第1章《電工電子技術(shù)》

1、電工電子技術(shù) 任萬強(qiáng) 張鋼 主編 中國水利水電出版社 第一篇 電工技術(shù) 電工技術(shù): 電路、電機(jī)、電器控制技術(shù) 學(xué)習(xí)關(guān)注: 基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、先進(jìn)性。 知識點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求知識點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 （1）了解電路的基本組成及各部分的作用，熟悉電）了解電路的基本組成及各部分的作用，熟悉電 氣設(shè)備額定值及電路工作狀態(tài)；氣設(shè)備額定值及電路工作狀態(tài)； （2）認(rèn)識電壓、電流參考（正）方向在電路分析中）認(rèn)識電壓、電流參考（正）方向在電路分析中 的重要性；掌握電壓、電流實(shí)際方向與參考方向的重要性；掌握電壓、電流實(shí)際方向與參考方向 的聯(lián)系；掌握電能與電功率概念的不同點(diǎn)。理解的聯(lián)系；掌握電能與電功率概念的不同點(diǎn)。理解 電流的熱

2、效應(yīng)，了解電流的熱效應(yīng)在實(shí)際工程中電流的熱效應(yīng)，了解電流的熱效應(yīng)在實(shí)際工程中 和實(shí)際生活中的應(yīng)用。和實(shí)際生活中的應(yīng)用。 （3）理解基爾霍夫電流和電壓定律的內(nèi)容及其擴(kuò)展）理解基爾霍夫電流和電壓定律的內(nèi)容及其擴(kuò)展 應(yīng)用；掌握應(yīng)用兩定律分析一般電路的方法和技應(yīng)用；掌握應(yīng)用兩定律分析一般電路的方法和技 能。能。 （4）掌握疊加定律和戴維南定理分析電路的步驟和）掌握疊加定律和戴維南定理分析電路的步驟和 適用場合，并能應(yīng)用它們對電路進(jìn)行分析和計(jì)算。適用場合，并能應(yīng)用它們對電路進(jìn)行分析和計(jì)算。 第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 1.1 電路的組成及基本物理量 1.2 歐姆定律及電路模型 1.3 電路的

3、串接及并聯(lián) 1.4 電氣設(shè)備的額定值、電路的幾種狀態(tài) 1.5 電壓源、電流源及其等效變換 1.6 基爾霍夫定律及其應(yīng)用 1.7 電路中電位的計(jì)算 1.8 戴維南定理疊加定理 第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 1.1 電路的組成及基本物理量電路的組成及基本物理量 1 電路的組成電路的組成 電路是由各種電氣器件按一定方式用導(dǎo)線連接組成的 總體，它提供了電流通過的閉合路徑。 這些電氣器件包括電源、開關(guān)、負(fù)載等。 電源是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，例如，發(fā) 電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 圖 1- 1簡單電路 EU S1 圖1.1 負(fù)載:是取用電能的裝置，它把電能轉(zhuǎn)換為其它形式的能量。 例如，電

4、動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，電熱爐將電能轉(zhuǎn)換為 熱能，電燈將電能轉(zhuǎn)換為光能。 導(dǎo)線和開關(guān)用來連接電源和負(fù)載， 為電流提供通路， 把電源的能量供給負(fù)載，并根據(jù)負(fù)載需要接通和斷開電路。 電路的功能和作用有兩類： 第一類功能是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、 傳輸和分配； 第二類功能是進(jìn)行信號的傳遞與處理。 二二 電路的基本物理量電路的基本物理量 1. 電流電流 電流是由電荷的定向移動(dòng)而形成的。當(dāng)金屬導(dǎo)體處于 電場之內(nèi)時(shí)，自由電子要受到電場力的作用， 逆著電場的 方向作定向移動(dòng)，這就形成了電流。 直流:其大小和方向均不隨時(shí)間變化的電流叫恒定電流，簡 稱直流。 電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度來表示， 對于恒定直流， 電流 強(qiáng)度I用

5、單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量Q來表示，即 t Q I 電流的單位是A(安培)。 在1秒內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面 的電荷為1C(庫侖)時(shí)，其電流則為1A。 計(jì)算微小電流時(shí), 電流的單位用mA(毫安)、A(微安） 或nA(納安），其換算關(guān)系為： 1mA=10-3A，1A=10-6A，1nA = 10-9A 習(xí)慣上，規(guī)定正電荷的移動(dòng)方向表示電流的實(shí)際方向。 在外電路，電流由正極流向負(fù)極；在內(nèi)電路，電流由負(fù)極 流向正極。 在進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，先任意選定某一方向作為待 求電流的正方向，并根據(jù)此正方向進(jìn)行計(jì)算. 1.若計(jì)算得到結(jié)果為正值，說明了電流的實(shí)際方向與選定的 正方向相同； 2.若計(jì)算得到結(jié)果為負(fù)值，說明電流

6、的實(shí)際方向與選定的正 方向相反。圖 1 - 2 表示電流的參考正方向(圖中實(shí)線所示) 與實(shí)際方向(圖中虛線所示)之間的關(guān)系。 圖 1-2電流的方向 (a) 參考正方向與實(shí)際方向一致; (b) 參考正方向與實(shí)際方向相反 I (a)(b) 圖 1.2 I 2. 電壓電壓 電場力把單位正電荷從電場中點(diǎn)A移到點(diǎn)B所做的功 WAB稱為A、B間的電壓,用UAB表示，即 UAB= 電壓的單位為V(伏特)。 如果電場力把1C電量 從點(diǎn)A移到點(diǎn)B所作的功是1J(焦耳)， 則A與B兩點(diǎn)間的電壓 就是1V。 計(jì)算較大的電壓時(shí)用kV(千伏）， 計(jì)算較小的電壓 時(shí)用mV(毫伏）。其換算關(guān)系為： Q WAB 1kV=10

7、3V，1mV=10-3V 電壓的實(shí)際方向規(guī)定為從高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，即 由“+”極指向“”極，因此，在電壓的方向上電位是逐 漸降低的。 電壓總是相對兩點(diǎn)之間的電位而言的， 所以用雙下標(biāo) 表示，一個(gè)下標(biāo)(如A)代表起點(diǎn)，后一個(gè)下標(biāo)(如B)代表終 點(diǎn)。電壓的方向則由起點(diǎn)指向終點(diǎn)， 有時(shí)用箭頭在圖上 標(biāo)明。當(dāng)標(biāo)定的參考方向與電壓的實(shí)際方向相同時(shí)(圖1- 3(a)，電壓為正值；當(dāng)標(biāo)定的參考方向與實(shí)際電壓方向相 反時(shí)(圖 1 - 3(b)，電壓為負(fù)值。 圖 1- 3電壓的正負(fù)與實(shí)際方向 (a) 參考正方向與實(shí)際方向一致; (b) 參考正方向與實(shí)際方向相反 UAB為正 A (a) UAB為負(fù) (b) 圖

8、1.3 B AB 3. 電動(dòng)勢電動(dòng)勢 為了維持電路中有持續(xù)不斷的電流，必須有一種外力， 把正電荷從低電位處（如負(fù)極B）移到高電位處（如正極 A）。在電源內(nèi)部就存在著這種外力。 如圖 1 - 4 所示，外力克服電場力把單位正電荷由低電 位B端移到高電位A端，所做的功稱為電動(dòng)勢，用E表示。 電動(dòng)勢的單位也是V。如果外力把1C的電量從點(diǎn)B移到點(diǎn)A， 所做的功是1J，則電動(dòng)勢就等于1V。 電動(dòng)勢的方向規(guī)定為從低電位指向高電位，即由“” 極指向“+”極。 圖 1 - 4電動(dòng)勢 EU 圖1.4 A B RL I 4. 電功率電功率 在直流電路中，根據(jù)電壓的定義，電場力所做的功是 W= QU。把單位時(shí)間內(nèi)電

9、場力所做的功稱為電功率，則有 UI t QU P 功率的單位是W(瓦特)。 對于大功率， 采用kW(千瓦）或MW(兆瓦） 作單位，對于小功率則用mW(毫瓦）或W(微瓦）作單位。 在電源內(nèi)部，外力做功，正電荷由低電位移向高電位， 電流逆著電場方向流動(dòng)，將其它能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽潆姽?率為 P=EI 若計(jì)算結(jié)果P0， 說明該元件是耗能元件； 若計(jì)算結(jié) 果P0，則該元件為供能元件。 當(dāng)已知設(shè)備的功率為P時(shí)，在t秒內(nèi)消耗的電能為W = Pt， 電能就等于電場力所作的功，單位是J(焦耳)。在電工 技術(shù)中，往往直接用Ws(瓦特秒）作單位，實(shí)際上則用 kWh(千瓦小時(shí)）作單位，俗稱1度電。1kWh=3.610

10、6 Ws 1.2歐姆定律、線性電阻、非線性電阻歐姆定律、線性電阻、非線性電阻 歐姆定律指出：導(dǎo)體中的電流I與加在導(dǎo)體兩端的電壓 U成正比，與導(dǎo)體的電阻R成反比。 一、一、 一段電路的歐姆定律一段電路的歐姆定律 圖 1- 5 所示電路，是不含電動(dòng)勢，只含有電阻的一段 電路。 若U與I正方向一致， 則歐姆定律可表示為 U = IR (1 - 3) 若U與I方向相反， 則歐姆定律表示為 U= -IR R I U 圖1.5 圖1-5 一段電路 電阻的單位是(歐姆），計(jì)量大電阻時(shí)用k(千歐） 或M(兆歐）。其換算關(guān)系為： 1k=103 ，1 M=106 電阻的倒數(shù)1/R=G， 稱為電導(dǎo)， 它的單位為S(

11、西門 子)。 二二 全電路的歐姆定律全電路的歐姆定律 圖 1 - 6 所示是簡單的閉合電路，RL為負(fù)載電阻，R0為 電源內(nèi)阻，若略去導(dǎo)線電阻不計(jì)，則此段電路用歐姆 0 RR E I L (1 - 4) EU 圖1.6 RL I RO 圖 1- 6簡單的閉合電路 式(1- 4)的意義是： 電路中流過的電流， 其大小與電 動(dòng)勢成正比，而與電路的全部電阻成反比。電源的電動(dòng)勢 和內(nèi)電阻一般認(rèn)為是不變的，所以，改變外電路電阻，就 可以改變回路中的電流大小。 三三 線性電阻、非線性電阻線性電阻、非線性電阻 在溫度一定的條件下，把加在電阻兩端的電壓與通過 電阻的電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。 一般金屬電阻的阻

12、值不隨所加電壓和通過的電流而改 變， 即在一定的溫度下其阻值是常數(shù)，這種電阻的伏安 特性是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，如圖 1 - 7 所示。這種電阻 稱為線性電阻。 圖1.7 IO I= f (U) U 圖 1- 7線性電阻的伏安特性 由此可見， 線性電阻遵守歐姆定律。 電阻其電阻值隨電壓和電流的變化而變化， 其電壓與 電流的比值不是常數(shù)，這類電阻稱之為非線性電阻。 例如, 半導(dǎo)體二極管的正向電阻就是非線性的，它的伏安特性如圖 1 - 8所示。 半導(dǎo)體三極管的輸入、輸出電阻也都是非線性的。對于 非線性電阻的電路，歐姆定律不再適用。 全部由線性元件組成的電路稱為線性電路。 本章僅討 論線性直流電路。

13、圖1.8 UO I= f (U) I 圖 1- 8二極管正向伏安特性 1.3電電 路路 的的 連連 接接 由于工作的需要，常將許多電路按不同的方式連接起來， 組成一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)。 一、一、 電阻的串聯(lián)電阻的串聯(lián) 由若干個(gè)電阻順序地連接成一條無分支的電路，稱為串 聯(lián)電路。 如圖 1 - 9 所示電路，是由三個(gè)電阻串聯(lián)組成的。 圖 1- 9電阻的串聯(lián) I R1 U1 R2 U2 R3 U3 圖 1.9 電阻元件串聯(lián)有以下幾個(gè)特點(diǎn)： (1) 流過串聯(lián)各元件的電流相等，即I1=I2=I3; (2) 等效電阻R=R1+R2+R3; (3) 總電壓U=U1+U2+U3; (4) 總功率P=P1+P2+P3;

14、 (5) 電阻串聯(lián)具有分壓作用， 即 ., 3 3 2 2 1 1 R UR U R UR U R UR U 在實(shí)際中， 利用串聯(lián)分壓的原理， 可以擴(kuò)大電壓表的 量程，還可以制成電阻分壓器。 例 11 現(xiàn)有一表頭， 滿刻度電流IQ= 50A， 表頭 的電阻RG=3k，若要改裝成量程為10V的電壓表，如圖 1 - 10 所示，試問應(yīng)串聯(lián)一個(gè)多大的電阻？ 解 當(dāng)表頭滿刻度時(shí)，它的端電壓為UG=5010- 63103 = 0.15V。設(shè)量程擴(kuò)大到10V時(shí)所需串聯(lián)的電阻為 R，則R上分得的電壓為 UR=100.15 = 9.85V，故 即應(yīng)串聯(lián)197k的電阻， 方能將表頭改裝成量程為10 V的電壓表。

15、 197 15. 0 10385. 9 3 K U RU R G GR 圖1-10 例1.1圖 R A 圖1.10 二二 、電阻的并聯(lián)、電阻的并聯(lián) 將幾個(gè)電阻元件都接在兩個(gè)共同端點(diǎn)之間的連接方式 稱之為并聯(lián)。圖 1 - 11所示電路是由三個(gè)電阻并聯(lián)組成的。 并聯(lián)電路的基本特點(diǎn)是： (1) 并聯(lián)電阻承受同一電壓， 即 U=U1=U2=U3； (2) 總電流 I=I1+I2+I3； (3) 總電阻的倒數(shù) 321 1111 RRRR I U1 R1 I1 U U2 R2 I2 U3 R3 I3 圖1.11 圖1-11 電阻的并聯(lián) 即總電導(dǎo) G=G1+G2+G3； 若只有兩個(gè)電阻并聯(lián)，其等效電阻R可用

16、下式計(jì)算： R=R1R2= 式中， 符號“”表示電阻并聯(lián)。 (4) 總功率P=P1+P2+P3； (5) 分流作用： 21 21 RR RR 3 3 2 2 1 1 , R RI I R RI I R RI I 利用電阻并聯(lián)的分流作用， 可擴(kuò)大電流表的量程。 在 實(shí)際應(yīng)用中，用電器在電路中通常都是并聯(lián)運(yùn)行的，屬于相 同電壓等級的用電器必須并聯(lián)在同一電路中，這樣，才能保 證它們都在規(guī)定的電壓下正常工作。 例 1.2 有三盞電燈接在110 V電源上， 其額定值分 別為110 V、100W, 110 V、 60W, 110V、40W，求總功率P、 總電流I以及通過各燈泡的電流及等效電阻。 解 （1）

17、因外接電源符合各燈泡額定值， 各燈泡正常 發(fā)光，故總功率為 P=P1+P2+P3=100+60+40=200W （2） 總電流與各燈泡電流為： A U P I82. 1 110 200 A U P I909. 0 110 100 1 1 1 A U P I545. 0 110 60 2 2 2 A U P I364. 0 110 40 3 3 3 4 .60 82. 1 110 I U R (3) 等效電阻為 1.4電氣設(shè)備的額定值、電氣設(shè)備的額定值、 電路的幾種狀態(tài)電路的幾種狀態(tài) 電氣設(shè)備的額定值， 通常有如下幾項(xiàng)： (1) 額定電流(IN)：電氣設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行以致穩(wěn)定溫度達(dá) 到最高允許溫度

18、時(shí)的電流, 稱為額定電流。 (2) 額定電壓（UN）：為了限制電氣設(shè)備的電流并考慮 絕緣材料的絕緣性能等因素，允許加在電氣化設(shè)備上的電壓 限值，稱為額定電壓。 (3) 額定功率（PN）：在直流電路中，額定電壓與額定 電流的乘積就是額定功率，即 PN=UN IN 電氣設(shè)備的額定值都標(biāo)在銘牌上， 使用時(shí)必須遵守。 例如，一盞日光燈，標(biāo)有“220V60 W”的字樣，表示該 燈在220 V電壓下使用， 消耗功率為60 W，若將該燈泡接 在380V的電源上，則會(huì)因電流過大將燈絲燒毀；反之，若 電源電壓低于額定值，雖能發(fā)光，但燈光暗淡。 二二 、電路的幾種狀態(tài)、電路的幾種狀態(tài) 電路在工作時(shí)有三種工作狀態(tài)，

19、 分別是通路、短路、斷路。 1. 通路（有載工作狀態(tài)）通路（有載工作狀態(tài)） 如圖 1 - 12 所示，當(dāng)開關(guān)S閉合，使電源與負(fù)載接成 閉合回路，電路便處于通路狀態(tài)。在實(shí)際電路中，負(fù)載都 是并聯(lián)的，用RL代表等效負(fù)載電阻。 E U S 圖1.12 RL R0 圖 1 - 12通路的示意圖 電路中的用電器是由用戶控制的， 而且是經(jīng)常變動(dòng)的。 當(dāng)并聯(lián)的用電器增多時(shí)，等效電阻 RL就會(huì)減小，而電源電 動(dòng)勢E通常為一恒定值，且內(nèi)阻R0很小，電源端電壓U變化很 小，則電源輸出的電流和功率將隨之增大，這時(shí)稱為電路的 負(fù)載增大。當(dāng)并聯(lián)的用電器減少時(shí)，等效負(fù)載電阻RL增大， 電源輸出的電流和功率將隨之減小，這種

20、情況稱為負(fù)載減小。 可見， 所謂負(fù)載增大或負(fù)載減小， 是指增大或減小負(fù)載電 流， 而不是增大或減小電阻值。 電路中的負(fù)載是變動(dòng)的， 所以， 電源端電壓的大小也 隨之改變。 電源端電壓U隨電源輸出電流I的變化關(guān)系，即U =f（I）稱為電源的外特性， 外特性曲線如圖 1 - 13所示。 根據(jù)負(fù)載大小， 電路在通路時(shí)又分為三種工作狀態(tài)： 當(dāng)電氣設(shè)備的電流等于額定電流時(shí)稱為滿載工作狀態(tài)； 當(dāng)電氣設(shè)備的電流小于額定電流時(shí)，稱為輕載工作狀態(tài)；當(dāng) 電氣設(shè)備的電流大于額定電流時(shí)，稱為過載工作狀態(tài)。 2. 斷路斷路 所謂斷路，就是電源與負(fù)載沒有構(gòu)成閉合回路。 在圖 1 - 12 所示電路中，當(dāng)S斷開時(shí)，電路即處

21、于斷路狀態(tài)。斷路 狀態(tài)的特征是： I O U E IR0 U= f (I) 圖1.13 圖 1- 13電源的外特性 R=，I=0 電源內(nèi)阻消耗功率 PE=0 負(fù)載消耗功率 PL=0 路端電壓 U0=E 此種情況， 也稱為電源的空載。 3. 短路短路 所謂短路，就是電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成 閉合回路， 如圖 1 - 14所示。 圖中折線是指明短路點(diǎn)的符號。短路的特征是： R=0，U=0 IS= (短路電流) PL=0 PE=I2SR0(電源內(nèi)阻消耗功率) 0 R E E 圖1.14 R R0 圖 1 - 14短路的示意圖 因?yàn)殡娫磧?nèi)阻R0一般都很小，所以短路電流IS總是很 大。如果電源短路

22、事故未迅速排除，很大的短路電流將會(huì) 燒毀電源、導(dǎo)線及電氣設(shè)備，所以, 電源短路是一種嚴(yán)重 事故, 應(yīng)嚴(yán)加防止。 為了防止發(fā)生短路事故，以免損壞電源，常在電路中 串接熔斷器。 熔斷器中裝有熔絲。熔絲是由低熔點(diǎn)的鉛錫 合金絲或鉛錫合金片做成的。一旦短路，串聯(lián)在電路中的 熔絲將因發(fā)熱而熔斷，從而保護(hù)電源免于燒壞。 熔斷器的符號如圖 1 - 15 所示， 熔斷器在電路中的接 法如圖 1 - 16 所示。 FU 圖 1.15 FUFU S 圖1.16 1 - 16熔斷器在電路中的安裝 圖 1 - 15熔斷器的符號 圖 1.5電壓源、電流源及其等效變換電壓源、電流源及其等效變換 一、電壓源一、電壓源 鉛蓄

23、電池及一般直流發(fā)電機(jī)等都是電源，它們是具有不 變的電動(dòng)勢和較低內(nèi)阻的電源， 我們稱其為電壓源， 如圖 1- 17（a）所示。 如果電源的內(nèi)阻R00，當(dāng)電源與外電路接通時(shí)，其端電 壓 U = E，端電壓不隨電流而變化，電源外特性曲線是一條 水平線。 這是一種理想情況，我們把具有不變電動(dòng)勢且內(nèi)阻為 零的電源稱為理想電壓源或恒壓源，如圖 1-17（b）所示。 E R0 RL (a) ERL (b) 圖 1.17 圖 1- 17電壓源 (a) 電壓源與負(fù)載連接; (b) 恒壓源與負(fù)載連接 理想電壓源是實(shí)際電源的一種理想模型。例如，在電 力供電網(wǎng)中， 對于任何一個(gè)用電器（如一盞燈）而言，整 個(gè)電力網(wǎng)除了

24、該用電器以外的部分，就可以近似地看成是 一個(gè)理想電壓源。 當(dāng)電源電壓穩(wěn)定在它的工作范圍內(nèi)， 該電源就可認(rèn)為 是一個(gè)恒壓源。如果電源的內(nèi)電阻遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻RL，那 么隨著外電路負(fù)載電流的變化， 電源的端電壓可基本保持 不變，這種電源就接近于一個(gè)恒壓源。 電流源對實(shí)際電源，可以建立另一種理想模型， 叫電 流源。如果電源輸出恒定的電流，即電流的大小與端電壓 無關(guān)，我們把這種電源叫理想電流源。 對于直流電路來說， 理想電流源輸出恒定不變的電流IS， 它與外電路負(fù)載大小無關(guān)，其端電壓由負(fù)載決定。理想電流 源簡稱電流源或恒流源，如圖 1 - 18 所示。恒流源的伏安特 性如圖 1 - 19 所示。 當(dāng)電流

25、源與外電路接通時(shí)，回路電流是恒定的。 實(shí)際的 電流源即使沒有與外電路接通，其內(nèi)部也有電流流動(dòng)； 與負(fù) 載接通后，電源內(nèi)部仍有一部分電流流動(dòng)，另一部分電流則 通過負(fù)載，因此，實(shí)際電流源可以用理想電流源IS與一個(gè)電 阻Ri并聯(lián)表示，如圖 1 - 20 所示。 圖 1- 18恒流源與負(fù)載連接 RL ISU 圖1.18 I O U I0 R 圖1.19 圖 1- 19恒流源的伏安特性 RLISU 圖1.20 I Ri Ii S 圖 1- 20 實(shí)際的電流源與負(fù)載連接 空載時(shí)，S斷開，通過Ri的電流Ii等于IS，端電壓為ISRi 外電路電流I=0；外電路短路時(shí)，端電壓等于0，I=IS，Ii=0； 有負(fù)載

26、時(shí)，U=IiRi=IRL, Ii+I=IS，即 1 R U II S iiS IRRII 由上式可知: 負(fù)載電流I總是小于恒流源輸出電流IS； 負(fù)載電流增大, 端電壓減少； 負(fù)載電流愈小， 內(nèi)阻上的 電流就愈大， 內(nèi)部損耗也就愈大，所以，電流源不能處于空 載狀態(tài)。 三三 、電壓源與電流源的等效變換、電壓源與電流源的等效變換 一個(gè)實(shí)際的電源，既可以用理想電壓源與內(nèi)阻串聯(lián)表 示， 也可以用一個(gè)理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)來表示。對于外 電路而言， 如果電源的外特性相同， 無論采用哪種模型計(jì) 算外電路電阻RL上的電流、電壓，結(jié)果都會(huì)相同。 對外電路而言， 兩種模型是可以等效變換的。 試作對 比如下： 電壓源

27、模型電流源模型 U=E-IR0U=ISRi-IRi 0 R UE I i S R U II 由以上比較可知， 當(dāng)滿足下列關(guān)系時(shí)， 兩者可以互換: Ri=R0, E=ISRi 或 電壓源與電流源的等效變換電路如圖 1 - 21 所示。 關(guān)于 兩者的等效變換，我們有如下的結(jié)論： i S R E I RL 圖1.21 S E R0 RL IS I Ri Ii S 圖 1 -21電壓源與電流源的等效變換 (1) 電壓源與電流源的等效變換只能對外電路等效， 對內(nèi)電路則不等效。 (2) 把電壓源變換為電流源時(shí)， 電流源中的IS等于電壓 源輸出端短路電流IS，IS方向與電壓源對外電路輸出電流方 向相同，電流

28、源中的并聯(lián)電阻Ri與電壓源的內(nèi)阻R0相等。 (3) 把電流源變換成為電壓源時(shí)， 電壓源中的電動(dòng)勢E 等于電流源輸出端斷路時(shí)的端電壓， E的方向與電流源對 外輸出電流的方向相同，電壓源中的內(nèi)阻R0與電流源的并 聯(lián)電阻Ri相等。 (4) 理想電壓源與理想電流源之間不能進(jìn)行等效變換。 例 1.3 已知兩個(gè)電壓源， E1=24 V, R01= 4；E2=30 V， R02=6，將它們同極性相并聯(lián)，試求其等效電壓源的電動(dòng)勢 和內(nèi)電阻R0。 解 如圖 1 - 22 所示， 先將兩個(gè)電壓源分別等效變換為電 流源: A R E IS6 4 24 01 1 1 A R E I S 5 6 30 02 2 2 將

29、兩個(gè)電流源合并為一個(gè)等效電流源: AIII SSS 1156 21 4 . 2 0201 0201 0 RR RR R 然后, 將這個(gè)等效電流源變換成等效電壓源: E=R0IS=2.411=26.4 V R0=2.4 圖 1- 22例 1.3 圖 E1 R01 E2 R02 IS1 R01 IS2 R02 IS R0 E R0 圖 1.22 1.6基爾霍夫定律及其應(yīng)用基爾霍夫定律及其應(yīng)用 介紹幾個(gè)基本概念： (1) 電路中每一段不分支的電路，稱為支路，如圖 1 - 23中，BAF、BCD、BE等都是支路。 (2) 電路中三條或三條以上支路相交的點(diǎn)，稱為節(jié)， 例如，圖 1 - 23 中的B、E都

30、是節(jié)點(diǎn)。 (3) 電路中任一閉合路徑， 稱為回路，例如，圖 1 - 23 中ABEFA、BCDEB、ABCDEFA等都是回路。 圖 1.23 E1 I1 R1 A R3 I3 R2 I2 E2 BC DEF 圖 1- 23復(fù)雜電路 一、基爾霍夫電流定律（一、基爾霍夫電流定律（KCL） 在電路中，任何時(shí)刻對于任一節(jié)點(diǎn)而言，流入節(jié)點(diǎn)電流 之和等于流出節(jié)點(diǎn)電流之和，即 Ii=Io (1 - 5) 如圖 1 - 23 所示，對節(jié)點(diǎn)B有 I1+I2=I3 二、基爾霍夫電壓定律（二、基爾霍夫電壓定律（KVL） 沿任一回路繞行一周，回路中所有電動(dòng)勢的代數(shù)和等于 所有電阻壓降的代數(shù)和，即 E = IR 如圖

31、1 - 23 所示， 沿ABCDEFA回路，有 E1E2=I1R1I2R2 應(yīng)用KVL定律時(shí)，先假定繞行方向，當(dāng)電動(dòng)勢的方向 與繞行方向一致時(shí)，則此電動(dòng)勢取正號，反之取負(fù)號; 當(dāng) 電阻上的電流方向與回路繞行方向一致時(shí)，取此電阻上的 電壓降為正， 反之，取負(fù)號。 二、基爾霍夫定律的應(yīng)用二、基爾霍夫定律的應(yīng)用支路電流法支路電流法 分析、計(jì)算復(fù)雜電路的方法很多，本節(jié)介紹一種最基本的 方法支路電流法。 支路電流法是以支路電流為未知量， 應(yīng)用基爾霍夫定律 列出與支路電流數(shù)目相等的獨(dú)立方程式，再聯(lián)立求解。應(yīng)用 支路電流法解題的方法步驟（假定某電路有m條支路， n個(gè) 節(jié)點(diǎn)）： （1）首先標(biāo)定各待求支路的電流

32、參考正方向及回路繞行 方向； （2）應(yīng)用基爾霍夫電流定律列出（n1）個(gè)節(jié)點(diǎn)方程； （3） 應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列出m（n1）個(gè)獨(dú) 立的回路電壓方程式； （4） 由聯(lián)立方程組求解各支路電流。 例 1.4 如圖 1 - 24 所示電路，E1=10V，R1=6 ， E2 =26V，R2=2 ，R3=4，求各支路電流。 解 假定各支路電流方向如圖所示， 根據(jù)基爾霍夫電 流定律（KCL），對節(jié)點(diǎn)A有 I1+I2=I3 設(shè)閉合回路的繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，對回路，有 E1E2 = I1R1I2R2 對回路，有 E2=I2R2+I3R3 E1 R1 I1 R2 I2 E2 R3 I3 圖 1.24 圖1-24

33、 例1-24圖 聯(lián)立方程組： I1+I2=I3 10-26=6I12I2 26=2I2+4I3 解方程組，得： I1=1A, I2=5 A, I3=4A 這里解得I1為負(fù)值， 說明實(shí)際方向與假定方向相反，同 時(shí)說明E1此時(shí)相當(dāng)于負(fù)載。 1.7電路中電位的計(jì)算電路中電位的計(jì)算 在電路中要求得某點(diǎn)的電位值，也必須在電路中選擇一 個(gè)參考點(diǎn)，這個(gè)參考點(diǎn)叫零電位點(diǎn)。零電位點(diǎn)可以任意選擇。 在電工技術(shù)中，為了工作安全，通常把電路的某一點(diǎn)與大地 連接，稱為接地。這時(shí)，電路的接地點(diǎn)就是電位等于零的參 考點(diǎn)。它是分析線路中其余各點(diǎn)電位高低的比較標(biāo)準(zhǔn)， 用 符號“”表示。 電路中某點(diǎn)的電位， 就是從該點(diǎn)出發(fā)， 沿

34、任選的一條 路徑“走”到參考點(diǎn)所經(jīng)過的全部電位降的代數(shù)和。 計(jì)算電位的方法和步驟如下： (1) 選擇一個(gè)零電位點(diǎn)， 即參考點(diǎn)。 (2) 標(biāo)出電源和負(fù)載的極性： 按E的方向是由負(fù)極指向正極的原則， 標(biāo)出電源的正負(fù) 極性，設(shè)電流方向，將電流流入端標(biāo)為正極， 流出端為負(fù)。 (3) 求點(diǎn)A的電位時(shí)， 選定一條從點(diǎn)A到零電位點(diǎn)的路徑， 從點(diǎn)A出發(fā)沿此路徑“走”到零電位點(diǎn)，不論一路經(jīng)過的是 電源，還是負(fù)載，只要是從正極到負(fù)極， 就取該電位降為 正， 反之就取負(fù)值，然后，求代數(shù)和。 以圖 1 - 25 電路為例，點(diǎn)D是參考點(diǎn)，各電源的極性和I 的方向如圖所示，求點(diǎn)A的電位時(shí)有三條路徑 圖1.25 E1 I1 R1 A R3 I3 R2 I2 E2 BC D E3 圖 1- 25電位的計(jì)算 沿AE1D路徑： VA=E1 沿ABD路徑： VA=I1R1+I3R3+E3 沿ABCD路徑： VA=I1R1+I2R2-E2 顯然，沿AE1D路徑計(jì)算點(diǎn)A電位最簡單，但三種計(jì)算方 法的結(jié)果是完全相同的。 例 1.5 在圖 1 - 26 所示電路中，若R1=5 ， R