第一章、直流電路

1、2022-3-281電工技術：電工技術：電路理論：電路理論：直流、交流、暫態(tài)、非正弦。直流、交流、暫態(tài)、非正弦。磁路和電機：磁路和電機：變壓器、電磁鐵、變壓器、電磁鐵、三相異步電動機及控制。三相異步電動機及控制。電子技術：電子技術：模擬電子線路：模擬電子線路：半導體器件、分離件放大器、半導體器件、分離件放大器、集成運放、電源集成運放、電源數(shù)字電路：數(shù)字電路：各種門電路、組合電路、各種門電路、組合電路、時序電路及時序電路及555的應用電路。的應用電路。2022-3-282一、電工電子學課程的作用和任務一、電工電子學課程的作用和任務 電工電子學是研究電工電子學是研究電工技術電工技術和和電子技術電子

2、技術的理論的理論和應用的技術基礎課程。作為技術基礎課程，它應和應用的技術基礎課程。作為技術基礎課程，它應具有具有基礎性、應用性基礎性、應用性和和先進性先進性。 基礎基礎是指基本理論、基本知識和基本技能。是指基本理論、基本知識和基本技能。 應用應用是指課程內容要理論聯(lián)系實際，建立是指課程內容要理論聯(lián)系實際，建立系統(tǒng)概念，培養(yǎng)大家分析和解決問題的能力；系統(tǒng)概念，培養(yǎng)大家分析和解決問題的能力；重視實驗技能的訓練。重視實驗技能的訓練。 先進性先進性是指電工學課程內容和體系隨著電是指電工學課程內容和體系隨著電工技術和電子技術的發(fā)展應不斷更新。工技術和電子技術的發(fā)展應不斷更新。2022-3-283二、電工

3、技術和電子技術發(fā)展概況二、電工技術和電子技術發(fā)展概況2022-3-2842022-3-285三、課程的學習方法三、課程的學習方法2022-3-286 電路基礎電路基礎是研究電路基本規(guī)律的一門學科，是研究電路基本規(guī)律的一門學科，它是一門具有豐富內容的學科，它的理論和方它是一門具有豐富內容的學科，它的理論和方法，在其它領域也得到了法，在其它領域也得到了廣泛的應用。廣泛的應用。已知輸出輸入的條件，已知輸出輸入的條件，求元件參數(shù)和電路結構。求元件參數(shù)和電路結構。電路基礎：電路基礎：電路分析電路分析：電路綜合電路綜合：已知電路結構、元件參數(shù)，已知電路結構、元件參數(shù)，求電路中的電流、電壓和求電路中的電流、

4、電壓和功率。功率。2022-3-287下面我們看一個例題，下面我們看一個例題，USRRLILLIU US SR+RR+RL LU US1S1-U-US1S1? ? 不會求的原因是不會求的原因是電路中出現(xiàn)了兩個回電路中出現(xiàn)了兩個回路，路，我們我們對電路結構對電路結構的約束關系不了解，的約束關系不了解，所以不會求。所以不會求。求圖示電路中的電流。求圖示電路中的電流。U US2S2R R2 22022-3-288第一章第一章 直流電路直流電路 1.1 1.1 電路模型電路模型一、電路的組成一、電路的組成1電路：電路：電電池池負負載載開關開關2組成：組成：2022-3-289（1）電能的傳輸與轉換。）

5、電能的傳輸與轉換。 3作用作用發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器用戶用戶負載負載如：輸配電電路。如：輸配電電路。2022-3-2810（2）信息的傳輸與處理。）信息的傳輸與處理。放放大大器器話筒話筒揚聲器揚聲器如：各種信息處理電路等。如：各種信息處理電路等。E111A.EXEE111A.EXE2022-3-2811二、二、 電路模型電路模型 所謂所謂電路模型電路模型就是指一個就是指一個實際元件實際元件在在特定的特定的條件下條件下，所表現(xiàn)的，所表現(xiàn)的主要的主要的電磁特性電磁特性，而忽略其次，而忽略其次要因素，如要因素，如R、L、C等。這種表示的參數(shù)，我等。這種表示的參數(shù)，我們稱

6、為們稱為集總參數(shù)集總參數(shù)。電電池池負負載載開關開關開關開關+-ER0UR 實際電路都是由一些實際電路都是由一些實際的元器件實際的元器件所組成。所組成。在分析電路時，我們要對實際電路建立在分析電路時，我們要對實際電路建立數(shù)學模型數(shù)學模型電路模型電路模型。E111BE111B2022-3-2812用儀器儀表對實際電路進行測量，把實際電路抽象為電路模型，用電路理論進行分析、計算。一、 理想電路元件 實際的電路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機、變壓器、電動機、電池、電阻器等，它們的電磁性質是很復雜的例如：一個線圈在有電流通過時 。i+uR 產(chǎn)生產(chǎn)生磁場磁場儲存磁場能量儲存磁場能量（

7、電感性）（電感性）L 消耗電消耗電能能（電阻性）（電阻性）L理想電路元件理想電路元件2022-3-2813理想電路元件 為了便于分析與計算實際電路，在一定條件下常忽略實際部件的次要因素而突出其主要電質，把它看成理想電路元件。將實際電路中的元件用理想電路元件表示，稱為實際電路的。2022-3-2814二、電路模型 電路模型220V開關開關S鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器L啟輝器啟輝器Q日光燈管日光燈管R實際電路實際電路s R Lus +-電路模電路模型型2022-3-28152022-3-2816一、電流定義一、電流定義 帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運動帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運動形成電流。形成電

8、流。單位時間內流過導體截面的電荷量定義單位時間內流過導體截面的電荷量定義為電流強度。為電流強度。dtdqi 二、電流的單位二、電流的單位A（安培）、（安培）、mA(毫安）、毫安）、A（微安）（微安）三、電流的實際方向三、電流的實際方向 正電荷運動的方向。正電荷運動的方向。(客觀存在）客觀存在）Riab電流的方向可用箭頭表示電流的方向可用箭頭表示,也可用字母順序表示也可用字母順序表示( )abi2022-3-2817一、電位一、電位定義：定義：電場力把單位正電荷從一點移到電場力把單位正電荷從一點移到參考點參考點所做所做 的功。的功。單位：單位：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(

9、毫伏）毫伏）（電路中電位（電路中電位參考點：參考點：接地點，接地點，Vo= 0）二、電壓二、電壓電場力把單位正電荷電場力把單位正電荷從一點移到另一點所從一點移到另一點所做的功。做的功。qAuddab baabVVu 單位：單位：定義：定義：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）實際方向：實際方向：由由高高電位端電位端指向低指向低電位端電位端2022-3-2818也可用字母順序表示也可用字母順序表示( )，abuRuab也可用也可用+，- 號表示。號表示。電壓的方向可用箭頭表示電壓的方向可用箭頭表示,+ u -2022-3-2819 定義：定義：電源力把單位正電荷從電源

10、力把單位正電荷從 “-” 極極板經(jīng)電源內部移到板經(jīng)電源內部移到 “+” 極板所極板所做的功。做的功。qAedd 單位：單位： V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）實際方向：實際方向：由由低低電位端電位端指向高指向高電位端電位端電動勢的方向用電動勢的方向用+，- 號表示，號表示，R +IEU+-也可用箭頭表示。也可用箭頭表示。U = E2022-3-2820 1.2 電路的基本物理量電路的基本物理量 一一. 電流電流 電流是由電荷的定向移動而形成的。當金屬導電流是由電荷的定向移動而形成的。當金屬導體處于電場之內時，自由電子要受到電場力的作用，體處于電場之內時，自由電子

11、要受到電場力的作用， 逆著電場的方向作定向移動，這就形成了電流。逆著電場的方向作定向移動，這就形成了電流。 其大小和方向均不隨時間變化的電流叫恒定電其大小和方向均不隨時間變化的電流叫恒定電流，簡稱直流。流，簡稱直流。 電流的強弱用電流強度來表示，電流的強弱用電流強度來表示， 對對于恒定直流，于恒定直流， 電流強度電流強度I用單位時間內通過導體截用單位時間內通過導體截面的電量面的電量Q來表示，即來表示，即tQI 2022-3-2821電流的單位是電流的單位是A(安培安培)。 在在1秒內通過導體橫截秒內通過導體橫截面的電荷為面的電荷為1C(庫侖庫侖)時，其電流則為時，其電流則為1A。 計算微小電流

12、時計算微小電流時, 電流的單位用電流的單位用mA(毫安毫安)、A(微安）或微安）或nA(納安），其換算關系為：納安），其換算關系為： 1mA=10-3A，1A=10-6A，1nA = 10-9A習慣上，規(guī)定正電荷的移動方向表示電流的實習慣上，規(guī)定正電荷的移動方向表示電流的實際方向。際方向。 在外電路，電流由正極流向負極；在內在外電路，電流由正極流向負極；在內電路，電流由負極流向正極。電路，電流由負極流向正極。 2022-3-2822 二. 電壓 電場力把單位正電荷從電場中點A移到點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A

13、移到點B所作的功是1J(焦耳)， 則A與B兩點間的電壓就是1V。 計算較大的電壓時用kV(千伏）， 計算較小的電壓時用mV(毫伏）。其換算關系為：QWAB2022-3-2823 1kV=103V，1mV=10-3V 電壓的實際方向規(guī)定為從高電位點指向低電位點，電壓的實際方向規(guī)定為從高電位點指向低電位點，即由即由“+”極指向極指向“”極，因此，在電壓的方向上電極，因此，在電壓的方向上電位是逐漸降低的。位是逐漸降低的。 電壓總是相對兩點之間的電位而言的，電壓總是相對兩點之間的電位而言的， 所以用雙所以用雙下標表示，一個下標下標表示，一個下標(如如A)代表起點，后一個下標代表起點，后一個下標(如如B

14、)代表終點。電壓的方向則由起點指向終點，代表終點。電壓的方向則由起點指向終點， 有時用箭有時用箭頭在圖上標明。頭在圖上標明。2022-3-2824三. 電動勢 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（如負極B）移到高電位處（如正極A）。在電源內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，所做的功稱為電動勢，用E表示。 電動勢的單位也是V。如果外力把1C的電量從點B移到點A， 所做的功是1J，則電動勢就等于1V。 2022-3-2825EU圖1.4ABRLI圖 1 - 4電動勢 電動勢的方向規(guī)定為從低電位指向高電位

15、，即由“”極指向“+”極。 2022-3-2826 在電路的分析計算中，不僅要算出電壓、電流、在電路的分析計算中，不僅要算出電壓、電流、的大小，還要的大小，還要這些量在電路中的這些量在電路中的。 在復雜電路分析中，必須列寫電路方程，但不在復雜電路分析中，必須列寫電路方程，但不知道電壓、電流、的方向就寫不出電路方程。知道電壓、電流、的方向就寫不出電路方程。 在電路中各處電壓、電流的方向很難事先判斷出在電路中各處電壓、電流的方向很難事先判斷出來。因此電路內各處電壓、電流的實際方向也就不能來。因此電路內各處電壓、電流的實際方向也就不能事先確定。事先確定。 為了解決以上的問題，在分析電路之前，為了解決

16、以上的問題，在分析電路之前，2022-3-2827電流的實際方向：電流的實際方向： 正電荷運動的方向正電荷運動的方向(客觀存在）客觀存在）電流的參考方向：電流的參考方向：實際方向（實際方向（2A）參考方向參考方向實際方向（實際方向（2A）參考方向參考方向（參考方向參考方向與與實際方向實際方向相同）相同） （參考方向參考方向與與實際方向實際方向相反）相反）A)2( 0 IIA)2( 0II 1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向2022-3-2828+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2I II I（1）為什么要引入?yún)⒖挤较?？）為什么要引入?yún)⒖挤较颍縜）復雜電路很難確定電流的

17、實際方向。）復雜電路很難確定電流的實際方向。b）交流電路中，電流本身就是交變的。）交流電路中，電流本身就是交變的。（2）參考方向的選擇：）參考方向的選擇：原則上是任意的，實際和原則上是任意的，實際和 電壓的參考方向一起選。電壓的參考方向一起選。參考方向的表示方法：參考方向的表示方法：a）箭頭；）箭頭； b）雙下標。）雙下標。電流正負的意義：電流正負的意義： E112AE112AE112DE112D負負表示參考方向和實際方向相反。表示參考方向和實際方向相反。正正表示參考方向和實際方向一致。表示參考方向和實際方向一致。2022-3-2829電壓實際方向：電壓實際方向：由由高高電位端電位端指向低指向

18、低電位端電位端(客觀存在）客觀存在）電壓的參考方向：電壓的參考方向：AB如果如果A、B的實際電位為：的實際電位為： V2 V6BAVVUU = 4 VABUU = - 4 V2022-3-2830電源兩端的電壓電源兩端的電壓電動勢正方向表示電位電動勢正方向表示電位升升電壓正方向表示電位電壓正方向表示電位降降EUV5BA VVUV5 EEU EUV5AB VVUEU ABABV5 E結論：結論： 當當電壓的參電壓的參考方向與電動考方向與電動勢的參考方向勢的參考方向相反時相反時EU 當當電壓的參電壓的參考方向與電動考方向與電動勢的參考方向勢的參考方向相同時相同時EU 2022-3-2831-4Vc

19、)正負號。正負號。二二. .電壓和電動勢的參考方向電壓和電動勢的參考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭頭；箭頭；b)雙下標；雙下標； 那么，在一個電路中，電流和電壓的參考方那么，在一個電路中，電流和電壓的參考方向應該向應該怎樣選擇怎樣選擇呢？呢？E112BE112B2022-3-28321. i、u、e 的參考方向可任意假定。但的參考方向可任意假定。但一經(jīng)選定一經(jīng)選定，分，分析過程中析過程中不應改變不應改變。2. 電路中標出的方向一律指參考方向。電路中標出的方向一律指參考方向。3. 同一元件的同一元件的 u、 i 同方向，稱為同方向，稱為關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向。IRU+IRU+或

20、或IRU+IRU+或或關聯(lián)關聯(lián)參考方向參考方向非關聯(lián)非關聯(lián)參考方向參考方向2022-3-28331.4 功率功率2022-3-2834功率功率是電場力在單位時間內所做的功。是電場力在單位時間內所做的功。 當電阻元件電流和電壓當電阻元件電流和電壓的參考方向關聯(lián)情況下，電的參考方向關聯(lián)情況下，電阻阻吸收的電功率吸收的電功率為：為：tdWpd IRU+關聯(lián)參關聯(lián)參考方向考方向UIP 電阻在電阻在t 時間內消耗的電能時間內消耗的電能：ptW 1kWh（1千瓦小時稱為千瓦小時稱為1度）度）2022-3-2835若若 P 0，電路實際，電路實際吸收吸收功率，元件功率，元件為負載為負載；若若 P 0 吸收吸

21、收P 0 吸收能量吸收能量P 0 吸收能量吸收能量P 2的次諧波的次諧波分量統(tǒng)稱為分量統(tǒng)稱為高次諧波高次諧波。2022-3-28165一些典型周期函數(shù)的傅立葉級數(shù)一些典型周期函數(shù)的傅立葉級數(shù)(可以直接查表）可以直接查表）)( tf)( tfUm0f ( t)2為為奇奇數(shù)數(shù)ktkktttUtf)sin15sin513sin31(sin4)(m 2022-3-28166Um0f ( t)4t2)sin13sin312sin21(sin2)(mm tkktttUUtf )( tf)( tftUm0f ( t)2Um為奇數(shù)為奇數(shù)ktkktttUtfk)sin)1(5sin2513sin91(sin8)

22、(2212m 2022-3-28167Um0f ( t ) t2Um0f ( t)2 t為為偶偶數(shù)數(shù)ktkktttUtf),cos) 1)(1(24cos1522cos32sin21 ()(m )cossin13cos3sin312cos2sin21cos(sin2)(mm tkkaktatataUaUtf )( tf)( tf2022-3-28168為整數(shù)為整數(shù)ktkttUtf),cos1412cos151cos3121(4)(2m )( tf)( tfUm0f ( t)42 t任何周期量的任何周期量的有效值有效值定義為它的定義為它的方均根值方均根值 tdtfTAT201 )(2022-3-

23、28169 TkkkdttkAATA021m0)sin(1 設非正弦周期函數(shù)設非正弦周期函數(shù)f（t）的分解結果為：）的分解結果為： 1m0)sin()(kkktkAAtf 則：則：根據(jù)三角函數(shù)的正交性可以求得：根據(jù)三角函數(shù)的正交性可以求得： 22212012m2021AAAAAAkk 222120UUUU 222120IIII任意周期函數(shù)的有效值等于它的恒定分量任意周期函數(shù)的有效值等于它的恒定分量與各個諧波分量有效值的平方和的平方根。與各個諧波分量有效值的平方和的平方根。2022-3-28170例例 2.7 已知非正弦周期電流已知非正弦周期電流i=1+0.707sin（t-20）+0.42si

24、n（2t + 50）A， 試求其有效值。試求其有效值。 解解 ： 給定電流中包括恒定分量和不同頻率的正弦量，給定電流中包括恒定分量和不同頻率的正弦量，電流的有效值應為：電流的有效值應為：AII1613050142021707021222222.).().( 任何周期量的平均值為：任何周期量的平均值為：dttfTAT 001)( 0A直流分量直流分量在工程中，如果在工程中，如果00A則定義：則定義：dttfTAT 0av)(1例：例：tIi sinm 則：則：mm0mav637.02sin1IIdttITIT 2022-3-28171pdtTPT 01設：設： 1m0)sin(kkuktkUUu

25、 則：則： TuidtTP01（不同頻率的電壓、電流的積分為零）（不同頻率的電壓、電流的積分為零） 平均功率就是瞬時功率平均功率就是瞬時功率在一個周期內的平均值，即在一個周期內的平均值，即 1m0)sin(kkiktkIIi 11000coskkkkkkIUIUPP kikuk 2022-3-28172例例2.8 如圖所示電路中，已知如圖所示電路中，已知,10,521 RR基波感抗基波感抗,2)1( LXL 基波容抗基波容抗,151)1( CXC V)303sin(7 .70100 tu 求求各支路電流各支路電流21ii 、及電源輸出的平均功率。及電源輸出的平均功率。i2i1iu2R1RLC解

26、：解： （1）直流分量作用）直流分量作用A)()(25101001 RUI0)0(2 IA)()()(20202010 III(a)直流分量作用直流分量作用)0(1I2R1RLC)0(I)0(U2022-3-28173（2）三次諧波分量作用）三次諧波分量作用（3）將直流分量和三次諧波分量的響應瞬時值疊加）將直流分量和三次諧波分量的響應瞬時值疊加得：得：)A20.19-tsin(324 . 620)3(1)0(11 iii)A56.57tsin(3247. 40)3(2)0(22 iii)A17.10tsin(3262. 820)3()0( iii23j530)2/7 .70(3j01)3()3

27、(1 LRUI 1531j1030)2/7 .70(31j02)3()3(2 CRUI A19.204 . 60 A17.1062. 80)3(2)3(1)3( IIIA57.5647. 40 2R1R)3(2I)3(1IL 3jC 3j1)3(I)3(U(b)三次諧波分量作用三次諧波分量作用2022-3-28174（4）電源輸出的平均功率為）電源輸出的平均功率為3)3()3()0()0()3()0(cos IUIUPPP )A17.10tsin(3262. 820)3()0( iiiV)303sin(7 .70100 tu W44.425)17.1030cos(62. 827 .702100

28、0 i2i1iu2R1RLC2022-3-28175 小小 結結2022-3-28176一、電路中的基本物理量一、電路中的基本物理量電壓、電流、電動勢、電位。電壓、電流、電動勢、電位。二、電壓、電流的參考方向二、電壓、電流的參考方向 參考方向是為了進行電路分析而參考方向是為了進行電路分析而假定假定的方向，可以的方向，可以任意選定任意選定，當計算結果為，當計算結果為正正時，實際方向與參考方向時，實際方向與參考方向一致一致；當計算結果為；當計算結果為負負時，實際方向與參考方向時，實際方向與參考方向相反相反。三、基本電路元件三、基本電路元件（R、L、C 、電壓源、電流源）、電壓源、電流源）1. 電阻

29、元件電阻元件iRu+關聯(lián)關聯(lián)參考方向參考方向iRu (耗能元件耗能元件)2022-3-281772. 電感元件電感元件iL+uetiLeudd (儲能元件儲能元件)3. 電容元件電容元件(儲能元件儲能元件)iC utuCidd 4. 電壓源電壓源理想電壓源理想電壓源Us+-實際電壓源實際電壓源u0iUs理想電理想電壓源伏壓源伏安特性安特性實際電壓源實際電壓源伏安特性伏安特性Us+-RO2022-3-281785. 電流源電流源+-UIs理想電流源理想電流源ROIsU+-實際電流源實際電流源u0i理想電理想電流源伏流源伏安特性安特性Is實際電實際電流源伏流源伏安特性安特性四、電路中的基本定律四、

30、電路中的基本定律1. 歐姆定律歐姆定律Riu 關聯(lián)參考方向：關聯(lián)參考方向：Riu 非關聯(lián)參考方向：非關聯(lián)參考方向： 2. 2.基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律0 i（KCLKCL）0 u（KVLKVL）2022-3-28179五、電路分析方法五、電路分析方法Us+-ROOSSRIU OSIII OSS/ RUI IsRO1. 電壓源、電流源的等效變換電壓源、電流源的等效變換等效是對外等效是對外電路而言電路而言2.2.支路電流法支路電流法 以支路電流為待以支路電流為待求量，應用求量，應用KCL、KVL列寫電路方列寫電路方程。程。解題步驟：解題步驟： 假定各支路電流的參考方向；假定各支路電流的參考

31、方向； 應用應用KCL對結點列方程；對結點列方程； 應用應用KVL列寫方程；列寫方程； 聯(lián)立求解得各支路電流。聯(lián)立求解得各支路電流。2022-3-281803.3.疊加原理疊加原理 在在電路中，如果有多個電源共同作用，任電路中，如果有多個電源共同作用，任何一支路的何一支路的 等于每個電源單獨作用，等于每個電源單獨作用， 在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的III ppp 的處理方法的處理方法電壓源電壓源（Us=0 ）電流源電流源（ Is=0 ） 注意注意Us1R1R2+-IsII I Us1R1R2+-IsIsUs1R1R2+-IsIs2022-3-281814.4

32、.戴維寧原理戴維寧原理N+ Uoc+URiI+UI1. 斷開待求支路斷開待求支路2. 計算開路電壓計算開路電壓U oc3. 計算等效電阻計算等效電阻Ri4. 接入待求支路求解接入待求支路求解1.1.求等效電阻時，原求等效電阻時，原二端網(wǎng)絡化成無源網(wǎng)二端網(wǎng)絡化成無源網(wǎng)絡絡（電壓源短路，電（電壓源短路，電流源開路）。流源開路）。 注意注意2.2.求開路電壓時求開路電壓時, ,注意注意電壓的方向。電壓的方向。2022-3-28182IsR1Us2+-R2R3I1例例1.15 圖圖示電路，示電路，R1=R2=R3=2 ，US2=6V ，IS=3A。 1.試分別用試分別用支路電流法支路電流法、電壓源電流源等效變換電壓源電流源等效變換、疊疊加定理加定理、戴維寧定理戴維寧定理求電流求電流 。2. 計算電壓源、電流源的功率