中南大学电工学课件及习题答案

电工学52学时理论教学＋12学时实验理论内容有：

1：直流电路2：交流电路

3

：动态电路4：电动机及继电器控制系统5：半导体二极管及三极管6：基本放大电路7：集成运算放大电路

8：直流稳压电源

9：组合逻辑电路10：时序逻辑电路主要内容（64学时）学习方法1掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法2通过习题来巩固和加深所学理论、培养分析能力和运算能力3在实验中体会电学现象

考核方法平时成绩占30%考试成绩占70%

参考教材:电工学(秦曾煌)

电工学（唐介）

电工电子技术（李守成）作业做电工学1练习册上的作业。交作业时，写明专业班级、学号、姓名、编号

1-1电路的作用、组成及电路模型1-2电路变量及电路的参考方向1-3理想电路元件第1讲电路的基本概念及定律1-1电路的作用、组成及电路模型

(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用

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。

发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2.电路的组成部分电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;

电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。3.电路模型

为了便于用数学方法分析电路，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，从而构成与实际电路相对应的电路模型。电源负载负载电源开关ISUS+_R0中间环节手电筒的实体电路RL+

U–导线手电筒的电路模型用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。理想电路元件理想电源元件理想无源元件理想电压源理想电流源电阻R电感L电容C

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可以定量分析和计算。1-2电路变量及电路的参考方向一、电流和电流的参考方向<二>电流的参考方向

<1>用箭头表示，如右图；如iAB=2A，说明参考方向与实际方向一致；<一>电流（又叫电流强度）单位时间内通过导体截面积的电荷量，即：电流的实际方向：正电荷定向移动的方向

<2>用双下标表示，如iABiAB=-2A，说明参考方向与实际方向相反。电流的单位是安培！1A=1000mA1mA=1000μA

二、电压和电压的参考方向

<二>电压的参考方向

<1>用箭头表示；如uAB=2V，说明参考方向与实际方向一致；

电压的实际方向：高电位指向低电位。<一>电压

单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：

uAB=-2V，说明参考方向与实际方向相反。<2>用双下标，如uAB；<3>用正负符号。电压的单位是伏特！1V=1000mV1mV=1000μV

三、关联参考方向注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般为关联参考方向。

在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。

当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；

相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。四、能量电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量单位为焦耳（J）。

根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W为：五、功率电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。功率是单位时间内所做的功，即：六、电源与负载的判别根据U、I的实际方向判别电源：U、I

实际方向相反，即电流从U“+”端流出，（发出功率）；

负载：U、I

实际方向相同，即电流从U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_例：已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)电流从“+”流出，故为电源；(b)电流从“+”流入，故为负载；(c)电流从“+”流入，故为负载；(d)电流从“+”流出，故为电源。1.3.1电阻元件一、线性电阻（简称电阻）根据欧姆定律：电压单位为伏特，电流单位为安培，则电阻R单位为欧姆（W）。G为电导，单位为西门子（S）。欧姆定律在非关联参考方向情况下电阻符号为：1-3电路元件二、电阻消耗的功率

电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。<一>在关联参考方向下

p=ui=i2R>0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。<二>在非关联参考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。三、伏—安特性

电阻以电压为纵或横坐标，电流为横或纵坐标，画出的电压和电流的关系曲线叫该元件的伏—安特性。四、非线性电阻

非线性电阻的电阻R不等于一个常数，即：五、开路和短路的概念

无论电压u为多大，i=0A，则电阻R相当于无穷大，等效为开路。<一>开路无论电流i为多大，u=0V，则电阻R相当于零，等效为短路。<二>短路1.3.2电容元件一、线性电容（简称电容）

电容符号为：则电容电压与所带电荷之间满足：式中C是电容元件的参数，称为电容。C是一个正实常数。当电压单位为伏特，电荷单位为库仑（C），则电容单位为法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、库—伏特性

电容元件两端的电荷和电压的的关系曲线。三、电压与电流的关系<一>微分关系<二>积分关系<三>电容的特性<1>在直流电路中，电容元件处相当于开路；<2>电容元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；四、电容吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WC求得为：WC>0，充电，以电场能量的形式储存；WC<0，放电，元件释放电能；五、非线性电容

非线性电容的电容值C不等于一个常数，即：电容是储能元件,不消耗有功功率1.3.3电感元件一、线性电感（简称电感）（1）当感应电压的参考方向与磁通链成右手螺旋关系时，则根据电磁感应定律可得：电感的磁通链与电流之间满足：式中L是电感元件的电感（自感）。L是一个正实常数。当磁通链单位为韦伯（Wb)，电流单位A，则电感单位为亨利或亨（H）。电感的符号为：二、韦—安特性

电感元件两端的磁通链和电流的的关系曲线。三、电压与电流的关系<一>微分关系<二>积分关系<三>电感的特性<1>在直流电路中，电感元件处相当于短路；<2>电感元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；四、电感吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WL求得为：WL>0，充磁，以磁场能量的形式储存；WL<0，放磁，元件释放电能；五、非线性电感

非线性电感的电感系数L不等于一个常数，即：电感是储能元件,不消耗有功功率1.3.4电压源和电流源一、电压源

电压源符号为：<一>电压源的特点<1>电压源两端电压与外接电路无关；<2>流过电压源的电流与外电路有关。R不同，i不同。<二>电压源的工作状态电压源uS1工作在电源状态；电压源uS2工作在负载状态。二、电流源

电流源符号为：<一>电流源的特点<1>电流源电流与外接电路无关；<2>电流源两端的电压与外电路有关。R不同，u不同。<二>电流源的工作状态电流源iS1工作在电源状态；电流源iS2工作在负载状态。无内阻的电压源即是理想电压源输出电压恒定,即特点外特性uULi特点有内阻的电压源即是实际电压源

输出电压不再恒定！外特性iuUL注意

理想电压源实际电压源输出电流任意（随RL

而定）无内阻的电流源即理想电流源特点输出电流恒定输出电压随RL而定有内阻的电流源即实际电流源特点输出电压和电流均随RL而定理想电流源实际电流源三、独立电源

电压源和电流源，它们不受外界电路的影响，作为电源或输入信号时，在电路中起“激励”作用，在电路中产生相应的电流和电压，这些电压和电流便是“响应”，而这类激励叫独立电源。1.3.5受控电源受控源又称为“非独立”电源。受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定的时间函数，而是受电路中某一部分的电流或电压的控制。如：受控源分为四类，分别如下图所示：

电压控制电压源（VCVS）电压控制电流源（VCCS）