电气工程师-电路基础演示课件

注册电气工程师考试辅导电路基础部分精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第1页。一、电路的基本概念

和基本定律精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第2页。考试点1、掌握电阻、独立电压源、独立电流源、受控源、电容、电感、耦合电感、理想变压器诸元件的定义、性质2、掌握电流、电压参考方向的概念3、熟练掌握基尔霍夫定律精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第3页。1.1掌握诸元件的

定义、性质精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第4页。电阻元件一、欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成： u=±i·R在电压和电流的关联方向下u=i·R在电压和电流非关联方向下u=-i·RRi+_uRi+_u精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第5页。1、定义

G=1/R2、单位

S（西门子） 电阻的单位为Ω(欧姆)， 计量高电阻时，则以kΩ和MΩ为单位。二、电导精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第6页。三、电阻元件的伏安特性

以电压和电流为坐标， 画出电压和电流的关系曲线。Oui精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第7页。电容元件一、电容的定义+u-+q-qCi二、电容的特性方程精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第8页。三、电容元件的特性方程的积分式ti(t)O

t1t2t3tOu(t)tu(t)Ott1t2t3i(t)O精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第9页。四、电容元件储存的能量电容元件在任何时刻t所储存的电场能量精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第10页。

电感元件+-ui一、线圈的磁通和磁通链如果u的参考方向与电流i的参考方向一致线性电感元件的自感磁通链与元件中电流有以下关系精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第11页。二、电感元件的特性方程+-uiL三、电感元件特性方程的积分形式四、电感元件储存的磁场能量精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第12页。

电压源和电流源一、电压源1、特点（1）电压u(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。2、图形符号+-只用来表示直流OttO既可以表示直流也可以表示交流精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第13页。+-+-i=0+-i+-外电路3、电压源的不同状态空载有载4、特殊情况电压为零的电压源相当于短路。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第14页。伏安特性电压源模型IUEUIRO+-ERo越大斜率越大精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第15页。理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即Uab

E；（2）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第16页。恒压源中的电流由外电路决定设:

E=10VIE+_abUab2R1当R1

R2

同时接入时：I=10AR22例

当R1接入时：I=5A则：精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第17页。恒压源特性中不变的是：_____________E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+_I恒压源特性小结EUababR精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第18页。1、特点（1）电流i(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。（2）电压则随与它所联接的外电路的不同而不同。2、图形符号二、电流源精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第19页。+-u=0i外电路i短路有载4、特殊情况电流为零的电流源相当于开路。+-u3、电流源的不同状态精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第20页。标准电流源ISROabUabIIsUabI外特性

电流源模型RORO越大特性越陡精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第21页。理想电流源（恒流源):

RO=

时的电流源.特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第22页。恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AR=10

时，U=10

VR=1

时，U=1

V则:例精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第23页。恒流源特性小结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abIUabIsR精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第24页。恒流源举例IcIbUce

当I

b

确定后，Ic

就基本确定了。在IC

基本恒定的范围内，Ic

可视为恒流源(电路元件的抽象)。cebIb+-E+-晶体三极管UceIc精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第25页。电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？例IER_+abUab=?Is原则：Is不能变，E不能变。电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第26页。恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量E+_abIUabUab=E

（常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab

无影响。IabUabIsI=Is

（常数）I

的大小、方向均为恒定，外电路负载对I

无影响。输出电流I

可变-----

I

的大小、方向均由外电路决定端电压Uab

可变-----Uab

的大小、方向均由外电路决定精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第27页。受控电源一、电源的分类电源独立电源受控源电压源的电压和电流源的电流,不受外电路的影响。作为电源或输入信号时，在电路中起“激励”作用。受控电压源的电压和受控电流源的电流不是给定的时间函数，而是受电路中某部分的电流或电压控制的。又称为非独立电源。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第28页。二、以晶体管为例BEC三、受控源的类型１、电压控制电压源(VCVS)2、电压控制电流源(VCCS)精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第29页。3、电流控制电压源(CCVS)4、电流控制电流源（CCCS）BECR1R2等效电路模型精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第30页。受控源分类U1压控电压源+-+-E压控电流源U1I2流控电流源I2I1I1+-流控电压源+-E精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第31页。含有耦合电感电路的计算

---预备知识一、互感+_11‘22‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第32页。+_11‘22‘1、自感磁通链线圈1中的电流产生的磁通在穿越自身的线圈时，所产生的磁通链。中的一部分或全部交链线圈2时产生的磁通链。2、互感磁通链精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第33页。磁通（链）符号中双下标的含义：第1个下标表示该磁通（链）所在线圈的编号，第2个下标表示产生该磁通（链）的施感电流所在线圈的编号。

同样线圈2中的电流i2也产生自感磁通链ψ22和互感磁通链ψ12

（图中未标出）+_11‘22‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第34页。这就是彼此耦合的情况。

耦合线圈中的磁通链等于自感磁通链和互感磁通链两部分的代数和， 如线圈1和2中的磁通链分别为则有+_11‘22‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第35页。二、互感系数

当周围空间是各向同性的线性磁介质时，每一种磁通链都与产生它的施感电流成正比，互感磁通链即有自感磁通链：上式中M12和M21称为互感系数，简称互感。互感用符号M表示，单位为H。可以证明，M12=M21，所以当只有两个线圈有耦合时，可以略去M的下标，即可令M=M12=M21精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第36页。两个耦合线圈的磁通链可表示为：=L1i1±Mi2=±Mi1

+L2i2

上式表明，耦合线圈中的磁通链与施感电流成线性关系，是各施感电流独立产生的磁通链叠加的结果。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第37页。M前的号是说明磁耦合中，互感作用的两种可能性。“+”号表示互感磁通链与自感磁通链方向一致，称为互感的“增助”作用；“-”号则相反，表示互感的“削弱”作用。为了便于反映“增助”或“削弱”作用和简化图形表示，采用同名端标记方法。三、同名端1、同名端的引入ψ1=L1i1±Mi2ψ2=±Mi1

+L2i2精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第38页。2、同名端

对两个有耦合的线圈各取一个端子，并用相同的符号标记，这一对端子称为“同名端”。当一对施感电流从同名端流进（或流出）各自的线圈时，互感起增助作用。**+_11‘22‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第39页。i1i2L1L2u1u211‘22‘Mψ1=L1i1+Mi2ψ2=Mi1+L2i2**+_11‘22‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第40页。四、互感电压

如果两个耦合的电感L1和L2中有变动的电流，各电感中的磁通链将随电流变动而变动。 设L1和L2的电压和电流分别为u1、i1和u2、i2，且都取关联参考方向，互感为M，则有：令自感电压互感电压精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第41页。 u12是变动电流i2在L1中产生的互感电压，

u21是变动电流i1在L2中产生的互感电压。 所以耦合电感的电压是自感电压和互感电压叠加的结果。 互感电压前的“+”或“-”号的正确选取是写出耦合电感端电压的关键，说明自感电压互感电压精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第42页。

如果互感电压“+”极性端子与产生它的电流流进的端子为一对同名端，互感电压前应取“+”号， 反之取“-”号。Mi2u12ML1L2u21i1选取原则可简明地表述如下：精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第43页。五、互感电压的等效受控源表示法当施感电流为同频正弦量时，在正弦稳态情况下，电压、电流方程可用相量形式表示:精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第44页。六、耦合系数

工程上为了定量地描述两个耦合线圈的耦合紧疏程度，把两线圈的互感磁通链与自感磁通链的比值的几何平均值定义为耦合因数，记为k k的大小与两个线圈的结构、相互位置以及周围磁介质有关。改变或调整它们的相互位置有可能改变耦合因数的大小。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第45页。含有耦合电感电路的计算一、两个互感线圈的串联1、反向串联（互感起“削弱”作用）R1L1R2L2Mu1u2u精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第46页。R1L1R2L2Mu1u2uu1u2R1R2L1-ML2-Mu无互感等效电路精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第47页。u1u2R1R2L1-ML2-Mu对正弦稳态电路，可采用相量形式表示为精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第48页。u1u2R1R2L1-ML2-Mu精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第49页。每一条耦合电感支路的阻抗和电路的输入阻抗分别为：u1u2R1R2L1-ML2-Mu精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第50页。

反向串联时，每一条耦合电感支路阻抗和输入阻抗都比无互感时的阻抗小（电抗变小），这是由于互感的削弱作用，它类似于串联电容的作用，常称为互感的“容性”效应。u1u2R1R2L1-ML2-Mu精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第51页。2、顺向串联每一耦合电感支路的阻抗为：而R1L1R2L2Mu1u2u精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第52页。二、并联R1R201R1R211、同侧并联去耦等效电路01×jω(L1-M)jωMjω(L2-M)精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第53页。R1R201R1R2102、异侧并联去耦等效电路-jωMjω(L1+M)jω(L2+M)精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第54页。5Ωj7.5Ω3Ωj6Ωj12.5ΩK+-例：电压U=50V，求当开关K打开和闭合时的电流。解：当开关打开时两个耦合电感是顺向串联=1.52/-75.96°A精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第55页。5Ωj7.5Ω3Ωj6Ωj12.5ΩK+-当开关闭合时两个耦合电感相当于异侧并联利用去耦法，原电路等效为5Ω3Ω+-j13.5Ω-j6Ωj18.5Ω7.79/-51.50°A精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第56页。5Ω3Ω+-j13.5Ω-j6Ωj18.5Ω5Ωj7.5Ω3Ωj6Ωj12.5ΩK+-计算AB两点间的电压ABABB精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第57页。理想变压器精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第58页。空心变压器一、变压器的结构 变压器是电工、电子技术中常用的电气设备，它是由两个耦合线圈绕在一个共同的心子上制成。1、原边回路（或初级回路） 一个线圈作为输入，接入电源后形成的一个回路。2、副边回路（或次级回路） 另一线圈作为输出，接入负载后形成另一个回路。3、心子 空心变压器的心子是非铁磁材料制成的。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第59页。R1R211‘22`二、空心变压器的电路模型负载设为电阻和电感串联。RLjXL+_++2、电路方程1、电路模型精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第60页。3、原边等效电路令Z11=R1+jωL1，称为原边回路阻抗

Z22=R2+jωL2+RL+jωXL，称为副边回路阻抗

ZM=jωMY11=1/Z11Y22=1/Z22

R1R211‘22`RLjXL+_精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第61页。Z11=R1+jωL1

Z22=R2+jωL2+RL+jωXL

ZM=jωM Y11=1/Z11 Y22=1/Z22

++精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第62页。第一个式子中的分母是原边的输入阻抗其中称为引入阻抗，它是副边的回路阻抗通过互感反映到原边的等效阻抗。引入阻抗的性质与Z22相反，即感性（容性）变为容性（感性）。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第63页。+-Z11原边等效电路精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第64页。4、从副边看进去的含源一端口的一种等效电路得到此含源一端口在端子2-2‘的开路电压戴维宁等效阻抗Zeq=R2+jωL2+(ωM)2Y11RLjXL+-(ωM)2Y1122‘精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第65页。

一、理想变压器的电路模型u1u2n:1i1i2N1N21、电路模型理想变压器精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第66页。u1u2n:1i1i2N1N2N1i1+N2i2=02、原、副边电压和电流的关系上式是根据图中所示参考方向和同名端列出的。n=N1/N2，称为理想变压器的变比。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第67页。二、理想变压器的功率即输入理想变压器的瞬时功率等于零，所以它既不耗能也不储能，它将能量由原边全部传输到输出，在传输过程中，仅仅将电压电流按变比作数值变换。N1i1+N2i2=0将理想变压器的两个方程相乘得u1i1+u2i2=0精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第68页。空心变压器如同时满足下列3个条件，即经“理想化”和“极限化”就演变为理想变压器。（1）空心变压器本身无损耗（2）耦合因数k=1（3）L1、L2和M均为无限大，但保持三、空心变压器转变为理想变压器精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第69页。四、阻抗变换

理想变压器对电压、电流按变比变换的作用，还反映在阻抗的变换上。在正弦稳态的情况下，当理想变压器副边终端2-2’接入阻抗ZL时，则变压器原边1-1’的输入阻抗n2ZL即为副边折合至原边的等效阻抗，如副边分别接入R、L、C时，折合至原边将为n2R、n2L、也就是变换了元件的参数。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第70页。

最大功率传输

含源一端口向终端负载Z传输功率，当传输的功率较小（如通讯系统，电子电路中），而不必计较传输效率时，常常要研究使负载获得最大功率（有功）的条件。Ns+_Z11‘+_Z+_11‘戴维宁定理精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第71页。获得最大功率的条件为即有此时获得的最大功率为上述获得最大功率的条件称为最佳匹配。设则负载吸收的有功功率为精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第72页。1.2电流和电压的参考方向

精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第73页。

任意指定一个方向作为电流的方向。 把电流看成代数量。 若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值； 若电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。2、参考方向：1、实际方向： 正电荷运动的方向。一、电流精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第74页。3、电流参考方向的表示方法ABi箭头或双下标精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第75页。二、电压1、实际方向： 高电位指向低电位的方向。2、参考方向：

任意选定一个方向作为电压的方向。 当电压的参考方向和它的实际方向一致时，电压为正值； 反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第76页。正负号u_+ABUAB（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头uAB3、电压参考方向的表示方法：UAB=ФA-ФB精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第77页。

电流的参考方向与电压的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向;

否则为非关联参考方向。元件i+_u三、关联参考方向精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第78页。1、“实际方向”是物理中规定的， 而“参考方向”是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。2、在以后的解题过程中，注意一定要 先假定“正方向”

(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。注意精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第79页。1.3基尔霍夫定律

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。名词注释结点(node)：三个或三个以上支路的联结点支路(branch)：电路中每一个分支回路(loop)：电路中任一闭合路径精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第80页。支路数b=5结点数n=3回路数l=6R1R2R3R4R5+_+_uS1uS2精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第81页。1、内容：

在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。2、公式：3、说明： 规定流入结点的电流前面取“+”号，

流出结点的电流前面取“-”号。 电流是流出结点还是流入结点按电流的参考方向来判断。一、基尔霍夫电流定律（KCL）精选编制电气工程师-电路基础演示课件全文共91页，当前为第82页。R1R2