电工与电子技术基础(第三版 毕淑娥)第1章 直流电路

向均与实际方向相反。
可判断：A元件是电源，B元件是负载。 返回
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第1章 直流电路
1.2.5 电路中电位的计算
1.电位的概念 在电路中任选一点，设其电位为零,用 表示。
此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是 该点的电位。用VX表示。 （注意：电位为单下标）。 a a 2A
1
b
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第1章 直流电路
I
＋
I
I1
R1 R2
I2
＋ U －
U －
R
2.分流公式
3.当R1»R2时,
U IR R2 I1 I R1 R1 R1 R2
第1章 直流电路
1. 基尔霍夫电流定律(KCL) 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于
由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个
节点上电流的代数和为 零。
【例 1.4】
即：
I2
I1
I =0
I1 I 3 I 2 I 4
I3
或：
I4
I1 I 3 I 2 I 4 0
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＋
A
U
－
B
解：A元件的电压、电流参考方向非关联； B元件的电压、电流参考方向关联。 返回
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第1章 直流电路
【例 1.3】 已知电路如图所示，U 12V, I 1A。 试判断A、B元件是电源还是负载？
, 解：因为U 12V(正值）所以确定A、B两元件的电压U的方 向就是实际方向。 因为I 2A(负值）所以确定A、B两元件的电流I的方 ,
回路：电路中任一闭合的路径。 返回
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第1章 直流电路
C + E1 _
I1 R1 1
a
I2 R2
d
+ _ E2
I3
b
R3 2 3
支路: 节点: 回路:
acb, adb,ab(3个)
一条支路流过一个电流
a ,b
(2个)
acba , adba , cadba (3个)
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第1章 直流电路
思考题
【 1.1】求图 (a) 中的电流 I 和 图 (b) 中的 Uab。
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第1章 直流电路
1.4 电路的基本连接方式
1.4.1 电阻的串联
串联的特点：每个元件流过的电流相等。 1.等效电阻R 如图(b)
R R1 R2
2. 分压公式
U U 1 IR1 R1 R1 R2 R U U 2 IR2 R2 R1 R2
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第1章 直流电路
电 池
灯 泡
电源
+ E _
负载
R
手电筒电路的电路模型
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第1章 直流电路
1.2 电路的基本物理量
1.2.1 电路的基本物理量
1.电流 正电荷的定向运动。单位：安培（A）
1mA=10 1μA=10
－3
A
－6
A
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第1章 直流电路
规定电位降取正号,电位升取负号
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第1章 直流电路
基尔霍夫电压定律扩展到开口电路： 将开口电路假想接一个无穷大的电阻，组成闭 合电路，设无穷大电阻两端的电压为 U ab 。 【例 1.8】
I
I
E
+ _
R
+
a Uab
a
+ E _
+
Uab
R
-b
R
b
返回
U ab IR E
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第1章 直流电路
电源：供电设备，向用电设备提供电能。
常用的电源装置为交流电源、直流电源和信号源。
发电机
直流电源
信号源
中间环节：输送和分配电能的设备，即导线、 开关、转换电路等。
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第1章 直流电路
负载： 用电设备,将电能转换为机械能。电动 机、日光灯、各种家用电器等均为用电负载。
降压 升压 变压器
电 灯
电 动 机
电 炉 返回
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第1章 直流电路
2.实现电信号的传递和转换 例如常见的扩音机电路： 放 大 器
话筒
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第1章 直流电路
1.1.1 电路的基本组成
1.实际电路
实际电路是由电源、负载和中间环节三个
基本部分组成。
电源 负载
中间转换电路 返回
3.利用电位简化电路图
R1 R2 + _uS1 +uS2 _
+uS1 -uS2 R3
R1 R2 R3
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第1章 直流电路
1.3 电路的基本定 律 1.3.1 欧姆定律
流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即
U I R U R I
电阻的单位:
, kΩ , M
可见，当电压U一定时，电阻R 越大，电流I 越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。
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第1章 直流电路
1.1 电路的作用及其基本组成
1.1.1 电路的作用
光耦器件 电路:电路是由一些电气设备和元件连接而成。 电阻
电容
运算放大器
晶体管 返回
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第1章 直流电路
1.实现电能的传输、分配与转换
例如电力系统输送、分配电能的电路：
发电机
升压 变压器
输电线
2.电动势
电源内部的电源力通过电源内部运送电荷的 能力。单位：伏特（V）
1kV=10 V 1mV=10
3.电压
在电场力的作用下，通过外电路运送电荷的 能力。单位：伏特（V）
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－3
3
V
1μV=10－6 V
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第1章 直流电路
பைடு நூலகம்
1.2.2 电流和电压的实际方向
实际方向：物理中对电量规定的方向。 电流I:正电荷运动的方向。 电流流过电源时，是从电源的负极到正极； 电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位。
1.参考方向
在分析电路时，对电量人为规定的方向。
2.设参考方向的意义
例如: 在如下复杂电路中很难判断出 R3 中流 过电流的实际方向，电路如何求解？
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第1章 直流电路
3.解决的方法 (1) 在解题前先假设一个电 流方向，作为参考方向。 (2) 根据电路的基本定律 ，列出电压、电流方程。 I3
1
b
2A
a 点电位： a 2V V
V b 点电位： b 2V
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第1章 直流电路
2.电位的计算 如下电路只能求出两点间的电压值,而不能求出某 一点的电位值。因此，若要计算电位时，必须在电路 中设参考点。 设b为参考点，即Vb=0。 4A a 6A d C 20Ω Va U ab 60V 5Ω + + E2 E 10A 6Ω _ Vc U cb 140V _ 1 90V 140V
I
＋ ＋ U1 R1 － U ＋ R2 U2 － － 图(a) ＋
I
U
－
图(b)
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第1章 直流电路
3. 电阻的分压作用
I
＋ ＋ U1 R1 － U ＋ R2 U2 － －
当R1»R2时,
U1 U , U 2 0
R2的分压作用忽略不计。
4. 电阻串联的应用
与负载串联,降压。 返回
－ R
欧姆定律的几种表示形式 I I ＋ ＋
I
U= –RI
(c)
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第1章 直流电路
1.3.2 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部
分电流之间的关系,其中包括电流定律和电压定律。 R1 R2
名词解释：
支路：
+ E1 R3
+
_
E2
电路中每一个分支。 节点：三个或三个以上 支路的联接点。
电位降
回路2：
电位升
E2 R3 I 3 R2 I 2
电位升
电位降
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第1章 直流电路
用 U 0 列方程： C E1 I1 a
I2
R2 R3 2
d
回路1： E2
+ R1 _ 1 I3 b
+ _
R1I1 R3 I 3 E1 0
回路2：
E2 R3 I 3 R2 I 2 0
所以 U S E 6V 电源电压 U S 的参考方向与 实际方向相同。
由于电流I的参考方向与实际方向相反，则 US 6 I 2A R 3
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第1章 直流电路
4.电压参考方向的三种表示
正负号,下标a、b和箭头都是表示电位降低的方向。
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(3) 根据计算结果确定电流的实际方向： 若计算结果 I3为正 ,则实际方向与参考方向一致； 若计算结果 I3为负,则实际方向与参考方向相反。
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第1章 直流电路
【例 1.1】 已知电路如图所示, E 6V, R =3。试求
电源电压U S 和电流I的数值。
解 因为 U S E
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第1章 直流电路
基尔霍夫电流定律可以扩展到电路的任意闭合面: 【例 1.5】 【例 1.6】
I1
I2 I3
I1+I2=I3
I1 =?
电路 A
电路 B
I2
I1
= I2
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第1章 直流电路
【例 1.7】 晶体三极管相当是一个大节点。
IC IB
IE
IB IC IE
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第1章 直流电路
2.基尔霍夫电压定律 对于任一回路，沿任意循行方向绕一周，其电位降 之和等于电位升之和。或者说, 回路中各段电压的 代数和恒等于零。 即： U 0 C E1 I1 a + R1 _ 1 I3 b I2 R2 R3 2 d + _ E2 回路1：
R1I1 R3 I 3 E1
2.电路模型 (1) 实际元器件的电磁性能 电路中使用的元器件，如电阻、电感、电容、 晶体管等，它们的电磁性质较为复杂。 白炽灯是耗能元件,但还存在微小的电感 ； 电感线圈是储能元件，但还存在很小的电阻；
电容是储能元件，但也存在 (介质损耗)。
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第1章 直流电路
(2)实际元器件的理想化 为了便于电路的分析和数学描述，实际元件要 理想化处理，即在一定条件下突出元件的主要电磁 性质，忽略其次要因素。所以白炽灯、电感线圈、 电容等均认为是理想元件。 (3)电路模型 由理想元件组成的电路即为实际电路的电路模型。 例如，手电筒电路的电路模型如下：
b
Vd U db 90V
从结果中看出,a、c、 d点的电位比b点分别高 60V、140V、90V。 返回
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C
4A 20Ω
6A
d
设a为参考点，即Va=0 , 则
a 5Ω + + E2 E 10A 6Ω _ _ 1 90V 140V b
Vb U ba 60V
电 源
＋
I
－
负 载
＋
I US
+ _
I
+ R _
I
－
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第1章 直流电路
电压U: 从高电位到低电位。
电 源
＋
U U
＋
+
E
－
－
负 载
_
US
+ R _
U
电动势E: 从电源的负极到电源的正极。
＋ 电
源
E
－
负 载
+
E
_
R
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第1章 直流电路
1.2.3 电流和电压的参考方向
Vc U ca 80V
Vd U da 30V
从结果中看出, b点的电位比a点的电位低 60V ， 而c点和d点的电位 比a点分别高80V、30V。 结论： 参考点的位置不同，电路中其它各点的电位也 不同；但是两点之间的电压值（电位差）是不变的。 返回
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第1章 直流电路
1.2.4 电流和电压的关联参考方向
关联参考方向：电压与电流的参考方向相同 非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反
注意:
1.分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 2.参考方向选定之后，在计算过程中不能改变。 返回
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第1章 直流电路
【例1.2】已知元件A、B的电压、电流参考方向 如图所示。试判断A、B元件的电压、电流的参考 方向是否关联？ I
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第1章 直流电路
电阻元件的伏安特性
线性电阻
非线性 电阻
可见，遵循欧姆定律的电阻是线性电阻，不遵 循欧姆定律的电阻是非线性电阻. 返回
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第1章 直流电路
U －
R
U －
R
U ＋
U=RI
(a)
U= –RI
(b)
一个式子中有两套正负号，一套正负号是由参 考方向决定的，另一套是由电压和电流本身的 正负值决定的。 返回
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第1章 直流电路
1.4.2 电阻的并联
并联的特点：每个电阻上的电压相同。
1.等效电阻R ,图(b) I
＋ U － 图(a)
I
1 1 1 R R1 R2
R1 R2 即 R R1 R2
I1
R1 R2
I2
＋
U － 图(b)
R
或 G=G1+G2（电导）
1 单位：S G R
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华南理工大学电子与信息学院
第一部分
电路基础
电工与电子技术基础
华南理工大学电子与信息学院
第一部分
第1章 第2章 第3章 第4章 直流电路 正弦交流电路 三相电路 电路的暂态过程
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第1章 直流电路
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 电路的作用及其基本组成 电路的基本物理量 电路的基本定律 电路的基本连接方式 电路的基本工作状态 电路的基本分析方法 受控电源电路的分析