緒論與補充p79課件

電工學-緒論Email:電工學-緒論電工學作用與任務(wù)2.電工與電子技術(shù)發(fā)展歷程3.學習方法1.電工學作用與任務(wù)電工學是研究電工技術(shù)與電子技術(shù)的理論和應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和先進性。基礎(chǔ)性：基本理論、基本知識、基本技能應(yīng)用性：理論聯(lián)系實際先進性：最新應(yīng)用成果2.電工與電子技術(shù)發(fā)展歷程3）1832，莫爾斯：電報——1851，太平天國，1852，湘軍立1864年－1873年，麥克斯韋：電磁波理論——1856-1860，2ndOpiumWar,1860年，火燒圓明園，1861慈禧辛酉政變，1868，明治維新，1864，洪秀全逝，天京陷落。1876，貝爾：電話-1876年，左宗棠討伐阿古柏。李鴻章反對無效；1877年，左宗棠收復新疆大部領(lǐng)土。

1888年，赫茲：實驗獲得電磁波-1888，光緒親政1895年，馬可尼、波波夫：無線電通信-1894，中日甲午戰(zhàn)爭，1898，戊戌變法4）1883年，愛迪生：發(fā)現(xiàn)熱電子效應(yīng)-1884，建北洋海軍1904年，F(xiàn)leming：電子二極管-1904，日俄戰(zhàn)爭1906年，DeForest：電子三極管-1906廢科舉1922年，皮爾斯晶體振蕩器-1st直奉戰(zhàn)爭，陳炯明叛孫文1932年，負反饋放大器（達林頓電路）-1930年，蔣介石、馮玉祥、閻錫山、李宗仁等聯(lián)合發(fā)動中原大戰(zhàn)。2.電工與電子技術(shù)發(fā)展歷程5）1946年，ENIAC計算機-1946，國共內(nèi)戰(zhàn)起1948年，貝爾實驗室：晶體管-1948年9月至1949年1月，三大戰(zhàn)役，幾百萬人犧牲1958年，集成電路-1958大躍進開始2.電工與電子技術(shù)發(fā)展歷程6）電子計算機：電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路（人工智能計算機、生物計算機）7）數(shù)字電路電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)；數(shù)控機床；可編程邏輯器件（PLD）模擬電子技術(shù)課程

若干知識補充一、電路的基本概念與基本定律二、電源的兩種模型三、正弦交流電路第1章電路的基本概念與基本定律1.1電路的作用與組成部分1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.4歐姆定律1.5電源有載工作、開路與短路1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計算要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義；4.會計算電路中各點的電位。一、電路的基本概念與基本定律2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等1.2電路模型手電筒的電路模型

為了便于用數(shù)學方法分析電路,一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。例：手電筒手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。+R0R開關(guān)EI電珠+U干電池導線1.3電壓和電流的參考方向物理中對基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實際方向物理量實際方向電流I正電荷運動的方向電動勢E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標電壓：(1)參考方向I在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。Iab

雙下標2.電路基本物理量的參考方向箭標abRI正負極性+–abUU+_+R0E3V注意：在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負之分。實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。(3)實際方向與參考方向的關(guān)系I=0.28AI=–0.28A電動勢為E=3V方向由負極指向正極；U++R0E3VU′+例:電路如圖所示。電流I的參考方向與實際方向相同，I=0.28A,由流向,反之亦然。電壓U′的參考方向與實際方向相反,U′=–2.8V;即:U

=–U′電壓U的參考方向與實際方向相同,U

=2.8V,方向由指向；2.8V–2.8V解:對圖(a)有,U=IR例:應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A電流的參考方向與實際方向相反電壓與電流參考方向相反電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念：線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。1.5電源有載工作、開路與短路開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓U=IR1.電壓電流關(guān)系1.5.1電源有載工作(1)

電流的大小由負載決定。(2)在電源有內(nèi)阻時，IU。或U=E–IR0電源的外特性EUI0當R0<<R時，則UE，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。R0ER+–I特征:開關(guān)斷開1.5.2電源開路I=0電源端電壓(開路電壓)負載功率U

=U0=EP

=01.開路處的電流等于零；

I

=02.開路處的電壓U視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-電源外部端子被短接1.5.3電源短路特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=P=I2R0P

=01.短路處的電壓等于零；

U

=02.短路處的電流I視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IRRo+

-E1.6基爾霍夫定律支路：電路中的每一個分支。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3123ba+-E2R2+-R3R1E11.6.1基爾霍夫電流定律(KCL定律)1．定律即:Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。實質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)?；?Ｉ=0對結(jié)點a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點處各支路電流間相互制約的關(guān)系。ba+-E2R2+-R3R1E1I1I2I3在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。1.6.2基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1．定律即：U=0在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=012基爾霍夫電壓定律（KVL）反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E11．列方程前標注回路循行方向；

電位升=電位降E2=UBE+I2R2U=0

I2R2–E2+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時，項前符號的確定：

如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。3.開口電壓可按回路處理

注意：1對回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_例：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對回路adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用U=0列方程對回路cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1.7電路中電位的概念及計算電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點的電位為零。1.電位的概念電位的計算步驟:

(1)任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；

(2)標出各電流參考方向并計算；

(3)計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。2.舉例求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V設(shè)b為參考點，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90VUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V結(jié)論：(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中

各點的電位也將隨之改變；(2)電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考

點的不同而變，即與零電位參考點的選取無關(guān)。借助電位的概念可以簡化電路作圖bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd2kA+I12kI2–6V(b)例1:圖示電路，計算開關(guān)S斷開和閉合時A點的電位VA解:(1)當開關(guān)S斷開時(2)當開關(guān)閉合時,電路如圖（b）電流I2=0，電位VA=0V。電流I1=I2=0，電位VA=6V。2k+6VA2kSI2I1(a)電流在閉合路徑中流通2.1電壓源模型

電壓源模型由上圖電路可得:U=E–IR0

若R0=0理想電壓源:U

EUO=E

電壓源的外特性IUIRLR0+-EU+–電壓源是由電動勢E和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源的電路模型。若R0<<RL，U

E，可近似認為是理想電壓源。理想電壓源O電壓源二、電源的兩種模型理想電壓源（恒壓源）例1：(2)輸出電壓是一定值，恒等于電動勢。對直流電壓，有U

E。(3)恒壓源中的電流由外電路決定。特點:(1)內(nèi)阻R0

=0IE+_U+_設(shè)

E=10V，接上RL

后，恒壓源對外輸出電流。RL

當RL=1時，U=10V，I=10A當RL=10時，U=10V，I=1A外特性曲線IUEO電壓恒定，電流隨負載變化2.2電流源模型IRLU0=ISR0

電流源的外特性IU理想電流源OIS電流源是由電流IS和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源的電路模型。由上圖電路可得:若R0=理想電流源:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似認為是理想電流源。電流源電流源模型R0UR0UIS+－理想電流源（恒流源)例1：(2)輸出電流是一定值，恒等于電流IS；(3)恒流源兩端的電壓U由外電路決定。特點:(1)內(nèi)阻R0

=；設(shè)IS=10A，接上RL

后，恒流源對外輸出電流。RL當RL=1時，I=10A，U=10V當RL=10時，I=10A，U=100V外特性曲線

IUISOIISU+_電流恒定，電壓隨負載變化。恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量U+_abIUabUab=U

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I的大小、方向均為恒定，外電路負載對I無影響。輸出電流I可變-----

I的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab可變-----Uab的大小、方向均由外電路決定2.3電源兩種模型之間的等效變換由圖a：

U=E－IR0由圖b：U=ISR0–IR0IRLR0+–EU+–電壓源等效變換條件:E=ISR0RLR0UR0UISI+–電流源即：當接有同樣的負載時，對外的電壓電流相等。(2)等效變換時，兩電源的參考方向要一一對應(yīng)。(3)理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。(1)電壓源和電流源的等效關(guān)系只對外電路而言，對電源內(nèi)部則是不等效的。

注意事項：例：當RL=時，電壓源的內(nèi)阻R0中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻R0中則損耗功率。(4)任何一個電動勢E和某個電阻R串聯(lián)的電路，都可化為一個電流為IS和這個電阻并聯(lián)的電路。R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab2.8受控源電路的分析獨立電源：指電壓源的電壓或電流源的電流不受外電路的控制而獨立存在的電源。受控源的特點：當控制電壓或電流消失或等于零時，受控源的電壓或電流也將為零。受控電源：指電壓源的電壓或電流源的電流受電路中其它部分的電流或電壓控制的電源。對含有受控源的線性電路，可用前幾節(jié)所講的電路分析方法進行分析和計算，但要考慮受控的特性。應(yīng)用：用于晶體管電路的分析。U1+_U1U2I2I1=0(a)VCVS+-+-

I1(b)CCVS+_U1=0U2I2I1+-+-四種理想受控電源的模型(c)VCCSgU1U1U2I2I1=0+-+-(d)CCCSI1U1=0U2I2I1+-+-電壓控制電壓源電流控制電壓源電壓控制電流源電流控制電流源三、正弦交流電壓與電流4.2正弦量的相量表示法4.1正弦電壓與電流4.3單一參數(shù)的交流電路4.1

正弦電壓與電流正弦量：

隨時間按正弦規(guī)律做周期變化的量。Ru+___+_正弦交流電的優(yōu)越性：

便于傳輸；易于變換便于運算；有利于電器設(shè)備的運行；.....正半周負半周Ru+_iu4.1

正弦電壓與電流設(shè)正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢幅值：決定正弦量的大小幅值、角頻率、初相角成為正弦量的三要素。初相角：決定正弦量起始位置Im2TiO4.1.1頻率與周期周期T：變化一周所需的時間（s）角頻率：（rad/s）頻率f：（Hz）T*無線通信頻率：

高達300GHz*電網(wǎng)頻率：我國50Hz，美國

、日本60Hz*高頻爐頻率：200~300kHz(中頻爐500~8000Hz)*收音機中頻段頻率：530~1600

kHziO*移動通信頻率：900MHz~1800

MHz4.1.2幅值與有效值有效值：與交流熱效應(yīng)相等的直流定義為交流電的有效值。幅值：Im、Um、Em則有交流直流同理：有效值必須大寫

幅值必須大寫,下標加m(magnitude

)。

給出了觀察正弦波的起點或參考點。:4.1.3初相位與相位差

相位：注意：交流電壓、電流表測量數(shù)據(jù)為有效值交流設(shè)備名牌標注的電壓、電流均為有效值初相位：

表示正弦量在t=0時的相角。

反映正弦量變化的進程。iO如：若電壓超前電流

兩同頻率的正弦量之間的初相位之差。4.1.3相位差

：uiuiωtO電流超前電壓電壓與電流同相

電流超前電壓

電壓與電流反相uiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiOuiωtuiO(2)不同頻率的正弦量比較無意義。

(1)兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，與計時的選擇起點無關(guān)。注意:tO4.2正弦量的相量表示法瞬時值表達式前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。波形圖

１.正弦量的表示方法重點必須小寫相量uO2.正弦量用旋轉(zhuǎn)有向線段表示ω設(shè)正弦量:若:有向線段長度=ω有向線段以速度

按逆時針方向旋轉(zhuǎn)則:該旋轉(zhuǎn)有向線段每一瞬時在縱軸上的投影即表示相應(yīng)時刻正弦量的瞬時值。有向線段與橫軸夾角=初相位u0xyOO+j+1Abar03.正弦量的相量表示復數(shù)表示形式設(shè)A為復數(shù):(1)代數(shù)式A=a+jb復數(shù)的模復數(shù)的輻角實質(zhì)：用復數(shù)表示正弦量式中:(2)三角式由歐拉公式:(3)指數(shù)式

可得:

設(shè)正弦量:相量:表示正弦量的復數(shù)稱相量電壓的有效值相量(4)極坐標式相量表示:相量的模=正弦量的有效值

相量輻角=正弦量的初相角電壓的幅值相量(1)相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意:？=(2)只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。(3)只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上。相量的模=正弦量的最大值

相量輻角=正弦量的初相角或：(5)相量的書寫方式

模用最大值表示，則用符號：(4)相量的兩種表示形式

相量圖:

把相量表示在復平面的圖形實際應(yīng)用中，模多采用有效值，符號：可不畫坐標軸如：已知則或相量式:

落后于超前落后？解:(1)相量式(2)相量圖例1:

將u1、u2

用相量表示+1+j1.電壓與電流的關(guān)系設(shè)(2)大小關(guān)系：(3)相位關(guān)系：u、i

相位相同根據(jù)歐姆定律:(1)頻率相同相位差：相量圖4.3單一參數(shù)的交流電路Ru+_相量式：4.3.1電阻元件的交流電路2.功率關(guān)系(1)瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積小寫結(jié)論:

（耗能元件）,且隨時間變化。piωtuOωtpOiu瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值大寫(2)平均功率(有功功率)P單位:瓦（W）PRu+_ppωtO注意：通常銘牌數(shù)據(jù)或測量的功率均指有功功率。

基本關(guān)系式：(1)

頻率相同(2)

U=IL

(3)

電壓超前電流90相位差1.電壓與電流的關(guān)系4.3.2電感元件的交流電路設(shè)：+-eL+-LuωtuiiO或則:感抗(Ω)電感L具有通直阻交的作用直流：f=0,XL=0，電感L視為短路定義：有效值:交流：fXL感抗XL是頻率的函數(shù)可得相量式：電感電路復數(shù)形式的歐姆定律相量圖超前根據(jù)：則：O2.功率關(guān)系(1)瞬時功率(2)平均功率L是非耗能元件儲能p<0+p>0分析：瞬時功率

：