太原理工大学电工电子技术1

本课程的性质、内容与要求课程性质：

本课程是研究电工技术与电子技术的理论和应用的一门技术基础课；是高等学校工科非电类专业的一门非常重要的电类课程。课程内容：

1、电工技术（1）电路（2）电机与控制（3）安全用电2、电子技术（1）模拟电子技术（2）数字电子技术

课程要求：

1、通过学习，掌握电工技术与电子技术的基本理论、基本知识和基本技能；2、理论联系实际，培养学生独立分析问题和解决问题的能力；3、多动脑、多动手、多总结，培养学生的自学能力和创新意识。第1章电路分析基础本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的通路、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位。5.了解实际电源的两种模型及其等效变换。6.掌握支路电流法、叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法。1.1.1电路及电路模型电路是由若干电路元件或设备组成的，能够传输能量、转换能量；能够采集电信号、传递和处理电信号的有机整体。①电路的组成电源信号源负载中间环节

1.1电路元件1.电路的组成和作用电路——电流流通的路径。手电筒电路·中间环节：连接电源和负载②电路的作用灯泡电池开关电源负载电源：非电能电能负载：电能非电能输送和转换电能（如电力工程）传递与处理信号（如信息工程）返回发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉电力系统电路示意图输电线中间环节负载放大器话筒扬声器扩音机电路示意图信号源（电源）③电路系统的概念系统是由若干互相关联的单元或设备组成，并具有一定功能的有机整体。激励响应系统中电源（或信号源）的作用称为激励。由激励引起的结果（如某个元件的电流、电压）称为响应。2理想元件和电路模型将实际电路中的元件用理想元件来表示，构成的电路图——电路模型,理想元件是单一物理性质的元件。①常用的理想元件RLE+_Is电阻电感电容恒压源恒流源C+R③

电路模型US+_RLSRO电路模型是实际电路的科学抽象，简称为电路。手电筒电路模型iuRL日光灯电路的模型②电路元件分类线性元件非线性元件时变元件非时变元件有源元件无源元件UsIRU+_E+_1.1.2电流、电压的参考方向1.

实际方向物理量单位实际方向

-E

+电流

IA,kA,mA,μA正电荷定向移动的方向电压

UV,kV,mV,μV电场力作用,电位降落的方向电动势

EV,kV,mV,μV电源力作用,电位升高的方向+I

-+U

-分析计算电路时，人为任意设定的电量方向2.

参考方向（假设方向、正方向）I=5AI′Rab=－5A例Rab注意：引入参考方向后，物理量为代数量若计算结果为正(I>0)，则参考方向与实际方向一致；若计算结果为负(I′<0)，则参考方向与实际方向相反。电流方向ab？电流方向ba？I①参考方向的表示方法参考极性abUab

双下标箭头_+USabR②参考方向的作用.便于列写电路方程③参考方向的关联与非关联.便于确定实际方向关联参考方向（U与I

的方向一致）

+_IUabR_IUabR+非关联参考方向（U与I

的方向相反）

U=IRU=-IR

+_I=3AU=6VabR例应用欧姆定律求电阻Ra+_I=-3AU=6VbR

+_I=3AU=－6VabR

+_I=-3AU=－6VabR（3）应用欧姆定律时，注意_____套正负号。列写公式时，根据U、I的________得_______________U、I的值本身有____和_____之分（1）分析计算电路时，首先要画出

，标出电压、电流的

。（2）参考方向是________设定的。未标参考方向的前提下，讨论电压、电流的正、负值是_________。问题与讨论电路图参考方向两参考方向公式中的正负号正值负值没有意义的人为任意例试求：当U分别为3V和1V时的电流IR解：(1)假定电路各电量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：IRR=1ΩE=2VURabU+—+—+—(3)数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）1.1.3电阻元件

电阻为耗能元件如电阻器、白炽灯、电炉等。实物Riu1.伏安关系(VAR)R

的单位为欧［姆］（Ω）（R常用单位：、k、M）伏安特性1.1.3电阻元件

电阻为耗能元件如电阻器、白炽灯、电炉等。返回oiuuio线性电阻的伏安特性非线性电阻的伏安特性2.伏安特性注意:欧姆定律仅适用于线性电阻电路。3.功率和能量在关联参考方向下，电阻元件的功率为单位为瓦特（W）从t1到t2时间内，电阻元件吸收的电能为单位为焦耳（J）1.理想电源的两种电路模型(1)理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：①

输出电压

U恒定，即Uab

US

；②输出电流

I取决于外电路。外特性U=f(I)oIUUS1.1.4独立电源元件IUS+_abURL设

E=10VIE+_abUab2R1当R1

R2

同时接入时I=10AR22例当R1接入时

I=5A则③恒压源中的电压US为零时，恒压源视为短路。US=0+_④与恒压源并联的元件对外电路而言为可视为开路。E+_abR2E+_abR1R2Is恒压源特性中不变的是：________US恒压源特性中变化的是：__________I_________________会引起

I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向恒压源两端可否短路？

a+_IUSUabbR问题与讨论否因为R=0时(2)理想电流源（恒流源):

RO=

时的电流源.特点：①输出电流

I不变，即

I

IS

外特性②输出电压U取决于外电路。abIUIsRLIUabISoIUIsR设IS=1A

R=10

时，U=10

V

R=1

时，U=1

V则例E+_abR1R2Is③恒流源的电流IS为零时，恒流源视为开路。④与恒流源串联的元件对外电路而言为可视为短路。IS=0abR1Is恒流源特性中不变的是：_____________Is恒流源特性中变化的是：_____________Uab_________________会引起Uab

的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向恒流源两端可否开路？

abIUabIsR问题与讨论否因为R=∞时恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵串联电流相同。∴电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压取决外电路IUs

R_+abUab=?Is解：恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例∵并联电压相同。电压源中的电流取决外电路∴恒流源两端的电压解：aIUs

R_+bUab=?IsIR＊

功率的计算与判断①概念②计算关联时：IU+—P=UI非关联时：IU+—P=-UI负载消耗（吸收）功率；电源产生（提供）功率。吸收（取用）功率，元件为负载发出（产生）功率，元件为电源若P0若P0③判断根据能量守恒定律电路中的功率平衡∑P=0

例+—+——+IRURUS2US1已知：US1=15V，US2=5V，R=5Ω，试求电流I和各元件的功率。解：

已知：U1=20V，

I1=2A，U2=10V，I2=-1A，

U3=-10V，I3=-3A，试求元件的功率，并说明性质。I3

I2I1U3U2U11423例元件1功率

元件2功率

元件3功率

元件4功率

解：元件1、2发出功率是电源，元件3、4吸收功率是负载。上述计算满足ΣP=0

。2.实际电源的两种电路模型①实际电压源IURo越小斜率越小UIRO+-USRLUSO恒压RO=0时，U=US外特性RO越大特性越陡②实际电流源外特性ISROabIURLIUISROO恒流ISRO=∞时，I=IS3.电源(电路)的三种工作状态——

(1).通路（有载工作状态）①电流：②电压：③功率：RLIUE+_abRo+_RO

↓→IRO↓→U

↑通路、开路、短路④电气设备的额定值额定值:

电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态:欠载(轻载)：I<IN

，P<PN(不经济)

过载(超载)：

I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=PN(经济合理安全可靠)

⑴额定值反映电气设备的使用安全性；⑵额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡UN=220V

，PN=60W电阻RN=100

，PN=1W

额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN（2）额定电流为100A的发电机，只接60A的照明负载，还有电流40A流到哪里去了？问题与讨论（1）一个100Ω、1W的电阻器，在使用时允许流过的电流和允许加的电压不得超过多少？答:不存在40A.电源的输出功率和输出电流取决于负载.答:2.开路开路电压：特点：Uo=

EIE+_RoUoabRL+_输出功率P=0

输出电流I=0有源二端网络ab无源二端网络abUo+_Roab3.短路IsUE+_abRoRLFU特点：输出功率P=0

输出电压U=0短路电流：短路保护:

熔断器FU工作短接:ASR1R24.电压源与电流源的等效变换

等效：对外电压电流相等。IRO+-USbaUabUabISabIROaUS+-bIUabRO电压源电流源UabRoIsabI①等效变换公式+－②等效变换的注意事项(1)对外等效，对内不等效。(2)等效电源的内阻不一定是电源的内阻。(3)电源的极性。aUSbIRoISaR'obI'（4）恒压源和恒流源之间不能进行等效变换。abIUabIsaUS

+－bI③

应用举例例10V－+2A312I10V－+31I24V－+I=?1A62V－+234A22I－+1A312V－+6222I6VI=?例(接上页)1A62V－+234A22I3A12V-+22I+13V+22V2I－-10V+－2A2I讨论题哪个答案对???+－10V+－4V21.1.5电位的概念与计算电位：参考点：1.电位的概念电路中某点对参考点的电压称零电位点（O点）或“地”电力工程中以大地为参考点电子线路以输入、输出的公共线为参考点放大器bR1R2E2E1+-R3+_acdbR1R2R3a+E1-E2cd设b点为参考点电子电路的习惯画法R1R2+15V-15V

参考电位在哪里？R1R215V+-正电源负电源电子电路的习惯画法：电源电压用电位值给出正电位值表示正电源，电源的负极接地。负电位值表示负电源，电源的正极接地。15V+-S断开时各电阻为同一电流其中：UD=+12V；UC=－12V

S闭合上时：例试求开关S断开和闭合时电路中各点的电位解：2.电位的计算AB4kΩ6kΩC20kΩS－12V+12VDUA=－4VUB=－7.2VUD=+12V；UC=－12VUA=2VUB=0Ua=5V

a

点电位：ab15AUb

－5V

b

点电位：例试求图示电路中各点的电位及电压UabUb=0V

b点电位：Ua=0V

a

点电位：ab15A可见:电位与参考点的选择有关；电压与参考点的选择无关.Uab=Ua-UbUab=5VUab=5V①电位与参考点的选择有关；电压与参考点的选择无关例试分别以电路中的a、b、c点为参考点求电位和电压。注意：②电压等于电位之差。如Uab=Ua-Ub+_3V+_6Vabc参考点电位和电压UaUbUcUabUbcUcaa为参考点0V-3V-9V3V6V-9Vb为参考点3V0V-6V3V6V-9Vc为参考点9V6V0V3V6V-9V

1.2基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律(KCL)应用于结点基尔霍夫电压定律(KVL)应用于回路名词注释：结点：三个或三个以上支路的联接点支路：电路中的一个分支回路：一条或一条以上支路所组成的闭合路径网孔：中间不含支路的回路支路：3条回路：3个结点：2个例确定电路中的支路、结点、回路、网孔数目。网孔：2个baI1I2US2+－R1R3R2+_I312US11.2.1

基尔霍夫电流定律(KCL)KCL依据：电流的连续性。I1I2I3I4注意：两套正负号。1.基本思想例任一瞬时，任一结点上电流的代数和等于零。设流入为正，流出为负。即I=0或或广义结点

I1+I2=I3I=0I=?2.定律推广假想闭合面例例I1I2I3例IEICIBIE=

IB+IC8V9V+_34+_4

62I1.2.2基尔霍夫电压定律(KVL)KCL依据：电位的单值性。

任一瞬时，沿任一回路绕行一周，其电压的代数和等于零。设电压升为正，电压降为负。即

回路11.基本思想baI1I2US2+－R1R3R2+_I312US1例：或注意：两套正负号。电压升电压降2.定律推广开口电路假想闭合回路例一段含源支路的欧姆定律US+_RabUabI+_R2R1USI+—U2U1例分压公式

例分流公式

R2R1UISI2I11.2.3基尔霍夫定律的应用(1)基本思想：以支路电流为未知量，根据KCL和KVL列独立的电流方程和电压方程，联立求解。(2)解题步骤：设电路有n个结点，b条支路。①假设各支路电流的参考方向。②根据KCL列（n-1）个独立的电流方程。③根据KVL列b-（n-1）个独立的电压方程（一般根据网孔列）。④联立求解。1.支路电流法例试用支路电流法求图示各支路电流。解：n=2，b=3

①假设各支路电流的参考方向②由KCL列电流方程a点:③由KVL列电压方程回路1:回路2:④代入数据，联立求解，得I1=4A，I2=-1A，I3=3A。baI1I2US220V+－R12R38R24+_I312US132V例试用支路电流法求各支路电流。解：①图中恒流源支路电流已知

I1=IS=5A所以只需列两个独立方程即可②由KCL列电流方程a点③由KVL列电压方程回路1④代入数据，解联求解，得I2=2A，I3=-3A。R34ΩR18ΩR21ΩbaIS5AI2I3US10VI1+-1注意：①电路中如果有含恒流源的支路，

可减少列方程数。②列回路方程时，要避开恒流源支路。讨论题你能否很快说出I1、I2

、I3

、I4、I5

的结果？1++－－3V4V11+－5VI1I2I3I4I5支路电流法小结优点：简单。缺点：当电路中支路数较多时，所需方程的个数较多，求解繁琐。支路数b=4须列4个方程式ab

（1）基本思想

以结点电压（结点间的电压）为未知量，根据基尔霍夫电压定律或欧姆定律求各支路电流。2.结点电压法(弥尔曼定理)R2R1+-I1-+UabbaR3US2US1I2I3（2）结点电压公式推导特别适用于只有两个结点的电路的分析和计算。设结点电压为Uab则∵R2R1+-I1-+UabbaR3US2US1I2I3代入整理得分母为两结点间各支路电阻的倒数之和，恒为正。分子为各支路US与本支路R相除后的代数和。当US与Uab的参考方向一致时取正号，相反时取负号。结点电压公式:+-I1-+R2UabbaR3R1US2US1I2I3例试用结点电压法求各支路电流。已知US1=54V，US2=72V，R1=3ΩR2=6Ω，R3=2Ω。解：+-I1-+R2UabbaR3R1US2US1I2I3结点电压法应用举例（接上页）I1U1U3R1R4R3R2I4I3I2AB试求A点的电位及各支路电流。设UB=0V解：则例注意：①当两结点间某一条支路有理想电流源时，与之串联的电阻不计入分母。②分子中，理想电流源电流流入独立结点时取正，反之取负。BR1I2I1E1IsR2ARS试求A点的电位。例设解：1.3叠加定理1.3.1基本思想在含有多个电源的线性电路中，任一支路的电流（或电压），均等于各电源单独作用时在该支路产生的电压或电流的代数和。线性电路：由线性元件组成的电路。电源单独作用：恒压源不作用即短路，恒流源不作用即开路。代数和：与原电路假设的电压、电流参考方向一致者取正号，相反取负号。注意=+I2I3I1R2R3R1ISUS+-(a)原电路R2R3R1ISUS=0(b)IS单独作用时的电路R2R3R1IS=0US+-(c)US单独作用时的电路解：（1）画出原电路及各电源单独作用时的电路，并标出各支路电流的参考方向。1.3.2应用举例例如图,已知US=9V，IS=6A，R1=6Ω，R2=4Ω，R3=3Ω。试用叠加原理求各支路中的电流。②US单独作用时R2R3R1IS=0US+-

US单独作用时的电路①IS单独作用时R2R3R1ISUS=0IS单独作用时的电路（2）计算各电源单独作用时各支路的电流（3）叠加求出原电路中各支路电流。

=+I2I3I1R2R3R1ISUS+-(a)原电路R2R3R1ISUS=0(b)IS单独作用电路R2R3R1IS=0US+-(c)US单独作用电路例+-10I4A20V1010用叠加原理求I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I´4A1010+-10I"20V1010解：在用叠加原理分析含有受控源的电路时，只考虑独立电源的单独作用，受控源仅作一般电路参数处理，不能单独作用。例用叠加原理求I1+-12V132I1I16A+-(1)12V单独作用(２)6A单独作用12V+-132I1I16A+-I1'12V+-132I1'+-2I1''I1''136A+-I1'‘-61.3.3.几点注意事项1.叠加定理只适用于线性电路。去电源时，恒压源不作用即短路，恒流源不作用即开路，电路的结构和其它参数不变。解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。代数和时，与原电路假设的电流、电压参考方向

一致者取正号，相反取负号。=+5.叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用于求功率。如图示电路中运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每组电源个数可能不止一个。

则I3R3=+例已知：US=1V、IS=1A时Uo=0V；US=10V、IS=0A时，Uo=1V求：US=0V、IS=10A时

Uo=?US线性无源网络UOIS设解：（1）和（2）联立求解得：1.4等效电源定理有源二端网络RABU+-IABRU+-I等效电源定理用于化简复杂电路有源二端网络将有源二端网络等效为电压源或电流源。有源二端网络用电压源替代的方法称戴维宁定理；有源二端网络用电流源替代的方法称诺顿定理。1.4.1戴维宁定理1.基本思想

任意一个有源二端线性网络都可以用一个电压为Uo的理想电压源和阻值为Ro的内阻相串联的形式来等效。其中，Uo

等于该有源二端网络的开路电压，Ro等于该有源二端网络化为无源二端网络后的等效电阻。UoRo+_RL戴维宁等效电路ABU+-IRL有源二端网络ABU+-I有源二端网络有源二端网络去源后端口的等效电阻Ro等于等效电压源的内阻（去源方法：恒压源短接，恒流源开路。）有源二端网络端口的开路电压Uo

等于理想电压源的电压有源二端网络AB开路求电压Uo无源二端网络AB去源求内阻Ro求:I

=?例2.应用举例36422AIS+_18VbaIUSR1R2R3R解:(1)求开路电压Uo3622AIS+_18VbaUoUSR1R2R3(2)求等效内阻Ro362baRoUS=0R1R2R3IS=0(3)求待求电流I+_UoRoRI戴维宁等效电路ba448V已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：当

R5=10时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效电路有源二端网络例(1)求开端电压Uo(2)求等效内