第1讲 电路基本物理量及基本元件.

1、电工电子技术电工电子技术 谭甜源、张立宏谭甜源、张立宏 办公地点：办公地点：3 3教教33123312 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876第第1章章 电路元器件及基本定电路元器件及基本定理理 本章介绍有关电路的一些本章介绍有关电路的一些基本概念基本概念和和技术术语技术术语、常规电路应该遵循的一些常规电路应该遵循的一些基本规律基本规律、电路具有的、电路具有的特特性性以及以及分析和解决问题分析和解决问题的思路。的思路。 本章将是后续课程

2、学习的基础。有些内容虽然已本章将是后续课程学习的基础。有些内容虽然已在物理课中讲过，但为了加强在物理课中讲过，但为了加强理论的系统性理论的系统性和便于读和便于读者者加深加固加深加固对内容的理解，并在电工技术中充分地对内容的理解，并在电工技术中充分地应应用和扩展用和扩展，本课程略有叙述，但不是简单的重复，而，本课程略有叙述，但不是简单的重复，而是从是从分析问题和解决问题分析问题和解决问题的的思路和方法的角度思路和方法的角度进行叙进行叙述，希望此举给大家带来受益。述，希望此举给大家带来受益。 凡符合上述集中化假设条件的元件称集中参数凡符合上述集中化假设条件的元件称集中参数元件。由此组成的电路称元件

3、。由此组成的电路称集中参数电路集中参数电路。凡不符。凡不符合上述假设条件者将要用分布参数表示。合上述假设条件者将要用分布参数表示。本课程本课程只讨论集中参数电路。只讨论集中参数电路。 一门严谨的学科理论，往往有若干已被公认的一门严谨的学科理论，往往有若干已被公认的公理作为全部立论依据，以示无懈可击。公理作为全部立论依据，以示无懈可击。 集中参数电路中各部分的集中参数电路中各部分的电压电压和和电流电流仅是仅是时时间间t t的函数的函数，可表示为，可表示为u u（t t）和）和i i（t t）。而元件端）。而元件端钮上的电压和电流，可以用物理方法准确的测定，钮上的电压和电流，可以用物理方法准确的测

4、定，不因其测试位置不同而异。不因其测试位置不同而异。 电路理论的理论支柱是电路理论的理论支柱是电荷守恒电荷守恒、能量守恒能量守恒这这两条公理和一条两条公理和一条集中化假设集中化假设不具有空间几何不具有空间几何尺寸理想模型（元件）。尺寸理想模型（元件）。发电、输电与配电的电力系统发电、输电与配电的电力系统1.1.11.1.1电路及电路模型电路及电路模型1 11 1 电路及其基本物理量电路及其基本物理量 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工、电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工、电子器件或设备组合而成的电子器件或设备组合而成的 。计算机、通讯等用的计算机、通讯等用的 电子电路电子电

5、路可见，实际电路结构繁简差别甚大，而作用也各不相同。可见，实际电路结构繁简差别甚大，而作用也各不相同。 人们在日常生活、生产和科人们在日常生活、生产和科学研究中，常遇到各种各样的电路，如学研究中，常遇到各种各样的电路，如电力系统扩音器电路的作用电路的作用实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换实现信号的传递和处理实现信号的传递和处理1）电路的作用电 灯电 炉电动机发电机升 压变压器降 压变压器话筒话筒扬声器扬声器放大器强电强电弱电弱电电源电源: 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

6、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:输出信息输出信息信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒2） 电路的组成部分电路的组成部分 电路中电路中电源电源和和信号源信号源的的电压或电流电压或电流称为称为激励激励，它，它推动电路的工作。推动电路的工作。激励激励响应响应由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电压和电流称为称为响应。响应。 电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨

7、论论与与的关系。的关系。i3） 电路模型电路模型 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器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。等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时，例如：一个白炽灯在有电流通过时，R R L 消耗电消耗电能能( (电阻性电阻性) ) 产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量( (电感性电感性) ) 忽略忽略 L L 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽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

8、因素而突出其主要电磁性质，把它看略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成成理想电路元件理想电路元件。电源负载连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型3） 电路模型电路模型 用用理想理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路元件组成的电路，称为实际电路的电电路模型路模型。SER +R0开关1.1.2 1.1.2 电路中的基本变量电路中的基本变量a a）能量类型）能量类型能量能量电磁能量电磁能量（电能）（电能）非电磁能量非电磁能量（非电能）（非电能）磁场能量磁场能量电场能量电场能量b b）能量转换与交换）能量转换与交换 能量转换是指能量转换是指电能电能与与非电能非电能间的转换。间的转换。

9、 能量交换是指能量交换是指电场能量电场能量与与磁场能量磁场能量的交换。的交换。电路中存在着电路中存在着“能量能量转换转换和能量和能量交换交换”的两个物理过程。的两个物理过程。1 1）能量转换与交换）能量转换与交换 E E、R R0 0、R R模拟能量转换。模拟能量转换。 在电能转换成非电能的过程中，将伴随着能量的交换。在电能转换成非电能的过程中，将伴随着能量的交换。电能转换成非电能要消耗电能，称能量消耗或消耗电能转换成非电能要消耗电能，称能量消耗或消耗有功有功。而。而电能和磁能的交换没有电能损耗，电工中称之为消耗电能和磁能的交换没有电能损耗，电工中称之为消耗无功无功。L L、C C模拟能量交换

10、。模拟能量交换。L R C R0 E 哪些元件描述转换，哪些描述交换呢？哪些元件描述转换，哪些描述交换呢？ “ “能量转换能量转换” ” 和和“能量交换能量交换”这两个物理过程可分这两个物理过程可分别采用不同的理想元件来模拟。别采用不同的理想元件来模拟。2 2）电路常用物理量定义）电路常用物理量定义a a）常用物理量及其文字符号）常用物理量及其文字符号大写大写表示表示直流量直流量。 正弦和直流正弦和直流是电路分析所讨论的两种最基本是电路分析所讨论的两种最基本的变化规律。的变化规律。u u、U Ui iS S、I IS Si i、I I电压电压电激流电激流电流电流 电荷电荷磁通磁通功率功率能量能

11、量 q q、Q Q 、p p、P Pw w、W Wte0te0E小写字母小写字母表示表示交流量，交流量，即随时间交变（如正弦）。即随时间交变（如正弦）。 电动势电动势e e、E Eb b）电压：）电压：u u（t t）、）、U U ）伏特（Vdqdwtu dtdtu从磁场的观点，数值上等于磁通的变化率，即从磁场的观点，数值上等于磁通的变化率，即单位单位 w w（焦耳（焦耳J J）；）； （韦伯（韦伯WbWb）；）；q q（库仑（库仑C C）；）；t t（秒（秒s s）；）；电路中电路中两点的电位之差两点的电位之差，称为电压。，称为电压。 从电场的观点，数值上等于单位正电荷从一点从电场的观点，数

12、值上等于单位正电荷从一点移到另一点时所获得的能量，即移到另一点时所获得的能量，即 （c c）电流）电流i i（t t）、）、I I电荷的取向运动形成电流，数值上等于电荷的变化率电荷的取向运动形成电流，数值上等于电荷的变化率 ）安培（Adtdqti（d d）功率）功率p p（t t）、）、P P ）瓦特（Wdtdwtp dqdqdtdwtp 功率功率 单位时间内电路消耗（或吸收）的能量，即能量单位时间内电路消耗（或吸收）的能量，即能量的变化率的变化率此式分别此式分别乘和除乘和除dq得得dtdqdqdw titu 电动势是衡量外力即非静电力做功能力电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克

13、服电场力把单位正电荷从的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源电源的电动势的电动势。dqdWe （e e）电动势）电动势e e（t t）、）、E E1.1.3 1.1.3 电路中物理量的方向电路中物理量的方向物理量的物理量的方向：方向：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向： 物理中对电量物理中对电量规定规定的方向。的方向。参考方向：参考方向：（正方向）：（正方向）： 在分析计算时，对电量人为在分析计算时，对电量人为任意设定任意设定的方向。的方向。物理量的实际方向物理量的实际方向物理量实际方向的表示方法物理量实际方

14、向的表示方法电池电池灯泡灯泡u_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_ab+_电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向（正方向）（正方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_(1) 在解题前先设定一个方向，作为参考方向；在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法解决方

15、法(3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向一致一致； 若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向相反相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR

16、 IRURU+_+_E Rab+_(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU+_+_+_A1121 V1A112-3 3VRRIUIU 对一个元件，电流参考方向和电压参考对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称起见，常常将其取为一致，称关联方向关联方向；如；如不一致，称不一致，称非关联方向非关联方向。 如果采用关联方向，在标示时标出一种即如

17、果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。欧姆定律欧姆定律U、I取关联参考方向时，取关联参考方向时，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 取关联参考方向。取关联参考方向。U = I R(4) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 U与与I 的方向的方向 按关联参考方向假

18、设。按关联参考方向假设。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于电压和电流取关联参考方向仅适用于电压和电流取关联参考方向 的情况。的情况。(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“一个方向一个方向” (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 小结小结电电 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I取非关联参考取非关联参考方向结果如何？方向结果如何？ 在在 U、 I 选为关联参考方向的前提下，选为关联参考方向的前提下， IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率” （负载）（负载）“发出功率发出功率” （电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（