電工電子學(xué)之電路基本概念與定律

1、電氣工程系電工電子教研室電氣工程系電工電子教研室電工學(xué)電工學(xué)是大學(xué)工科各專(zhuān)業(yè)必設(shè)的是大學(xué)工科各專(zhuān)業(yè)必設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課。當(dāng)今世界上，人們衣。當(dāng)今世界上，人們衣食住行的食住行的基本生活條件基本生活條件、現(xiàn)代一切、現(xiàn)代一切科學(xué)技術(shù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與的發(fā)展與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離都離不開(kāi)不開(kāi)的支撐。的支撐。一、電能的應(yīng)用及其與生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)系第一次工業(yè)革命由蒸汽機(jī)的發(fā)明而引發(fā)第一次工業(yè)革命由蒸汽機(jī)的發(fā)明而引發(fā)越來(lái)越廣泛的機(jī)械化大大提高了越來(lái)越廣泛的機(jī)械化大大提高了工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率緒緒 論論第二次工業(yè)革命由電動(dòng)機(jī)的發(fā)明而引發(fā)第二次工業(yè)革命由電動(dòng)機(jī)的發(fā)明而引發(fā) 越來(lái)越廣泛的電氣化進(jìn)一

2、步推動(dòng)越來(lái)越廣泛的電氣化進(jìn)一步推動(dòng) 人類(lèi)文明的發(fā)展，極大地改變著人類(lèi)文明的發(fā)展，極大地改變著 物質(zhì)生活和精神生活的條件物質(zhì)生活和精神生活的條件 工業(yè)生產(chǎn)中電力機(jī)械的動(dòng)力設(shè)備電動(dòng)機(jī)采礦、冶金、軋鋼、鍛造和鑄造機(jī)械、金屬冷加工機(jī)械機(jī)床等v機(jī)械加工工藝機(jī)械加工工藝電加工技術(shù)電加工技術(shù) 電鍍、電焊、電爐冶金、電蝕加工、超聲波加工、電子束和離子束加工等v測(cè)量與控制測(cè)量與控制 長(zhǎng)度、速度、溫度、時(shí)間、壓力、流量、照度和色度等v交通與通訊交通與通訊汽車(chē)與火車(chē)、飛機(jī)、輪船 廣播、電視、電影及電話(huà)v農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)v醫(yī)療醫(yī)療v軍事軍事v國(guó)防國(guó)防v信息信息v電工電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用電工電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用極大地促

3、進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的提高極大地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的提高v第二次工業(yè)革命對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的第二次工業(yè)革命對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展起著變革性的推動(dòng)作用發(fā)展起著變革性的推動(dòng)作用電能電能的應(yīng)用為人們提供了極大便利便于轉(zhuǎn)換電能電能 水能水能電能電能 熱能熱能電能電能 光能光能電能電能 機(jī)械能機(jī)械能電能電能 化學(xué)能化學(xué)能 二、課程的地位和主要內(nèi)容二、課程的地位和主要內(nèi)容電工電子技術(shù) : 研究電工技術(shù)和電子技術(shù)的理論及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。電工技術(shù)電工技術(shù)（上冊(cè)）（上冊(cè)）（電工學(xué)）（電工學(xué)）電工電子技術(shù)電工電子技術(shù)電子技術(shù)電子技術(shù)（下冊(cè)）（下冊(cè)）電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 磁路與電機(jī)磁路與電機(jī) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子

4、技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 直流電路（直流電路（1、2）；暫態(tài)分析）；暫態(tài)分析 （3） ；交流電路（；交流電路（4 、5 ）。）。 磁路與電機(jī)磁路與電機(jī)磁路和變壓器（磁路和變壓器（6）；電動(dòng)機(jī)（）；電動(dòng)機(jī)（7、 8、9）；繼電接觸器控制（）；繼電接觸器控制（10） 可編程控制器（可編程控制器（11）、供電與安全用電（）、供電與安全用電（12）、電工測(cè)量（）、電工測(cè)量（13）上冊(cè)上冊(cè)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)半導(dǎo)體器件（半導(dǎo)體器件（14）；放大器）；放大器 （15、16）；反饋（）；反饋（17）；直流電源）；直流電源 （18）；電力電子技術(shù)（）；電力電子技術(shù)（19）數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字

5、電子技術(shù)組合電路（組合電路（20）；時(shí)序電路）；時(shí)序電路（21） 存儲(chǔ)器和可編程器件（存儲(chǔ)器和可編程器件（22）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（）、模數(shù)轉(zhuǎn)換（23）、現(xiàn)代通信技術(shù)）、現(xiàn)代通信技術(shù)（24）下冊(cè)下冊(cè)三、電工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用三、電工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀容量大型化容量大型化器件小型化器件小型化功率電子技術(shù)功率電子技術(shù)微電子技術(shù)微電子技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDAEDA技術(shù)技術(shù)17851785年，庫(kù)侖確定電荷間的作用力；年，庫(kù)侖確定電荷間的作用力；18261826年，歐姆提出年，歐姆提出“歐姆定律歐姆定律”；18311831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；18341834年，

6、雅可比造出第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)；年，雅可比造出第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)；18641864年，麥克斯韋提出電磁波理論；年，麥克斯韋提出電磁波理論；18951895年，馬可尼和波波夫?qū)崿F(xiàn)第一次無(wú)線(xiàn)電通信；年，馬可尼和波波夫?qū)崿F(xiàn)第一次無(wú)線(xiàn)電通信；19041904年，弗萊明發(fā)明第一只電子管（二極管）；年，弗萊明發(fā)明第一只電子管（二極管）；19461946年，誕生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；年，誕生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；19471947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只晶體管；年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明第一只晶體管；19581958年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。 發(fā) 展快速發(fā)展快速發(fā)展原因原因電能電能易轉(zhuǎn)換易轉(zhuǎn)換

7、易傳輸易傳輸易控制易控制 計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖微微機(jī)機(jī)傳傳感感器器伺服伺服機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)模擬模擬信號(hào)信號(hào)處理處理功率功率放大放大模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)模數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)?shù)字接口接口數(shù)字?jǐn)?shù)字接口接口 被被 測(cè)測(cè) 控控 對(duì)對(duì) 象象干擾、噪聲、漂移、非線(xiàn)性干擾、噪聲、漂移、非線(xiàn)性電工電子技術(shù)的典型應(yīng)用電工電子技術(shù)的典型應(yīng)用模擬電模擬電子技術(shù)子技術(shù)數(shù)字電數(shù)字電子技術(shù)子技術(shù)電機(jī)電機(jī)四、四、如何學(xué)好電工電子技術(shù)如何學(xué)好電工電子技術(shù)課程特點(diǎn)：內(nèi)容多且廣、學(xué)時(shí)相對(duì)少課程特點(diǎn)：內(nèi)容多且廣、學(xué)時(shí)相對(duì)少1、注意掌握“三基”：2、注重綜合分析與設(shè)計(jì) 注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)基本原理、基本分析方法、基本

8、應(yīng)用3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)、討論、實(shí)驗(yàn)放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成?；螂娐吩匆欢ǚ绞浇M合而成。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)mVt1t2熱電偶熱電偶)()(21tftfEt 電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈

9、電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)直流電源直流電源直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒激勵(lì)：激勵(lì)：電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作;響應(yīng)響應(yīng): 由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流; 電路分析：電路分析：在電路結(jié)構(gòu)、電源和負(fù)載等參數(shù)已知的在電路結(jié)構(gòu)、電源和負(fù)載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將實(shí)際電路模

10、型化實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。電路模型。實(shí)際電路實(shí)際電路實(shí)際器件（電阻器、電容器、實(shí)際器件（電阻器、電容器、電感線(xiàn)圈、晶體管、集成電路等）電感線(xiàn)圈、晶體管、集成電路等）電路模型電路模型抽象抽象近似近似理想電路元件（電阻元件、電容元件、理想電路元件（電阻元件、電容元件、電感元件、電源、理想運(yùn)放等）電感元件、電源、理想運(yùn)放等） 器件建模：器件建模：1.1.保留主要電磁特性保留主要電磁特性2.2.一個(gè)器件可由多個(gè)元件模

11、型表示一個(gè)器件可由多個(gè)元件模型表示電路的建模過(guò)程電路的建模過(guò)程 電池電池是電源元件，其參是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)數(shù)為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來(lái)連接電池和燈用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)用來(lái)控制電路的通用來(lái)控制電路的通斷。斷。手電筒的電路模型手電筒的電路模型R+RoES+UI電池電池導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)燈泡燈泡開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 手電筒由電池、燈泡、手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。開(kāi)關(guān)和筒體組成。物理量

12、物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E ( (電位升高的方向電位升高的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、A、mA、A低電位低電位 高電位高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V注意：注意：它們是它們是標(biāo)量標(biāo)量，規(guī)定方向是為了便于電路的計(jì)算。，規(guī)定方向是為了便于電路的計(jì)算。電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：IE+_ 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。一種意假定的方向。一種分析方法分析方法。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)aRb箭箭 標(biāo)

13、標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負(fù)值才有正負(fù)之分。之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓

14、的實(shí)際方向從從 b 指向指向 a 。 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)，參考方向相同時(shí)，RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)： 式前的正負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考 方向之間的關(guān)系。方向之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同，即參考方向相同，即關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向。U = R I解：解：對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = RI例：例：應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U =

15、 RI326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2AI/AU/Vo線(xiàn)性電阻的伏安特性線(xiàn)性電阻的伏安特性常數(shù)常數(shù)即：即： IUR 1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路電源有載工作、開(kāi)路與短路RREI 0IR0R EU IRREI 0IR0R EU IR U+_IIE+_U+_UIUIUIUI因?yàn)橐驗(yàn)镻2 = P1 + PR，所以電路的功率平衡。所以電路的功率平衡。IRoR EU0 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII 電源端電壓電源端電壓負(fù)載功率負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）短

16、路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 0I+U有有源源電電路路IR0R EU0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 23 3 3 3 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。點(diǎn)的電流。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或: = 0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a ：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例2:廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V即：即： U = 0在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一

17、周，在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則電位升之和等于電位降之和。即：則電位升之和等于電位降之和。即： U升升 = U降降 對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3E2= I2 R2+I3 R3或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向；回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 3

18、. 開(kāi)口電壓可按回路處理。開(kāi)口電壓可按回路處理。 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R5I5 R5 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I5 R5 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對(duì)回路對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I5I1I3I2. 舉例舉例 求圖示電路中求圖示電路中各點(diǎn)的電位各點(diǎn)的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：設(shè)設(shè) a為參考點(diǎn)，為參考點(diǎn)， 即即Va=0V設(shè)設(shè) b為參考點(diǎn)，即為參考點(diǎn)，即Vb=0Vbac20 4A6 1