武汉理工大学出版社电工电子技术基础教案

1、本章：8学时 重点：重点： 1、电压电流的参考方向、电压电流的参考方向 2、关联参考方向的使用、关联参考方向的使用 3、关联参考方向对欧姆定律及功律影响、关联参考方向对欧姆定律及功律影响 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。或电路元件按一定方式组合而成。 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 电炉电炉 . 输电线输电线 电源电源: 提供提供 电能的装置电能的装置 负载负载: 取用取用 电能的装置电能的装置 中间环节：中间环节：传

2、递、分传递、分 配和控制电能的作用配和控制电能的作用 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 电炉电炉 . 输电线输电线 直流电源直流电源: 提供能源提供能源 信号处理：信号处理： 放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等 负载负载 信号源信号源: 提供信息提供信息 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。 手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法

3、分析电路,一般要将实际电路一般要将实际电路 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其 组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路 相对应的电路模型。相对应的电路模型。 r + ro e s + u i 电池电池导线导线 灯泡灯泡 开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯 泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有理想电路元件主要有 电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。 r + ro e s + u i 电池电池导线导线 灯泡

4、灯泡 开关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其 参数为电动势参数为电动势 e 和内阻和内阻 ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件， 其参数为电阻其参数为电阻r； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通 断。断。 物理量物理量实实 际际 方方 向向 电流电流 i 正电荷运动的方向正电荷运动的方向 电动势电动势e ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 u ( (电位降低的方向电位降低的方向)

5、) 高电位高电位 低电位低电位 单单 位位 ka 、a、ma、 a 低电位低电位 高电位高电位 kv 、v、mv、 v kv 、v、mv、 v 电流：电流： uab 双下标双下标 电压：电压： i e + _ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。 iab 双下标双下标 a r b 箭箭 标标 ab r i 正负极性正负极性 + a b u u + _ 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值； 实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。 注意：注意：

6、 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负值才有正负 之分。之分。 若若 i = 5a，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例： 若若 i = 5a，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。ab r i ab r u+ 若若 u = 5v，则电压的实际方向，则电压的实际方向 从从 a 指向指向 b； 若若 u= 5v，则电压的实际方向，则电压的实际方向 从从 b 指向指向 a 。 参考方向：在分析与计算电路时，对电量任意假参考方向：在分析与计算电路时，对电量任意假 定的方向。当实际方向与参考方向一致时，该物定的方向。当实际方向与参考方向一致时，该物 理

7、量定为正值；相反为负值。理量定为正值；相反为负值。 关联参考方向：元件上电压电流的参考方向一致关联参考方向：元件上电压电流的参考方向一致 （电流从（电流从高电位（高电位（+）指向指向低电位（低电位（-），称为），称为 关联参考方向。关联参考方向。 箭箭 标标 ab r i 正负极性正负极性 + a b u 参考方向的使用：参考方向的使用： 1）在计算电路中电压，电流时，必须遵循：）在计算电路中电压，电流时，必须遵循： 先标参考方向，后计算的原则。先标参考方向，后计算的原则。 2）除特殊标明，一般只标一个物理量，另）除特殊标明，一般只标一个物理量，另 一个物理量是关联参考方向。一个物理量是关联参

8、考方向。 -iru iru 非关联参考方向： 关联参考方向： 欧姆定律： r u + ir u + i uipuip uipuip , , 非关联参考方向： 关联参考方向： 功率的单位：功率的单位：w(瓦特瓦特) 当当p0时，表示元件吸收功率，是负载时，表示元件吸收功率，是负载 当当p0时，表示元件发出功率，是电源时，表示元件发出功率，是电源 （微瓦）（毫瓦）千瓦wmwmwwwkw 333 101 ,101 ,10)(1 电阻的串联：电阻的串联： 电阻的并联：电阻的并联： 21 2 1 ,r ,r rrr cb ba 等效电阻： 两端：电阻 两端：电阻 21 21 21 2 1 / ,r ,r

9、 rr rr rrr ba ba 等效电阻： 两端：电阻 两端：电阻 r1r2ab c r1 r2 a b 重点：重点： 1、kcl 2、kvl 支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。 三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。 由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。 内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。 i1i2 i3 b a e2 r2 r3 r1 e1 1 1 2 2 3 3 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。点的电流

10、。 实质实质: 或或: = 0 i1i2 i3 b a e2 r2 r3 r1 e1 对结点对结点 a： i1+i2 = i3 或或 i1+i2i3= 0 i =? 例例:广义结点广义结点 i = 0 ia + ib + ic = 0 a b c ia ib ic 2 + _ + _ i 5 1 1 5 6v 12v 即：即： u = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行 一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。 对回路对回路1： 对回路对回路2： e1 = i1 r1 +i3 r3 i2

11、r2+i3 r3=e2 或或 i1 r1 +i3 r3 e1 = 0 或或 i2 r2+i3 r3 e2 = 0 i1i2 i3 b a e2 r2 r3 r1 e1 1 12 2 1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 e2 =ube + i2r2 u = 0 i2r2 e2 + ube = 0 2应用应用 u = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意： 1 1 对回路对回路1： e1 ube e + b + r1 + e2 r2 i2 _ 对网孔对网孔abda： 对网孔对网孔acba：

12、 对网孔对网孔bcdb： r6 i6 r6 i3 r3 +i1 r1 = 0 i2 r2 i4 r4 i6 r6 = 0 i4 r4 + i3 r3 e = 0 对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： i1 r1 + i3 r3 + i4 r4 i2 r2 = 0 应用应用 u = 0列方程列方程 对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： i2 r2 i1 r1 + e = 0 a d b c e + r3 r4 r1 r2 i2 i4 i6 i1 i3 i 描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质 iru 根据欧姆定律根据欧姆定律: 0dd 00 tr

13、ituiw t 2 t 电阻的能量电阻的能量 r i u + _ u i + - t i leu l d d 2 2 1 liw 2 00 2 1 ddliilitui ti 即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电 流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电 能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电 源放还能量。源放还能量。 有一电感元件，有一电感元件，l=0.2h,电流电流 i 如图所示，求如图所示，求 电感元件中产生的自感电动势电感元件中产生的自感电动势el

14、l和两端电压和两端电压u的的 波形。波形。 解：当解：当 4ms0t 时时 mati 0.2v d d t i lel 则：则： 0.2v l eu所所以以 当当 6ms4mst 时时 ma12)2(ti 0.4v2)v(0.2 d d t i lel 246 2 4 /mai /mst o 246 -0.2 0.4 /v l e /mst 246 -0.4 0.2 /vu /mst o o 0.4v l eu所所以以 由图可见：由图可见： (1)电流正值增大时，电流正值增大时，el为负，为负， 电流正值减小时，电流正值减小时，el为正；为正； (2)电流的变化率电流的变化率d di/ /d

15、dt大，大，则则el l 大；反映电感阻碍电流变化的大；反映电感阻碍电流变化的 性质。性质。 (3)电感两端电压电感两端电压u和通过它的和通过它的 电流电流i的波形是不一样的。的波形是不一样的。 246 2 4 /mai /mst o 246 -0.2 0.4 /v l e /mst 246 -0.4 0.2 /vu /mst o o 在上例中，试计算在电流增大的过程中电感元在上例中，试计算在电流增大的过程中电感元 件从电源吸取的能量和在电流减小的过程中电感元件从电源吸取的能量和在电流减小的过程中电感元 件向电源放出的能量。件向电源放出的能量。 解：在电流增大的过程中电感元件从电源吸取的能解：

16、在电流增大的过程中电感元件从电源吸取的能 量和在电流减小的过程中电感元件向电源放出的能量和在电流减小的过程中电感元件向电源放出的能 量是相等的。量是相等的。 j1016 j)10(40.2 2 1 2 1 7 232 liw所所以以 即：即： 4ms t 时的磁场能时的磁场能 电容元件储能电容元件储能 2 2 1 cuw 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u，并积分，则得：，并积分，则得： 2 00 2 1 ddcuucutui tu 即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压 增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；增大时，电场能增大，电容元

17、件从电源取用电能； 当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还 能量。能量。 根据：根据： t u ci d d u i c + _ 重点：重点： 1、恒压源、恒压源 2、恒流源、恒流源 3、电压源与电流源的转换、电压源与电流源的转换 4、电压源与电流源的转换分析电路、电压源与电流源的转换分析电路 o s r e i 电压源电压源 0 s r u ii 电流源电流源 设设 is = 10 a，接上，接上rl 后，恒流源对外输出电流。后，恒流源对外输出电流。 rl i u is o i is u + _ 0 s r e i 注意事项：注意事项： 解解

18、: + a b u 2 5v (a) + + a b u 5v (c) + a + - 2v 5v u+ - b 2 (c) + (b) a u 5a 2 3 b + (a) a + 5v3 2 u + a 5a b u3 (b) + a1a 222 28 i 例例3： 解：解： 2 + - + - 6v 4v i 2a 3 4 6 1 2a 3 6 2a i 4 2 1 1a i 4 2 1 1a 2 4a a2a3 12 2 i i 4 2 1 1a 2 4a 1 i 4 2 1a 2 8v + - i 4 1 1a 4 2a i 2 1 3a a10a 1 10 1 1 1 r u ia

19、6a 2 210 2 s1 ii i a i r is b i1 r1 (c) ir1 ir1 r is r3 + _ iu1 + _ uis ur2 + _ u1 a b(a) a ir1 r is + _ u1 b (b) (2)由图由图(a)可得：可得： a4a4a2 s1r iii a2a 5 10 3 1 r3 r u i 理想电压源中的电流理想电压源中的电流 a6a)4(a2 r1r3u1 iii 理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压 v10v22v61 s2s2is irriiruu a i r is b i1 r1 (c) a ir1 r is + _ u1 b (b) 各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是： w36=61= 22 ripr w16=41= 22 111 ）（ rr irp w8=22= 22 s22 irpr w20=25= 22 333rr irp 两者平衡：两者平衡： (60+20)w=(36+16+8+20)w 80w=80w (