电工电子技术（高校理工科各专业）全套教学课件

全套可编辑PPT课件分16章，包括电工和电子技术两部分。电工部分包括电路的基本概念与定律、单相交流电路、三相电路、电路的暂态分析、磁路与变压器、异步电动机、继电接触器控制系统、供配电与安全用电；电子技术部分包括半导体器件、放大电路基础、集成运算放大器、直流稳压电源、基本逻辑电路与组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、数模和模数转换、可编程控制器1.1电路的基本概念1.1.1电路的组成和作用1.1.2电路模型1.1.3电路的基本物理量1.1.4电路的工作状态1.1.5电路元件1.1电路的基本概念1.1.1电路的组成和作用电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间环节三部分按一定方式组合而成的。电源是指能将其他形式的能量转换成电能并为电路提供能量的装置，如干电池、蓄电池及发电机等；负载是指可在电路中接收电能并将电能转换成其他形式的能量的设备，如电灯、电视机及电炉等；中间环节是指连接电源和负载的部分，如导线、开关及各种继电器等。电路的主要作用：1．实现电能的传输、分配和转换。2．实现信号的传递和处理1.1电路的基本概念1.1.2电路模型为了方便对实际电路进行分析和研究，通常将实际电路元件理想化（模型化），突出其主要电磁性质，忽略次要性质，近似看作理想电路元件。由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型，如下图所示。1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量1在电场力的作用下，电荷有规则地定向移动就形成了电流。习惯上规定电流的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，它是客观存在的，称为电流的实际方向。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，简称电流，用i表示，即电流1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量1电流小写字母i表示电流随时间变化。大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示，于是在国际单位制中，电流的单位为安培（A）。常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA）。1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量1电流为了方便分析和计算，可以任意选定一个方向作为参考方向，如下图所示，若电流的实际方向与参考方向一致，则电流为正值；若电流的实际方向与参考方向相反，则电流为负值。电流的参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示。例如，iab表示电流的参考方向是从a指向b的。1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量2在电路中任选一点作为参考点，则电场力把单位正电荷从某点移动到参考点所做的功称为该点的电位，用v（V）表示。电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点间的电压，用uab（Uab）表示，即电压1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量2习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“＋”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即电位降低的方向。因此，电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示，即电压在国际单位制中，电位和电压的单位相同，都为伏特（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。电路中两点间的电压是不变的，而各点的电位则随参考点的不同而不同。因此，在研究同一电路系统时，只能选取一个电位参考点。1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量2与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一个方向作为参考方向，如下图所示，若电压的实际方向与参考方向一致，则电压为正值；若电压的实际方向与参考方向相反，则电压为负值。电压的参考方向可以用箭头表示，也可以用“＋”、“－”表示，还可以用双下标表示。电压1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量2一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以各自选定。但为了方便分析，通常将电流和电压的参考方向选得一致，称为关联参考方向。这时，只需标出电流或电压中一个的参考方向即可。电压3电动势电动势是指电源内部的非电场力把单位正电荷由低电位b端移到高电位a端所做的功，用e（E）表示，即1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量3电动势电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，因此，电动势和电压的实际方向相反，如左图所示。在开路情况下，电源电动势与电源两端的电压大小相等，方向相反，如下图所示。1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量4电路的功率功率是指电能量对时间的变化率，也就是电场力在单位时间内所做的功，用p（P）表示，即在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W）。常用的功率单位为千瓦（kW）。日常生活中所说的1度电就是指功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即1kW·h：1度＝1kW·h＝3.6×106J1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量4电路的功率当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向下时，若p＝ui＞0，则说明流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是一致的，电场力对正电荷做了功，元件吸收功率；若p＝ui＜0，则说明流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是相反的，一定有外力克服电场力做了功，元件发出功率。当元件中流过的电流与其两端电压在非关联参考方向下时，上述结论正好相反。电路元件在t0～t时间内所消耗或提供的能量W为：直流时：1.1电路的基本概念1.1.3电路的基本物理量例1-1如下图所示直流电路中，U1＝4V，U2＝－8V，U3＝6V，I＝4A，求各电路元件吸收或发出的功率P1、P2、P3，并求整段电路的功率P。【解】对元件1，其电流和电压为关联参考方向，且P1＝U1I＝4×4＝16（W）＞0，所以，元件1吸收功率16W。对元件2，其电流和电压为非关联参考方向，且P2＝U2I＝－8×4＝－32（W）＜0，所以，元件2吸收功率32W。对元件3，其电流和电压为非关联参考方向，且P3＝U3I＝6×4＝24（W）＞0，所以，元件3发出功率32W。设吸收功率为正，发出功率为负，则整段电路的功率P为：P＝16＋32－24＝24（W）1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1如右图所示，将开关合上，接通电源与负载，电路即处于通路工作状态，又称为有载工作状态。通路工作状态1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1通路工作状态（1）电压与电流的关系根据欧姆定律可知，电路中的电流I为：电源的输出电压U为负载R两端的电压为：由上式可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降IR0。电源的输出电压U与输出电流I之间的变化关系称为电源的外特性，其外特性曲线如右图所示。1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1通路工作状态（2）功率与功率平衡上式称为功率平衡式，它表明，整个电路的功率是平衡的，即由电源发出的功率等于电路各部分所消耗的功率之和。1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1通路工作状态（3）电气设备的额定值及工作状态为了保证电气设备的安全可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运行条件下的使用限额，称为额定值。电气设备的额定值通常标在产品的铭牌或说明书上。电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。其中，UN和IN是指电源设备安全运行所规定的电压和电流限额；SN＝UNIN，表征电源的最大允许输出功率。负载的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。对于电阻性负载，由于这三者与电阻R之间存在一定的关系，所以它的额定值不一定会全部标出。1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1通路工作状态（3）电气设备的额定值及工作状态电气设备在额定值情况下的工作状态称为额定工作状态，又称为满载。此时，电气设备的使用是最经济合理和安全可靠的。电气设备超过额定值的工作状态称为过载。由于温度升高需要一定时间，因此，电气设备短时间过载时，不会发生损坏；但若过载时间较长，则会大大缩短电气设备的使用寿命，严重时甚至损坏电气设备。电气设备低于额定值的工作状态称为轻载。严重轻载时，电气设备就不能正常合理地工作，或不能充分发挥其工作能力。因此，过载和严重轻载都是应该避免的。1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态1通路工作状态例1-2一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热水器的额定电流和电阻。若将其接在电压为110V的电路上，该热水器的输出功率为多少？【解】其额定电流和电阻分别为：若将其接在电压为110V的电路上，则该热水器的输出功率P为：1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态2开路工作状态如下图所示，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开路工作状态，又称为空载工作状态。此时，电路中的电流为零，电源的端电压U0（称为开路电压或空载电压）等于电源电动势，电源不能输出电能，电路的功率为零。开路工作状态的特征可用下列公式表示：1.1电路的基本概念1.1.4电路的工作状态3短路工作状态如下图所示，当电源两边的导线由于某种原因而直接相连时，电路处于短路工作状态。短路时，电源的输出电流IS称为短路电流。由于电源内阻R0一般都很小，故短路电流IS很大。短路时，外电阻可视为零，电源的输出电压也为零，电源所产生的电能全部被电源内阻消耗掉，故电源的输出功率为零。短路工作状态的特征可用下列公式表示：1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（1）电阻元件电阻元件是一种消耗电能的元件，用R表示，单位为欧姆（Ω）。电阻元件可分为线性电阻和非线性电阻。线性电阻在电路中的符号如下图所示，它遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流成正比，即1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（1）电阻元件线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其电压和电流的关系曲线（即伏安特性曲线）是一条通过原点的直线，如右图所示。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（1）电阻元件非线性电阻在电路中的符号如左图所示，它不遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流不成正比关系。非线性电阻R不是一个常数，它随电压和电流的变化而变化，其伏安特性曲线是一条曲线，如下图所示。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（2）电感原件电感元件工作时，能够将电能转换为磁场能量储存起来，它是一种储能元件。如下（左）图所示，电感元件是由导线绕制而成的，它在电路中的符号如下（右）图所示。设电感线圈有N匝，当线圈通过电流i时，在线圈内部将产生磁通Φ。磁通与线圈匝数的乘积称为磁通链，用Ψ表示，Ψ＝NΦ。在国际单位制中，磁通Φ与磁通链Ψ的单位都为韦伯（Wb）。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（2）电感原件当磁通Φ与磁通链Ψ的参考方向与电流i的参考方向之间符合右手螺旋定则时，有：当磁通发生变化时，线圈中将会产生感应电动势。根据电磁感应定律可知，感应电动势eL为：1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（2）电感原件由上式可以看出，只有电流发生变化时，才会产生感应电动势。在直流电路中，电流不随时间变化，因此，

eL＝0，电感元件相当于短路。电感元件在0到t时间内所储存的磁场能量WL为：可以看出，L一定时，磁场能量WL随电流的增大而增大。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件（3）电容原件电容元件工作时，能够将电能转换为电场能量储存起来，它也是一种储能元件。电容元件是由两块金属板间隔以不同的绝缘材料而制成的，它在电路中的符号如下图所示。电容元件所储存的电量q与其两端的电压u成正比，即1.1电路的基本概念1.1.5电路元件1无源元件当电容元件两端的电压u与流入正极板的电流i的参考方向为关联参考方向时，有：可以看出，只有电容元件上的电压发生变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容两端的电压不发生变化，因此，i＝0，电容元件相当于开路。电容元件在0到t时间内所储存的电场能量WC为：可以看出，C一定时，电场能量WC随电压的增大而增大。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（1）电压源

任何一个电源都含有电动势E和内阻R0，从电路结构上来看，它们是紧密结合在一起的。但为了便于对电路进行分析与计算，往往将它们分开，这样由电动势E和内阻R0串联组成的电源电路模型称为电压源，如下图所示。电压源对外提供的电压U与电流I关系为：1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（1）电压源根据上式可作出电压源的外特性曲线，如下图所示a线。电压源开路时，I＝0，U＝US＝E；电压源短路时，U＝0，I＝IS＝E/R0。显然，内阻R0越小，外特性曲线越平坦。理想电压源的外特性曲线是一条与横轴平行的直线，如右图所示b线。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（1）电压源当R0＝0时，输出电压U恒等于电动势E（或US），为一定值，与流过的电流I无关，其电流I由负载电阻R及输出电压U本身确定。这样的电压源称为理想电压源或恒压源，其符号如右所示。其中，左图所示既可表示直流恒压源，也可表示交流恒压源；而右图所示仅表示直流恒压源。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（1）电压源理想电压源是一种理想的情况，实际中并不存在。但如果电源的内阻R0远小于负载电阻R，即R0<<R，则内阻电压降R0I

≈U，于是，电压源对外提供的电压U≈E，基本保持恒定，此时可以认为是理想电压源。例如，稳压电源在其工作范围内就可认为是一理想电压源。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（2）电流源根据上式可作出如右图所示电路图。其中，由电流IS和内阻R0并联组成的电源电路模型称为电流源。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（2）电流源

电流源的外特性曲线如下图所示a线。电流源开路时，I＝0，U＝US＝ISR0；电流源短路时，U＝0，I＝IS。显然，内阻R0越大，外特性曲线越陡。理想电流源的外特性曲线是一条与纵轴平行的直线，如下图所示b线。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（2）电流源当R0＝∞时，电流I恒等于电流IS，为一定值，与电流源两端的电压U无关，其电压U由负载R及电流I本身确定。这样的电流源称为理想电流源或恒流源，其符号如下图所示。理想电流源也是一种理想的情况，实际中并不存在。但如果电源的内阻R0远大于负载电阻R，即R0

>>

R，则I≈IS，基本保持恒定，此时可以认为是理想电流源。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件（3）电压源与电流源的等效变换一个实际电源可以用电压源表示，也可以用电流源表示，这说明电压源和电流源对同一外电路而言是等效的，可以进行等效变换，如下图所示。等效变换的条件为变换后保持输出电压和输出电流不变，即1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件在对电压源和电流源进行等效变换时，还应注意以下几点。（1）电压源和电流源的等效变换关系只是相对于外电路而言的，而对电源内部是不等效的。例如，当电源两端处于开路状态时，对电压源，I＝0，电源内阻R0不损耗功率；而对电流源，电源内部仍有电流，其内阻R0损耗功率。（2）等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。（3）理想电压源与理想电流源之间无等效关系。因为理想电压源的内阻R0＝0，若能等效变换，则变换后电流源的短路电流IS＝US/R0＝∞；同样，理想电流源的内阻R0＝∞，若能等效变换，则变换后电压源的开路电压US＝ISR0＝∞，它们都不能得到有限值，是没有意义的。（4）任何一个电动势为E的理想电压源和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS的理想电流源和这个电阻并联的电路，两者是等效的。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件例1-3如下图（左）所示，已知US1＝24V，R01＝4Ω，US2＝30V，R02＝6Ω，试计算其等效电压源的电压US和内电阻R0。1.1电路的基本概念1.1.5电路元件2有源元件【解】先将两个电压源等效变换为电流源，如上页右图所示，其中然后，再将两个电流源合并为一个等效电流源，如左图所示，其中最后，再将这个等效电流源变换为等效电压源，如右图所示，其中1.2基尔霍夫定律1.2.1电路中的几个名词1.2.2基尔霍夫电流定律1.2.3基尔霍夫电压定律1.2基尔霍夫定律1.2.1电路中的几个名词1支路电路中的每一分支称为支路，一条支路中只流过一个电流称为支路电流。如右图所示电路中有三条支路：acb、adb和ab。2电路中三条及三条以上支路的连接点称为节点。如右图所示电路中有两个节点：a和b。节点1.2基尔霍夫定律1.2.1电路中的几个名词3回路电路中的任一闭合路径称为回路。如下图所示电路中有三个回路：abca、abda和adbca。4

将电路画在平面上，内部不含有任何支路的回路称为网孔。如右图所示电路中有两个网孔：abca和abda。网孔1.2基尔霍夫定律1.2.2基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL）又称为基尔霍夫第一定律，它描述了同一节点处各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，其表述为：在任一瞬时，流入某一节点的电流之和应等于流出该节点的电流之和，即若规定流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号，则基尔霍夫电流定律还可表述为：在任一瞬时，通过某一节点的电流的代数和恒等于零，即1.2基尔霍夫定律1.2.2基尔霍夫电流定律如右图所示，对节点a和b有可以看出，将下式两边同乘以（－1）可得到上式，因此，在上图所示电路中只对其中一个节点列电流方程即可，这个节点称为独立节点。一般来说，当电路中有n个节点时，独立节点有n－1个。1.2基尔霍夫定律1.2.2基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律不仅可以应用于节点，而且还可推广应用于电路中任一假设的闭合面，即在任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。这种假设的闭合面称为广义节点。如下图所示，虚线框内的闭合面有三个节点a、b、c，应用基尔霍夫电流定律有：1.2基尔霍夫定律1.2.2基尔霍夫电流定律例1-4如下图所示，已知I1＝5A，I2＝2A，I3＝－3A。求I4。【解】对节点a，根据基尔霍夫电流定律有则1.2基尔霍夫定律1.2.3基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVL）又称为基尔霍夫第二定律，它描述了同一回路中各支路电压之间的约束关系，反映了电位的单值性，其表述为：在任一瞬时，从电路中任一点出发，沿任一闭合回路绕行一周，则在绕行方向（逆时针方向或顺时针方向）上，电位降之和应等于电位升之和，即电位的变化等于零。若规定电位降取正号，电位升取负号，则基尔霍夫电压定律还可表述为：在任一瞬时，沿任一回路绕行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零，即1.2基尔霍夫定律1.2.3基尔霍夫电压定律上式为基尔霍夫电压定律在电阻电路中的另一种表达式，即在任一闭合回路的绕行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。此处，凡是电动势的参考方向与所选回路绕行方向一致的，电动势取正号，反之，取负号；凡是电阻上电流的参考方向与回路绕行方向一致的，该电阻的电压降取正号，反之，取负号。如右图所示，假定图中所标数值均为正值，若回路绕行方向为顺时针，则1.2基尔霍夫定律1.2.3基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律不仅可以应用于闭合回路，而且还可推广应用于开口回路。如右图所示电路，应用基尔霍夫电压定律有1.2基尔霍夫定律1.2.3基尔霍夫电压定律例1-5如下图所示电路，已知US1＝23V，US2＝6V，R1＝10Ω，R2＝8Ω，R3＝5Ω，R4＝R6＝1Ω，R5＝4Ω，R7＝20Ω，试求电流Iab及电压Ucd。1.2基尔霍夫定律1.2.3基尔霍夫电压定律【解】可将上图中虚线部分看成广义节点，由于c、d两点之间断开，流出此闭合面的电流为零，故流入此闭合面的电流Iab也为零，即Iab＝0整个电路相当于两个独立的回路，其电流分别为在回路abcd中，应用基尔霍夫电压定律有1.3电路的分析方法1.3.1支路电流法1.3.2节点电压法1.3.3叠加定理1.3.4戴维南定理1.3电路的分析方法1.3.1支路电流法支路电流法是分析计算复杂电路的一种最基本的方法，它是以支路电流为未知量，根据基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程，而后联立方程，解出支路电流的方法。在如右图所示电路中，节点数n＝2，支路数b＝3，故共需列出三个独立方程来求解三条支路上的电流。电动势和电流的参考方向如图中所示，回路绕行方向为顺时针方向。1.3电路的分析方法1.3.1支路电流法因电路中的独立节点只有一个，故只对其中一个应用基尔霍夫电流定律即可，对节点a有又因共需三个方程才行，所以，需应用基尔霍夫电压定律列出其余两个方程，通常可取独立回路（网孔）列出。对回路abca和abda有联立以上三式，即可求出支路电流I1、I2和I3。1.3电路的分析方法1.3.1支路电流法1．标定各支路电流的参考方向及回路绕行方向。2．应用基尔霍夫电流定律列出n－1个节点电流方程。3．应用基尔霍夫电压定律列出b－（n－1）个回路电压方程，通常选择独立回路。4．联立方程，求解各支路电流。通过上述分析可知，应用支路电流法求解的步骤（假设电路中有n个节点，b条支路）：1.3电路的分析方法1.3.1支路电流法例1-6如下图所示，试求电路中的U1和I2。【解】该电路中有4个节点和6条支路，规定I、I1、I2、I3、I4和U1的参考方向如右图所示，独立回路的绕行方向为顺时针方向。根据基尔霍夫电流定律和电压定律可列出以下方程：对节点a

－I1－I2＋0.5＝0对节点b

I＋I1－I3＝0对节点c

I2－I－I4＝01.3电路的分析方法1.3.1支路电流法例1-6如下图所示，试求电路中的U1和I2。对回路1－20I1＋U1－20I3＝0对回路220I2＋30I4－U1＝0对回路320I3－30I4－20＝0联立方程，解得：I＝0.95A，I1＝－0.25A，I2＝0.75AI3＝0.7A，I4＝－0.2A，U1＝9V1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1节点电压法是以节点电压为未知量列写方程来分析电路的方法。在电路中，可任意选取一参考点，其余节点与参考点之间的电压便是节点电位。节点电压法的基本思想以右图所示电路为例来说明节点电流法的应用。在此电路中，设以节点0为参考点，即，节点1和节点2的电位用V1，V2表示。1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1设各支路电流的参考方向如上图所示。对节点1和节点2应用KCL列出方程为节点电压法的基本思想为了将方程用节点变量V1，V2表示，根据欧姆定律可得节点1:I1＋

I2＋I3

＋

I4＝Is1－Is3节点2:－

I3－

I4＋I5＋

I6＝Is3－Is2（1）I1＝G1

V1，

I2

＝G2

V1I3＝G3(V1

－V2)

，I4＝G4(V1

－V2)I5

＝G5

V2，I6

＝G6

V2（2）1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1将式（2）代入式（1）得节点电压法的基本思想将这两个式子整理后得（3）1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1这就是以节点变量，为未知量的节点电位方程。方程组（3）可以进一步改写成节点电压法的基本思想式中，

G11——节点1的自电导，是与节点1相连接的各支路电导之和，

即

G11＝G1＋G2＋G3＋G4

；

G22——节点2的自电导，是与节点2相连接的各支路电导之和，

即

G22＝G3＋G4＋G5＋G6；1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1G12，G21——G12＝G21，节点1和节点2之间的互电导，是连接点节点1和节点2之间的各支路电导之和的负值，即

G12＝G21＝－(G3＋G4)

，由于假设节点电位的参考方向总是由独立节点指向参考节点，所以各节点电位在自电导中所引起的电流总是流出该节点的，在节点方程左边流出节点的电流取“＋”号，因而自电导总是正的，但在另一节点电位通过互电导引起的电流总是流入本节点的，在节点方程左边流入节点的电流取“－”号，因而互电导总是负的；节点电压法的基本思想1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法1节点电压法的基本思想Is11

，Is12——分别表示流入节点1和节点2的电流代数和（流入为正，流出为负）。节点电位方程是KCL的体现，因为方程左边是各节点而引起的流出节点的电流，而右边是电流源送入节点的电流。考虑一般情况，若一个电路有

个节点，就有n个独立节点电位，其独立节点电位分别为

，…，根据上述原则可列出n个独立节点电位方程，即（4）1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法2式（4）方程可以凭观察直接列出，其中自电导Gkk为第k个节点各个电导之和，k＝1,2,3,…,n

，符号全为正；Gij是节点i与节点j的互电导，i，j＝1,2,3,…,n，所有的互电导的符号全取负，且有GijGji；iSkk为第k个节点各独立节点的电流源代数和，

k＝1,2,3,…,n

，当独立电流源指向节点时，这个电流源的电流取正号，否则取负值。需要指出的是，节点电压法不仅适用于平面电路，也适用于非平面电路，因此，节点电压法应用更普遍。通过观察直接列写节点方程1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法2通过观察直接列写节点方程例1-7如下图所示，已知电流源Is11＝3A,Is12＝7A。试用节点电流法求电路中各支路电流。【解】①选定参考节点。参考节点可任意选定。注意，在分析电路时，一经选定，就不得随意变动。本例取节点0为参考点，即V0＝0

，节点电位V1，V2

为变量。1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法2通过观察直接列写节点方程②列出节点电位方程。注意自电导总是正的，互电导总是负的。连接本节点的电流源，当其电流指向该节点时，前面取正号，反之取负号。节点电位方程为③求解联立方程得到各节点电位。联立求解上面两个方程，得

④求各支路电流。1.3电路的分析方法1.3.2节点电压法2通过观察直接列写节点方程⑤验算。为了检验计算结果的正确性，需要进行验算。其方法是列写一个KVL方程，如果方程成立，说明计算正确。否则要重新计算。例如，本例对3个电阻回路列写KVL方程：说明上述结果是正确的。1.3电路的分析方法1.3.3叠加定理叠加定理的内容为：对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在此支路上所产生的电流的代数和。如下（左）图所示电路，应用叠加定理分析时，可先分解为两个分电路。以支路电流I1为例。如下（中）图所示，当US1单独作用时，可求得分电流I1′；如下（右）图所示，当US2单独作用时，可求得分电流I1″。则I1＝I1′－I1″

。

1.3电路的分析方法1.3.3叠加定理1．把原电路分解为每个电源单独作用的分电路，标定每个电路电流和电压的参考方向。2．计算每个分电路中相应支路的分电流和分电压。3．将电流和电压的分量进行叠加，求出原电路中各支路的电流和电压。通过上述分析可知，应用叠加定理求解电路的步骤如下：1.3电路的分析方法1.3.3叠加定理1．叠加定理只适用于线性电路，不适用于非线性电路。2．线性电路中的电流和电压均可用叠加定理计算，但功率不能用叠加定理来计算。3．考虑每个电源单独作用时，应保持电路结构不变，并将其他电源视为零值，即电压源用短路替代，电流源用开路替代，但实际电源的内阻必须保留在原处。4．叠加时，应注意各分电路电流和电压的参考方向与原电路是否一致，一致时取正号，不一致时取负号。使用叠加定理时，应注意以下几点：1.3电路的分析方法1.3.3叠加定理例1-8如下（左）图所示电路，已知US＝6V，IS＝3A，R1＝2Ω，R2＝4Ω。试用叠加定理求电路的各支路电流，并计算R2上消耗的功率。【解】由电路结构可知，此电路中有两个电源，可分为两个分电路进行计算，如中图和右图所示。标定各电流和电压的参考方向如图所示。1.3电路的分析方法1.3.3叠加定理根据叠加定理有R2上消耗的功率为：在上页中图所示电路中，各支路电流为：在上页右图所示电路中，各支路电流为：根据叠加定理有R2上消耗的功率为：1.3电路的分析方法1.3.4戴维南定理电路中任何一个具有两个出线端与外电路相连接的网络都称为二端网络。二端网络可分为有源二端网络和无源二端网络。其中，有源二端网络中含有电源，如下（左）图所示；无源二端网络中不含电源，如下（右）图所示。1.3电路的分析方法1.3.4戴维南定理任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可用一个电压源和电阻串联的电路模型来等效代替，如下图所示，该电压源的电压US等于有源二端网络的开路电压U0，电阻等于有源二端网络内部所有电源都不起作用（电压源短路，电流源开路）时，所得到的无源二端网络的等效电阻R0。这就是戴维南定理。应用戴维南定理求解电路的步骤如下：1．把待求支路从电路中断开，其余部分即形成一个有源二端网络，求其等效电路的U0和R0；2．用此等效电路代替原电路中的有源二端网络，求出待求支路的电流。1.3电路的分析方法1.3.4戴维南定理例1-9如下（左）图所示电路，已知US1＝140V，US2＝90V，R1＝20Ω，R2＝5Ω，R3＝6Ω，试用戴维南定理求支路电流I3。【解】根据戴维南定理，将R3支路以外的部分用电压源和电阻串联等效代替，如上（右）图所示。1.3电路的分析方法1.3.4戴维南定理如下图所示，R3支路断开后，等效电路中的电流I为：如下图所示，等效电阻R0为：于是可得支路电流I3为：等效电路的开路电压U0为本章小结本章小结1电路的基础知识（1）电路由电源、负载和中间环节三部分组成。由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。（2）电路的基本物理量包括电流、电压、电动势和功率。（3）在电源与负载通过中间环节连接成电路后，电路可能处于通路、开路和短路三种不同的工作状态。（4）电阻元件是一种消耗电能的元件，它可分为线性电阻和非线性电阻。电感元件是一种能够储存磁场能量的元件。电容元件是一种能够储存电场能量的元件。本章小结1电路的基础知识（5）如果电路中有n个电阻顺序相接，中间没有分支，则这样的连接形式称为电阻的串联，串联电路的特点是通过每个电阻的电流都相同，总电压等于各串联电阻的电压之和；如果电路中有n个电阻连接在两个公共点之间，则这样的连接形式称为电阻的并联，并联电路的特点是每个电阻两端的电压都相等，总电流等于流过各个并联电阻的电流之和。（6）由电动势E（US）和内阻R0串联组成的电源电路模型称为电压源；由电流IS和内阻R0并联组成的电源电路模型称为电流源。电压源和电流源对同一外电路而言是等效的，可以进行等效变换，等效变换条件为本章小结2基尔霍夫定律（1）基尔霍夫电流定律的表述为：在任一瞬时，流入某一节点的电流之和应等于流出该节点的电流之和，或通过某一节点的电流的代数和恒等于零。（2）基尔霍夫电压定律的表述为：在任一瞬时，从电路中任一点出发，沿任一闭合路径绕行一周，则在绕行方向上，电位降之和应等于电位升之和，或回路中各段电压的代数和恒等于零。本章小结3电路的分析方法（1）支路电流法是分析计算复杂电路的一种最基本的方法，它是以支路电流为未知量，根据基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程，而后联立方程，解出支路电流的方法。（2）节点电压法是以节点电位为求解变量，利用KCL列写节点方程，从而求解电路的方法，一般用于支路较多，而节点较少的电路。节点电压法适用于求解任意电路。节点方程可以用观察法直接列写。（3）叠加定理是线性电路普遍适用的基本定理，它反映了线性电路的基本性质，其内容为：对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源分别作用时，在此支路上所产生的电流的代数和。本章小结3电路的分析方法（4）任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可用一个电压源和电阻串联的电路模型来等效代替，该电压源的电压US等于有源二端网络的开路电压U0，电阻等于有源二端网络内部所有电源都不起作用（电压源短路，电流源开路）时，所得到的无源二端网络的等效电阻R0。这就是戴维南定理。2.1正弦交流电的基本概念2.1.1周期、频率和角频率2.1.2瞬时值、幅值和有效值2.1.3相位和初相位2.1正弦交流电的基本概念若电压和电流的大小和方向都是随时间而变化的，则称为交流电。若电压和电流随时间按正弦规律周期变化，则称为正弦交流电。正弦交流电容易产生，易于进行电压变换，便于远距离输电和安全用电，有利于电气设备的运行，所以，在实践中得到了广泛地应用。工程中一般所说的交流电通常都是指正弦交流电。在线性电路中，如果电源为时间的正弦函数，则在稳态下由电源所产生的电压和电流也为时间的函数，这样的电路称为正弦交流稳态电路，简称正弦交流电路。2.1正弦交流电的基本概念2.1.1周期、频率和角频率随时间按正弦规律变化的电压和电流等物理量统称为正弦量。下面以正弦电流为例介绍正弦量的三要素。正弦电流的一般表达式为：

幅值Im、角频率ω和初相位φi称为正弦量的三要素。正弦电流的波形如下图所示。2.1正弦交流电的基本概念2.1.1周期、频率和角频率正弦量变化一周所需的时间称为周期，用T表示，单位为秒（s），常用的周期单位还有毫秒（ms）、微秒（μs）和纳秒（ns）。正弦量在一秒内周期变化的次数称为频率，用f表示，单位为赫兹（Hz），常用的频率单位还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）和吉赫（GHz）。我国和大多数国家都采用50Hz作为电力标准频率，有些国家（如美国和日本等）采用60Hz。这种供电频率在工业上广泛应用，称为工频。2.1正弦交流电的基本概念2.1.1周期、频率和角频率周期与频率互为倒数，即

正弦量在一秒内变化的电角度称为角频率，用ω表示，单位为rad/s。因为一个周期内经历了2π弧度，所以角频率为：上式为周期、频率和角频率三者之间的关系，它们从不同侧面反映了正弦量变化的快慢，只要知道其中一个，就可求出其他两个。2.1正弦交流电的基本概念2.1.2瞬时值、幅值和有效值正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示。瞬时值中的最大值称为幅值或最大值，它是正弦量在整个振荡过程中达到的最大值，用大写字母加下标m表示。为了反映交流电在能量转换方面的实际效果，工程上常采用有效值来表示正弦量的大小。有效值是根据电流的热效应来规定的，一个交流电流i和一个直流电流I分别通过相同的电阻R，如果在相同的时间T内，它们产生的热量相等，那么这个交流电流i的有效值就等于这个直流电流I的大小。有效值都用大写字母表示，根据上述定义，有：2.1正弦交流电的基本概念2.1.2瞬时值、幅值和有效值则若交流电流为正弦量，则其有效值为：同理，电压和电动势的有效值为：2.1正弦交流电的基本概念2.1.3相位和初相位ωt＋φi称为相位角或相位，它反映了正弦量的变化进程。t＝0时的相位称为初相位角或初相位。初相位与计时起点的选择有关，计时起点不同，初相位就不同，正弦量的初始状态也就不同。计时起点可以根据需要任意选择，通常规定初相位在其主值范围内取值，即|φi|≤π在一个正弦交流电路中，电压u和电流i的频率是相同的，但其初相位不一定相同，设其表达式分别为：两个同频率正弦量的相位之差或初相位之差称为相位差，用表示，即2.1正弦交流电的基本概念2.1.3相位和初相位可见，相位差是一个与时间和计时起点都无关的常数，当两个同频率正弦量的计时起点发生改变时，其相位和初相位会发生变化，但两者之间的相位差不会变化。相位差也通常在其主值范围内取值，即|

|≤π若两正弦量的相位差

＝0，则称两者同相，如下（左）图所示。若两正弦量到达某一确定状态（如零值或最大值）的先后次序不同，则称先到达者为超前，后到达者为滞后。如下（右）图所示，因

＞0，所以称u超前i，或i滞后u。2.1正弦交流电的基本概念2.1.3相位和初相位可见，相位差是一个与时间和计时起点都无关的常数，当两个同频率正弦量的计时起点发生改变时，其相位和初相位会发生变化，但两者之间的相位差不会变化。相位差也通常在其主值范围内取值，即|

|≤π若两正弦量的相位差

＝π/2，则称两者正交，如下（左）图所示。若两正弦量的相位差

＝π，则称两者反相，如（右）图所示。2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习2.2.2正弦量的相量表示法2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式2.2.4基尔霍夫定律的相量表示2.2.5正弦交流电路的相量电路模型2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习1复数的表示形式以实轴（+1轴）和虚轴（+j轴）为坐标轴组成的平面称为复平面。如右图所示，复数也可用复平面上的有向线段（向量）OA表示。（1）代数形式设A为一个复数，其实部和虚部分别为a和b，则复数A的代数形式为：（2）复平面上的向量表示2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习1复数的表示形式（3）三角函数形式复数的三角函数形式为：（4）指数形式r、φ与a、b的关系为：根据欧拉公式可知：于是，复数的三角函数形式可转变为指数形式，即2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习1复数的表示形式（5）极坐标形式复数的指数形式还可改写为极坐标形式，即（1）复数的加减运算设有两个复数复数的加减运算一般用代数形式进行：2复数的运算2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习（1）复数的加减运算复数的加减运算也可在复平面上按向量求和的平行四边形（或三角形）法则进行，如下图所示。2复数的运算2.2正弦量的相量表示2.2.1复数的复习（2）复数的乘除运算复数的乘除运算一般用指数形式或极坐标形式进行：2复数的运算2.2正弦量的相量表示2.2.2正弦量的相量表示法用复数来表示正弦量，复数的模为正弦量的幅值或有效值，辐角为正弦量的初相位。我们把这种用来表示正弦量的复数称为相量。为了与一般复数相区别，用在大写字母上打“·”表示相量。设正弦量，则其对应的相量为：相量在复平面上的图示称为相量图。在相量图上可以形象地看出各个正弦量的大小和相互间的相位关系，如右图所示。显然，只有同频率正弦量对应的相量才可以画在同一相量图上，不同频率正弦量对应的相量不能画在同一相量图上。2.2正弦量的相量表示2.2.2正弦量的相量表示法例2-1已知两个同频率的正弦电流分别为i1＝100sin（314t＋45°），i2＝60sin（314t－30°）。求i＝i1＋i2，并画出电流相量图。【解】设i＝i1＋i2＝Imsin（314t＋φi），其相量形式为。因i1和i2的相量形式分别为：2.2正弦量的相量表示2.2.2正弦量的相量表示法于是电流相量图如右图所示。则2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式1电阻元件的正弦交流电路如下图所示为一线性电阻元件的正弦交流电路，其电压和电流采用关联参考方向。为了方便分析，选电流为参考正弦量，即设则根据欧姆定律可知2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式1电阻元件的正弦交流电路可以看出，在电阻元件的正弦交流电路中，电压和电流是同频率的正弦量，且两者同相。电压和电流的正弦波形如下图所示。由上式可知，在电阻元件的正弦交流电路中，电压的幅值（或有效值）与电流的幅值（或有效值）的比值为电阻R。对比电压和电流，有2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式1电阻元件的正弦交流电路如果用相量表示电压和电流的关系，则为电阻元件的电压和电流相量图如右图所示。2电感元件的正弦交流电路如右图所示为一线性电感元件的正弦交流电路。当电感线圈中通过交流电流i时，其中便会产生感应电动势eL。2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式2电感元件的正弦交流电路根据基尔霍夫电压定律可知选电流为参考正弦量，即设则可以看出，在电感元件的正弦交流电路中，电压和电流也是同频率的正弦量，电压的相位超前电流90°。电压和电流的正弦波形如右图所示。2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式2电感元件的正弦交流电路电感线圈有“阻交流，通直流”的作用。当电压U一定时，ωL越大，电流I越小。可见，ωL具有对电流起阻碍作用的性质，称为感抗，用XL表示，即对比电压和电流，有如果用相量表示电压和电流的关系，则为：电感元件的电压和电流相量图如右图所示。2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式3电容元件的正弦交流电路设加在电容元件两端的电压为正弦电压，即如右图所示为一线性电容元件的正弦交流电路，其中则2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式3电容元件的正弦交流电路当电压U一定时，1/ωC越大，电流I越小。可见，1/ωC具有对电流起阻碍作用的性质，称为容抗，用XC表示，即电压和电流的正弦波形如右图所示。对比电压和电流，有2.2正弦量的相量表示2.2.3单一参数正弦交流电路的相量形式3电容元件的正弦交流电路电容元件有“阻直流，通交流”的作用。如果用相量表示电压和电流的关系，则为：电容元件的电压和电流相量图如右图所示。2.2正弦量的相量表示2.2.4基尔霍夫定律的相量表示基尔霍夫电压定律指出，对电路中的任一回路都有当电路中的电压都为同频率的正弦量时，可用相量表示，则有上式称为基尔霍夫电流定律的相量表示式，它表明，在正弦交流电路中，任一节点上同频率正弦电流所对应相量的代数和为零。基尔霍夫电流定律指出，对电路中的任一节点都有当电路中的电流都为同频率的正弦量时，可用相量表示，则有上式称为基尔霍夫电压定律的相量表示式，它表明，在正弦交流电路中，任一回路中同频率正弦电压所对应相量的代数和为零。2.2正弦量的相量表示2.2.4基尔霍夫定律的相量表示例2-2下图所示正弦电路中，电流表A1，A2的读数均为有效值，求电流表A的读数。（1）（2）（3）2.2正弦量的相量表示2.2.4基尔霍夫定律的相量表示【解】将图（1）用相量形式表示，如图（2）所示，R与C并联，设端电压为参考相量，令其初相为零，即，则A1的读数即为

，

，所以而A因为A的读数为10A，所以

。根据KCL得I的值为电流表A的读数，

。图（3）为其相量图。2.2正弦量的相量表示2.2.5正弦交流电路的相量电路模型只要我们把正弦交流电路章电源、支路电压、支路电流分别用相量表示后，再把电路元件用相量电路模型表示出来，这样，就可以把正弦交流电路用对应的向量电路模型来表示。例如，如图（1）所示电路表示成如图（2）所示的相量电路模型。（1）（2）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联如下图所示无源二端网络，其端口电压相量与电流相量之比定义为二端网络的阻抗，即2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念（1）（a）（b）式（1）称为欧姆定律的相量形式，其中，阻抗Z

的单位是欧姆（Ω）。这样图（a）所示无源二端网络的等效电路如图（b）所示。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念由定义式（1）可知，阻抗Z是一个复数，故又称为复阻抗。若在式（1）中，

，

，由式（1）可得（2）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念其实部R

称为阻抗的电阻分量；虚部X称为阻抗的电抗分量，它们的单位均为欧姆。式（2）中，；。式（2）为阻抗的极坐标形式，用直角坐标形式表示阻抗为（3）式（2）和式（3）相互等效转换关系为式中,

——阻抗的模。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念上述三个式子可以构成阻抗三角形如下图（a）所示。（4）式中，

——阻抗角。阻抗的实部分量R和虚部分量Z可以分别写成（5）（a）（b）由于2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念（6）因此有由式（6）得到电压三角形，如上述图（b）所示由阻抗的定义可知R，L和C三个元件的阻抗分别为2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念1阻抗的概念①当，即，时，电路呈电阻性。②当，即，电路呈电感性，称为感性电路。③当，即，电路呈电容性，称为容性电路。④当，即，称为电抗电路，这时有两种情况：当时，电路为纯电容性；当时，电路为纯电感性。阻抗Z可以反映电路的性质，具体讨论如下2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念2导纳的概念如果无源二端网络端口电流、电压采用关联参考方向如图（a）所示，其导纳定义为（1）（a）（b）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念2导纳的概念导纳Y的单位为西门子（S）。根据Y的定义，R，L和C

三个元件的导纳分别是：导纳Y是一个复数，故又称为复导纳，其大小为（2）（3）上式中2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念2导纳的概念式（2）称为导纳的极坐标形式。导纳的直角坐标形式为式中，G——导纳的电导分量，单位为西门子（S）；

S——导纳的电纳分量，单位为西门子（S）（4）比较式（2）和式（4），导纳的两种坐标表达式的等效互换关系为（5）（6）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念①当B=0时，即Y

=G，电路呈电阻性。②当B>0时，电路呈容性，称为容性电路。③当B<0时，电路呈电感性，称为感性电路。④当G=0时，即时，称为电抗电路，这时有两种情况：当B<0时，电路为纯电感性；当B>0时，电路为纯电容性。阻抗Y也可以反映电路的性质，具体讨论如下经过上述分析，无源二端网络的等效电路如上述图（b）所示，由式（1）～式（6）可以得到导纳三角形（参见右图）。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.1阻抗与导纳的概念3阻抗与导纳的等效互换因为阻抗，而导纳为上式中上式是由已知阻抗求导纳的公式。如果阻抗是极坐标形式，那么它们互换就方便了，则上式中2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联1RLC串联电路的等效阻抗在如图（a）所示的RLC

串联电路中，电流为

，对应电流相量为

。首先作出RLC串联电路的相量电路模型，如图（b）所示。（a）（b）（c）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联1RLC串联电路的等效阻抗根据KVL的相量形式有式中，X是该电路的电抗部分，其大小为它等于感抗与容抗之差。这因为超前90；

滞后90,使得与相差180（反相）。图（a）的等效电路如图（c）所示。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联例2-3如图所示，已知正弦交流电压u的有效值为220V。交流电压表V2，V3读数分别为65V和42V，求V1表的读数。【解】由串联电路电压三角形关系，有即所以表V1读数为2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联2RLC并联电路的等效导纳RLC并联电路如图（a）所示，设电压为

，分析各支路电流与电压u的关系。设电压u的相量形式为

，并作出相量电路模型如图（b）所示，分析如下：（a）（b）（c）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联2RLC并联电路的等效导纳由KCL得上式中2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联2RLC并联电路的等效导纳其中式中，。图（a）的等效电路如图（c）所示。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联例2-4在下图（a）所示电路中，电流表A1，A2均指示为10A，求电流表A的读数。（a）（b）（c）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联【解】①这是一个RC并联电路，电流表读数为有效值。相量电路模型如图（b）所示。令，则有电流表A的度数为14.1A。由KCL有2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联②用相量图解法求解。相量图如图（c）所示。可见，，成电流三角形，故有电流表A的度数为14.1A。2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联3混联正弦交流电路的计算例2-5如图（a）所示电路为功率补偿电路，已知

。求

，

，。（a）（b）（c）2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联【解】①写出已知正弦量的相量：②作出相量电路模型如图（b）所示，其中③计算各支路电流。RL串联支路阻抗为故有④作出相量图如图（c）所示。由KCL得2.3简单正弦交流电路的分析2.3.2阻抗（导纳）的串联与并联例2-6电路如图所示。试求：①从a，b看进去的等效阻抗Zab；②说明该电路的性质。【解】①②由于

，所以该电路呈感性。2.4正弦交流电路中的功率2.4.1瞬时功率2.4.2平均功率和功率因数2.4.3无功功率2.4.4视在功率和额定容量2.4.5复功功率2.4.6功率因数的提高2.4正弦交流电路中的功率2.4.1瞬时功率假设无源二端网络含有RLC元件，端口上的电流i和电压u分别为，式中，

为电压与电流的相位差，根据电路性质的不同，

可以为正，也可以为负。电路任一瞬间吸收或释放的功率称为瞬时功率，用小写字母p表示。当u，i为一致参考方向时，瞬时功率表示为上式表明当p

>

0时，表示二端网络吸收功率；当p<0时，表示二端网络释放功率，这是由于二端网络中含有储能元件所致。2.4正弦交流电路中的功率2.4.1瞬时功率，当二端网络只含有电阻时，即，时，，由于在电阻元件的正弦交流电路中，u与i同相，它们同时为正，同时为负，因此，瞬时功率总为正值，即p>0，表示外电路从电源吸收功率。当二端网络只含有电感元件时，即，时，。当二端网络只含有电容元件时，即，时，。2.4正弦交流电路中的功率2.4.2平均功率和功率因数，无源二端网络的平均功率为当二端网络只含有电阻时，即

，

时，

，该式与直流电阻电路中的功率表达式相同。当二端网络只含有电感元件时，即

，

时，=0，这说明电感元件不消耗功率，只是个储能元件。当二端网络只含有电容元件时，即

，

时，

=0，这说明电容元件也不消耗功率，只是个储能元件。2.4正弦交流电路中的功率2.4.2平均功率和功率因数，根据能量守恒原理，无源二端网络所吸收的总平均功率P应为各支路吸收平均功率之和，而各支路只有电阻元件的平均功率不为零。故无源二端网络的平均功率是网络中各电阻元件吸收的平均功率之和。即式中，Rk为网络中第k个电阻元件。Uk，Ik为Rk上电压和电流的有效值，上式常用来计算已知无源二端网络的平均功率。2.4正弦交流电路中的功率2.4.3无功功率，在无源二端网络中，无功功率定义为当二端网络中只含有电阻元件时，0。当二端网络中只含有电感元件时，

。当二端网络中只含有电容元件时，

。无源二端网络的无功功率等于各储能元件无功功率的代数和，即式中，Qk为第k个储能元件中的无功功率，对于电感元件，Qk为正；对于电容元件，Qk为负。2.4正弦交流电路中的功率2.4.4视在功率和额定容量，有功功率和无功功率可分别表示为交流电源都有确定的额定电压UN和额定电流IN，其额定视在功率UNIN表示了该电源可能提供的最大有功功率。在正弦交流电路中，把电压有效值与电流有效值之积称为视在功率，用字母S

表示，即2.4正弦交流电路中的功率2.4.5复功功率，复功功率如下：式中，

，

为电流相量的共轭。复功功率的单位为伏安（V·A）。根据上式可以得到上式中功率三角形如右2.4正弦交流电路中的功率2.4.5复功功率，例2-7如图所示电路中，已知R

=100Ω，L=0.4H，C=5μF，

，

，求该网络的有功功率和无功功率。【解】①根据电路内部元件进行计算。因为2.4正弦交流电路中的功率2.4.5复功功率，所以2.4正弦交流电路中的功率2.4.5复功功率，②利用端口电压和电流