電子教案電工與電子技術(shù)第1章

1、第1章直流電路1.1電路 電路變量1.1.1電路 電路模型1.1.2電流 電壓1.1.3電功率 電能1.2元件的約束1.2.1電阻元件1.2.2獨(dú)立源* 1.2.3受控源1.3互聯(lián)的約束1.3.1基爾霍夫定律1.3.2電路中電位的分析1.4電路定理1.4.1戴維南定理1.4.2 疊加定理返回1.1.1電路 電路模型電路 所謂電路就是由各種電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接起來(lái)，為電流流通提供路徑的總體。理想元件 在一定條件下忽略實(shí)際元器件的次要物理性質(zhì)，用反映其主要特征的“模型”來(lái)替代，這種“模型”稱之為理想元件。電路模型 由理想元件構(gòu)成的電路，就稱為實(shí)際電路的“電路模型”。 返回1.1.2電流

2、電壓電流 電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的實(shí)際方向是指正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，電流的大小通常用電流強(qiáng)度來(lái)表示，即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，簡(jiǎn)稱電流。直流電流用大寫字母I表示交流流用小寫字母i表示電流的單位為安培（A）。 返回電壓電路中a、b兩點(diǎn)間電壓大小等于電場(chǎng)力由a點(diǎn)移動(dòng)單位正電荷到b點(diǎn)所作的功，即：U=W/Q。當(dāng)正電荷在電場(chǎng)力作用下由a到b電場(chǎng)力所作的功W0時(shí)，電壓的實(shí)際方向?yàn)閺腶到b，即電壓的實(shí)際方向就是正電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用移動(dòng)的方向。直流電壓用大寫字母U表示，交流電壓用小寫字母u表示。電壓的單位是伏特（V） 。電位在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱該點(diǎn)（相對(duì)于參

3、考點(diǎn)）的電位。用表示，單位也是伏特（V）。若選o點(diǎn)為參考點(diǎn)，則o=0。而a點(diǎn)電位可表示為a=Uao，b點(diǎn)電位可表示為b=Ubo，則 Uab=ab參考方向在一段電路或一個(gè)電路元件中事先選定的一個(gè)電流方向叫做電流的參考方向。實(shí)際中為了方便起見，對(duì)一段電路或一個(gè)電路元件，通常選定電壓和電流的參考方向一致，即選定電流從標(biāo)以電壓“+”極的一端流入，從標(biāo)以“”極的一端流出，則把電壓和電流的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向，簡(jiǎn)稱關(guān)聯(lián)方向?！纠?.1】 如圖1.7中電流和電壓的參考方向已經(jīng)選定，已知I=4A，U=2V，請(qǐng)指出電流和電壓的實(shí)際方向。解 I=4A0，I的實(shí)際方向與參考方向一致，因此I的實(shí)際方向由a指向

4、b。U=2V0時(shí)，表示元件實(shí)際吸收或消耗電能；當(dāng)計(jì)算出功率值為負(fù)即P0時(shí)，表示元件實(shí)際發(fā)出電能。功率單位為瓦特（W ）。電能直流電路中，電路消耗的電能為W=Pt 。 電能單位為焦耳（ J）。實(shí)際應(yīng)用中常使用千瓦小時(shí)（kW h），1kWh的電能通常叫一度電。一度電為1000W3600s=3.6106J。在任一瞬間，一個(gè)電路中吸取電能的各個(gè)元件功率總和等于發(fā)出電能的各個(gè)元件功率的總和，這叫“電路的功率平衡”。返回【例1.4】 如圖1.10所示，已知元件發(fā)出功率，分析電路中電流、電壓的實(shí)際方向。解 如圖已知元件發(fā)出功率，P0。圖（a）中P=UI=10I0，I0，說(shuō)明電流的實(shí)際方向和參考方向相反，電流

5、實(shí)際方向由b指向a。圖（b）中P=UI=U0，U0，說(shuō)明電壓的實(shí)際方向和參考方向相反，電壓實(shí)際方向b為實(shí)際正極，a為實(shí)際負(fù)極。1.2.1電阻元件電阻 物體對(duì)電流的阻礙作用，稱為物體的電阻，用符號(hào)R表示。電阻的單位是歐姆（）。 歐姆定律 施加于電阻元件的電壓與通過(guò)的電流成正比。直流電路中在電壓與電流關(guān)聯(lián)方向下，U=RI 。如果電阻元件上電壓與電流的參考方向相反時(shí)，則歐姆定律為U=RI 。返回串聯(lián)電路的特點(diǎn) 流過(guò)串聯(lián)電路中各元件的電流相同；串聯(lián)電路各元件上的電壓之和等于串聯(lián)電路的總電壓。并聯(lián)電路的特點(diǎn)并聯(lián)的各個(gè)元件的端電壓相同；流過(guò)并聯(lián)電路各元件的電流之和等于并聯(lián)電路的總電流。電阻的功率對(duì)線性電阻

6、元件來(lái)說(shuō)，在電壓與電流關(guān)聯(lián)參考方向下，任何時(shí)刻元件吸取的功率為1.2.2獨(dú)立源電壓源凡端電壓按某一規(guī)律變化而與其電流無(wú)關(guān)的電源就是理想電壓源，簡(jiǎn)稱電壓源。當(dāng)端電壓是一固定值且與其電流無(wú)關(guān)時(shí)，這種電源為直流理想電壓源，簡(jiǎn)稱直流電壓源，用Us表示。實(shí)際電源可用一個(gè)理想電壓源Us和內(nèi)阻Ri相串聯(lián)的模型來(lái)表示，這就是實(shí)際電源的電壓源模型。 U=USIRi 返回電流源凡電流按某一規(guī)律變化而與其電壓無(wú)關(guān)的電源就是理想電流源，簡(jiǎn)稱電流源。當(dāng)電流是一固定值且與其電壓無(wú)關(guān)時(shí)，這種電源為直流理想電流源，簡(jiǎn)稱直流電流源，用Is表示。實(shí)際電源也可以用一個(gè)電流源Is和電阻Ri相并聯(lián)的模型來(lái)表示，這就是實(shí)際電源的電流源模

7、型。兩種模型的等效變換等效變換的條件是Is= Us/ Ri， Ri= Ri。如果a點(diǎn)是電壓源的參考正極，b點(diǎn)是電壓源的參考負(fù)極，則變換后電流源的電流參考方向要由參考負(fù)極指向參考正極，即由b指向a?！纠?.5】 求如圖所示電路的等效變換電路。解 （a） A 根據(jù)US原來(lái)的極性，可知電流源IS的箭頭方向向下。（b） V 根據(jù)IS原來(lái)的箭頭方向，可知電壓源US 的極性是上正下負(fù)。1.2.3受控源受控源受控源的電壓或電流受其他部分的電壓和電流控制，因此稱為受控源。四種受控源受控源根據(jù)控制量和受控量為電壓還是電流可分為四種：電壓控制電壓源（VCVS）、電壓控制電流源（VCCS）、電流控制電壓源（CCVS

8、）、電流控制電流源（CCCS）。 返回1.3.1基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律簡(jiǎn)稱KCL：在任意時(shí)刻，流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。即注意若規(guī)定流出節(jié)點(diǎn)的電流前面取正號(hào)，則流入節(jié)點(diǎn)的電流前面就取負(fù)號(hào)。 基爾霍夫電壓定律簡(jiǎn)稱KVL：任何時(shí)刻，在電路中任意閉合回路內(nèi)各段電壓的代數(shù)和恒等于零。即電阻電路，則上式可寫成注意：（1）在回路中首先選定繞行方向和電壓與電流的參考方向（2）若電流的參考方向與繞行方向一致，RI前面就加正號(hào)；若電流的參考方向與繞行方向不一致，RI前面就加負(fù)號(hào)。若電壓源電壓的參考方向與繞行方向一致，則Us前面就加正號(hào)；反之Us前面就加負(fù)號(hào)。返回【例1.8】寫出圖中節(jié)

9、點(diǎn)電流方程和回路電壓方程。解 選定各支路電流參考方向和回路繞行方向如圖所示，標(biāo)于圖中。根據(jù)KCL，根據(jù)KVL，1.3.2電路中電位的分析電位和電壓電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱該點(diǎn)（相對(duì)于參考點(diǎn)）的電位。用表示。規(guī)定參考點(diǎn)（o點(diǎn)）的電位為零，參考點(diǎn)又稱零電位點(diǎn)。參考點(diǎn)可任意選定，在一個(gè)電路中只能選擇一個(gè)參考點(diǎn)。參考點(diǎn)不同，則各點(diǎn)的電位不同。兩點(diǎn)之間的電壓是兩點(diǎn)的電位之差 ，因此當(dāng)參考點(diǎn)改變時(shí)，各點(diǎn)的電位也相應(yīng)改變，但兩點(diǎn)間電壓卻不變，即兩點(diǎn)間電壓與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。電位的分析計(jì)算某點(diǎn)的電位首先要選定一個(gè)參考點(diǎn)，然后就是從該點(diǎn)出發(fā)，任選一條路徑到參考點(diǎn)，求該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。 返

10、回【例1.11】 求圖所示電路中a、b、c、d、e、f、g點(diǎn)的電位。解根據(jù)KCL知I=0，I=0因此兩個(gè)單回路電路的電流互不流通，選電流I1、I2參考方向及回路繞行方向如圖1.30所示，根據(jù)KVL知左回路（10+10）I1+20=0，I1=1A右回路（5+1+4）I25=0，I2=0.5A各點(diǎn)電位分別為a=Uao=10 Vb=Ubo=Uba+a=10I1+(10)=10(1)+(10)=20Vc=Ucb+b=20+(20)= 0Vd=Udc+c=10Ve=Ued+d=1I2+(10)=10.5+(10)=10.5Vf=Ufe+e=4I2+(10.5)=40.5+(10.5)=12.5Vg=Ug

11、d+d=5I2+(10)=5(0.5)+(10)=7.5V1.4.1戴維南定理戴維南定理任一線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可用一個(gè)電壓源與電阻相串聯(lián)的模型來(lái)替代。電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)中所有電壓源短路、電流源開路時(shí)的等效電阻Ri，這叫戴維南定理。 利用戴維南定理求解支路電流（1）斷開待求支路（將電阻R與有源二端網(wǎng)絡(luò)斷開，外支路電流I=0）；（2）求有源二端網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路：（3）接上待求支路，求電流。 返回【例1.12】 求如圖所示戴維南等效電路。如果在a、b兩端接一電阻R=4，求該電阻中的電流和元件吸收的功率。解 （1）求UOC：將2A電流源和4電阻的并聯(lián)等效變換為8V電壓源和4電阻的串聯(lián)，同時(shí)選電流參考方向，（2）求Ri：電壓源處用短路替代，電流源處用開路替代（3）1.4.2疊加定理疊加定理所謂疊加定理就是當(dāng)線性電路中有幾個(gè)電源同時(shí)作用時(shí),各支路的電流（或電壓）等于各個(gè)電源單獨(dú)