清华大学电工技术电子技术1课件

第1章

电路的基本概念、定律和分析方法(电路元件电压源电流源基尔霍夫定律支路电流法)第1讲7/20/2023电工电子技术欢迎学习《电工技术》1.掌握电路的基本原理及分析方法,为学习电子技术打下基础。2.学习交流电路的基本原理，掌握正确及安全用电方法，培养工作技能。3.学习电动机的基本原理和控制技术。4.通过实验,学习各种实验室常规电子仪器的使用方法,锻炼电工方面的动手能力。7/20/2023电工电子技术电路的基本概念、定律和分析方法

第一章

电路的基本概念与定律

1.1.1电路中的物理量1.1.2电路元件1.1.３基尔霍夫定律§1.1§1.2

电路的分析方法

1.2.1支路电流法

7/20/2023电工电子技术本课作业1-1(C)1-2(a)(b)1-61-8(a)1-10用电源模型的等效互换原理1-12用支路电流法英1题7/20/2023电工电子技术1.1.1电路中的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_电源负载7/20/2023电工电子技术电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。7/20/2023电工电子技术物理量的实际正方向7/20/2023电工电子技术物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头Uabab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_abU+_7/20/2023电工电子技术物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU7/20/2023电工电子技术电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR7/20/2023电工电子技术(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(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；7/20/2023电工电子技术规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U=IRaIRUbI与U的方向相反U=–IRaIRUb7/20/2023电工电子技术规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：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为:IUP=如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb7/20/2023电工电子技术规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=–UI功率有正负？7/20/2023电工电子技术吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0输出功率（起电源作用）若P0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负7/20/2023电工电子技术电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致7/20/2023电工电子技术含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=–UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络7/20/2023电工电子技术当计算的P>0

时,则说明U、I

的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。

所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结论在进行功率计算时，如果假设U、I正方向一致。当计算的P<0

时,则说明U、I

的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。7/20/2023电工电子技术伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一)无源元件1.电阻R（常用单位：、k、M）1.1.2电路元件7/20/2023电工电子技术2.电感

L：ui（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通7/20/2023电工电子技术电感中电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电感相当于短路.uei++––7/20/2023电工电子技术3.电容C单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）++++----+q-qui电容符号有极性无极性+_7/20/2023电工电子技术电容上电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC7/20/2023电工电子技术无源元件小结理想元件的特性（u与i的关系）LCR7/20/2023电工电子技术UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意L、C

在不同电路中的作用7/20/2023电工电子技术1.电压源(二)有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源（恒压源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电压不变（2）电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大7/20/2023电工电子技术恒压源中的电流由外电路决定设:

U=10VIU+_abUab2R1当R1

、R2

同时接入时：I=10AR22例当R1接入时：I=5A则：7/20/2023电工电子技术RS越大斜率越大电压源模型伏安特性IUUSUIRS+-USRLU=US–IRS当RS=0时，电压源模型就变成恒压源模型由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻7/20/2023电工电子技术理想电流源（恒流源)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。2.电流源7/20/2023电工电子技术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7/20/2023电工电子技术ISRSabUabIIsUabI外特性

电流源模型RSRS越大特性越陡I=IS–Uab/RS由理想电流源并联一个电阻组成当内阻RS=时，电流源模型就变成恒流源模型7/20/2023电工电子技术恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量U+_abIUabUab=U

（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7/20/2023电工电子技术3.两种电源模型的等效互换等效互换的条件：当接有同样的负载时，对外的电压电流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRS+-UbaUabISabUab'I'RS'7/20/2023电工电子技术等效互换公式IRS+-UbaUab()'RI''RI'RI'I'USSsSsab-=-=I=I'Uab=Uab'若Uab=U–IRS

则U–IRS='RI''RISSs-U=ISRS´RS=RS´Uab'ISabI'RS'7/20/2023电工电子技术例：电压源与电流源的等效互换举例I2+-10VbaUab5AabI'10V/2=5A25A2=10VU=ISRS´RS=RS´IS=U/RS7/20/2023电工电子技术等效变换的注意事项“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安特性一致），对内不等效。(1)IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRLIS=US/RSRS´=RS7/20/2023电工电子技术注意转换前后US与Is的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRS'bI'aIsRS'bI'7/20/2023电工电子技术(3)恒压源和恒流源不能等效互换abI'Uab'IsaUS+-bI7/20/2023电工电子技术(4)进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和RS'不一定是电源内阻。7/20/2023电工电子技术111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U37/20/2023电工电子技术(接上页)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I7/20/2023电工电子技术454RRRUUIdd++-=+RdUd+R4U4R5I--(接上页)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3()()4432132131////////RIERRRRRRRIIUSdd==+=7/20/2023电工电子技术-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A解得：I=–0.2A(负号表示实际方向与假设方向相反)7/20/2023电工电子技术-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+–计算功率I4=IS+I=3+(-0.2)=2.8AUR4=I4R4=2.8×4=11.2VP=I

UR4=(-0.2)×11.2=-2.24W负号表示输出功率R4=4

IS=3AI=–0.2A恒流源IS的功率如何计算?PIS=-33.6W7/20/2023电工电子技术10V+-2A2I讨论题哪个答案对???7/20/2023电工电子技术1.1.3基尔霍夫定律（克希荷夫定律，克氏定律）用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。名词注释：节点：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7/20/2023电工电子技术支路：共3条回路：共3个节点：a、b(共2个）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU17/20/2023电工电子技术I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个独立回路：？个3个有几个网眼就有几个独立回路7/20/2023电工电子技术(一)克氏电流定律对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I4克氏电流定律的依据：电流的连续性I=0即：例或：流入为正流出为负7/20/2023电工电子技术电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点7/20/2023电工电子技术(二)克氏电压定律

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为0。例如：回路#1

13311URIRI=+电位降电位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1对回路#2：

#223322URIRI=+电位升电位降对回路#3：

12211URIRI=++U2电位降电位升#3第3个方程不独立电位降为正电位升为负7/20/2023电工电子技术关于独立方程式的讨论问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？7/20/2023电工电子技术克氏电流方程：节点a：节点b：独立方程只有1个克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只有2个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU17/20/2023电工电子技术设：电路中有N个节点，B个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小结独立的节点电流方程有

(N-1)个独立的回路电压方程有

(B-N+1)个则：（一般为网孔个数）独立电流方程：１个独立电压方程：２个7/20/2023电工电子技术未知数：各支路电流解题思路：根据克氏定律，列节点电流和回路电压方程，然后联立求解。支路电流法2.1.1§2.1电路的分析方法7/20/2023电工电子技术解题步骤：1.对每一支路假设一未知电流（I1--I6）4.解联立方程组对每个节点有2.列电流方程对每个独立回路有0U=S3.列电压方程节点数N=4支路数B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例17/20/2023电工电子技术节点a：列电流方程节点c：节点b：节点d：bacd（取其中三个方程）节点数N=4支路数B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_7/20/2023电工电子技术列电压方程电压、电流方程联立求得：bacd33435544

:RIUURIRIadca+=++1144664

:RIRIRIUabda+=+U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_结果可能有正负7/20/2