电工电子第一章

1、电工与电子技术u是一门技术基础课程是一门技术基础课程u研究电能的应用技术，通过本课程的学习，可以获研究电能的应用技术，通过本课程的学习，可以获得电工、电子技术方面的基本理论、基本知识和基得电工、电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，为后续课程和专业知识的学习打下基础。本技能，为后续课程和专业知识的学习打下基础。 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。方式组合而成。 手电筒电路示意图电路一般由电路一般由4部分组成：一是提部分组成：一是提供电能的装置，称为供电能的装置，称为电源电源；二是；二是消耗或转

2、换电能的装置，称为负消耗或转换电能的装置，称为负载载；三是在电路中起连接作用的；三是在电路中起连接作用的部分，称为部分，称为导线导线；四是控制电路；四是控制电路的导通和断开的装置，称为的导通和断开的装置，称为开关开关放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒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分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其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组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与电磁性质的理想电路元件或其组合来模

3、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。实际电路相对应的电路模型。R+RoES+UI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。NoImageR+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，其参数为电动是电源元件，其参数为电动势势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能的性质，主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻是电阻元件，其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯泡，其电阻用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。忽略不计，认为是无电阻的理想导体。 开

4、关开关用来控制电路的通断。用来控制电路的通断。 为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以近似化、理想化在一定为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以近似化、理想化在一定条件下忽略其次要性质，用足以表征其主要特征的条件下忽略其次要性质，用足以表征其主要特征的“模型模型”来表示，即来表示，即理想元件理想元件常用的理想元件常用的理想元件RLE+_Is电阻电阻电感电感电容电容恒压源恒压源恒流源恒流源C+R，大小和方向均不随时间变化的电流，简称直流（简写，大小和方向均不随时间变化的电流，简称直流（简写DC）,用大写字母用大写字母I表示。表示。，大小和方向都随时间变化的电流，用小写字母

5、，大小和方向都随时间变化的电流，用小写字母i或或i(t)表示。其中一个周期内电流的平均值为零的变化电流称为交变电表示。其中一个周期内电流的平均值为零的变化电流称为交变电流，简称交流（简写流，简称交流（简写AC）,也用也用i表示。表示。电流的方向电流的方向电流的正方向电流的正方向：正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。IRab用箭头在图上表示电流的电流的当不确定电流的实际方向时，可以自已假定方向，也就当不确定电流的实际方向时，可以自已假定方向，也就是参考方向。是参考方向。电流的方向电压的方向电压的方向u 从高电位指向低电位 电压的参考方向及表示形式电压的方向关联参考方向：关联参考方向：将电流和电压

6、的参考方向选择为一致+UIba_电压电流的关联参考方向电压电流的关联参考方向电位是相对于确定的参考点来说的，一般将参考点的电位电位是相对于确定的参考点来说的，一般将参考点的电位设为零，并用接地符号设为零，并用接地符号“”来表示。 参考点的选取原则上是任意的，但实际工程技术中常选择参考点的选取原则上是任意的，但实际工程技术中常选择大地作为零电位参考点，设备外壳接地的，与机壳相连的点都大地作为零电位参考点，设备外壳接地的，与机壳相连的点都是零电位点；电子线路中一般选取导线的公共点（往往是电源是零电位点；电子线路中一般选取导线的公共点（往往是电源的一个极）为参考点，用符号的一个极）为参考点，用符号“

7、”“”表示。表示。 图中选取图中选取b b点为参考点，则点为参考点，则V Vb b=0=0，V Va a=U=Uabab 或或V Va a=U=UE E=E=E。 电路中两点之间的电压等于两点电位之差，电路中两点之间的电压等于两点电位之差， 即即 U Uabab=V=Va aV Vb b图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA解解: (1)当开关当开关S S断开时断开时(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V

8、。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)u电源内部的电源力将正电荷从电源内部的电源力将正电荷从b点移动到点移动到a点做的功点做的功.电动势电动势E的方向：的方向：规定从电源负极指向电源正极规定从电源负极指向电源正极电场力与电源力电场力与电源力1、电场力：使正电荷从、电场力：使正电荷从高高电位经电位经外电路外电路移向移向低低电位处。电位处。2、电源力：使正电荷从、电源力：使正电荷从低低电位经电位经电源内部电源内部移向移向高高电位处。电位处。3、电场力是由、电场力是由电磁作用电磁作用产生，而电源

9、力是由产生，而电源力是由化学作用化学作用产生。产生。u 定义：定义： 单位时间里电场力所做的功单位时间里电场力所做的功u单位：瓦（单位：瓦（W, KW）u当当U,I实际方向相同，电路元件是负载，实际方向相同，电路元件是负载，吸收功率；吸收功率；u当当U,I实际方向相反，电路元件是电源，实际方向相反，电路元件是电源，发出功率。发出功率。 功率的计算与判断功率的计算与判断概念概念计算计算关联时：关联时：IU+P = U I非关联时：非关联时：IU+P = -U I负载消耗（吸收）功率；负载消耗（吸收）功率；电源产生（提供）功率。电源产生（提供）功率。吸收（取用）功率，元件为负载吸收（取用）功率，元

10、件为负载发出（产生）功率，元件为电源发出（产生）功率，元件为电源若若 P 0 若若 P 0判断判断根据能量守恒定律根据能量守恒定律电路中的功率平衡电路中的功率平衡P = 0 例A25515S2S1 RUUIW30215S1S1 IUPW1025S2S2 IUPW205222 RIPR+ IRURUS2US1已知：已知：US1 = 15V，US2 = 5V，R = 5，试求电流，试求电流I 和各和各元件的功率。元件的功率。解： 已知：已知：U1 = 20V， I1=2A，U2=10V，I2=-1A， U3= -10V，I3 = -3A，试求，试求元件的功率，并说明性质元件的功率，并说明性质。I3

11、 I2I1U3U2U11423例元件元件1功率功率 W40220111 IUP元件元件2功率功率 W10)1(10222 IUP元件元件3功率功率 W202)10(133 IUP元件元件4功率功率 W30)3(10324 IUP解：解： 元件元件1、2发出功率是发出功率是电源电源，元件，元件3、4吸收功率是吸收功率是负载负载。上述计算满足。上述计算满足P = 0 。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) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA

12、、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_ 在分析与计算电路时，对电量任意假在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU 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： 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 ) 值才有正负之分。值才有正负之分。 若若 I

13、= 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 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 b 指向指向 a 。1.电路如图3所示，电流源功率如何？（ ）。A发出 B吸收 C为零2.电路如图4所示， 则网络N的功率为（ ）。A吸收 B发出 C发出 D发出 3.电路如图5所示, 电流源发出（产生）的功率 （ ）。A1w B-1w C4w D-4w 图5电路的工作状态 1有载工作状态有载工作状态（1）电路中的电流为）电路中的

14、电流为 I =US /（RiRL）（2）电源的端电压为）电源的端电压为 负载两端的电压：负载两端的电压： U= US I Ri 忽略忽略Ri，则负载两端的电压，则负载两端的电压U1= U （3）电源的输出功率为）电源的输出功率为 P = U I =（ US I Ri）I = USII 2Ri 负载所消耗（吸收）的功率为负载所消耗（吸收）的功率为 P1 = U1I = U I =P UURI-+S1LRiUS2空载运行状态(开路)（1）电路中的电流为零，即）电路中的电流为零，即I = 0。 （2）电源的端电压（开路电压）等于）电源的端电压（开路电压）等于电压电压 源的恒定电压，即源的恒定电压，即

15、 Uo=USI Ri= US（3）电源的输出功率）电源的输出功率P和负载所吸收和负载所吸收 的功率的功率P1均为零，即均为零，即P = P1 = 0U=UI=0+_S=0U10RiUSRL3短路状态（1）电路中的电流为短路电流）电路中的电流为短路电流 I = IS = US /Ri 很大很大（2）电源的端电压和负载电压）电源的端电压和负载电压 U =USIS Ri = 0 U1 = 0 （3）电源向负载输出的功率）电源向负载输出的功率P和负载吸和负载吸 收的功率收的功率P1均为零，即均为零，即P = P1 = 0。此时电。此时电源所产生的能量全部被内阻消耗，超过额源所产生的能量全部被内阻消耗，

16、超过额定电流若干倍的短路电流可以使供电系统定电流若干倍的短路电流可以使供电系统中的设备烧毁或引起火灾。电源短路通常中的设备烧毁或引起火灾。电源短路通常是一种严重的事故，应尽量避免。是一种严重的事故，应尽量避免。+U=0I=0_RiUS=0U1RLI=IS电源短路通常是一种严重的事故，应尽量避免。补充：补充： 1.电阻的串联 两个或多个电阻无分支地依次相连，各个电阻中通过同一电流，称为电阻的串联，串联电阻电路有以下特点。 （1）通过各个电阻的电流相等，即I=I1=I2=In （2）串联电路的总电压等于各电阻上电压的代数和，即 U=U1+U2+Un （3）串联电路的总电阻（等效电阻）等于各电阻之和

17、，即R=R1+R2+Rn 两个或多个电阻并列连接在电路中两个公共端点之间，每个电阻的端电压相同，这样的连接方式称为电阻的并联。并联电阻电路具有以下特点。 （1）各并联电阻的端电压相等，即U=U1=U2=Un （2）流过并联电路的总电流等于各支路电流之和，即I=I1+I2+In （3）并联电路的总电阻（等效电阻）的倒数，等于各个并联电阻倒数之和。 2.电阻的并联 电路的基本定律电路的基本定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 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

18、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。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所所以以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律，基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律，基尔霍夫电压定律支路：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

19、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。I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 23 3 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。 实质实质: 或或: = 0I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E1对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5

20、 1 1 5 6V12V即：即： U = 0 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。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 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 2 OSREI 电压源电压源0SRUII 电流源电流源 注意事项：注意事项：电压源电压源/电流源的串联和并联电流源的串联和并联 1) 电压源的串联电压源的串联 接法：接法： E1=2V;E2=5V;E3=10V, E=?E1E2E3E如图可知：E = - E1 - E2 + E3E的方向：与的方向：与E3相同相同nkkEE1即：即：表明：表明： 串联电源总电动势为各分电源电动势的代数和。可用一个电动势串联电源总电动势为各分电源电动势的代数和。可用一个电动势E等等效（代替）效（代替）。 2）电压源的并联）电压源的并联 接法：接法：E1E2E3并联后的总电动势：并联后的总电动势：如各个电动势相同，则E总 =