0607（公基-電工電子）-電路基本知識-云鵬老師

2019年張工培訓(xùn)注冊勘察設(shè)計(jì)公共基礎(chǔ)精講班課

第一講、電路基本知識主講：云鵬老師

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電路的概念

由實(shí)際元器件構(gòu)成的電流的通路稱為電路。

電路通常由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。

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電路的組成火線..零線電源連接導(dǎo)線和其余設(shè)備為中間環(huán)節(jié)負(fù)載

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電路的功能

電路可以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電力系統(tǒng)中電子技術(shù)中

電路可以實(shí)現(xiàn)電信號的傳遞、變換、存儲(chǔ)和處理。

電路模型實(shí)體電路負(fù)載電源開關(guān)連接導(dǎo)線SRL+

U–IUS+_R0電路模型電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)

用抽象的理想電路元件及其組合，近似地代替實(shí)際的器件，從而構(gòu)成了與實(shí)際電路相對應(yīng)的電路模型。

2.負(fù)載：吸收電能或接受電信號的裝置或器件3.傳輸控制器件：如開關(guān)、大型電臺(tái)的中心控制室

負(fù)載

吸收電能：如燈泡

接收電信號：如收音機(jī)、電視機(jī)

1.電源：向外提供電能或電信號的裝置或器件電能源：各種電池及電力網(wǎng)信號源：傳送各種電信號，如電視臺(tái)

電源電流荷在閉合回路中的定向流動(dòng)。電流：電荷在閉合回路中的定向流動(dòng)。電流強(qiáng)度：是指在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面電荷量。表示方法：大寫字母Ｉ表示常量，小寫字母ｉ表示隨時(shí)間而變的變量。假設(shè)于dt時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量為dq，則電流強(qiáng)度:

i(t)=dq(t)/dt恒定電流:

量值和方向均不隨時(shí)間變化的電流。簡稱直流(dc或DC)，符號I。時(shí)變電流:

量值和方向隨時(shí)間變化的電流。符號i。時(shí)變電流在某一時(shí)刻t的值i(t)，稱為瞬時(shí)值。交流電流:

量值和方向作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流，簡稱交流(ac或AC)。符號i1、電流的熱效應(yīng)：電流通過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱；

2、電流的力效應(yīng)：電流周圍存在著磁場，它會(huì)對其他的載流元件或磁性元件產(chǎn)生力的作用。

電流具有兩個(gè)重大實(shí)際意義的效應(yīng)：電壓UAB：假設(shè)電路中，電場力對電荷所做的功是dw，則A、B兩點(diǎn)之間的電壓：

UAB=dw/dq它是衡量電場力對電荷做功本領(lǐng)的物理量。電壓的正方向:一般規(guī)定為電位降低的方向。

*參考點(diǎn)：規(guī)定電勢為零的點(diǎn)，又叫零電位點(diǎn)。

注意：電位是相對量，電壓是絕對量?？梢赃M(jìn)行類比，電流就像水流，電壓如同水壓，

電壓與電位關(guān)系：

1.電路中任意兩點(diǎn)間的電壓,等于該兩點(diǎn)的電位之差。

2.電路中任意點(diǎn)的電位,等于該點(diǎn)沿任意路徑到參考點(diǎn)間的電壓。

功率：單位時(shí)間內(nèi)能量的變化。電路的基本作用之一是實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。用功率來表示能量變化的速率，用p或P表示。功率：也就是能量對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。電流和電壓的實(shí)際方向電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；

電壓的實(shí)際方向：由高電位端指向低電位端；電

流

和

電

壓

的

實(shí)際

方

向SUS+_R0RL+

U–I電流和電壓的參考方向電流的參考方向假設(shè)的電流方向，可以隨意規(guī)定。電壓的參考方向電壓的參考方向也可以隨意規(guī)定。注意：電流和電壓的參考方向可以任意指定；但是一經(jīng)規(guī)定，在計(jì)算過程中便不得隨意改變。指定參考方向的用意是把電流和電壓看成代數(shù)量。在指定的電流和電壓參考方向下，電流值和電壓值的正和負(fù)就可以反映出電流和電壓的實(shí)際方向。在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若

I>0：實(shí)際方向與參考方向一致

I<0：實(shí)際方向與參考方向相反參考方向和實(shí)際方向的關(guān)系：i＞0i＜0在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若

u>0：實(shí)際方向與參考方向一致。

u<0：實(shí)際方向與參考方向相反。

一致的參考方向(關(guān)聯(lián)參考方向)非一致的參考方向(非關(guān)聯(lián)參考方向)

關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向電路吸收或發(fā)出功率的判斷P=ui

表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實(shí)際吸收)P<0

吸收負(fù)功率(實(shí)際發(fā)出)P=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實(shí)際發(fā)出)P<0

發(fā)出負(fù)功率(實(shí)際吸收)

u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向+-iu+-iu一般：電源取非關(guān)聯(lián)參考方向：負(fù)載取關(guān)聯(lián)參考方向：+-iu+-iup

-ui-(–Ri)i

i2R

u2/RR+

US–電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲(chǔ)存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定理想電流源

輸出電流恒定，兩端電壓由它和負(fù)載共同決定。L電感元件只具有儲(chǔ)存磁能的電特性IS

理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、精確，可定量分析和計(jì)算。C理想元件：具有某種確定的電或磁性質(zhì)的假想元件，每一種理想元件只表示一種電或磁現(xiàn)象，具有精確定義或數(shù)學(xué)模型。電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。

如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。是電路中最基本的組成單元。1.電路元件5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件注意2.線性時(shí)不變電阻元件電路符號Riu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。伏安特性電阻元件電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來描述：1.定義

u～i

關(guān)系R

稱為電阻，單位：

(Ohm)滿足歐姆定律

單位G

稱為電導(dǎo)，單位：S(Siemens)伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線ui0Rui+－如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號；說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻(

R

為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！Rui-+注意3.功率和能量電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p

-ui-(–Ri)i

i2R

u2/Rp

ui

i2R

u2/R

功率Rui+-表明:Rui-+ui4.電阻的開路與短路短路開路uiRu+–i00

電壓源和電流源電路符號1.理想電壓源定義i+_其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關(guān)的元件叫理想電壓源。電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui直流電壓源的伏安關(guān)系例Ri-+外電路電壓源不能短路！029電壓源的功率電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

下頁上頁電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；

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負(fù)載+_iu+_

負(fù)載+_iu+_其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u

無關(guān)的元件叫理想電流源。電路符號2.理想電流源定義u+_理想電流源的電壓、電流關(guān)系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關(guān)系0例Ru-+外電路電流源不能開路！

可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。實(shí)際電流源的產(chǎn)生：電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；

發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；

u+_吸收功率，充當(dāng)負(fù)載受控電源電路符號+–受控電壓源受控電流源1.定義:電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。

根據(jù)控制量和被控制量是電壓u

或電流i，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。2.分類輸出：受控部分b

i1+_u2i2_u1i1+輸入：控制部分電壓控制的電流源(VCCS)電壓控制的電壓源(VCVS)gu1+_u2i2_u1i1+i1

u1+_u2i2_u1++_電流控制的電壓源(CCVS)ri1+_u2i2_u1i1++_3.受控源與獨(dú)立源的比較獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。38儲(chǔ)存電場q=CuC+q-q直流電壓電流的關(guān)系為功率電容是儲(chǔ)能元件：一段時(shí)間吸收的能量為理想電感元件定義：磁鏈數(shù)與通過的電流成正比對上式積分：能量和功率：求：電壓u2解5i1+_u2_i1++-3u1=6V

基爾霍夫定律

基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。1.幾個(gè)名詞電路中通過同一電流的分支。元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。b=3an=4b支路i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。n=2+_R1uS1+_uS2R2R3電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3123路徑回路網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意請問：下列電路有幾條支路、幾個(gè)節(jié)點(diǎn)、幾個(gè)回路、幾個(gè)網(wǎng)孔。5條支路3個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)回路R2R1R3E1abcdE2R4R53個(gè)網(wǎng)孔思考任何時(shí)刻，通過任一節(jié)點(diǎn)的電流i代數(shù)和≡0?；鶢柣舴螂娏鞫蒏CL(任何時(shí)刻，任一結(jié)點(diǎn))流入結(jié)點(diǎn)電流i入之和恒等于流出結(jié)點(diǎn)電流i出之和。表述一表述二i1＝i4＋i6i2＋i4－i5＝0若取流入為正，則流出為負(fù)結(jié)點(diǎn)a:結(jié)點(diǎn)b:i3＋i5+i6＝0結(jié)點(diǎn)c:基爾霍夫電流定律擴(kuò)展：結(jié)點(diǎn)

任意封閉面(廣義結(jié)點(diǎn))i1

＋i2＋i3

＝0U2U3U1+?RR1R+_+?RII=0I=?簡證：上述a、b、c三個(gè)結(jié)點(diǎn)KCL方程相加可得。應(yīng)用：對a結(jié)點(diǎn)，電流方程為：i1＋4

=7

則i1=3A

對b結(jié)點(diǎn)，電流方程為：

i1+i2+（

2）

10=0，則i2=9A

思考：若不求i1能否直接求解i2

？能，用廣義KCL：4+10＝7+(-2)+i2練習(xí)：應(yīng)用KCL求電流i1和i2。4A10A7A

2Ai2i1ab解：基爾霍夫電壓定律KVL表述一：任何時(shí)刻，沿任一回路循行一周，電壓降的代數(shù)和≡電壓升的代數(shù)和。某一回路中，各電壓間的約束關(guān)系，可用KVL計(jì)算。表述二：沿任一回路繞行一周，所有電壓的代數(shù)和恒等于零。Us3+?++?I??+R1Us1Us2R2?+UR1UR2順時(shí)針繞行UR1+Us3+UR2=Us2+Us1一般取電壓降為正Uab+?10V++?I??+30V8V5Ω3ΩUab＝5I+8或Uab+3I＝10+30KVL推廣：基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。注意理想IS源兩端的U及KVL方程!理想IS的IO不隨外電路變化，但它兩端U可無限變化.EUISR+1A10Ω++??10VUU=？2.1.2支路電流法

——最基本的電路分析法1、首先找出復(fù)雜電路的支路數(shù)m、節(jié)點(diǎn)數(shù)n

和網(wǎng)孔數(shù)，然后任意假設(shè)各支路電流的參考方向和網(wǎng)孔的繞行方向。2、根據(jù)KCL列出n-1個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程。3、根據(jù)KVL列出m-(n-1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程4、代入數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程組求得各支路電流。確定各支路電流的實(shí)際方向。當(dāng)計(jì)算結(jié)果為正時(shí)，說明電流的實(shí)際方向和參考方向相同，若結(jié)果為負(fù)，則相反。支路電流法求解電路的一般步驟以各支路電流為未知量，根據(jù)基爾霍夫定律列出聯(lián)立方程組求解各支路電流的方法。已知：電路如所示，E1=12V，E2=12V，R1=3Ω，R2=6Ω，R3=6Ω，試用支路電流法求各支路電流的大小和方向。

分析：此電路有3條支路，所以需設(shè)3個(gè)未知量，列3個(gè)獨(dú)立方程。

3個(gè)獨(dú)立方程包括：節(jié)點(diǎn)電流方程回路電壓方程

E1E2R1R2R3電路有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)三條支路的電流參考方向如圖所示：根據(jù)基爾霍夫電流定律，

對a點(diǎn)有：I1=I2+I3

對b點(diǎn)有：I2+I3=I1由此可見，2個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路只能列1個(gè)獨(dú)立的電流方程

I1=I2+I3實(shí)踐證明：n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路只能列n-1個(gè)獨(dú)立的電流方程。E1E2R1R2R3I1I2I3ab

列節(jié)點(diǎn)電流方程列回路電壓方程

總需列3個(gè)方程，已列出1個(gè)電流方程，還需列2個(gè)電壓方程。（1）任選2個(gè)回路，一般選網(wǎng)孔。設(shè)網(wǎng)孔繞行方向如圖所示，并根據(jù)假設(shè)的電流方向，標(biāo)注各元件電壓的正負(fù)極，如圖所示：（2）根據(jù)基爾霍夫電壓定律對網(wǎng)孔1：

-E2+I2*R2+I1*R1-E1=0

對網(wǎng)孔2：

I3*R3–I2*R2+E2=01：5個(gè)支路，4個(gè)節(jié)點(diǎn)，3個(gè)網(wǎng)孔，7個(gè)回路2：4個(gè)節(jié)點(diǎn)可以列寫4個(gè)節(jié)點(diǎn)KCL方程，任取3個(gè)KCL都是獨(dú)立的。推廣到n個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以列寫n-個(gè)獨(dú)立

KCL方程。對于7個(gè)回路，可以列寫7個(gè)KVL方程，其中任取3個(gè)方程，是獨(dú)立的KVL方程。推廣到

m個(gè)網(wǎng)孔，提供的獨(dú)立KVL方程個(gè)數(shù)為m個(gè)。3：5條支路，5個(gè)未知電流，需要5個(gè)獨(dú)立的方程求解。對于本題，4個(gè)節(jié)點(diǎn)4個(gè)節(jié)點(diǎn)KCL方程，任取3個(gè)

KCL方程都是獨(dú)立的。還需取2個(gè)獨(dú)立的KVL方程，而且回路中不能含有理想電流源，由于理想電流源的電壓由外部電路和電流源共同決定，在KVL方程中以未知數(shù)形式出現(xiàn)，如果引入含有理想電流源的回路KVL方程，相當(dāng)于多了個(gè)未知數(shù)。因此，不能選含有理想電流源的KVL方程。題目中，給出了

4個(gè)KVL回路，但其中回路2和3含有理想電流源，因此，只能選擇1，4回路的KVL方程。答案選Cjie'di'a

疊加定理定理內(nèi)容在線性電阻電路中有幾個(gè)獨(dú)立源共同作用時(shí)，各支路的電流（或電壓）等于各獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和（疊加）。

由獨(dú)立電源和線性電阻元件（線性電阻、線性受控源等）組成的電路，稱為線性電阻電路。描述線性電阻電路各電壓、電流關(guān)系的各種電路方程，是一組線性代數(shù)方程。

（2）功率不是電壓或電流的一次函數(shù)，故不能用疊加定理來計(jì)算功率。注意事項(xiàng)

（1）在計(jì)算某一獨(dú)立電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電流（或電壓）時(shí)，應(yīng)將電路中其它獨(dú)立電壓源用短路線代替（即令Us=0），其它獨(dú)立電流源以開路代替（即令I(lǐng)s=0）。應(yīng)用舉例【例】在下圖（a）所示電路中，用疊加定理求支路電流I1和I2。解：根據(jù)疊加定理畫出疊加電路圖如上圖所示。

圖（b）所示為電壓源US1單獨(dú)作用而電流源IS2不作用，此時(shí)IS2以開路代替，則IS2單獨(dú)作用時(shí)，US1不作用，以短路線代替，如圖（c）所示，則根據(jù)各支路電流總量參考方向與分量參考方向之間的關(guān)系，可求得支路電流注意：根據(jù)疊加定理可以推導(dǎo)出另一個(gè)重要定理——齊性定理，它表述為：在線性電路中，當(dāng)所有獨(dú)立源都增大或縮小k倍（k為實(shí)常數(shù)）時(shí)，支路電流或電壓也將同樣增大或縮小k倍。例如，將上例中各電源的參數(shù)做以下調(diào)整：US1=40V，IS2=6A，再求支路電流I1和I2。很明顯，與原電路相比，電源都增大了1倍，因此根據(jù)齊性定理，各支路電流也同樣增大1倍，于是得到I1=-3.5A，I2=2.5A。掌握齊性定理有時(shí)可使電路的分析快速、簡便?！纠侩娐啡缦聢D（a）所示。已知r=2Ω，試用疊加定理求電流I和電壓U。

解：此題電路中含有受控源，應(yīng)用疊加定理時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是受控源不能“不作用”，應(yīng)始終保留在電路中；二是受控源的控制量應(yīng)分別改為電路中的相應(yīng)量。

根據(jù)疊加定理畫出疊加電路圖如上圖所示。圖（b）電路中，只有獨(dú)立電壓源單獨(dú)作用，列出KVL方程為求得

I'=-2A，U'=-3I'=6V圖（c）電路中，只有獨(dú)立電流源單獨(dú)作用，列出KVL方程為求得

I”=3A，U”=3（6-I”）=9V根據(jù)各電壓、電流的參考方向，最后疊加得到疊加定理小結(jié)通過以上分析可以看出，疊加定理實(shí)際上將多電源作用的電路轉(zhuǎn)化成單電源作用的電路，利用單電源作用的電路進(jìn)行計(jì)算顯然非常簡單。因此，疊加定理是分析線性電路經(jīng)常采用的一種方法，務(wù)必熟練掌握。

戴維南定理定理內(nèi)容任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，就端口特性而言，可以等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)[下圖（a）]。電壓源的電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)端口處的開路電壓uoc

；串聯(lián)電阻Ro等于二端網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源作用為零時(shí)的等效電阻[下圖（b）]。圖（a）中電壓源與電阻的串聯(lián)支路稱為戴維南等效電路，其中串聯(lián)電阻在電子電路中，當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)視為電源時(shí)，常稱做輸出電阻，用Ro表示；當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)視為負(fù)載時(shí)，則稱做輸入電阻，用Ri表示。應(yīng)用舉例【例】

求下圖（a）所示有源二端網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路。

解：首先求有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc。

將2A電流源和4Ω電阻的并聯(lián)等效變換為8V電壓源和4Ω電阻的串聯(lián)，如圖（b）所示。由于a、b兩點(diǎn)間開路，所以左邊回路是一個(gè)單回路（串聯(lián)回路）