1、电工学,参考教材:电工学(秦曾煌)电工学（唐介）,52学时理论教学12学时实验直流电路：ch1 交流电路：ch2动态电路：ch3 电动机： ch5半导体：ch7 基本放大电路： ch8集成运算放大电路 ：ch9 直流稳压电源： ch10组合逻辑电路 ： ch11 时序逻辑电路： ch12,主要内容（64学时）,学习方法 1 掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法 2 通过习题来巩固和加深所学理论 、培养分析能力和运算能力 3 在实验中体会电学现象,考核方法 平时成绩占30% 考试成绩占70%,六、作业 1、作业写在活页纸上，不用作业本 2、作业请学习委员按学号排序,1-1 电路的作用、组成及电
2、路模型,1-2 电路变量及电路的参考方向,1-3 理想电路元件,1-4 电路的状态,第1讲 电路的基本概念及定律,1-5 基尔霍夫定律,3 负载,电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备 或元件按一定方式组合起来的。,1 电源,2 中间环节,1-1 电路的作用、组成及电路模型,1.电能的传输与转换,电路的作用,2.信号的传递与处理,发电机,升压 变压器,输电线,降压 变压器,电灯 电动机 ,放 大 器,话筒,扬声器,其它形式的能量电能,电能其它形式的能量,连接电源和负载，传输、分配电能,电路的组成,信号源,负载,话筒把声音（信息）电信号,扬声器把电信号 声音（信息）,负载,电源,中间环
3、节,发电机,升压 变压器,输电线,降压 变压器,电灯 电动机 ,放 大 器,话筒,扬声器,信号源,负载,电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。,激 励,响 应,由激励在电路中产生的电压和电流称为响应,电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论,与,的关系,由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,电路实体,电路模型,用理想电路元件组成的电路， 称为实际电路的电路模型。,理想电源元件,理想无源元件,理 想 电 压 源,理 想 电 流 源,电 阻
4、 R,电 感 L,电 容 C,1-2 电路变量及电路的参考方向,一、电流和电流的参考方向, 电流的参考方向, 用箭头表示，如右图；,如 iAB = 2 A，说明参考方向与实际方向一致；, 电流（又叫电流强度）,单位时间内通过的电量，即：,正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。, 用双下标表示，如 iAB,iAB = -2 A，说明参考方向与实际方向相反。,二、电压和电压的参考方向, 电压的参考方向, 用箭头表示；,如 uAB = 2 V，说明参考方向与实际方向一致；,电压的实际方向：高电位指向低电位。, 电压,单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：,uA
5、B = -2 V，说明参考方向与实际方向相反。, 用双下标，如 uAB；,用正负符号。,三、关联参考方向,注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般为关联参考方向。,在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。,当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；,相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。,四、能量,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量单位为焦耳（J）。,根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W求得为：,五、功率,电压单位为伏特（V），电流单位
6、为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。, 在电压和电流为关联参考方向下,功率是单位时间内所做的功，即：,乘积“ui”表示元件吸收功率，即：,p0，表示该元件吸收功率；,p0，表示该元件发出功率。, 在电压和电流为非关联参考方向下,P负载=3V*2A=6W（吸收功率）,P电源=3V*2A=6W（发出功率）,P负载= -3V*2A= -6W（吸收功率）,乘积“ui”表示元件发出功率，即：,p0，表示该元件发出功率；,p0，表示该元件吸收功率。,元件发出功率时，向外界提供能量，相当于电源；元件吸收功率时，在电路中消耗能量，相当于负载。,1.3.1 电阻元件,一、线性电阻（简称电阻）,根据欧姆定律：,
7、电压单位为伏特，电流单位为安培，则电阻R单位为欧姆（W）。,G为电导，单位为西门子（S）。,欧姆定律在非关联参考方向情况下,电阻符号为：,1-3 电路元件,二、电阻消耗的功率电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。电阻消耗的功率根据电压和电流是否关联进行定义。, 在关联参考方向下p=ui=i2R0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。, 在非关联参考方向下p=ui= -i2R0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。,三、伏安特性电阻以电压为纵或横坐标，电流为横或纵坐标，画出的电压和电流的关系曲线叫该元件的伏安特性。,四、非线性电阻非线性电阻的电阻R不等于一个常数，即：,五、开路和短路的概念,无论
8、电压u为多大，i=0A，则电阻R相当于无穷大，等效为开路。, 开路,无论电流i为多大，u=0A，则电阻R相当于零，等效为短路。, 短路,1.3.2 电容元件,一、线性电容（简称电容）电容符号为：,则电容电压与所带电荷之间满足：,式中C是电容元件的参数，称为电容。C是一个正实常数。当电压单位为伏特，电荷单位为库仑（C），则电容单位为法拉（F）。,1mF=10-6 F， 1pF=10-12 F 。,二、库伏特性电容元件两端的电荷和电压的的关系曲线。,三、电压与电流的关系, 微分关系, 积分关系, 电容的特性, 在直流电路中，电容元件处相当于开路；, 电容元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；,四
9、、电容吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WC求得为：,WC0，充电，以电场能量的形式储存；,WC0，放电，元件释放电能；,五、非线性电容非线性电容的电容值C不等于一个常数，即：,第1章 1.4,1.3.3 电感元件,一、线性电感（简称电感）（1）,当感应电压的参考方向与磁通链成右手螺旋关系时，则根据电磁感应定律可得：,电感的磁通链与电流之间满足：,式中L是电感元件的电感（自感）。L是一个正实常数。当磁通链单位为韦伯（Wb)，电流单位A，则电感单位为亨利或亨（H）。,电感的符号为：,二、韦安特性电感元件两端的磁通链和电流的的关系曲线。,三、电压与电流的关系, 微分关系, 积分关系,
10、 电感的特性, 在直流电路中，电感元件处相当于短路；, 电感元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；,四、电感吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WL求得为：,WL0，充磁，以磁场能量的形式储存；,WL0，放磁，元件释放电能；,五、非线性电感非线性电感的电感系数L不等于一个常数，即：,1.3.4 电压源和电流源,一、电压源,电压源符号为：, 电压源的特点, 电压源两端电压与外接电路无关；, 流过电压源的电流与外电路有关。,R不同，i不同。, 电压源的性质,如果一个电压源的电压uS=0，则此电压源的伏安特性为ui平面上的电流轴，此电压源在电路中相当于短路。, 电压源的工作状态,电压源
11、uS1工作在电源状态； 电压源uS2工作在负载状态。,二、电流源,电流源符号为：, 电流源的特点, 电流源电流与外接电路无关；, 电流源两端的电压与外电路有关。,R不同，u不同。, 电流源的性质,如果一个电流源的电流iS=0，则此电流源的伏安特性为ui平面上的电压轴，此电流源在电路中相当于开路。, 电流源的工作状态,电流源iS1工作在电源状态； 电流源iS2工作在负载状态。,三、独立电源,电压源和电流源，它们不受外界电路的影响，作为电源或输入信号时，在电路中起“激励”作用，在电路中产生相应的电流和电压，这些电压和电流便是“响应”，而这类激励叫独立电源。,1.3.5 受控电源,受控源又称为“非独
12、立”电源。受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定的时间函数，而是受电路中某一部分的电流或电压的控制。如：,受控源分为四类，分别如下图所示：,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 分类- 4类,3 控制量-其他支路中的u or i,4 控制系数,受控源为四端元件. 其输出电压或电流均受其他支路 电流与电压的控制, 故为非独立电源,或称受控源.它不能 在电路中产生响应,它不是激励源.,注意:,(1) 受控源与独立电源之区别;,(2) 受控源仍有存在的价值.,2 符号- 棱形框,1-4 电路的状态,E,I,U,1电压
13、与电流,R0,R,a,b,c,d,电源的外特性曲线,当 R0 R 时， 则 U E,说明电源带负载能力强,+,_,+,_,U = RI,或 U = E R0I,1.4.1 电源有载工作,2功率与功率平衡,UI = EI R0I2,P = PE P,电源产 生功率,内阻消 耗功率,电源输 出功率,功率的单位：瓦特(W)或千瓦(kW),电源产 生功率,=,负载取 用功率,+,内阻消 耗功率,功率 平衡式,1.4.2 电源开路,电源开路时的特征,I = 0,U = U0 = E,P = 0,当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。,1.4.3 电源短路,U,IS,U = 0,I = IS = E/
14、R0,P = 0,PE = P = R0IS2,E,R0,R,b,c,d,+,_,电源短路时的特征,a,当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。,为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。,1-5 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律，又分为：,基尔霍夫电压定律,基尔霍夫电流定律,电路中通过同一电流的每个分支称为支路。用b表示其数量。,图示电路有3条支路，2个节点，3个回路,2个网孔。,一、术语：,电路中任一闭合的路径称为回路。,3条或3条以上支路的连接点称为节点（结点）。用n表示其数量。,不包含其它回路的独立回路称为网孔，或单孔。用l表示其数量。
15、且有右式成立：b=l+(n-1),电路图中的每条支路都有支路电压和电流，且通常情况下假定其参考方向为关联参考方向，如上右图所示。,电路中的支路电压和支路电流一般受到两类约束：, 元件本身电压和电流的约束，如欧姆定律，简称VCR；, 支路电压之间或支路电流之间满足的约束关系，简称“拓扑”关系，这类约束用基尔霍夫定律来表达。,二、基尔霍夫电流定律（KCL）, 定律内容,在集总电路中，在任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零，即：,对任一结点：,（代数和）,规定：流出结点的电流前面为“+”；流入结点的电流 前面为“-”。,流入和流出都是相对于参考方向而言。, KCL的推广,在集
16、总电路中，在任何时刻，通过任何一个闭合面（广义结点）的电流代数和恒等于零。, KCL的实质,流入结点的电流等于流出结点的电流。,例1：若I1=9A， I2= 2A，I4=8A。 求： I3,KCL,电流的参考方向 与实际方向相反,I1I2+ I3 + I4=0,三、基尔霍夫电压定律（KVL）, 定律内容,在集总电路中，在任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即：,对任一回路：,（代数和）,规定：指定回路的绕行方向，支路电压方向与回路绕行 方向一致时，前面为“+”；反之，前面取“-”。,注意：支路电压方向也是相对于参考方向来讲。,例：支路（2 3 4 6）构成的回路1,根据 U = 0,KVL推广应用于假想的闭合回路,Us+ IR UAB=0,UAB= Us+ IR,或,根据KVL可列出,UB,UA,UAB,UAB= UA UB,UA UB UAB=0,广义运用：KVL通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一不闭合的电路上。,例：列出下图的KVL方程,求图示电路中U和I。,KCL：3+12+I=0 I= -2A,VCR: U1=3I=3(-2)= -6V,KVL：U+U1+3-2=0 U=5V,求Va。,Va=(-4) 1+3= -1V,第1讲 结 束,
