻之和。串联电阻的总电阻等于各电阻之和。URRIRU111URRIRU333URRIRU222在电阻串联电路中，各电阻上的电压与其在电阻串联电路中，各电阻上的电压与其电阻值成正比。电阻值成正比。电压关系式为分压公式，电压关系式为分压公式，其中电阻比为分压比

22、。其中电阻比为分压比。nRRRR111121I1 I2 InR1I+UR2RnRI+U 几个电阻连接在同一对节点上，各电阻承受同一电压。几个电阻连接在同一对节点上，各电阻承受同一电压。两个电阻并联时两个电阻并联时IRRRI2121IRRRI2112I1 I2R1I+UR2上式表明：电阻并联时，总电阻的倒数等于各并联电上式表明：电阻并联时，总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即总电导等于各电导之和。阻的倒数之和，即总电导等于各电导之和。2121RRRRR并联电阻应用：电并联电阻应用：电流表量程扩大及分流表量程扩大及分流电路流电路既有串联又有并联的电阻连接方式称为电阻的混联。既有串联又有并联的电

23、阻连接方式称为电阻的混联。1）首先搞清楚各电阻的串并联关系，按照从后向前的）首先搞清楚各电阻的串并联关系，按照从后向前的所谓所谓“倒推法倒推法”求出电路的总电阻。求出电路的总电阻。2）求出总电流。）求出总电流。3）利用分流或分压公式求出各电阻的电流或电压。）利用分流或分压公式求出各电阻的电流或电压。特点：输出电压不随输出电流特点：输出电压不随输出电流的变化而变化，即输出电压恒的变化而变化，即输出电压恒定。理想电压源又称恒压源。定。理想电压源又称恒压源。内阻可忽略的电池可看作理想内阻可忽略的电池可看作理想电压源。电压源。U Us O t 特点：输出电流不随输出电特点：输出电流不随输出电压的变化而

24、变化，即输出电压的变化而变化，即输出电流恒定。理想电流源也叫恒流恒定。理想电流源也叫恒流源。流源。光电池在一定光照下能产生光电池在一定光照下能产生恒定电流，可看作理想的电恒定电流，可看作理想的电流源。流源。特点：输出电压随输出电流特点：输出电压随输出电流的增大而降低。的增大而降低。000RURURUUISS或或oRUIIs实际电源：实际电源：存在内阻，可用理想电源元件和电阻组合表示。存在内阻，可用理想电源元件和电阻组合表示。电压源模型：电压源模型：理想电压源理想电压源Us和内阻和内阻Ro串联；串联；电流源模型：电流源模型：理想电流源理想电流源Is和内阻和内阻Ro并联。并联。000RURURUU

25、ISSoRUIIs注意极性：电流源注意极性：电流源IS的流出端与电压源的流出端与电压源US的的“+”端为同一端。端为同一端。解：设定解：设定R3上电流方向如图。上电流方向如图。对于只具有两个节点的复杂电路，当各支对于只具有两个节点的复杂电路，当各支路电源、电阻已知时，可先利用节点电压公式路电源、电阻已知时，可先利用节点电压公式求得两节点间的电压，再应用求得两节点间的电压，再应用KVL或欧姆定律或欧姆定律求得各支路电流的方法叫求得各支路电流的方法叫。各理想电压源方向与节点电压方向一致取正，反之取负；各各理想电压源方向与节点电压方向一致取正，反之取负；各IS的参考方向与节点电压相反取正，反之取负。

26、的参考方向与节点电压相反取正，反之取负。在几个电源共同作用的线性电路中任一支在几个电源共同作用的线性电路中任一支路的电流或电压，等于各个电源单独作用时在路的电流或电压，等于各个电源单独作用时在该支路上产生的电流或电压的代数和。这就是该支路上产生的电流或电压的代数和。这就是。：当某一独立源单独作用时，其他独立当某一独立源单独作用时，其他独立源置零源置零。开路短路0 0SSIU应用叠加定理的步骤应用叠加定理的步骤1、电流或电压的参考方向、电流或电压的参考方向2、对线性电路的电流或电压叠加，但不能叠、对线性电路的电流或电压叠加，但不能叠加功率加功率解：各电源单独作用时如图：解：各电源单独作用时如图：

27、将对应电流叠加得：将对应电流叠加得：+U0C RLab有源二端网络IRLabIR0+U+U任何一个线性有源二端网络，对任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可以用一个理想电压源和一个电阻串联的电路外电路来说，都可以用一个理想电压源和一个电阻串联的电路模型来等效替代，该理想电压源的电压等于原有源二端网络的模型来等效替代，该理想电压源的电压等于原有源二端网络的开路电压开路电压UOC，电阻等于线性有源二端网络去源后变成无源二，电阻等于线性有源二端网络去源后变成无源二端网络的等效电阻端网络的等效电阻Ro。：当去源时，当去源时，开路短路0 0SSIU应用戴维南定理的步骤应用戴维南定理的步骤匹配概念匹

28、配概念+U0 C RLab有源二端网络IRLabIR0+U+U负载获得最大功率条件：负载获得最大功率条件：一、电路及电路模型一、电路及电路模型电流流经的路径称为电路。电路理论研究的是电路模型，简称电路图。电流流经的路径称为电路。电路理论研究的是电路模型，简称电路图。二、电路的基本物理量二、电路的基本物理量1）电流：表示电流大小的量是电流强度，简称电流。规定正电荷的运动方向为）电流：表示电流大小的量是电流强度，简称电流。规定正电荷的运动方向为电流的方向。电流的方向。2）电压：标明电场力做功能力大小的量是电压。）电压：标明电场力做功能力大小的量是电压。电压、电流的参考方向是为了便于分析技术电路人为

29、假定的，是电路理论的电压、电流的参考方向是为了便于分析技术电路人为假定的，是电路理论的重要概念。重要概念。3）电位：电路中某点对参考点的电压称为该点的电位。电路中两点间的电压等）电位：电路中某点对参考点的电压称为该点的电位。电路中两点间的电压等于两点的电位差。电压的方向由高电位指向低电位。于两点的电位差。电压的方向由高电位指向低电位。4）电动势：表明电源力做功能力大小的量，其方向由电源的负极指向正极。）电动势：表明电源力做功能力大小的量，其方向由电源的负极指向正极。5）电功率：表明电源力或电场力做功快慢的量。）电功率：表明电源力或电场力做功快慢的量。6）电能：表明电源力或电场力做功多少的量。）

30、电能：表明电源力或电场力做功多少的量。三、电阻元件三、电阻元件电阻元件是一个消耗电能的理想二端元件。电压与电流大小成正比关系的电阻电阻元件是一个消耗电能的理想二端元件。电压与电流大小成正比关系的电阻元件称为线性电阻元件，简称电阻。元件称为线性电阻元件，简称电阻。四、基本定律四、基本定律1）欧姆定律：对于线性电阻，两端的电压与通过的电流成正比。当）欧姆定律：对于线性电阻，两端的电压与通过的电流成正比。当U、I为关联为关联参考方向时，参考方向时，U=RI。2）基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律）基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律I=0，基尔霍夫电压定律，基尔霍夫电压定律U=0五、电路的分析计算方法五、电路

31、的分析计算方法1）电阻的串联与并联。电阻串联时，总电阻等于各电阻之）电阻的串联与并联。电阻串联时，总电阻等于各电阻之和，各电阻上的电压及功率与电阻成正比；电阻并联时，和，各电阻上的电压及功率与电阻成正比；电阻并联时，总电导等于各电导之和，各电阻上的电流及功率与电阻总电导等于各电导之和，各电阻上的电流及功率与电阻成反比。成反比。2）支路电流法。支路电流法是求复杂电路的基本方法。它）支路电流法。支路电流法是求复杂电路的基本方法。它是以支路电流为未知量，列出独立的是以支路电流为未知量，列出独立的KCL、KVL方程，方程，方程数等于支路数，解方程组求出各支路电流。方程数等于支路数，解方程组求出各支路电

32、流。3）两种电源模型及其等效变换。实际电压源模型是一个理）两种电源模型及其等效变换。实际电压源模型是一个理想电压源与一个内阻相串联的电路形式，实际电压源的想电压源与一个内阻相串联的电路形式，实际电压源的内阻越小越接近理想电压源；实际电流源模型是一个理内阻越小越接近理想电压源；实际电流源模型是一个理想电流源与一个内阻相并联的电路形式，一个电院的内想电流源与一个内阻相并联的电路形式，一个电院的内阻越大越接近理想电流源。两种电源模型可以等效互换。阻越大越接近理想电流源。两种电源模型可以等效互换。两种理想电源模型不存在等效互换问题。两种理想电源模型不存在等效互换问题。4）节点电压法。（弥尔曼定理只适合于两个节点的电路）节点电压法。（弥尔曼定理只适合于两个节点的电路）5）叠加定理。分析线性电路重要方法。）叠加定理。分析线性电路重要方法。6）戴维南定理。适合于复杂电路只求一条支路电压或电流。）戴维南定理。适合于复杂电路只求一条支路电压或电流。习题一习题一