第一章、直流电路

1、2022-3-281电工技术：电工技术：电路理论：电路理论：直流、交流、暂态、非正弦。直流、交流、暂态、非正弦。磁路和电机：磁路和电机：变压器、电磁铁、变压器、电磁铁、三相异步电动机及控制。三相异步电动机及控制。电子技术：电子技术：模拟电子线路：模拟电子线路：半导体器件、分离件放大器、半导体器件、分离件放大器、集成运放、电源集成运放、电源数字电路：数字电路：各种门电路、组合电路、各种门电路、组合电路、时序电路及时序电路及555的应用电路。的应用电路。2022-3-282一、电工电子学课程的作用和任务一、电工电子学课程的作用和任务 电工电子学是研究电工电子学是研究电工技术电工技术和和电子技术电子

2、技术的理论的理论和应用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应和应用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有具有基础性、应用性基础性、应用性和和先进性先进性。 基础基础是指基本理论、基本知识和基本技能。是指基本理论、基本知识和基本技能。 应用应用是指课程内容要理论联系实际，建立是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。重视实验技能的训练。 先进性先进性是指电工学课程内容和体系随着电是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新。工技术和电子技术的发展应不断更新。2022-3-283二、电工

3、技术和电子技术发展概况二、电工技术和电子技术发展概况2022-3-2842022-3-285三、课程的学习方法三、课程的学习方法2022-3-286 电路基础电路基础是研究电路基本规律的一门学科，是研究电路基本规律的一门学科，它是一门具有丰富内容的学科，它的理论和方它是一门具有丰富内容的学科，它的理论和方法，在其它领域也得到了法，在其它领域也得到了广泛的应用。广泛的应用。已知输出输入的条件，已知输出输入的条件，求元件参数和电路结构。求元件参数和电路结构。电路基础：电路基础：电路分析电路分析：电路综合电路综合：已知电路结构、元件参数，已知电路结构、元件参数，求电路中的电流、电压和求电路中的电流、

4、电压和功率。功率。2022-3-287下面我们看一个例题，下面我们看一个例题，USRRLILLIU US SR+RR+RL LU US1S1-U-US1S1? ? 不会求的原因是不会求的原因是电路中出现了两个回电路中出现了两个回路，路，我们我们对电路结构对电路结构的约束关系不了解，的约束关系不了解，所以不会求。所以不会求。求图示电路中的电流。求图示电路中的电流。U US2S2R R2 22022-3-288第一章第一章 直流电路直流电路 1.1 1.1 电路模型电路模型一、电路的组成一、电路的组成1电路：电路：电电池池负负载载开关开关2组成：组成：2022-3-289（1）电能的传输与转换。）

5、电能的传输与转换。 3作用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用户用户负载负载如：输配电电路。如：输配电电路。2022-3-2810（2）信息的传输与处理。）信息的传输与处理。放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器如：各种信息处理电路等。如：各种信息处理电路等。E111A.EXEE111A.EXE2022-3-2811二、二、 电路模型电路模型 所谓所谓电路模型电路模型就是指一个就是指一个实际元件实际元件在在特定的特定的条件下条件下，所表现的，所表现的主要的主要的电磁特性电磁特性，而忽略其次，而忽略其次要因素，如要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我等。这种表示的参数，我们称

6、为们称为集总参数集总参数。电电池池负负载载开关开关开关开关+-ER0UR 实际电路都是由一些实际电路都是由一些实际的元器件实际的元器件所组成。所组成。在分析电路时，我们要对实际电路建立在分析电路时，我们要对实际电路建立数学模型数学模型电路模型电路模型。E111BE111B2022-3-2812用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。一、 理想电路元件 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的例如：一个线圈在有电流通过时 。i+uR 产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量（

7、电感性）（电感性）L 消耗电消耗电能能（电阻性）（电阻性）L理想电路元件理想电路元件2022-3-2813理想电路元件 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电质，把它看成理想电路元件。将实际电路中的元件用理想电路元件表示，称为实际电路的。2022-3-2814二、电路模型 电路模型220V开关开关S镇流器镇流器L启辉器启辉器Q日光灯管日光灯管R实际电路实际电路s R Lus +-电路模电路模型型2022-3-28152022-3-2816一、电流定义一、电流定义 带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。形成电

8、流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。为电流强度。dtdqi 二、电流的单位二、电流的单位A（安培）、（安培）、mA(毫安）、毫安）、A（微安）（微安）三、电流的实际方向三、电流的实际方向 正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。(客观存在）客观存在）Riab电流的方向可用箭头表示电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示也可用字母顺序表示( )abi2022-3-2817一、电位一、电位定义：定义：电场力把单位正电荷从一点移到电场力把单位正电荷从一点移到参考点参考点所做所做 的功。的功。单位：单位：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(

9、毫伏）毫伏）（电路中电位（电路中电位参考点：参考点：接地点，接地点，Vo= 0）二、电压二、电压电场力把单位正电荷电场力把单位正电荷从一点移到另一点所从一点移到另一点所做的功。做的功。qAuddab baabVVu 单位：单位：定义：定义：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）实际方向：实际方向：由由高高电位端电位端指向低指向低电位端电位端2022-3-2818也可用字母顺序表示也可用字母顺序表示( )，abuRuab也可用也可用+，- 号表示。号表示。电压的方向可用箭头表示电压的方向可用箭头表示,+ u -2022-3-2819 定义：定义：电源力把单位正电荷从电源

10、力把单位正电荷从 “-” 极极板经电源内部移到板经电源内部移到 “+” 极板所极板所做的功。做的功。qAedd 单位：单位： V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）实际方向：实际方向：由由低低电位端电位端指向高指向高电位端电位端电动势的方向用电动势的方向用+，- 号表示，号表示，R +IEU+-也可用箭头表示。也可用箭头表示。U = E2022-3-2820 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 一一. 电流电流 电流是由电荷的定向移动而形成的。当金属导电流是由电荷的定向移动而形成的。当金属导体处于电场之内时，自由电子要受到电场力的作用，体处于电场之内时，自由电子

11、要受到电场力的作用， 逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。 其大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电其大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电流，简称直流。流，简称直流。 电流的强弱用电流强度来表示，电流的强弱用电流强度来表示， 对对于恒定直流，于恒定直流， 电流强度电流强度I用单位时间内通过导体截用单位时间内通过导体截面的电量面的电量Q来表示，即来表示，即tQI 2022-3-2821电流的单位是电流的单位是A(安培安培)。 在在1秒内通过导体横截秒内通过导体横截面的电荷为面的电荷为1C(库仑库仑)时，其电流则为时，其电流则为1A。 计算微小电流

12、时计算微小电流时, 电流的单位用电流的单位用mA(毫安毫安)、A(微安）或微安）或nA(纳安），其换算关系为：纳安），其换算关系为： 1mA=10-3A，1A=10-6A，1nA = 10-9A习惯上，规定正电荷的移动方向表示电流的实习惯上，规定正电荷的移动方向表示电流的实际方向。际方向。 在外电路，电流由正极流向负极；在内在外电路，电流由正极流向负极；在内电路，电流由负极流向正极。电路，电流由负极流向正极。 2022-3-2822 二. 电压 电场力把单位正电荷从电场中点A移到点B所做的功WAB称为A、B间的电压,用UAB表示，即 UAB=电压的单位为V(伏特)。 如果电场力把1C电量从点A

13、移到点B所作的功是1J(焦耳)， 则A与B两点间的电压就是1V。 计算较大的电压时用kV(千伏）， 计算较小的电压时用mV(毫伏）。其换算关系为：QWAB2022-3-2823 1kV=103V，1mV=10-3V 电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由即由“+”极指向极指向“”极，因此，在电压的方向上电极，因此，在电压的方向上电位是逐渐降低的。位是逐渐降低的。 电压总是相对两点之间的电位而言的，电压总是相对两点之间的电位而言的， 所以用双所以用双下标表示，一个下标下标表示，一个下标(如如A)代表起点，后一个下标代表起点，后一个下标(如如B

14、)代表终点。电压的方向则由起点指向终点，代表终点。电压的方向则由起点指向终点， 有时用箭有时用箭头在图上标明。头在图上标明。2022-3-2824三. 电动势 为了维持电路中有持续不断的电流，必须有一种外力， 把正电荷从低电位处（如负极B）移到高电位处（如正极A）。在电源内部就存在着这种外力。 如图 1 .4所示，外力克服电场力把单位正电荷由低电位B端移到高电位A端，所做的功称为电动势，用E表示。 电动势的单位也是V。如果外力把1C的电量从点B移到点A， 所做的功是1J，则电动势就等于1V。 2022-3-2825EU图1.4ABRLI图 1 - 4电动势 电动势的方向规定为从低电位指向高电位

15、，即由“”极指向“+”极。 2022-3-2826 在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、的大小，还要的大小，还要这些量在电路中的这些量在电路中的。 在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。 在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。事先确定。 为了解决以上的问题，在分析电路之前，为了解决

16、以上的问题，在分析电路之前，2022-3-2827电流的实际方向：电流的实际方向： 正电荷运动的方向正电荷运动的方向(客观存在）客观存在）电流的参考方向：电流的参考方向：实际方向（实际方向（2A）参考方向参考方向实际方向（实际方向（2A）参考方向参考方向（参考方向参考方向与与实际方向实际方向相同）相同） （参考方向参考方向与与实际方向实际方向相反）相反）A)2( 0 IIA)2( 0II 1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向2022-3-2828+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2I II I（1）为什么要引入参考方向？）为什么要引入参考方向？a）复杂电路很难确定电流的

17、实际方向。）复杂电路很难确定电流的实际方向。b）交流电路中，电流本身就是交变的。）交流电路中，电流本身就是交变的。（2）参考方向的选择：）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和原则上是任意的，实际和 电压的参考方向一起选。电压的参考方向一起选。参考方向的表示方法：参考方向的表示方法：a）箭头；）箭头； b）双下标。）双下标。电流正负的意义：电流正负的意义： E112AE112AE112DE112D负负表示参考方向和实际方向相反。表示参考方向和实际方向相反。正正表示参考方向和实际方向一致。表示参考方向和实际方向一致。2022-3-2829电压实际方向：电压实际方向：由由高高电位端电位端指向低指向

18、低电位端电位端(客观存在）客观存在）电压的参考方向：电压的参考方向：AB如果如果A、B的实际电位为：的实际电位为： V2 V6BAVVUU = 4 VABUU = - 4 V2022-3-2830电源两端的电压电源两端的电压电动势正方向表示电位电动势正方向表示电位升升电压正方向表示电位电压正方向表示电位降降EUV5BA VVUV5 EEU EUV5AB VVUEU ABABV5 E结论：结论： 当当电压的参电压的参考方向与电动考方向与电动势的参考方向势的参考方向相反时相反时EU 当当电压的参电压的参考方向与电动考方向与电动势的参考方向势的参考方向相同时相同时EU 2022-3-2831-4Vc

19、)正负号。正负号。二二. .电压和电动势的参考方向电压和电动势的参考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭头；箭头；b)双下标；双下标； 那么，在一个电路中，电流和电压的参考方那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应该向应该怎样选择怎样选择呢？呢？E112BE112B2022-3-28321. i、u、e 的参考方向可任意假定。但的参考方向可任意假定。但一经选定一经选定，分，分析过程中析过程中不应改变不应改变。2. 电路中标出的方向一律指参考方向。电路中标出的方向一律指参考方向。3. 同一元件的同一元件的 u、 i 同方向，称为同方向，称为关联参考方向关联参考方向。IRU+IRU+或

20、或IRU+IRU+或或关联关联参考方向参考方向非关联非关联参考方向参考方向2022-3-28331.4 功率功率2022-3-2834功率功率是电场力在单位时间内所做的功。是电场力在单位时间内所做的功。 当电阻元件电流和电压当电阻元件电流和电压的参考方向关联情况下，电的参考方向关联情况下，电阻阻吸收的电功率吸收的电功率为：为：tdWpd IRU+关联参关联参考方向考方向UIP 电阻在电阻在t 时间内消耗的电能时间内消耗的电能：ptW 1kWh（1千瓦小时称为千瓦小时称为1度）度）2022-3-2835若若 P 0，电路实际，电路实际吸收吸收功率，元件功率，元件为负载为负载；若若 P 0 吸收吸

21、收P 0 吸收能量吸收能量P 0 吸收能量吸收能量P 2的次谐波的次谐波分量统称为分量统称为高次谐波高次谐波。2022-3-28165一些典型周期函数的傅立叶级数一些典型周期函数的傅立叶级数(可以直接查表）可以直接查表）)( tf)( tfUm0f ( t)2为为奇奇数数ktkktttUtf)sin15sin513sin31(sin4)(m 2022-3-28166Um0f ( t)4t2)sin13sin312sin21(sin2)(mm tkktttUUtf )( tf)( tftUm0f ( t)2Um为奇数为奇数ktkktttUtfk)sin)1(5sin2513sin91(sin8)

22、(2212m 2022-3-28167Um0f ( t ) t2Um0f ( t)2 t为为偶偶数数ktkktttUtf),cos) 1)(1(24cos1522cos32sin21 ()(m )cossin13cos3sin312cos2sin21cos(sin2)(mm tkkaktatataUaUtf )( tf)( tf2022-3-28168为整数为整数ktkttUtf),cos1412cos151cos3121(4)(2m )( tf)( tfUm0f ( t)42 t任何周期量的任何周期量的有效值有效值定义为它的定义为它的方均根值方均根值 tdtfTAT201 )(2022-3-

23、28169 TkkkdttkAATA021m0)sin(1 设非正弦周期函数设非正弦周期函数f（t）的分解结果为：）的分解结果为： 1m0)sin()(kkktkAAtf 则：则：根据三角函数的正交性可以求得：根据三角函数的正交性可以求得： 22212012m2021AAAAAAkk 222120UUUU 222120IIII任意周期函数的有效值等于它的恒定分量任意周期函数的有效值等于它的恒定分量与各个谐波分量有效值的平方和的平方根。与各个谐波分量有效值的平方和的平方根。2022-3-28170例例 2.7 已知非正弦周期电流已知非正弦周期电流i=1+0.707sin（t-20）+0.42si

24、n（2t + 50）A， 试求其有效值。试求其有效值。 解解 ： 给定电流中包括恒定分量和不同频率的正弦量，给定电流中包括恒定分量和不同频率的正弦量，电流的有效值应为：电流的有效值应为：AII1613050142021707021222222.).().( 任何周期量的平均值为：任何周期量的平均值为：dttfTAT 001)( 0A直流分量直流分量在工程中，如果在工程中，如果00A则定义：则定义：dttfTAT 0av)(1例：例：tIi sinm 则：则：mm0mav637.02sin1IIdttITIT 2022-3-28171pdtTPT 01设：设： 1m0)sin(kkuktkUUu

25、 则：则： TuidtTP01（不同频率的电压、电流的积分为零）（不同频率的电压、电流的积分为零） 平均功率就是瞬时功率平均功率就是瞬时功率在一个周期内的平均值，即在一个周期内的平均值，即 1m0)sin(kkiktkIIi 11000coskkkkkkIUIUPP kikuk 2022-3-28172例例2.8 如图所示电路中，已知如图所示电路中，已知,10,521 RR基波感抗基波感抗,2)1( LXL 基波容抗基波容抗,151)1( CXC V)303sin(7 .70100 tu 求求各支路电流各支路电流21ii 、及电源输出的平均功率。及电源输出的平均功率。i2i1iu2R1RLC解

26、：解： （1）直流分量作用）直流分量作用A)()(25101001 RUI0)0(2 IA)()()(20202010 III(a)直流分量作用直流分量作用)0(1I2R1RLC)0(I)0(U2022-3-28173（2）三次谐波分量作用）三次谐波分量作用（3）将直流分量和三次谐波分量的响应瞬时值叠加）将直流分量和三次谐波分量的响应瞬时值叠加得：得：)A20.19-tsin(324 . 620)3(1)0(11 iii)A56.57tsin(3247. 40)3(2)0(22 iii)A17.10tsin(3262. 820)3()0( iii23j530)2/7 .70(3j01)3()3

27、(1 LRUI 1531j1030)2/7 .70(31j02)3()3(2 CRUI A19.204 . 60 A17.1062. 80)3(2)3(1)3( IIIA57.5647. 40 2R1R)3(2I)3(1IL 3jC 3j1)3(I)3(U(b)三次谐波分量作用三次谐波分量作用2022-3-28174（4）电源输出的平均功率为）电源输出的平均功率为3)3()3()0()0()3()0(cos IUIUPPP )A17.10tsin(3262. 820)3()0( iiiV)303sin(7 .70100 tu W44.425)17.1030cos(62. 827 .702100

28、0 i2i1iu2R1RLC2022-3-28175 小小 结结2022-3-28176一、电路中的基本物理量一、电路中的基本物理量电压、电流、电动势、电位。电压、电流、电动势、电位。二、电压、电流的参考方向二、电压、电流的参考方向 参考方向是为了进行电路分析而参考方向是为了进行电路分析而假定假定的方向，可以的方向，可以任意选定任意选定，当计算结果为，当计算结果为正正时，实际方向与参考方向时，实际方向与参考方向一致一致；当计算结果为；当计算结果为负负时，实际方向与参考方向时，实际方向与参考方向相反相反。三、基本电路元件三、基本电路元件（R、L、C 、电压源、电流源）、电压源、电流源）1. 电阻

29、元件电阻元件iRu+关联关联参考方向参考方向iRu (耗能元件耗能元件)2022-3-281772. 电感元件电感元件iL+uetiLeudd (储能元件储能元件)3. 电容元件电容元件(储能元件储能元件)iC utuCidd 4. 电压源电压源理想电压源理想电压源Us+-实际电压源实际电压源u0iUs理想电理想电压源伏压源伏安特性安特性实际电压源实际电压源伏安特性伏安特性Us+-RO2022-3-281785. 电流源电流源+-UIs理想电流源理想电流源ROIsU+-实际电流源实际电流源u0i理想电理想电流源伏流源伏安特性安特性Is实际电实际电流源伏流源伏安特性安特性四、电路中的基本定律四、

30、电路中的基本定律1. 欧姆定律欧姆定律Riu 关联参考方向：关联参考方向：Riu 非关联参考方向：非关联参考方向： 2. 2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律0 i（KCLKCL）0 u（KVLKVL）2022-3-28179五、电路分析方法五、电路分析方法Us+-ROOSSRIU OSIII OSS/ RUI IsRO1. 电压源、电流源的等效变换电压源、电流源的等效变换等效是对外等效是对外电路而言电路而言2.2.支路电流法支路电流法 以支路电流为待以支路电流为待求量，应用求量，应用KCL、KVL列写电路方列写电路方程。程。解题步骤：解题步骤： 假定各支路电流的参考方向；假定各支路电流的参考

31、方向； 应用应用KCL对结点列方程；对结点列方程； 应用应用KVL列写方程；列写方程； 联立求解得各支路电流。联立求解得各支路电流。2022-3-281803.3.叠加原理叠加原理 在在电路中，如果有多个电源共同作用，任电路中，如果有多个电源共同作用，任何一支路的何一支路的 等于每个电源单独作用，等于每个电源单独作用， 在该支路上所产生的电压（电流）的在该支路上所产生的电压（电流）的III ppp 的处理方法的处理方法电压源电压源（Us=0 ）电流源电流源（ Is=0 ） 注意注意Us1R1R2+-IsII I Us1R1R2+-IsIsUs1R1R2+-IsIs2022-3-281814.4

32、.戴维宁原理戴维宁原理N+ Uoc+URiI+UI1. 断开待求支路断开待求支路2. 计算开路电压计算开路电压U oc3. 计算等效电阻计算等效电阻Ri4. 接入待求支路求解接入待求支路求解1.1.求等效电阻时，原求等效电阻时，原二端网络化成无源网二端网络化成无源网络络（电压源短路，电（电压源短路，电流源开路）。流源开路）。 注意注意2.2.求开路电压时求开路电压时, ,注意注意电压的方向。电压的方向。2022-3-28182IsR1Us2+-R2R3I1例例1.15 图图示电路，示电路，R1=R2=R3=2 ，US2=6V ，IS=3A。 1.试分别用试分别用支路电流法支路电流法、电压源电流源等效变换电压源电流源等效变换、叠叠加定理加定理、戴维宁定理戴维宁定理求电流求电流 。2. 计算电压源、电流源的功率