电工与电子技术

电工与电子技术第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一§1.1-2电路的组成与电路模型

电路是电流的通路。由电源、负载和中间环节等电路元件或设备组成。实现电能的传输和转换;或信号的传递和处理。电池灯泡1.1.1

电路的组成电源/信号源负载中间环节负载电源EIRLU+_rO开关功率放大电压放大负载信号源中间环节电路模型电路由理想电路元件组成：——对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。电路简称—（电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件）由相应的电路参数来表征。第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一1.1.2

电路的基本物理量电流、电压、电位、电动势和电功率1.电流---单位时间(s：秒)内通过某一导体横截面的电荷量Q（C:库仑)，称为电流I（A:安培）。若为恒定电流时2.电压---电场力将单位正电荷（1C）从A点移至B点所做的功(1J)即为ab两点之间的电压(1V)。3.电位---电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间的电压。记作Va,参考点一般为零电位点Vo

。则4.电动势---用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至正极所做的功。ab参考点（参考电位）R＝2I=5AUab=10V＋－Eab接地零电位第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一5.电功率－单位时间内电流所做的功，简称功率。对于电阻负载：单位为瓦特（W）：即，设电路任意两点间的电压为

U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率P

为:aIRUb6.电能－电流在一段时间内所做的功，单位为焦耳(J)。当电能单位为“千瓦·小时”（kW·h)称为“度”：1度＝1kW·h＝36×105J

电流通过负载时，若电能完全转换成热能，则在t时间内，负载所发出的热量等于所耗用的电能。7.电流的热效应1卡＝4.817焦耳第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一电路分析中的物理量参考方向(假设正方向)问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR解决方法:(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。(2)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；IR1IR3IR2

电路中物理量的正方向实际正方向假设正方向§1.3电压和电流的参考方向第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

电路中物理量的正方向实际正方向假设正方向

实际正方向(实际方向):

物理中对电量规定的方向。

假设正方向（参考方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。(从电源内部）§1.3电压和电流的参考方向物理量正方向的表示方法正负号箭头双下标第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一物理量正方向的表示方法

从电源内部由负极（低电位）指向正极（高电位）。电动势：电压与电流：从电路的高电位端指向低电位端，即电压降方向EIRLU+_rO+_E+_rO正负号箭头ErO正负号+_U箭头UIab双下标UabIabUab与Iab（下标字母高电位在前，低电位在后）Uab＝－UbaIab＝－Iba电压与电流同向（关联方向)箭头：电压与电动势反向USUS+-第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一例

已知：E=2V,R=1Ω问：当Uab分别为3V和1V时，IR=?E

Rab解：(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：(3)数值计算（结果为正,实际方向与参考方向一致）（结果为负,实际方向与参考方向相反）UabIRURU?第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一(4)为了避免列方程时出错，习惯上把同一个元件上

I

与U

的方向按相同的参考方向假设（即U

与I为关联参考方向）。(1)方程式R=

U/I

仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先设定“参考方向”

(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示例

IRURab假设:与的方向一致假设:与的方向相反

IRURab（为关联方向）（为非关联方向）P=URIRP=－URIR第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要标明参考方向。RUIRUII和U参考方向相同（关联)I和U参考方向相反(非关联）§

1.4欧姆定律1.

电阻电路欧姆定律2.含源支路欧姆定律当Uab<E

时，I>0表明I的实际方向与图中假设方向一致。当Uab>E时，I<0表明I的实际方向与图中假设方向相反。RLE+_baIUabr03.全电路欧姆定律I/AU/V0遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻。第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一例1.4.1RUI+-6V2A(a)RUI+--6V2A(c)RUI+-6V-2A(b)RUI-+-6V-2A(d)分别求图a、b、c和d的电阻R。解图a：关联方向图b：非关联方向图c：非关联方向图d：关联方向例1.4.2解已知Uab=-12V，I=-2A,求电阻R。RI+-abnmUnmE1E2--++5V3V据欧姆定律，关联方向，有设b点为零电位，据电位的定义，有得P12第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一E+-IUroRL1.5.1通路---电源带负载工作负载RL

两端电压

U=IRL

由上两式得

U=E-Ir0由欧姆定律可得1.电压与电流§

1.5

电路的工作状态（通路、开路与短路）2.功率与功率平衡上式两边乘以I,得或即---电源产生的功率；---负载吸收的功率；---电源内阻耗损的功率；IUE电源的外特性曲线UIr0在闭合电路中，根据能量守衡关系：ΣP（发出）=ΣP（吸收）功率平衡问题第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一则元件吸收功率,起负载作用.3.如何判断电路元件是电源（起电源作用）产生功率，还是负载（起负载作用）消耗功率？则元件发出功率,起电源作用.

求各图电路元件的功率，并说明该元件是吸收功率还是发出功率。例解：图a:U与I的实际方向相同该元件吸收功率，是负载，充电。图b，U与I的实际方向相反该元件吸收功率，是电源，供电。图c，U与I的实际方向相反该元件吸收功率，是电源，供电。若元件的U与I的实际方向相反，电流从＋端流出:若元件的U与I的实际方向相同，电流从＋端流入:I＝2AUab+-15V(a)I＝－2AUab+-15V(b)I＝2AUab+-15V(c)小结：若电流的实际方向从元件的正极流出，该元件发出功率，起电源作用。若电流的实际方向从元件的正极流入，该元件吸收功率，起负载作用。补充：实际可以看功率的正负来判断。第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

（1）求电源的电动势E1和负载的反电动势E2;（2）并说明功率的平衡。例1.5.1解：E1+-I＝5AUab=220Vab+-R01E2+-R020.6Ω0.6Ω（1）求电动势E1;据含源支路欧姆定律，得电流的实际方向从＋端流出:E1是电源，供电。（2）求电动势E2;据含源支路欧姆定律，得电流的实际方向从＋端流入:E2是负载，充电。(3)说明功率的平衡由(2)代入(1)得：两边同乘以I得：P14第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期一1.5.2电源开路(空载)当开关断开时,相当于RL为无穷大。

I=0U=Uo=EP=UI=0

E+－IUOrORL电源短路时,相当于RL为零。

U=0

I=Is=E/ro

P=UI=0,

PE=∆P=I2roE+－ISUrORL1.5.3电源短路第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期一

求PE,P,ΔP和r0

及其压降Ur0例解：若发生短路，则短路电流：E+－I＝4AU＝115VrORLab125VUr0例1.5.4若电源的开路电压Uo=12V，其短路电流IS=30A，该电源的电动势和内阻各为多少？解电源的电动势电源的内阻利用电源（网络）的开路电压和短路电流，可求出其电动势和内阻。P17第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期一§1.6

基尔霍夫定律（克希荷夫定律）

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。名词注释：结点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、…...（共7个）结点：a、b、…...

(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-TheKirchhoff’slaws

第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期一1.6.1基尔霍夫电流定律Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)KCL的依据：电流的连续性。

对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。即：I1I2I3I4例或：I=0电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I3=I2例I=0KCL的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期一例1.6.1解SKCL的扩展I1I2I3abcI4I5I6I1+I4-I6=0a点-I2-I4+I5=0b点c点I3-I5+I6=0I1–I2+I3=03式相加，得S封闭面的电流代数和I1+I3=I2试求I4

。据KCL,有代入数据得I1I2I3I4-3A-2A2AP20第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期一1.6.2基尔霍夫电压定律(KVL)Kirchhoff’sVoltageLaw

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为0。即：例如：回路a-d-c-a电位升电位降或：或：电动势代数和电阻上电压降的代数和例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期一KVL解题步骤：2、确定元件正方向。电阻为电流方向。电源为正极指向负极(电位方向)。1、确定回路及参考方向。3、利用公式解题。解题时元件正方向与参考方向一致时取正元件，反之取负元件。IRLU+_rOU00IrUU0ab+=第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期一电位升电位降KVL也适合开口电路。据KVL,得求a,b间的电压Uab解：例IE+_RabUabE2E1R16V=3V8Ω=16Ω=1AI2I1R2baUab-3A＋＋－－求流过回路中的电流I.例解：据KVL,得E1IR112VE23V4Ω5Ω6Ω3ΩR3R2R4＋＋－－第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期一例1.6.2解：对ABCDA回路，据KVL,有USR1EBRB＋－－＋UBEBEIB＋－I1I2UCD闭合会路中，各支路的元件是任意的，试求和。UCA－4V5VUABUDAUCDUCAUBC＋－ABCD－＋＋－＋－－＋－3V即得对ABCA开口回路，据KVL,有即得已知RB

＝20kΩ，R1

＝10kΩ，US

＝EB

＝6V,UBE

＝－0.3V，求电流IB

、I1和I2

。补充例题解：对右开口回路，据KVL,有即得对左回路，据KVL,有即得对结点据KCL,有得P22第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期一电位的概念：ab15A在电路中任选一节点，设其电位为零（用标记），此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。§1.7

电路中各点电位的计算ab15A

a

点电位：

b

点电位：或电位的特点：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电位为单下标标记。电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的（单值性），不会因参考