电工基础（第2版）PPT完整全套教学课件

电工技能训练（第六版）全套PPT课件目录第一章

电路基础第二章

简单直流电路第三章

复杂直流电路第四章

电容器第五章

电与磁第六章

正弦交流电路第七章

三相交流电路第八章

周期性非正弦交流电路谢谢

THANKS第一章

电路基础4§１－２电路中的基本物理量§１－１电路的基本知识§１－３欧姆定律§１－４电功率与电功任何电子设备的电路以及各种常用机械电气设备（如车床、磨床、铣床等）的电气控制线路都是由各种各样的元器件有机地组合在一起的。如图所示工厂常用的台式钻床的电气部分就属于一个简单的电气控制线路，它是由380V三相交流电源、熔断器、三相开关、三相异步电动机及连接线路有机地组合而成。67台式钻床及其电气控制线路a）台式钻床

b）台式钻床的电气控制线路§1-1

电路的基本知识8学习目标1.掌握电路的组成及各部分的作用。2.了解电路模型，熟悉常用电气元件的图形符号及文字符号。3.熟悉电路图和框图的画法和作用。9一、电路电流流过的路径称为电路。日常生活中使用的手电筒，就是通过开关、连接导线把电池和灯泡连接起来的一个照明电路。当合上开关时，电流就会流过灯泡使灯泡点亮；当断开开关时，灯泡熄灭。在工厂的车床和钻床中，电动机通过开关、连接导线和电源接通时，就会得电并转动起来。如图所示就是一个最基本、最简单的电路，它是由干电池、灯泡、开关和连接导线组成的照明电路。实际中，任何一个完整的电路都是由电源、负载、开关和连接导线四部分组成的。1011电路和电路图a）实物接线图b）电路图1.电源电源是产生电能的装置，它的作用是把其他形式的能转换成电能，如发电机、蓄电池、干电池等都是电源。2.负载负载是消耗电能的装置，它的作用是把电能转换成其他形式的能，所以负载又称为用电器。如电灯能把电能转换成光能，电烙铁能把电能转换成热能，电动机能把电能转换成动能，因此它们都属于负载。3.开关开关是控制装置，在电路中起接通或断开电路的作用。124.连接导线连接导线起连接作用，可以通过导线把电源、负载和开关连接起来，组成一个完整的电路。电路的主要作用有两个方面：一是用于电能的传输、分配和转换，例如，供电线路可以把发电厂发出的电能传输到远处的各个负载，再由负载转换成各种不同形式的能；二是电路可以实现电信号的产生、传递和处理，如计算机就是通过电路实现各种信息的计算、存储和显示。13二、电路模型与电路图1.电路模型实际使用的电气设备和元件，如工厂企业中广泛使用的电动机、接触器、灯泡、电容器等，都称为实际电路元件。这些实际电路元件在使用过程中所产生的各种效应是很复杂的。所谓的理想电路元件，实际就是指代表单一电磁性质的元件，也叫纯电路元件。用理想电路元件代替和表示实际电路元件后，可以使电路分析和计算简化。但有时根据实际的要求，一些实际电路元件又不能笼统地简化，这时可以用若干个理想电路元件的有机组合来确切地表示一个实际电路元件。142.电路图电路模型简称电路。用理想电路元件的图形符号表示的电路模型，称为电路图。一般的电路可以用电路图来表示。为了画图方便且直观，实际上通常采用国家统一规定的图形符号来画电路图。15常用电气元件的图形符号及文字符号16常用电气元件的图形符号及文字符号三、框图框图也叫方块图，是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图，它也是原理图的一种。原理电路图详细地描述了电路的全部元器件及其连接方式，而框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中标注上该部分电路的名称和作用，然后在方框之间用连线来说明各方框之间的关系，这对于研究分析较复杂的电路十分重要。17如图所示就是电源稳压电路的原理电路图和框图。两者相比可以看出，电源稳压电路的原理电路图相当复杂，而用框图表示就变得简单且清晰。首先，电源变压器将交流电源电压变换成所需要的较低的交流电压，然后再由整流电路将正弦交流电转变成脉动直流电，滤波电路则是滤除整流输出电压的纹波，稳压电路可以保证有稳定的直流电压输出。1819电源稳压电路a）原理电路图b）框图§1-2电路中的基本物理量20学习目标1.掌握电流的形成、电流大小和方向的规定，熟悉电流的测量方法。2.掌握电流密度的定义及其在实际中的应用。3.掌握电压和电位的定义及其在实际中的应用，熟悉电压和电位的测量方法。4.掌握电动势的定义及其在电路中的作用。5.掌握电阻的定义，了解导体的电阻与哪些因素有关。6.了解电阻在电路中的作用，掌握电阻的识别方法和测量方法。21为了让使用者能够正确使用各种电气设备，一般都在其显著位置标注有关的电路参数。如图所示为一个电力驱动控制电路中常见的行程开关，它的作用是利用生产设备的某些运动部件的机械位移来碰撞滚轮，使其开关触头产生动作，从而将机械信号转换成电信号，控制接通或断开其他控制电路。行程开关通常用于限制机械运动的位置或行程，使运动机械实现自动停止、反向运动、自动往返运动等。它的上面标有“AC380V，DC220V，5A”等字样，你知道它的含义吗？本节就来介绍这些物理量。2223行程开关一、电流1.电流的方向自然界存在着许多种运动形式，电流只是物质运动的一种形式而已。24电流的形成a）金属导体中的电流b）液体中的电流在分析、计算较复杂电路时，往往需要确定电流的方向，但有时对某段电路中电流的方向又难以作出判断。25电流正负值的确定a）电流为正值b)电流为负值根据电流的大小和方向随时间变化的情况，可把电流分为直流电流和交流电流两大类，直流电流又可细分为稳恒直流电流和脉动直流电流两大类，见表。工矿企业车间里的各种车床、照明灯等使用的都是交流电流，干电池提供的是稳恒直流电流，而整流电路输出的是脉动直流电流。2627电流的分类28电流的分类2.电流的大小电流的大小是指单位时间内通过导体横截面电荷量的多少。在直流电路中，如果在时间t内通过导体横截面的电荷量为Q，则电流I为：

式中，I、Q、t的单位分别为安培（A）、库仑（C）、秒（s）。293.电流密度在实际工作中，经常会遇到如何选择导线粗细（横截面积）的问题，这就涉及电流密度的概念。当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值，称为电流密度，用符号J表示，其数学表达式为：上式中，电流I的单位为A，横截面积S的单位为mm2，电流密度J的单位为A／mm2。如图所示，显然图a所示的电流密度大，图b所示的电流密度小。30电流密度a）电流密度大b）电流密度小4.产生电流的条件电路和水路有很多相似之处。如图a所示，为了维持水流的不断流动，在水路中必有水泵的作用，它将水不断地由低水位b抽向高水位a，于是在a、b两点之间形成一个水位差（水压）。31水路和电路a）水路b）电路二、电压与电位1.电压电压是衡量电场力做功本领大小的物理量。前面已知，只有在水压作用下才能产生水流。而在电路中，只有在电压作用下才能产生电流。电流实际上是电荷在电场力作用下的定向运动所形成的，显然，在这个过程中，电场力对电荷做了功。为了衡量电场力对电荷做功本领的大小，引入了电压这个物理量。3233电场力做功电压不但有大小，还有方向，即有正负。对于负载来说，规定电流流进端为电压的正端，电流流出端为电压的负端。电压的方向由正指向负，也就是说负载中电压的实际方向与电流方向一致。2.电位在电子技术中，经常用到电位的概念。特别是在分析较复杂的电子电路时，运用电位的概念进行分析会显得较为方便。定义：如果任选电路中一点O为参考点，那么电路中a点的电位Va就等于电场力将单位正电荷从a点移到参考点O所做的功，即：参考点的电位等于零，所以参考点又叫零电位点。如果在电路中任选一个参考点，并令它的电位为零，则电路中某一点的电位就应等于该点与参考点之间的电压。可见，电位实质上也是电压，只不过是相对参考点的电压。所以，电位的单位也是伏特。34电位和电压的异同点：（1）电位是某点对参考点的电压，电位差是某两点间的电压。因此，电位相同的各点间的电位差为零，电流也为零。（2）电位是相对量，随参考点的改变而改变；而电位差的绝对值不随参考点的改变而改变，所以电压是绝对量。（3）电位和电压的单位相同，都是伏。测量电路中某点电位的大小时，通常也采用电压表或万用表的电压挡。实际中，当电路的元件数目较多时，把所有两点间的电压都表示出来是很烦琐的，如果采用电位表示就会变得简单而清晰。3536电压表示法和电位表示法三、电动势电动势是衡量电源将非电能转换成电能的本领的物理量。电动势的定义：在电源内部，外力将单位正电荷从电源负极移到电源正极所做的功，用符号E表示，即：可见，电动势的作用与水泵的作用非常相似。在水路中，水泵的作用是把水从低水位抽到高水位；而在电路中，电动势的作用是把正电荷从低电位搬到高电位。电动势的单位和电压一样，也是伏特。37电动势的方向规定：在电源内部，由负极指向正极，即由低电位指向高电位。需要指出的是，对于一个实际的电源来说，它的内部既有电动势又有电压。例如，常用的电池就是一个电源，随着电池使用时间的延长，电池两端的电压将下降，当降低到一定的数值时，电池就不能使用了。电动势在电路中主要起提供电能的作用。要测量电源电动势的大小，通常也采用电压表或万用表的电压挡。38四、电阻1.电阻的定义当电流通过导体时，由于自由电子在运动中不断与导体内的原子、分子发生碰撞，以及自由电子相互之间的碰撞，都会使其运动受到阻碍，这种导体对电流的阻碍作用就称为电阻，用字母R或者r表示。39电阻的单位是欧姆，简称欧，用符号Ω表示。除了欧姆之外，常用的电阻单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。它们之间的换算关系是：1kΩ＝103Ω1MΩ＝103kΩ值得注意的是，导体的电阻是客观存在的，它不随导体两端电压的大小变化。即使没有电压，导体仍然有电阻。402.电阻定律实验证明，在温度一定时，导体的电阻与导体长度成正比，与导体横截面积成反比，还与导体的材料有关。3.电阻与温度的关系实验还表明，导体的电阻还与温度有关。通常情况下，金属导体的电阻都是随温度的升高而增大，这是由于金属导体中的自由电子本来就很多，当温度升高时，自由电子的数目更多，金属中原子和分子的热运动加剧，电子在导体中运动时，彼此发生碰撞的机会增多，因此电阻也会增大。41利用某些材料电阻随温度变化而改变的特性可以制成热敏电阻，如图所示。电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻，可以用于温度的测量或者电子线路的自动保护电路中。电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻。热敏电阻424.电阻的伏安特性曲线在温度一定的条件下，通过电阻的电流随电压变化而变化的关系曲线，称为电阻的伏安特性曲线，如图所示。43电阻的伏安特性曲线5.电阻器及其在电路中的作用（1）常见电阻器电阻器也简称为电阻。在电子线路中，电阻是使用最多的元件之一。常用的电阻种类很多，按照其结构不同可分为固定电阻、可变电阻和微调电阻。常见的固定电阻主要有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等，如图所示。常见固定电阻的外形a）碳膜电阻b）金属膜电阻c）线绕电阻44可变电阻是一种常见的可调电子元件，常用于需要调节电阻大小的场合，通过调节电阻的大小达到调节电位的目的，故又称为电位器，如用于调节收音机音量大小的电位器。常见电位器的外形45（2）电阻在电路中的作用电阻在电路中的作用主要是限流和分压。1）限流作用。在电压一定的情况下，电阻越大，流过的电流越小，即起“限流”作用。2）分压作用。电流I通过电阻R时，一定会产生一个电压降U，这就是电阻的分压作用。46电阻的限流和分压作用a)限流作用b)分压作用47（3）电阻常用标注方法电阻常用的标注方法有直标法和色环法两种。1）直标法。直标法就是把元件的主要参数直接印制在元件的表面，这种方法主要用于功率比较大的电阻。482）色环法。随着电子元器件的不断小型化，使得电阻体积越来越小，已经很难在电阻上标记数字，因此，目前小功率电阻广泛使用色环法标注。色环法就是用不同的颜色环表示不同的数字，通过颜色的不同来表示电阻值和允许偏差的方法。一般用背景颜色区别电阻的种类：浅色（淡绿色、淡蓝色、浅棕色）表示碳膜电阻，红色表示金属或金属氧化膜电阻，深绿色表示线绕电阻等。一般用4个或5个色环表示电阻阻值及允许偏差，如图所示。49两种色环电阻阻值的标注图§1-3

欧姆定律50学习目标1.掌握部分电路欧姆定律及其应用。2.掌握全电路欧姆定律及其应用。3.熟悉电路的三种状态。51欧姆定律是德国物理学家欧姆通过大量实验总结出的电流与电压、电阻三者之间的关系，是研究和分析电路的最基本定律之一。52一、欧姆定律电流、电压和电阻是电路中的3个基本物理量，分析、计算电路就是研究以上各量之间的关系，以确定它们的大小。欧姆定律就是反映电阻元件两端的电压与通过该元件的电流和电阻三者之间关系的定律，电路如图所示，其数学表达式为：式中I——电流，A；

U——电压，V；

R——电阻，Ω。53由上式可知，通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，而与电阻成反比。对于任一段电阻电路，只要知道电路中的电压、电流和电阻这三个量中的任意两个量，就可由欧姆定律求得第三个量。由于这个欧姆定律适用于“某一部分电路”，所以欧姆定律有时也称为“部分电路的欧姆定律”。54欧姆定律电路二、全电路欧姆定律含有电源的闭合电路称为全电路，它由内电路和外电路两部分组成。其中内电路是指电源内部的电路，包括电源电动势和电源内部的电阻（内阻）两部分，电流由电源的负极流向正极；外电路是指电源以外的电路，如图a所示。全电路欧姆定律的内容：闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻成反比，数学表达式为：也可整理成：55式中，U内是电源内阻上的电压降，U外是外电路的电压降，也是电源两端的输出电压，称为电源的端电压。上式说明，电源的电动势在数值上等于闭合电路中内外电路电压降的和。56全电路欧姆定律和闭合水路a)全电路欧姆定律b)闭合水路三、电路的三种状态应用全电路欧姆定律，可以很方便地讨论电路在三种不同状态下输出电流与电源端电压之间的关系。1.通路如图所示，当开关处于位置“3”时，电路处于通路状态。此时电路中的电流为：电源端电压与输出电流的关系为：上式说明，当电源电动势E和内阻r一定时，输出电流I越大，端电压U越低。572.开路在图中，当开关处在位置“2”时，电路处于开路（也称断路）状态，相当于外电阻R→∞。3.短路当图中的开关处在位置“1”时，电路处于短路状态。58电路的三种状态§1-4

电功率与电功59学习目标1.理解电功率的定义及物理意义。2.掌握电功的定义及测量。3.掌握焦耳定律的定义及应用。4.了解电气设备额定值的意义。5.掌握负载获得最大功率的条件及应用。60一、电功率电功率就是单位时间内电场力所做的功，用P表示，单位为瓦特，简称瓦，用符号W表示。电功率表示电流做功的快慢。如图所示电路中R为一个电阻，它两端的电压是U，通过的电流是I，则单位时间内电场力在电阻上做的功应为电压与电流的乘积，即：式中P——电功率，W；

U——电压，V；

I——电流，A；

R——电阻，Ω。61常用的电功率单位除了瓦特以外，还有兆瓦（MW）、千瓦（kW）和毫瓦（mW）。它们之间的换算关系为：1MW=103kW1kW=103W1W=103mW62二、电功电动机、电灯的功率只表示它们做功的快慢，而它们所完成的工作量，不仅取决于其功率的大小，还与它们工作的时间长短有关。电功就是用来表示负载在一段时间内所消耗电能的大小，即：W=Pt=UIt式中P——功率，W；

t——时间，s；

W——电功，单位为焦耳，简称焦，用符号J表示。63实际工作中，电功的单位常用千瓦·时（kW·h）来表示，也就是平常所说的“度”。1度＝1kW·h＝3.6×106J电功的大小用电能表来测量。64三、焦耳定律电流通过电阻时使电阻发热的现象称为电流的热效应。换句话说，电流的热效应就是电能转换为热能的现象。电流通过电阻后所产生的热量与电流的平方、电阻的大小及通电的时间成正比，这就是焦耳定律。电能转换为热能的关系可用下式表示：Q=I2Rt式中I——导体中通过的电流，A；

R——导体的电阻，Ω；

t——电流通过导体的时间，s；

Q——电阻上产生的热量，J。65四、电气设备的额定值为保证电气元件和设备能够长期安全地工作，实际中都规定了它们的最高工作温度。而最高工作温度主要取决于热量，热量又与电流、电压或功率有关，因此，通常把电气元件和设备长期安全工作时所允许的最大电流、电压和功率分别称为额定电流、额定电压和额定功率，并将它们标在显著的位置。66五、最大功率传输定理如图a所示是一个接有负载的全电路。67负载获得最大功率的条件第二章

简单直流电路68§２－２电阻的并联§２－１电阻的串联§２－３电阻的混联§２－４电池组的连接§２－５电路中电位和电压的计算电路按照通入电流的不同，分为交流电路和直流电路两大类，直流电路又分为简单直流电路和复杂直流电路两大类。简单直流电路是指可以用电阻串并联关系化简成单一闭合回路的直流电路，也是最基本的电路。而复杂直流电路是指不能用电阻串并联等效的电路。70万用表内部电路§2-1

电阻的串联71学习目标1.掌握电阻串联电路的特点。2.掌握电阻串联电路的应用。72一、电阻串联电路在电路中，电阻的连接方式是多种多样的。如果把多个电阻逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。如图a所示即3个电阻的串联电路。73串联电路及其等效电路a)3个电阻的串联电路

b)等效电路串联电路具有以下特点：1．I＝I1＝I2＝I3=…=In上式说明，在串联电路中各处电流相等。这是因为电阻串联时，电路中无分支，电流只有一条通路，使得单位时间内通过导体任意横截面的电荷量都相等。2．U＝U1＋U2＋U3＋…＋U

n上式说明，串联电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和。3．R＝R1＋R2＋R3＋…＋R

n在串联电路中，总电阻（也叫作等效电阻）等于各串联电阻之和。744．在串联电路中，各电阻两端的电压与它的阻值成正比，即：5．串联电路中，各电阻消耗的功率与电阻的大小成正比，即在串联电路中，阻值越大的电阻消耗的功率越大，阻值越小的电阻消耗的功率越小。75二、电阻串联在实际中的应用电阻串联的应用非常广泛，在实际工作中常见的有分压作用、限流作用以及获得大电阻等。1．电阻串联具有分压作用因为电阻通过电流要产生电压降，承担了电路的一部分电压，所以电阻串联具有分压作用。利用串联电阻具有分压作用的原理，可以做成电阻分压器、电位器等；也可以在只能测量小电流的表头上串联一个适当阻值的电阻，实现扩大电压表量程的目的。762．电阻串联具有限流作用由串联电路的特点可看出：如果在电路中串联一个电阻，那么电路的等效电阻就要增大，在电源电压不变的情况下，电路中的电流将减小，所以串联电阻可起到限流作用。实际生产中，大型电动机启动时，为了防止启动电流过大，常在启动回路中串入一个启动电阻，以减小启动电流，这叫作电动机的串电阻启动。3.电阻串联可以得到较大阻值的电阻如现只有2kΩ的电阻若干，而急需10kΩ的电阻，则可以将5个2kΩ的电阻串联，从而得到10kΩ的电阻。77§2-2

电阻的并联78学习目标1．掌握电阻并联电路的特点。2．掌握电阻并联电路的应用。79一、电阻并联电路把几个电阻的一端连接在电路中的一个点上，另一端连接在另一个点上，这种连接方式叫作电阻的并联。如图a所示即3个电阻的并联电路。80并联电路及其等效电路a）3个电阻的并联电路b）等效电路并联电路具有以下特点：1．U＝U1＝U2＝U3=…=U

n上式说明，并联电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。这是因为各并联电阻都是接在相同的两点之间，它们承受的电压必然也是相同的。2．I＝I1＋I2＋I3＋…＋In上式说明，并联电路的总电流等于各电阻支路电流之和，并且总电流大于任何一个分电流。813．上式说明，并联电路总电阻（等效电阻）的倒数为各电阻的倒数之和，并且并联电路的总电阻小于任何一个分电阻。4．上式说明，在并联电路中，电流的分配与电阻大小成反比，即阻值越大的电阻分配到的电流越小；反之，电流越大。这个结论是并联电路特点的重要推论。825．由电阻功率公式可得并联电路的功率特点是：上式说明，在并联电路中，功率的分配也与电阻成反比，即阻值越大的电阻消耗的功率越小，阻值越小的电阻消耗的功率越大。电路的总功率P＝UI＝P1＋P2＋P383二、电阻并联在实际中的应用电阻并联的应用也十分广泛，实际工作中常用的有以下几种。1．分流作用在电工测量中，广泛使用并联电阻的方法来扩大电流表的量程。84并联电阻扩大电流表量程2.恒压供电实际上凡是工作电压相同的负载几乎全都采用并联。3.利用电阻的并联可以获得较小阻值的电阻如现只有阻值为100Ω的电阻若干，而急需一个50Ω的电阻。这种情况下，只需将两个100Ω的电阻并联,就能得到一个50Ω的电阻。85家用电器的并联§2-3

电阻的混联86学习目标1.掌握电阻混联的定义。2.掌握电阻混联的计算方法。3.掌握电阻混联电路的应用。87一、电阻混联电路电阻的串联与并联是电路最基本的连接形式。但在一些实际电路中，可能既有电阻的串联，又有电阻的并联，这种电路就叫作电阻的混联电路，如图所示。88混联电路1.

应用电阻的串联、并联特点,逐步简化电路，求出电路的等效电阻。2.

由等效电阻和电路的总电压，根据欧姆定律求出电路的总电流。3．由总电流，再根据欧姆定律和电阻串并联的特点，求出各支路的电压和电流。89但是，对于某些较复杂的混联电路，如图a所示电路，一时难以判断出各电阻之间的连接关系。此时比较有效的方法就是画出等效电路图，即把原电路整理成较为直观的电阻串并联关系的电路图，然后再计算其等效电阻。90较复杂的混联电路二、电阻混联在实际中的应用万用表是一种能够测量电压、电流、电阻等多种电量，具有多种量程的电工仪表，如图a所示，其内部电路就是利用电阻的串并联来组成的。如图b所示为万用表的基本电路原理图，下面简单分析其工作原理。91万用表及其基本电路原理图1．万用表测量直流电流的基本原理如图a所示为万用表测量直流电流的原理图，它采用了“闭路式分流电路”。当开关拨在位置“2”时，电阻R1、R2串联后与万用表表头并联，即R1、R2串联后作为分流电阻。所以这时的分流电阻较大，通过表头的电流较小，允许测量的电流较小，即电流量程也较小。而当开关拨在位置“1”时，分流电阻只剩下R1，而R2与表头串联起限流作用，这时，电流表便扩大了电流量程，可以测量较大的电流。922．万用表测量直流电压的基本原理如图b所示为万用表测量直流电压的原理图，它采用了“共用式分压电路”。3.万用表测量电阻的基本原理如图c所示为万用表测量电阻的原理图。9394万用表测量直流电流、电压、电阻原理图a)测量直流电流

b)测量直流电压

c)测量电阻§2-4

电池组的连接95学习目标1．熟悉串联电池组的特点及适用场合。2．熟悉并联电池组的特点及适用场合。96由于每一个电池的电源电压和所能提供的电流都是一定的，当需要更高的电压和更大的电流输出时，就需要将几个电池连接在一起使用，这就是电池组。电池组分为串联电池组、并联电池组和混联电池组三种方式。97一、串联电池组实际应用中，电池的额定电压一般都偏低（如一节干电池的额定电压只有1.5V，电动车上使用的单个蓄电池的额定电压是12V等），往往不能满足负载额定电压的要求，这时就需要将多个电池串联起来使用，称为串联电池组，如图所示。98电池的串联二、并联电池组实际应用中，每个电池的输出电流是一定的，往往不能满足负载额定电流的要求，这时就需要将多个电池并联起来使用，称为并联电池组，如图所示。99电池的并联三、混联电池组当需要电源的电压较高且电流较大时，就会用到混联电池组。100混联电池组§2-5电路中电位和电压的计算101学习目标1.掌握电路中电位的计算方法。2.掌握电路中两点间电压的计算方法。102一、电位的计算1．电路中电位的计算实际中，经常会遇到计算电路中某点电位的问题。计算某点电位的步骤如下：（1）选定参考点，即零电位点。（2）计算回路中的电流。（3）选择路径，列出方程。（4）代入数值，计算电位值。2．等电位在某些特殊情况下，同一电路中的某两点会有相同的电位。103电路中各点电位的计算二、电压的计算电路中任意两点间电压的计算方法通常有以下两种。1.由电位求电压，即UAB＝VA-VB2.分段法分段法是指把两点间的电压分成若干段进行计算，各段电压的代数和就是所求电压。104第三章

复杂直流电路105§３－２

支路电流法§３－１

基尔霍夫定律§３－３

电压源、电流源及其等效变换§３－４

叠加定理§３－５

戴维南定理§３－６

直流电桥电路前面学过的电阻的串联、并联以及混联等都属于简单直流电路的范畴。对于简单直流电路而言，只要掌握了电阻串、并联的特点和欧姆定律，就能够分析、计算这些简单直流电路。但是在实际工作中，有时也会遇到一些不能用电阻串、并联化简的电路，即复杂直流电路。107汽车和直流电桥§3-1

基尔霍夫定律108学习目标1.掌握常用电路名词的名称和含义。2.掌握基尔霍夫第一定律的内容和适用范围。3.掌握基尔霍夫第二定律的内容和适用范围。109一、复杂直流电路复杂直流电路就是不能用电阻串、并联等效的电路，如图a所示的直流电桥电路、图b所示的某汽车内部电路就是复杂直流电路。110复杂直流电路a）直流电桥电路b）某汽车内部电路应该注意，判断一个电路是简单电路还是复杂电路，应该依据复杂电路的定义，而不是看电路中元件的多少。计算复杂电路的方法很多，但它们的依据都是电路的两条基本定律——欧姆定律和基尔霍夫定律。基尔霍夫定律既适用于直流电路，又适用于交流电路，还适用于含有电子元件的非线性电路。因此，学习掌握基尔霍夫定律是分析、计算复杂直流电路的基础。1111．支路电路中流过同一电流的分支叫作支路。支路是构成复杂电路的基本单元，是由一个或几个串联的电路元件构成的。通常，把含有电源的支路称为有源支路，不含电源的支路称为无源支路。2．节点3个或3个以上支路的汇交点称为节点。节点数一般用n表示。3.回路电路中任意一个闭合路径称为回路。4．网孔在回路中间不框入任何其他支路的回路叫网孔。网孔是不可再分的回路，也是最简单的回路，电路中的网孔数等于相互独立的回路数。112二、基尔霍夫第一定律（简称KCL）基尔霍夫定律包括两部分内容，其中基尔霍夫第一定律表征了连接于同一节点上的各支路电流之间的相互关系，所以又称为节点电流定律，具体内容：在电路中的任一节点，流进节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。数学表达式为：∑I入＝∑I出113如果规定流入节点的电流为正值，则流出节点的电流就为负值。那么，对任一节点来说，流入（或流出）该节点电流的代数和等于零。这就是基尔霍夫第一定律的另一种表达形式。114节点电流基尔霍夫第一定律不仅适用于节点，也可以推广用于电路中任一假设的封闭面（也称为广义节点）。根据基尔霍夫第一定律求节点未知电流时，应首先标出各支路电流的正方向：对于已知电流，可按原电流方向标出；对于未知电流，可任意标出。然后根据基尔霍夫第一定律列出节点电流方程求解，最后根据计算结果确定电流的实际方向。115116流入、流出封闭面的电流相等三、基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律（简称KVL）又称为回路电压定律，是描述电路中各部分电压之间相互关系的定律。在图所示电路中，回路ABCD是复杂电路中的一个回路。117基尔霍夫第二定律推广得知，在电路的任一闭合回路中，各段电压的代数和等于零，这就是基尔霍夫第二定律，数学表达式为：∑U＝0在图中，若选顺时针方向为回路绕行方向，则根据基尔霍夫第二定律可得到：即将电动势移到等号右端得：由此可推得：118上式表明：在电路的任意一个闭合回路中，其各个电阻上电压的代数和等于各个电动势的代数和。这就是基尔霍夫第二定律的另一种表达形式。在应用基尔霍夫第二定律解题时，常采用公式∑IR＝∑E，这时应按照下列步骤确定各个量的正负号：（1）选定各支路电流的正方向。（2）任意选定沿回路的绕行方向。（3）当电流方向与回路绕行方向一致时，该电流取正值，在电阻上产生的电压降也为正值；反之取负值。（4）当电动势方向与回路绕行方向一致时，该电动势取正值；反之取负值。119§3-2

支路电流法120学习目标1.掌握用支路电流法解复杂直流电路的方法及步骤。2.掌握支路电流法的适用范围。121一、用支路电流法解题的步骤1.先标出各支路电流的参考方向和假定的回路绕行方向。2.根据KCL列出n-1个节点电流方程。3.根据KVL列出m-（n-1）个回路电压方程。4.代入数值，联立求解方程组，从而得到各支路电流。5.根据计算结果，确定各支路电流的实际方向。122二、支路电流法的适用范围支路电流法是利用基尔霍夫定律求解复杂电路的最基本方法。根据数学理论，一般有几条支路，就有几个未知电流，也就要求列几个基尔霍夫定律的方程。因此，支路电流法适合于求解某复杂电路中所有的电流，但要求未知电流不得超过3个的场合。如果未知电流超过3个，就会因为联立的方程数目过多而造成计算上的困难。如某复杂电路有5条支路，若要同时解出这5个支路电流，就要根据基尔霍夫定律列出一个五元一次方程组，从而造成计算求解困难。123§3-3

电压源、电流源及其等效变换124学习目标1.掌握电压源的定义和特点。2.掌握电流源的定义和特点。3.掌握电压源和电流源变换的原则。125一、电压源实际电压源一般用恒定电动势E和内阻r串联来表示，如图所示。例如，发电机、电池及各种信号源都含有电动势E和内阻r，因此，都可以用电压源来表示。126实际电压源电压源是以输出电压的形式向负载供电的，如图所示，输出电压的大小为U＝E-Ir。在E、I不变的情况下，电源内阻r越小，输出电压U越高。特别地，当电源内阻r＝0时，输出电压U＝E，而与输出电流的大小无关。人们把内阻为零的电压源称为理想电压源，符号如图所示。由于理想电压源的输出电压恒等于电源电动势且与负载大小无关，所以又称为恒压源。127128电压源输出理想电压源二、电流源用一个恒定电流Is和一个内阻r并联组成的电源称为电流源，如图所示。例如，稳流电源、串励直流发电机等都属于电流源。电流源是以电流的形式向负载供电的，如图所示。129实际电流源电流源输出三、电压源和电流源的等效变换当一个电压源和一个电流源的外特性相同时，对外电路来说，这两个电源是等效的，所以它们之间就可以实现等效变换。等效变换的原则如图所示。130电压源与电流源的等效变换§3-4

叠加定理131学习目标1.掌握叠加定理的内容和适用范围。2.掌握使用叠加定理解复杂电路的方法及步骤。132一、叠加定理叠加定理是线性电路分析中的一个重要原理，利用叠加定理可将复杂的电路分解成多个简单的电路，然后利用欧姆定律和电阻串、并联的特点加以解决，从而可使线性电路的分析变得十分方便。叠加定理的内容：在含有两个或两个以上电源的线性电路中，任意一条支路的电流（或电压）等于电路中每个电源单独作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。133二、用叠加定理分析、计算电路的步骤1．将复杂电路分解为若干个由单个电源单独作用的分电路。当某一独立电源单独作用时，其他电源应置于零（电压源电压为零，电流源电流为零），即电压源短路，电流源开路，只保留内阻。2．分析计算各分电路，分别求得各支路电流或电压。3．对各分电路的计算结果进行叠加（即求代数和），得出最终结果。注意：叠加时，若分电流（或电压）与原电路中待求电流（或电压）的参考方向相同，则该分电流（或电压）取正值；否则，取负值。134§3-5

戴维南定理135学习目标1.掌握戴维南定理的内容和适用范围。2.掌握用戴维南定理解复杂电路中某一支路电流的方法及步骤。136一、戴维南定理在学习戴维南定理之前，先学习有关二端网络的概念。任何具有两个引出端的电路（也称为网络）都称为二端网络。如果这部分电路中含有电源，则称为有源二端网络，如图a所示。如果电路中只有电阻而不含有电源，则称为无源二端网络，如图b所示。无源二端网络可用一个等效电阻R来代替。137138二端网络a）有源二端网络

b）无源二端网络戴维南定理的内容：任何一个线性有源二端网络对于外电路而言，都可以用一个由恒定电动势和电阻串联的等效电源来代替，等效电源的电动势E等于二端网络的开路电压UAB，等效电源的内阻r等于二端网络内所有电动势短路后，网络两端的输入等效电阻RAB。139二、用戴维南定理解题的步骤1.将电路分成有源二端网络和待求支路两部分。2.断开待求支路，求出有源二端网络的开路电压UAB，作为等效电源的电动势E。3.将有源二端网络内的所有电动势短路，求出无源二端网络的等效电阻RAB，作为等效电源的内阻r。4.画出有源二端网络的等效电源图，接通待求支路，利用全电路欧姆定律解得待求支路的电流。140§3-6

直流电桥电路141学习目标1.掌握直流电桥的组成。2.掌握直流电桥平衡的条件及特点。3.掌握直流电桥在生产实际中的应用。142一、直流电桥的组成及平衡条件如图所示是常用的直流电桥，又称惠斯登电桥。图中的Rx、R2、R3、R4分别组成电桥的4个臂。其中，Rx叫作被测臂，R2、R3构成比例臂，R4叫作比较臂。所谓桥，是指c、d两点之间的由检流计组成的支路。143直流电桥二、直流电桥平衡的特点由以上讨论可知，电桥平衡时具有以下特点：1.由于电桥平衡时Ip＝0，故可认为桥处于“开路”状态，如图b所示。2.电桥平衡时，Ip＝0，表明电桥两端c、d的电位相等，根据等电位点的定义，c、d两点可以合并成一个点，于是，可以认为桥处于“短路”状态，如图c所示。显然，电桥一旦处于平衡状态，马上就会由复杂直流电路转变为简单直流电路，如图所示。144145电桥平衡的特点由电桥的平衡条件整理可得:

上式说明，电桥平衡时，被测电阻Rx＝比例臂倍率×比较臂读数。利用电桥平衡的特点，人们制造出可以测量被测电阻阻值大小的仪器，称为直流单臂电桥。146三、直流电桥电路的应用直流单臂电桥是一种电工常用的精确测量电阻的仪表，其外形及电路如图所示。它的比例臂（R2/R3）由8个标准电阻组成，共分为7挡，由转换开关SA换接。比例臂的读数盘设在面板左上方。比较臂由4个可调标准电阻组成，它们分别由面板上的4个读数盘控制，可得到0～9999Ω范围内的任意电阻值，最小步进值为1Ω。面板上标有“Rx”的两个端钮用来连接被测电阻。当使用外接电源时，可从面板左上角标有“B”的两个端钮接入。如需使用外附检流计，应用连接片将内附检流计短路，再将外附检流计接在面板左下方标有“外接”的两个端钮上。147148直流单臂电桥外形及电路a）外形

b）电路使用电桥测量电阻时，将被测电阻接在仪表的被测臂两端，然后反复调节比例臂和比较臂的数值，使检流计指针指零，即电桥达到平衡状态，就可以根据公式

求得被测电阻值。149第四章

电容器150§４－２电容器的充电和放电§４－１电容器与电容量§４－３电容器的分类和选用§４－４电容器的连接§４－５ＲＣ电路的过渡过程电容器是一种能够存储电荷和电能的元件，它和电阻一样是电路的基本元件，在电工技术中有着非常广泛的应用。例如，家用的电风扇、电冰箱、洗衣机等都是利用电容器启动的，电力部门则利用电容器进行功率因数的补偿。那么，电容器是如何组成的？它在电路中具有哪些作用？152电风扇§4-1

电容器与电容量153学习目标1.掌握电容器的组成。2.了解电容量的定义。3.了解传感器的基本概念及电容器在传感器中的应用。154一、电容器任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体都可以构成电容器。这两个导体称为电容器的两个极板，极板上接有电极，用于和电路相接。中间所充的绝缘物质称为电介质，常见的电介质有空气、云母、绝缘纸、塑料薄膜和陶瓷等。常见电容器的结构示意图如图a所示，电容器的符号如图b所示。155电容器的结构与符号a)电容器结构示意图

b)电容器的符号电容器的基本特性是能够存储电荷。如图所示，把电容器的两个极板分别与电池的两极相连，两个极板就会带上等量异号电荷，一旦电容器两极板上带上等量异号的电荷，电容器两端就会产生电压，而且电压随着存储的电荷增多而增大，当增大到等于电源电压时，电容器两极板上的正、负电荷将保持一定值，同时电容器的两极板间将存在电场。去掉电源，电容器中仍存储着电能，这些电能存在于电容器两极板间的电场中，因而又称电场能。156157电容器存储电荷二、电容量电容器带电时，它的两个极板间就具有电压U。对于任何一个电容器，这个电压都随极板所带电荷量Q的增加而增加，它们的比值是一个常量。但是，对于不同的电容器，这个比值一般并不相同，可见这个比值反映了电容器存储电荷的能力。电容器所带的电荷量Q与它的两个极板间的电压U的比值，称为电容器的电容量，简称电容，用C表示，即：158上式表明，要使电容器两极板间的电压U达到一定值，所需的电荷量Q越大，电容器的电容C就越大。这种情形类似于两个不同容量的容器盛水的情形，为使容器中的水达到相同的高度，不同容量的容器需要的水量也不一样。159不同容器存储水量不同在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号为F。一个电容器，如果电荷量为1C，两极板电势差恰为1V，则这个电容器的电容就是1F。法拉这个单位太大，实际中常用较小的单位：微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）。1F＝106μF＝109nF=1012pF虽然电容器和电容量都可简称为电容，但电容器是存储电荷的容器，而电容量则是衡量电容器在一定电压作用下存储电荷能力大小的物理量，二者不能混淆。160三、平行板电容器如图a所示为平行板电容器的简单结构，它由相互平行的金属板隔以电介质（即绝缘介质，是不导电的物质）而构成，其电容量与两极板的相对位置、极板的形状和大小以及两平行板间的电介质有关。平行板电容器的电容量可由下式计算：式中ε——电介质的介电常数，F/m；

S——两极板的相对有效面积，m2；

d——两极板间的距离，m；

C——电容量，F。161上式说明，平行板电容器的电容量与两极板的相对面积成正比，与两极板间的距离成反比，并与填充在两极板间的电介质性质有关。同时也说明平行板电容器的电容量与外加电压和所存储的电荷量无关。一般说来，构成电容器的两个导体的相对面积越大，距离越近，这个电容器的电容就越大；两个导体间电介质的性质也会影响电容器的电容量。162163常见电介质的相对介电常数§4-2

电容器的充电和放电164学习目标1.掌握电容器的充电过程及特点。2.掌握电容器的放电过程及特点。3.熟悉电容器中的电场能。165图所示为电容器充电、放电实验电路，其中C是一个没有充电的、容量较大的电容器，E是一个内阻很小的直流电源。166电容器充电、放电实验电路一、电容器的充电1.实验现象电容器存储电荷的过程可通过上图所示的实验电路来验证。在上图中，开关S接通触点“2”时，观察到电流表PA2和电压表PV的读数均为零，说明电路中无电流，电容器两极板上没有存储电荷。当开关S扳向触点“1”时，就组成电容器充电电路。这时可以发现：电流表PA1的读数开始最大，然后逐渐减小到零；与此同时，小灯泡HL开始最亮，然后逐渐变暗直至最后熄灭；电压表PV的读数开始为零，然后逐渐增大至电源电压E。1672.充电原理在开关S接通触点“1”瞬间，电容器极板上没有存储电荷，两极板间的电压为零。电源两极与电容器两极板之间存在较大电位差，使大量电荷移向电容器两极板，在电路中形成较大的充电电流，小灯泡较亮。随着电容器两极板上电荷的堆积，电容器两极板间的电压逐渐升高，电源两极与电容器两极板间的电位差逐渐减小，充电电流也逐渐减小，小灯泡逐渐变暗。当电容器两端的电压升高至电源电压时，电荷停止定向移动，电流为零，小灯泡熄灭，充电过程结束。可见，电容器的充电过程相当于向水容器注水的过程。使电容器两极板带上等量且异号电荷的过程，叫作电容器的充电。168二、电容器的放电1.实验现象电容器存储电荷后，在一定条件下可以释放已经存储的电荷。在上图中，充电结束后，把开关S由触点“1”扳向触点“2”时，构成电容器的放电电路，这时可观察到以下现象：电流表PA2的读数开始最大，然后逐渐减小为零；小灯泡HL开始最亮，然后逐渐变暗直至最后熄灭；电压表PV的读数由开始的电源电压E逐渐下降为零。1692.放电原理当开关S由触点“1”扳向触点“2”时，由于电容器充电后两极板之间电压的存在，驱使正极板上的正电荷通过导线与负极板上的负电荷中和，并在电路中产生与充电电流方向相反的放电电流。刚开始放电时，两极板之间的电压较大，所以放电电流较大，小灯泡较亮。随着放电的继续，电容器两极板上的正负电荷不断中和，极板上的电荷不断减少，两极板间的电压随之下降，放电电流逐渐减小，小灯泡逐渐变暗。当两极板的电荷全部中和后，极板上不再带有电荷，电压下降为零，电流为零，小灯泡熄灭，放电过程结束。170可见，电容器的放电过程相当于水容器向外放水的过程。使电容器两极板所带正负电荷中和的过程，叫作电容器的放电。由以上分析可以看出，电容器在充放电过程中，电路中都会出现电流。充电时电容器两极板上的电荷不断增加，电容器两端的电压不断升高；放电时电容器两极板上的电荷不断减少，电容器两端的电压不断降低。当电容器极板上所存储的电荷量发生变化（增加或减少）时，电容器两端的电压也在发生变化（升高或降低），电容器电路中就会产生电流；若极板上存储的电荷量恒定不变，其两端的电压也恒定不变，则电容器电路中没有电流流过。171这说明，电容器电路中的电流是与电容器两极板之间电压的变化率成正比，而不是与其两端的电压uC成正比。用公式表示为：172三、电容器中的电场能由于充电后的电容器的两极板上存储着等量而异号的电荷，所以电容器两极板间就存在着电场，并在其中存储电场能量。实际上，电容器充电的过程就是吸收电源输出的能量，并转换成电场能量存储于电容器中的过程；而放电过程是电容器把在充电时存储的电场能量释放出来，又转换成其他形式能量的过程。可见，电容器在充放电过程中，只是吸收和释放能量，本身并不消耗能量，所以电容器和一般的水容器一样，是一种储能元件。173电容器所存储的电场能量WC与电容器的电容量C和两极板之间的电压U有关，其关系为：式中C——电容器的电容量，F；

U——电容器两极板之间的电压，V；

WC——电容器存储的电场能量，J。电场能量和其他能量一样，只能逐渐积累，或逐渐释放，不能产生突变。因此，可以得出一个重要的结论：电容器两端的电压不能突变。174§4-3电容器的分类和选用175学习目标1.掌握电容器的分类和主要参数。2.掌握电容器的选用方法。3.掌握电容器的简易测量方法。176一、电容器的分类电容器简称电容，是电子产品中最常见的元件之一，也是组成电子电路必不可少的元件。电容器的种类很多，按照其结构不同可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器三类。1771.固定电容器电容量固定不可调节的电容器称为固定电容器。固定电容器的两个极板的相对面积、距离以及两极板之间的电介质都不能改变，因此，固定电容器的电容量也不能改变。固定电容器按照所充电介质不同分为许多种，它们的名称和特点见表。其中，常用的固定电容器有聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器和电解电容器等。电子产品中常见固定电容器的外形及图形符号如图所示。178179固定电容器的名称和特点180常见固定电容器的外形及图形符号a)外形b)图形符号2.可变电容器可变电容器是由很多半圆形动片和定片组成的平行板式结构，动片和定片之间用电介质（空气、云母或聚苯乙烯薄膜）隔开，动片组可绕轴相对于定片组旋转180°，从而改变电容量的大小。可变电容器按结构来分，可分为单联、双联和多联等几种。如图所示为常见小型可变电容器的外形及图形符号。可变电容器主要用在需要经常调整电容量的场合，如收音机的频率调谐电路。双联可变电容器的最大电容量通常为270pF。181182小型可变电容器的外形及图形符号a）外形

b）图形符号3.微调电容器微调电容器只能在较小范围（0至几十皮法）内调节电容量。常用的有陶瓷微调电容器、云母微调电容器和拉线微调电容器等，其外形及图形符号如图所示。微调电容器一般在高频回路中用于不经常进行的频率微调。183微调电容器的外形及图形符号a）外形b）图形符号二、电容器的主要参数电容器的参数包括标称容量、允许误差、额定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中最主要的有标称容量、允许误差和额定工作电压，常称为电容器的额定值，一般都直接标注在电容器的外壳上。1841.电容器的标称容量电容器上所标明的电容量值称为标称容量。多数电容器的电容量都直接标在电容器的表面，但有些电容器的体积太小，往往只标数值不标单位。如果数值为几十、几百、几千，则单位均为pF，如3300表示3300pF，22表示22pF；如果数值小于1，则单位均为μF，如0.22表示0.22μF，0.047表示0.047μF。还有一些电容器用三位数字表示标称容量，其中前两位数字表示电容量的有效数字，最后一位数字表示有效数字后面加多少个零，单位也是pF。如102表示1000pF，331表示330pF。1852.电容器的允许误差电容器的标称容量和实际容量之间总是有一定偏差的，称为误差。因这一误差是在国家标准规定的允许范围内，故称为允许误差。电容器的允许误差，按其精度分为±1％（00级）、±2％（0级）、±5％（Ⅰ级）、±10％（Ⅱ级）、±20％（Ⅲ级）5级。1863.电容器的额定工作电压电容器的额定工作电压又称耐压，是指电容器长时间工作而不会使电介质电性能受到任何破坏的直流电压数值。电容器在工作时，实际所加电压的最大值不能超过额定工作电压，否则电容器电介质的绝缘性能将受到破坏，使电容器被击穿，两极间发生短路，不能继续使用。如果电容器两端加上交流电压，所加交流电压的最大值不得超过其额定工作电压。187三、电容器的选用在选用电容器时，不仅要考虑它的性能，还应考虑它的体积、质量及价格等因素；不仅要考虑电路的要求，还应考虑电容器所处的工作环境。1.应满足电性能要求，主要考虑电容量和耐压值。2.根据电路要求和工作环境，选用不同种类的电容器。如用在谐振回路中，可选用损耗小、性能稳定的云母电容器、陶瓷电容器等；用于滤波电路时，可选用有极性、电容量较大的电解电容器等。3.考虑装配形式、体积及成本等。如要求电子产品体积很小且抗振性强时，可考虑采用贴片电容器等。188四、电容器的简易测量方法利用模拟式万用表内部的电池作为充电电源，依据电容器充放电的规律，可以用模拟式万用表欧姆挡简单判断电容器的质量。而要测量电容器的电容量大小，则需使用电容表或数字式万用表的电容挡。这里仅介绍实际生产中广泛使用的用模拟式万用表判断电容器好坏的方法。1891.固定电容器的检测（1）对于电容量大于5100pF的电容器，用万用表的“R×1k”或“R×10k”欧姆挡测量电容器的两引线，应该能观察到万用表指针有变化，一般是先向右摆动，再慢慢返回“∞”处。指针摆动越大，说明电容器容量越大；反之越小。数值稳定后的阻值读数就是电容器的绝缘电阻（也称漏电电阻）。若万用表的指针停在距“∞”较远的位置，说明电容器漏电严重，不能使用。若万用表指针指在欧姆“零”处，说明电容器已被击穿，也不能使用。（2）对于电容量小于5100pF的电容器，使用万用表测量时，指针一般不动。这时可利用三极管的放大作用，按图进行测量。190191用万用表检测小容量电容器2.可变电容器的检测如图所示，将万用表置于欧姆挡，通常选“R×1k”或“R×10k”挡，将万用表的两表笔分别与可变电容器的定片和动片引出端相连，同时将电容器来回旋转几下，万用表指针应稳定地指向“∞”位置且无变化。如果测量过程中万用表指针有变化，说明可变电容器已碰片短路或漏电严重。192用万用表检测可变电容器§4-4

电容器的连接193学习目标1.掌握电容器串联的特点及应用。2.掌握电容器并联的特点及应用。3.掌握电容器混联的特点及应用。194前面已经知道，每个电容器都有一定的电容量和耐压值。在实际使用中，常常会遇到电容器的电容量或额定工作电压不能满足电路要求的情况，这时可将若干个电容器做适当连接，以满足电路的需要。电容器的连接方式和电阻一样，也有串联、并联和混联三种方式。195一、电容器的串联将若干个电容器依次相连、中间无分支的连接方式叫作电容器的串联。如图所示为两个电容器的串联电路及其等效电路。电容器串联相当于把它的两个极板的间隔距离加大，因而具有以下特点：1.电容器串联时，各电容器上所带的电荷量相等。2.总电压U等于每个电容器两端电压之和。3.电容器串联电路的总电容量的倒数，等于各个电容器电容量的倒数之和。4.串联电容器的各个电容器上分配的电压与其电容量成反比。196二、电容器的并联若干个电容器接在相同的两点之间的连接方式，叫作电容器的并联。如图所示为两个电容器的并联电路及其等效电路。197两个电容器的并联电路及其等效电路实际当中，当单个电容器的耐压能满足，而电容量不能满足时，可以把几个电容器并联起来使用。电容器并联时具有以下特点：1.每个电容器两端的电压相同，并等于外加电源电压。2.电容器并联后的等效电容量C等于各个电容器的电容量之和。3.电容器并联时，等效电容所带的总电荷量Q等于各电容器所存储的电荷量之和。198三、电容器的混联由以上电容器的串、并联特点可以看到，在实际使用过程中，当电容器的耐压值不够高时，可以把几个电容器串联起来使用；而当电容器的电容量不够时，则可把几个电容器并联起来使用；如果所需的电容量和耐压值都不能满足要求时，就要采用电容器的混联。既有串联又有并联的电容器组，称为电容器的混联，如图所示。199200电容器的混联电路§4-5

RC电路的过渡过程201学习目标1.掌握换路定律。2.掌握过渡过程初始值的确定方法。3.了解RC电路充电时的过渡过程。4.了解RC电路放电时的过渡过程。5.理解微分电路和积分电路的应用。202一、换路定律电路由一种稳态转换到另一种新的稳态，如电路的接通、断开、短路等，都会发生这种稳态转换，这种电路条件的变化，叫作换路。电路在换路期间发生的稳态转换过程，叫作电路的过渡过程。换路定律说明了开关在接通和断开瞬间，电容器两端电压的情况。203由于含有储能元件电路的能量变化必须是连续的，所以在电路换路时，电容器和电感器所存储的能量不能突变。已知在电容元件中，存储的电场能为

，当换路时，电场能不能发生突变，这就反映在电容器两端的电压不能突变。对于电感元件，存储的磁场能为

，当换路时，磁场能不能发生突变，这就反映在通过电感器的电流不能突变。204设t＝0为换路的时刻，用t＝0-表示换路前的终了瞬间，此时刻电路尚处于稳态；用t＝0＋表示换路后的初始瞬间，此时刻电路已经进入过渡过程，是过渡过程的开始时刻。根据上述讨论的结果，可得到换路定律的内容：因为从t＝0-到t＝0＋瞬间，电容元件两端的电压uC和电感元件中的电流iL不能突变，所以电容器两端电压uC和通过电感器的电流iL在换路前瞬间和换路后瞬间的值相等，其数学表达式为：换路定律仅适用于换路瞬间，可以用它来确定t＝0＋时刻电路中的电压和电流值，即过渡过程的初始值。205二、过渡过程初始值的确定电路中各电压、电流在换路后的初始瞬间，即t＝0＋时刻的值，称为过渡过程的初始值。过渡过程中的电压或电流都从初始值开始变化。确定各个电压和电流的初始值时，一般应先由t＝0-的电路求出uC（0-）或iL（0-），然后根据换路定律求得t＝0＋时的uC（0＋）或iL（0＋），最后再根据欧姆定律、基尔霍夫定律确定其他电压和电流的初始值。206三、RC电路充电时的过渡过程如图所示为RC充放电电路。207RC充放电电路208电容器充电回路及充电电压、电流曲线a）充电回路b）充电电压、电流曲线四、RC电路放电时的过渡过程在图所示充放电电路中，充电结束后，若再把开关S迅速扳向位置“2”，则电容器C将通过电阻R2放电，构成放电回路。209RC充放电电路由以上讨论可以得到以下结论：1.在RC充放电回路中，电源经电阻向电容器充电或电容器经电阻放电，都需要一定的时间才能基本完成，即电容器两端电压不能突变。2.在电容器充电过程中，开关合上瞬间电容器两端电压保持不变。电容器在刚充电瞬间相当于“短路”。3.电容器充电结束之后，充电电流基本为零，相当于“开路”，即所谓的隔直。4.电容器充放电按指数规律变化，充放电的快慢由时间常数t来衡量。一般认为，t＝（3～5）t时，充放电过程基本结束。210五、RC充放电电路的应用在数字电路中，经常用到脉冲波形的变换，利用RC充放电电路可以制成微分电路和积分电路，从而实现脉冲波形变换。下面简单介绍实际中常用的微分电路和积分电路。2111.微分电路RC微分电路可以把矩形波转换为尖顶脉冲波，常用作数字电路中的触发信号。212微分电路及其输入、输出波形a）微分电路b）波形图2.积分电路积分电路的作用是把矩形波变换成锯齿波，因此，同样属于波形变换电路。图a所示是RC积分电路。它的输入电压是矩形脉冲信号ui，从电容器两端输出的是锯齿波形。RC积分电路的形成条件是RC电路的时间常数远大于输入矩形脉冲的脉冲宽度，即

。213214积分电路及其输入、输出波形a）积分电路b）波形图第五章

电与磁215§５－２电流的磁效应§５－１磁场的基本知识§５－３磁场对电流的作用§５－４铁磁材料§５－６电磁感应§５－５磁路欧姆定律§５－７自感§５－８互感电流的周围存在磁场的现象，称为电流的磁效应；而处于变化磁场中的导体又会产生感应电动势，这称为电磁感应。可见，电与磁是两个相互联系不可分割的基本现象，几乎所有电气设备的工作原理都与电和磁密不可分。例如，人们常用的电力变压器（见图a）是利用电磁感应原理制成的，而电动机（见图b）则是利用通电导体在磁场中受力以及电磁感应原理制成的。本章从磁场的基本知识开始，介绍电流的磁效应、磁场对运动电荷和载流导体的作用、常用铁磁材料、磁路欧姆定律以及电磁感应现象和规律。218219电力变压器和电动机§5-1

磁场的基本知识220学习目标1.了解磁体及其性质。2.掌握磁场的基本物理量。221一、磁体及其性质1.磁体与磁极人们把物体能够吸引铁、镍、钴等金属及其合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。工业中常见的人造磁体有条形磁体、蹄形磁体和针形磁体等，如图所示。222常见的人造磁体磁体两端磁性最强的部分称为磁极。一个可以在水平面内自由转动的条形磁铁或小磁针，静止后总是一个磁极指南，一个磁极指北，如图所示。指南的磁极称为指南极，简称南极（S）；指北的磁极称为指北极，简称北极（N）。与电荷之间的作用力相似，磁极之间也有相互作用力：同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。223小磁针2.磁场与磁感线两个互不接触的磁体之间为什么会存在相互的作用力呢？这是因为磁体周围的空间存在着一种特殊的物质——磁场。它之所以特殊，在于它是看不见、摸不着的，但是又具有一般物质所固有的一些属性（如力和能的特性）。判断某空间是否存在磁场，一般可用一个小磁针来检验：能使小磁针转动，并总是停留在一个固定方向的空间都存在着磁场。224为了形象地描绘磁场的大小和方向，人们引入磁感线的概念。对磁感线有如下规定：（1）磁感线是互不交叉的闭合曲线，磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。（2）磁感线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针N极所指的方向。（3）磁感线的密疏程度表示磁场的强弱，即磁感线越密的地方磁场越强，反之越弱。磁感线均匀分布而又相互平行的区域称为均匀磁场，反之则称为非均匀磁场。225226用铁屑模拟磁场条形磁铁的磁感线二、磁场的基本物理量磁场的基本物理量很多，它们从各个不同的角度描述了磁场的性质。如前面所介绍的磁感线，就是定性描述磁场在某一空间分布情况的物理量。1.磁感应强度B磁感应强度是定量地描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I及导线有效长度l的乘积Il的比值，称为该点的磁感应强度，用符号B表示，即：磁感应强度的单位是特斯拉（T），简称特。磁感应强度是矢量，它的方向就是该点磁场的方向。2272.磁通Φ磁通是定量描述磁场在某一范围内分布情况的物理量，用符号Φ表示。磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通Φ，如图a所示。即：Φ＝BS如果磁感应强度B的单位是T，面积S的单位是m2，则磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。由上式可得：

可见，磁感应强度在数值上等于与磁场方向垂直的单位面积上的磁通，所以磁感应强度又称为磁通密度，从而得到它的另一个单位是Wb/m2。228229磁通a)平面与B垂直

b)平面与B有夹角3.磁导率μ如果先用插有铁棒的通电线圈去吸引铁屑，然后把通电线圈中的铁棒换成铜棒再去吸引铁屑，便会发现这两种情况下的吸力大小不同，前者比后者大得多。这表明不同的介质对磁场的影响不同，影响的程度与介质的导磁性能有关。磁导率就是一个用来表示介质导磁性能好坏的物理量，用符号μ表示，其单位是亨利/米（H/m）。由实验得到真空的磁导率μ0＝4π×10-7H/m，且为一常数。230根据相对磁导率的大小，可把物质分为两大类，见表。231根据相对磁导率大小对物质的分类4.磁场强度H实验表明，在真空中，通电环形线圈中磁感应强度B0的大小与线圈的匝数N、线圈长度l及线圈中电流I的大小有关，用公式表示为：把环形线圈从真空中取出，并在其中放入相对磁导率为μr的介质后，磁感应强度增大为真空中的μr倍，即：232式中，μ=μrμ0是介质的磁导率。

是磁场强度，单位是A/m，其数值只与电流的大小及线圈的几何形状有关。也就是说，在一定电流值下，同一点的磁场强度不因磁场介质的不同而改变，这给工程计算带来很大方便。可见，磁场强度并不能全面、正确地描述某点的磁场大小和方向，而只是把电与磁沟通起来的一个辅助物理量。233§5-2

电流的磁效应234学习目标掌握电流的磁效应及其规律。235丹麦物理学家奥斯特于1820年发现，电流的周围存在着磁场。当把小磁针放在通电导线旁边时，小磁针会转动，如图a所示；在铁钉上绕上多匝漆包线，通入电流后，铁钉能吸住小铁钉，如图b所示。236电流磁效应a)把小磁针放在通电导线旁边，小磁针会转动

b)接通电源，绕上漆包线的铁钉就成了磁铁上述现象表明，电流也能像磁铁一样产生磁场，并且电流越大，产生的磁场越强。电流通过导体后必然产生磁场的这种现象称为电流的磁效应。电流所产生的磁场方向，可以用安培定则（也称右手螺旋定则）来判断。237一、直导线电流产生的磁场如图所示，用右手握住导线，让伸直的拇指指向电流方向，弯曲四指的指向就是磁场的方向。238直导线电流产生的磁场二、环形电流产生的磁场如图所示，用右手握住通电螺线管，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向就是磁场的方向。239环形电流产生的磁场§5-3

磁场对电流的作用240学习目标1.掌握磁场对载流直导体的作用。2.掌握磁场对通电线圈的作用。3.掌握磁场对运动电荷的作用。241一、磁场对载流直导体的作用通电的直导体周围存在磁场，它就成了一个磁体，把这个磁体放到另一个磁场中，它也会受到磁力的作用。这就是通常所说的“电磁生力”。如图所示，在蹄形磁铁的两极中悬挂一根直导体并使导体与磁感线垂直，当有电流通过导体时，导体就会在磁场内受力而运动。而且磁场越强，导体中的电流越大，导体在磁场内的有效部分越长，导体所受的力就越大。通常把通电导体在磁场中受到的作用力叫作电磁力。242243通电直导体在磁场中受到电磁力的作用电磁力的大小可用下式表示：F＝BIlsinα式中F——通电导体受到的电磁力，N；

B——磁感应强度，T；

I——导体中的电流，A；

l——导体在磁场中的长度，m；