电工技术刘子建主编中南大学

1、第一章电路模型和电路定律第第1章章 电路的基本元件和电路定律电路的基本元件和电路定律1.1第1章 目录第一章电路模型和电路定律绪论技术基础课技术基础课不同于公共基础课（英语、数学）不同于公共基础课（英语、数学）不同于专业课不同于专业课1.使学生获得电工基本理论、基础知识和基本技能。使学生获得电工基本理论、基础知识和基本技能。 2.培养学生分析问题和解决问题的能力。培养学生分析问题和解决问题的能力。3.为深入学习相关专业课程，以及为今后从事专业工作打为深入学习相关专业课程，以及为今后从事专业工作打 下良好的基础。下良好的基础。第一章电路模型和电路定律绪论 电工技术电工技术B B是非电类专业电气工

2、程领域里的第一门课。是非电类专业电气工程领域里的第一门课。它是后续课的基础、专业的基础。它是后续课的基础、专业的基础。第一章电路模型和电路定律电工技术的特点：因为专业要求且课时少只因为专业要求且课时少只要求掌握基本知识要求掌握基本知识重器件应用重器件应用与时俱进地跟与时俱进地跟上当前新技术上当前新技术 身边常用的电器如电灯、电视、手机、电脑等身边常用的电器如电灯、电视、手机、电脑等; ;学学校、家庭用电情况校、家庭用电情况神舟十号神舟十号 绪论第一章电路模型和电路定律实验可培养动手能力，同时有助于理论的深化实验可培养动手能力，同时有助于理论的深化基本原理、基本分析方法、基本应用基本原理、基本分

3、析方法、基本应用绪论R2100V110 Vpk 156 Hz 0 C11mFL11mHU2AC 1e-009W0.071A+-U1AC 10MW7.071V+-XSC1ABExt Trig+_+_1GND32GND4第一章电路模型和电路定律1.1 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备电路是电流的通路，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。或元件按一定方式组合起来的。1.电能的传输与转换电能的传输与转换 其它形式的能量其它形式的能量电能电能 电能电能其它形式的能量其它形式的能量 连接电源和负载，传输、分配电能连接电源和负载，传输、分配电能3 3 负载负载1 1 电

4、源电源2 2 中间环节中间环节输电线输电线信号源信号源负载负载话筒把声音话筒把声音（信息）（信息）电信号电信号扬声器把电信扬声器把电信号号 声音声音（信息）（信息）第一章电路模型和电路定律1.1放放大大器器信号源信号源负载负载 电源和电源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，它推动电路的工作。，它推动电路的工作。 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电路分析是在已知是在已知电路结构和参数电路结构和参数的条件下，讨论的条件下，讨论与与的关系的关系3 3 负载负载2 2 中间环节中间环节输电线输电线1 1 电源电源第一章电路模型和电

5、路定律 由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放由电阻器、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大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路设备连接而成的电路，称为实际电路。电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运算放大器运算放大器晶体管晶体管1.1第一章电路模型和电路定律1.1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，称为实际电路的电路模型电路模型。电源负载连接导线电路实体电路实体电路模型电路模型SRSU第一章电路模型和电路定律 理想理想电路元件电路元件理想理想电源元件电源元

6、件理想理想无源元件无源元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻R电电感感L电电容容C1.1第一章电路模型和电路定律dtdqi 1.2 如何求出图中的如何求出图中的 ？xI xI第一章电路模型和电路定律1.2电流从电流从A A流向流向B B。 电流从电流从B B流向流向A A。 ABi1.2 第一章电路模型和电路定律1.2 I11 A V112 V R11kU1DC 1e-009W0.988A+-R21kABI11 A V112 V R11kR21kU1DC 1e-009W-0.988A+-AB 第一章电路模型和电路定律1.2 AB dqdwu u第一章电路模型和电路定律ABiuAB

7、iu1.2第一章电路模型和电路定律1.2)(dqdwu )()(10tqtqudqwdtdqi ttdiuw0)()( 第一章电路模型和电路定律dtdwp )()(titup ttdiuw0)()( 1.2第一章电路模型和电路定律按照电压和电流的实际方向来判断，按照电压和电流的实际方向来判断，以手电筒电路为例，很显然图中电压源中电压电流的以手电筒电路为例，很显然图中电压源中电压电流的实际方向相反，它是将化学能转化为电能，所以它在实际方向相反，它是将化学能转化为电能，所以它在电路中发出功率；负载电路中发出功率；负载R R中电压与电流的实际方向相同中电压与电流的实际方向相同，它是将电能转化为光能，

8、所以它吸收功率。以此延，它是将电能转化为光能，所以它吸收功率。以此延伸到参考方向。伸到参考方向。1.2第一章电路模型和电路定律 2A3Vu2A3Vu1.2第一章电路模型和电路定律例例1-1：如题图所示的电路中，元件A吸收的功率为20W， 元件B吸收的功率为15W，元件C产生的功率为20W， 分别求出三个元件中的电流。 （a） （b） （c）W20511IUIPA41I解：解： 图（a）中ui非关联 有：,得 图（b）中ui关联 有： W20511IUIP,得A42I图（c）中ui关联 有： W20511IUIP,得 A43I1.2第一章电路模型和电路定律例例1-2：求图下中的 、，和三个元件的

9、P。UIA2I V283 IU 解：解： W42UIPAUI非关联，所以吸收功率W168V8 IP非关联，所以发出功率。UIW122 RIPR关联，所以吸收功率。 UI 0P满足功率守恒定律。 1.2第一章电路模型和电路定律1.电路的作用与组成。电路的作用与组成。 2.参考方向的规定，与实际方向的关系参考方向的规定，与实际方向的关系 。3.如何判断各元件是电源还是负载。如何判断各元件是电源还是负载。1. 电压电流的实际方向会因参考方向的不同而改变吗电压电流的实际方向会因参考方向的不同而改变吗？ 2. 电池在电路中一定是电源吗？电池在电路中一定是电源吗？ 小结、思考第一章电路模型和电路定律V12

10、0 V V212 V R1500R21kR32kU1DC 1e-009W0.010A+-U3DC 1e-009W2.856mA+-U2DC 1e-009W7.429mA+-12435701. 学完了电路中电压、电流、功率这三个物理量，那么学完了电路中电压、电流、功率这三个物理量，那么 这三个物理量在电路中怎么来求解这三个物理量在电路中怎么来求解? ? 2.利用仿真软件预习基尔霍夫电压、电流定律。针对如图利用仿真软件预习基尔霍夫电压、电流定律。针对如图所示仿真电路，理解电路中支路电压与电流除跟元器所示仿真电路，理解电路中支路电压与电流除跟元器件本身的伏安特性有关外件本身的伏安特性有关外, ,跟电

11、路的拓扑结构有何关系跟电路的拓扑结构有何关系? ?下一讲导学第一章电路模型和电路定律1.3演示仿真导入新课：演示仿真导入新课：V120 V V212 V R11kR23kR35kU1DC 1e-009W4.349mA+-U3DC 1e-009W1.217mA+-U2DC 1e-009W3.130mA+-1243570第一章电路模型和电路定律123456 1.3第一章电路模型和电路定律1234561234561.3第一章电路模型和电路定律0 i1234560543 iiiA23 iA15 iA14 i1.3第一章电路模型和电路定律123456063 ii0321 iii0621 iii063 i

12、i543iii 0543 iii1.3第一章电路模型和电路定律例例1-3：电路如图1-20所示:若I1=9A， I2= 2A， I4=8A。求： I3 。解： 列KCL方程：08)2(93I I3= -19A I1I2+ I3 + I4=01.3第一章电路模型和电路定律例例1-4：求 。21,ii解解:对由构成的闭合曲列KCL方程： 03462iA12i 对结点A列KCL方程： 010221iiA71i1.3第一章电路模型和电路定律0 u12345606432 uuuuV12 uV23 uV54 uV26 u1.3第一章电路模型和电路定律123456 02332 uuu06432 uuuu64

13、32uuuu 1.3第一章电路模型和电路定律4.引入电路仿真引入电路仿真V120 V V212 V R11kR23kR35kU1DC 10MW4.349V+-U2DC 10MW3.651V+-U3DC 10MW15.651V+-21301.3第一章电路模型和电路定律解解 ：在上图所示的回路1中应用，绕行方向为顺时针，则有 0abadbdUUUV4V) 37(abadbdUUU例例1-5：有一闭合回路如图所示。已知 , 求电压 和 。 V12,V7,V9,V3SadbcabUUUUbdUdcU 在上图所示的回路2中应用KVL，绕行方向为顺时针，则有 V5V)712(0adSdcSdcadUUUU

14、UU1.3第一章电路模型和电路定律例例1-6：求图示电路中的 与 。 IU解解:对结点A列KCL方程：08xIIII 8x对回路1列KVL方程：024)8(2IIV10)8(2IU求得：A3I1.3第一章电路模型和电路定律实际电阻器示例实际电阻器示例 实际电阻器示例实际电阻器示例 电阻电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。热能、机械能、光能等）的元件。1.4第一章电路模型和电路定律ABu iRRiu Gui RG1 Riu Gui or uAB iR1.4第一章电路模型和电路定律1.4第一章电路模型和电路定律iuR

15、iu 1.4第一章电路模型和电路定律ARuiAuiARuiAui1.4第一章电路模型和电路定律6.实际电阻元件与电阻器实际电阻元件与电阻器电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想元件；电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想元件；100100W W电阻器，功率为电阻器，功率为1W1W，问电流和电压的使用范围？问电流和电压的使用范围？A101 RPIN（额定电流值）额定电流值）VRIUNN10 （额定电压值额定电压值）例例1-7：解：解：1.4第一章电路模型和电路定律2.KCL反映了电路在节点上的电流约束关系反映了电路在节点上的电流约束关系。 第一章电路模型和电路定律 独立电源独立电源非独立电源，常称为

16、受控源非独立电源，常称为受控源独立电压源，简称独立电压源，简称电压源电压源独立电流源，简称独立电流源，简称电流源电流源1.4第一章电路模型和电路定律1.电压源电压源直流电直流电压源压源 输出电压可调输出电压可调的直流电压源的直流电压源 交流电交流电压源压源 按任意规律变按任意规律变化的电压源化的电压源 电池示例电池示例 稳压电源示例稳压电源示例 1.4第一章电路模型和电路定律 输出电压的大小和方向与流过电源的电流无关的电源。输出电压的大小和方向与流过电源的电流无关的电源。其伏安关系曲线如图所示其伏安关系曲线如图所示: :uUs0i符号：符号：U Us+Usui+uiusU = u(t)伏安关系

17、：伏安关系：直流源直流源I为任意为任意( (直流直流) )i(t)为任意为任意概念：概念：1.电压源电压源1.4第一章电路模型和电路定律 （3）（1）（2）a ab bi0) t (uS+ +- -uSabi1.电压源电压源（4）电压源的两种工作状态：电压源的两种工作状态：+ +- -uSabi+ +- -uSabi1.4第一章电路模型和电路定律 求下列各图中的求下列各图中的I和和U。+I+U10V-+I+-U10V+I+U510VU=10V I=2AU=10V I=0U=10V I=求求K K断开和闭合时的断开和闭合时的Uk和和U。 当当K断开时断开时V10, 00UUUUIsk当当K闭合时

18、闭合时V100skUUU+10VK+U10 USI+ +UK1.电压源电压源解：解：1.4第一章电路模型和电路定律-+-3V-3A 求下两图电压源的求下两图电压源的P P 。 P= -2 2= -4W 产生功率产生功率意味该电源对外电路提供功率；意味该电源对外电路提供功率；P=(-3） (-3）=9W吸收功率吸收功率-+2V2A2A 表示消耗功率，例如电池充电；表示消耗功率，例如电池充电；结果表明：电压源既可产生功率，也可以消耗功率。结果表明：电压源既可产生功率，也可以消耗功率。需注意的问题：需注意的问题：（1）理想电压源在现实中是不存在的；理想电压源在现实中是不存在的；（2） 实际电压源不能

19、随意短路。实际电压源不能随意短路。1.电压源电压源1.4第一章电路模型和电路定律 输出电流的大小和方向与电源的端电压无关的电源。输出电流的大小和方向与电源的端电压无关的电源。i Isi = i(t)U为任意为任意(直流直流)U(t)为任意为任意+IsuiiIs0u2.电流源电流源1.4第一章电路模型和电路定律abu0)(tiSuiSab2.电流源电流源uiSabuiSab1.4第一章电路模型和电路定律 求下列各图中的求下列各图中的I和和U。I=1AU=5VI=1AU=1VI=1A U=I+U51AI+U1AI+U111A1.4第一章电路模型和电路定律（2）电压源的端口电压和电流源的端口电流与电

20、路中其它电压源的端口电压和电流源的端口电流与电路中其它 电压和电流无关，故又称其为独立电源电压和电流无关，故又称其为独立电源 。（1）电压源输出定值电压电压源输出定值电压Us , , 与流过其中的电流以及与流过其中的电流以及 其他支路的电流、电压无关；其他支路的电流、电压无关；恒压特性恒压特性（2）电流源输出定值电流电流源输出定值电流Is , ,与两端电压以及其他支路与两端电压以及其他支路 的电流、电压无关。的电流、电压无关。恒流特性恒流特性（1）电压源和电流源作为元件模型，能无限地）电压源和电流源作为元件模型，能无限地 对外提供对外提供 电能，它们属于有源元件；电能，它们属于有源元件；1.4第一章电路模型和电路定律 受控源虽然也输出电压或电流，但其输出的电压或电流受控源虽然也输出电压或电流，但其输出的电压或电流与某一支路与某一支路 的电压或电流有关，受这些电压或电流的控制，的电压或电流有关，受这些电压或电流的控制，故名受控源。故名受控源。 三极管三极管bcIIIbIcIbIc=IbCCCS（流控电流源流控电流源）例例1.4第一章电路模型和电路定律12uu 转移电压比转移电压比12iru （CCVS）：）：r+-u1u1+-u2+-i1ri1+-u2+-1.4第一章电路模型和电路定律12ugi g12ii +-u1g u1i2i1 i1i