电工电子基础(2011-10)

+u
只有电容上的电压变化时， 只有电容上的电压变化时，电容两端才有 电流。在直流电路中，电容上即使有电压， 电流。在直流电路中，电容上即使有电压， ｉ＝０ 相当于开路， 电容具有隔直 但ｉ＝０，相当于开路，即 电容具有隔直 作用。 作用。
C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。 称为电容元件的电容，单位是法拉（ ）。 称为电容元件的电容
b
a －u2 +
b
电压、 电压、电位和电动势
a +u1 －
例： 当ua =3V
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b
a －u2 +
ub = 2V时 时
b
u1 =1V
u2 =－1V －
• 最后求得的 为正值，说明电压的实际方向 最后求得的u为正值，说明电压的实际方向 为正值 与参考方向一致，否则说明两者相反。 方向一致 与参考方向一致，否则说明两者相反。
2.1.1 电工仪表的分类
n按测量方法可分为比较式和直读式两类。比较式仪表 需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量， 常用的比较式仪表有电桥、电位差计等。直读式仪表将 被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来，常 用的电流表、电压表等均属直读式仪表。直读式仪表测 量过程简单，操作容易，但准确度不可能太高；比较式 仪表的结构较复杂，造价较昂贵，测量过程也不如直读 法简单，但测量的结果较直读式仪表准确。
Ｌ称为电感元件的电感，单位是亨利（Ｈ）。 称为电感元件的电感，单位是亨利（Ｈ）。
3．电容元件
电容元件是一种能够贮存电场能量的元件， 电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电 容器的理想化模型。 容器的理想化模型。 伏安关系： 伏安关系：
i
C －
du i=C dt du i = −C dt
符号： 符号：
例1.3（一） （
计算图 1.10 所示电路中电流源的端电压U1, 5 电阻两端的电压U2 和电流源、电阻、电压源的功率P1, P2, P3。
5Ω ＋ 2A － U1 ＋ U － 2 ＋ － U3＝3 V
图 1.10 例1.3图
例1.3（二） （
解：
U 2 = 5 × 2 = 10V U1 = U 2 + U 3 = 10 + 3 = 13V
（2）特性曲线与符号 ）
电压源
u Us O
us + － Us + －
电流源
i Is
t
O
u
is
一、电压源（二） 电压源（
i(t) ＋ ＋ us － － u(t) us(t) us(t)
Us 0
Um
0.5T
T t
0
t
(a)
(b)
(c)
图 1.7 电压源电压波形
一、电压源（三） 电压源（
i =
dq dt
大写 I 表示直流电流 小写 i 表示电流的一般符号
电流
正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 电流的实际方向 电流的方向用一个箭头表示。 电流的方向用一个箭头表示。 电流的参考方向。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。
2.1 电工仪表的类型、误差和准确度 电工仪表的类型、
•电工仪表是实现电工测量过程所需技术 工具的总称。 工具的总称。 •电工仪表的测量对象主要是电学量与磁 学量。电学量又分为电量与电参量。 学量。电学量又分为电量与电参量。 •通常要求测量的电量有电流 、 电压 、 功 通常要求测量的电量有电流、 电压、 电能、频率等；电参量有电阻、电容、 率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、 电感等。 电感等。 •通常要求测量的磁学量有磁感应强度 、 通常要求测量的磁学量有磁感应强度、 磁导率等。 磁导率等。
电流源的电流、电压选择为非关联参考方向, 所以 P1=U1Is=13×2=26W (发出) 电阻的电流、电压选择为关联参考方向, 所以 P2=10×2=20W (接受) 电压源的电流、 电压选择为关联参考方向, 所以 P3=2×3=6W (接受)
第2章 电工测量
• 6.1 电工仪表的类型、误差和准确度 电工仪表的类型、 • 6.2 指针式仪表的结构及工作原理 • 6.3 电流、电压、功率及电能的测量 电流、电压、 • 6.4 电阻的测量
u ab = u a − u b
电压、电位和电动势 电压、 电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。 规定由电位高处指向电位低处 与电流方向的处理方法类似， 与电流方向的处理方法类似， 可任选一方向为电压的参考方向 可任选一方向为电压的参考方向
a +u1 －
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1.1 电路基本物理量
为了某种需要而由电源、导线、 为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方 式组合起来的电流的通路称为电路。 式组合起来的电流的通路称为电路。 电路的主要功能： 电路的主要功能： 进行能量的转换、传输和分配。 一：进行能量的转换、传输和分配。 实现信号的传递、 二：实现信号的传递、存储和处理。
p = ui = Ri
u = R
2
电功率
在电流和电压关联参考方向下, 任何瞬时线性 电阻元件接受的电功率为
U P = UI = R I = R
2
线性电阻元件是耗能元件。
2
焦耳定律
如果电阻元件把接受的电能转换成热能, 则从t0到t时间内。 电阻元件的热［量］ Q, 也就是这段时间内接受的电能W为
Q =W = ∫
电路中a 电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷 点两点间的电压定义为单位正电荷 电压 由a点移至b点电场力所做的功。 点移至b点电场力所做的功。
u
ab
=
dW dq
ab
电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移 电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移 电位 至参考点电场力所做的功。 至参考点电场力所做的功。 电路中a 点两点间的电压等于a 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电 位差。 位差。
电路分析的主要任务在于解得电路物理量， 电路分析的主要任务在于解得电路物理量， 在于解得电路物理量 其中最基本的电路物理量就是电流、 其中最基本的电路物理量就是电流、电压和 功率。 功率。
1.1.1 电流
电荷的定向移动形成电流。 电荷的定向移动形成电流。 电流的大小用电流强度表示，简称电流。 电流强度表示 电流的大小用电流强度表示，简称电流。 电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。 电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。
图 1.8 是直流电压源的伏安特性。
U
Us
0
图1.8 直流电压源的伏安特性
I
一. 电压源
2.电压为零的电压源相当于短路。
3.由图1.7(a)知, 电压源发出的功率为 p＞0时, 电压源实际上是发出功率； p＜0时, 电压源实际上是接受功率。
p = us i
二、电流源（一）
1.电流源也是一个理想二端元件,它有以下两个特点: (1) 电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数, 不会因 外电路不同而改变, 即i(t)=is, is是电流源的电流。 (2) 电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。 2.如果电流源的电流is=Is (Is是常数), 则为直流电流源。
2．电感元件
电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件， 电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电 感器的理想化模型。 感器的理想化模型。 伏安关系： 伏安关系：
di u = L dt di u = −L dt
符号： 符号：
i
L +u －
只有电感上的电流变化时，电感两端才 只有电感上的电流变化时， 有电压。在直流电路中， 有电压。在直流电路中，电感上即使有 电流通过， ｕ＝０ 相当于短路。 电流通过，但ｕ＝０，相当于短路。
U 2 2202 R= = = 484Ω P 100
一个月消耗的电能为：
W = PT = 100 ×10 × 5 × 30 = 15kW ⋅ h = 15度
−3
两种特殊情况
线性电阻元件有两种特殊情况值得注意: 一种情况是电阻值R为无限大, 电压为任何有 限值时, 其电流总是零, 这时把它称为“开 “ 路”; 另一种情况是电阻为零, 电流为任何有 限值时, 其电压总是零, 这时把它称为“短 “ 路”。
t
t0
u pdt = ∫ Ri dt = ∫ dt t0 t0 R
t 2 t
2
若电流不随时间变化,
U2 Q = W = P(t − t0 ) = PT = RI 2T = ⋅T R
以上两式称为焦耳定律。
电功率的计算
例2.1
有220V, 100 W灯泡一个, 其灯丝电阻是多少？每天用5h, 一个月 （按30天计算）消耗的电能是多少度？ 解: 灯泡灯丝电阻为：
参考方向 a 实际方向 (a) i>0
i
b a
参考方向
i
b
实际方向 (b) i<0
电 流 • 如果求出的电流值为正，说明参考方 如果求出的电流值为正， 向与实际方向一致， 向与实际方向一致，否则说明参考方 向与实际方向相反。 向与实际方向相反。
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1.1.2 电压、电位和电动势 电压、
dW e = dq
电动势的实际方向与电压实际方向相反， 电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负 极指向正极。 极指向正极。
第二章 电路的基本概念和定律 1.1 电阻元件和欧姆定律 目的与要求 ：
1）掌握电阻元件上的欧姆定律 2）理解电路短路、开路时的特点
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电路的基本概念