电工电子技术基础1-1-电路模型
电工电子技术课程(电路基础分析、模电、数电)
uab
dA dq
uab Va Vb
单位： V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）
实际方向：由高电位端指向低电位端。
电压的方向可用箭头表示,
R
也可用字母顺序表示 uab
u
也可用+，- 号表示。
a
b
+u -
二、电动势
定义： 电源力把单位正电荷从 “-” 极板经 电源内部移到 “+” 极板所做的。
e
dA dq
i dq C du （电容元件的VCR） dt dt
u 1
t
i dt u(0)
1
t
i dt
C0
C0
u(0) — t = 0 时电压u的值，若u(0) = 0
三、 电容元件储存的能量
电容 C 在任一瞬间吸收的功率：（关联参考方向）
p u i u C du dt
电容 C 在 dt 时间内吸收的能量：
单位： V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏） 实际方向：由低电位端指向高电位端
电动势的方向用+，- 号表示，
也可用箭头表示。
+
E
–
U=E
I
+ UR -
电流、电压的参考方向
解题前在电路图上标示的电压、电流方向称为
参考方向。
I
对一个元件，电流 a
参考方向和电压参考方 向可以相互独立地任意 U
R
确定，但为了方便起见， 常常将其取为一致，称
1.2.3 电位
定义：电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做 的功。
（电路中电位参考点：接地点，Vo= 0） 单位： V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）
例 : 如图（a）所示，E1=12V，E2=3V，R1= R2= R3=3Ω， I1=3A，I2=2A，I3=1A，以a点和b点为参考点，分别求Va， Vb，Vc，Vd及Uab，Uad和Uca。
电工电子技术教案(完整版)
第 二 讲教学章节：第一章 电路和电路元件 1.3～1.4 独立电源元件，二极管教学要求：1、熟悉电压源和电流源；2、掌握两种电源模型的等效；3、熟练掌握二极管的特性；4、掌握稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特点。
教学重点：两种电源模型的等效，二极管的特性，稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特点。
教学难点：两种电源模型的等效；二极管的特性；稳压二极管工作状态。
教学方法与手段：启发式讲授，联系实际，多媒体，板书。
教学内容与进程：一、引入：电压源和电流源 1、电压源⑴ 两端的电压仅由自身决定，与流过的电流及外电路无关。
⑵ 流过的电流由外电路决定。
电压源置零，等效于两端短路。
电压源不允许外电路短路。
2、电流源⑴ 电流源的电流仅由自身决定，与两端的电压无关。
⑵ 两端的电压由外电路决定。
电流源置零，等效于两端开路。
电流源不允许外电路开路。
二、实际电源的模型 1、电压源模型2、电流源模型3、两种电源模型的等效1.4 二极管 三、PN 结及其单相导电性二极管的结构和电路符号如图所示，VD 是文字符号。
R -+U +U s -R -+U I s四、二极管的主要特性和主要参数（1）正偏导通（2）反偏截止（3）二极管的伏安特性正向特性：二极管正向电压超过某一数值时电流开始快速增长，对应的电压称为死区电压，也称阈值电压或开启电压，记作U T ，二极管导通时的正向电压称为二极管导通电压或管压降，记作U D 。
方向特性：二极管反向电流一般很小，小功率硅管为几μA ，锗管为几十μA 。
反向击穿特性：反向电压增高到一定数值U (BR)时，二极管反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
五、二极管的工作点和理想特性六、稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。
稳压二极管的符号、伏安特性和典型应用电路。
七、发光二极管和光电二极管 发光二极管工作在正向偏置状态。
光电二极管又称光敏二极管，它工作在反向偏置状态。
电工电子技术基础-第1章 电路基本概念及基本定律
用电阻R表示。
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第1章 电路基本概念与定律——电路模型
汽车供电电路模型
图中，US 为汽车上的直流发电机的输出电压，R1 为发 电机的内阻，E为蓄电池，R2 为蓄电池内阻，RL 是汽车上的 等效负载电阻，它包括各种车用电气设备的等效电阻。
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第1章 电路基本概念与定律——电路模型
第1章 电路基本概念与定律——电路基本物理量
注意 1.参考方向可以任意选取。 2.当参考方向与实际方向相同时，电压值为正值 当参考方向与实际方向相反时，电压值为负值
3. 在未标明参考方向时，电压值的正负没有意义。
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第1章 电路基本概念与定律——电路基本物理量
电动势 描述了电源中外力做功的能力，大小等于外力在电源内 部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。
电路分析中，基本物理量有电流、电压、电动势和电功率。 一、电流及其参考方向
电流就是电荷的定向移动，电流的大小用电流强度表示。 电流强度（电流） 单位时间内通过导体横截面的电荷量。
即 i q （安[培]，A) t
交流电流用小写字母i表示，直流电流用大写字母I表示。
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第1章 电路基本概念与定律——电路基本物理量
• 通过实验验证来巩固所学理论， 训练实验技能，并培养严谨的科学作风， 掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。
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第1章
教学目标
基本概念
基本定律 应用
第1章 电路基本概念与定律
第一节 电路模型 第二节 电路基本物理量 第三节 基尔霍夫定律 第四节 电路元件 第五节 电路的工作状态
电工电子技术基础第1章 电路的基本理论及基本分析方法
-
电流源模型
实际电源可用一个电流为IS的理想电流源与电阻并 联的电路作为实际电源的电路模型，称为电流源模型。
其中
IS
U0 R0
称为短路电流
实际电源内阻R0越大，越接近于理想电流源。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
3.实际电源模型的等效变换
R0 + US -
等效电压源模型
IS
US R0
US R0IS
2.理想电流源：理想电流源是从实际电流源抽象出来的 理想二端元件，流过它的电流总保持恒定，与其端电压 无关。理想电流源简称电流源。 电流源的两个基本性质
①电流是给定值或给定的时间函数，与电压无关；
②电压是与相连的外电路共同决定的。
IS或iS
+ U或i
－
电流源的图形符号
电流源的伏安关系
i IS
o
u
直流电流源伏安特性
uR（ i 关联u ） R（ 或 i 非关联）
电阻参数R：表示电阻元件特性的参数。 线性非时变电阻：R为常数；简称为线性电阻。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
应当注意，非线性电阻不满足欧姆定律。
单位：SI单位是欧[姆]（Ω）。计量大电阻时，以千欧 （KΩ）、兆欧（MΩ）为单位。
电阻的参数也可以用电导表示，其SI单位是西［门 子］（S）。线性电阻用电导表示时，伏安关系为
②箭头，如图(a) i。
参考方向的意义：若电流的参考方向和实际方向一致， 则电流取正值，反之则取负值。如图（a）、(b)所示。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
二、电压、电位、电动势及其参考方向
1. 电压、电位、电动势
⑴电压
电工电子技术课件 太原理工-第01章：电路分析基础 119页 3.0M PPT版
2020/6/18
电工基础教学部
32
目录
电工电子技术
2. 实际电压源的两种电路模型 ①电压源模型及外特性 U
Ro越小 斜率越小
恒压
I
RO
+
RL U
US
- US
O
US
RO I
外特性
UUSIRo
RO=0时，U= US
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目录
电工电子技术
②电流源模型及外特性
Ia
U
IS RO
恒流源特性中变化的是：______U_a_b_____ ___外__电__路__的__改__变____ 会引起 Uab 的变化。
Uab的变化可能是 ____大__小_ 的变化，
或者是 __方__向___的变化。
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电工基础教学部
目录
例a
Is
RI
Uab=?
_
Us
+
电工电子技术
恒压源中的电流 如何决定？恒流 源两端的电压等 于多少？
解： 元件1功率 P 1 U 1 I 1 2 2 0 4W 0 元件2功率 P 2 U 2 I 2 1 ( 0 1 ) 1W 0
元件3功率 P 3 U 3 I1 ( 1) 0 2 2W 0
元件4功率 P 4 U 2 I3 1 ( 0 3 ) 3W 0
元件1、2发出功率是电源，元件3、4 吸收功率是负载。上述计算满足ΣP = 0 。
电工基础教学部
+
+
C _E
Is
电容
恒压源 恒流源
10
目录
电工电子技术
② 电路元件分类 线性元件 非线性元件
电工电子技术 第一章 直流电路
电源电动势 = 外电路的等效电阻 × 电流 即
U I (R Rs )
1.4 电阻串并联
1.4.1 电阻串联
把n个电阻一个接一个地串接起来，就成为串联电路。
U1
U2
R1
U
R2 I
...
Un
Rn
计算公式： R R1 R2 Rn
若 R1 R2 的阻Rn值相等则:
U R IR
U U s IRs
Ps U s I
P UI
P I 2 R
P Ps P
1.5.2 开路状态
将开关K打开，这时电路为开路状态。
1.5.3 短路状态
此时，外电路的电阻可视为零，又由于电源内阻 很Rs 小，根据欧姆定律，可知电路中的电流 为I很大。
1.5.4 电气设备的额定值
0 i2 R2 i3 R3 i6 R6
（4）将六个独立方程联立求解，得各支路电流的值。 联立①结果为：
0 i1 i2 i6
①
0 i2 i3 i4
②
0 i3 i5 i6
③
10 i1 2i2 4i4
④
12 3i3 4i4 5i5
⑤
0 2i2 3i3 6i6
⑥
1.8电压源、电流源及其等效变换
在电路中，各种电气设备和电路元件都有额定值， 只有按额定值使用，即额定工作状态，电气设备和电 路元件的运行才能安全可靠，经常合理，使用寿命才 会长，如下图为三相异步电动机铭牌。
1.6 基尔霍夫定律
遇到一些复杂的电路问题，如下图中的电桥电路时， 运用基本的串并联方法解决起来就非常困难了。
R1
R2
R3
如
i1
i3
i2
i1 i2 i3
电工与电子技术基础第1章 电路基本分析方法
伏安特性
⒉ 电流源
⑴ 理想电流源：在任何情况下，输出电流均能按给定规律 变化的电路元件。
⑵ 实际电流源：由理想电流源IS与电阻RS并联组成。 ⑶ 伏安特性：
符号
与外电路连接
伏安特性
⒊ 电压源与电流源等效互换
⑴ 等效网络概念：若一个二端网络的端口电压、电流， 与另一个二端网络的端口电压、电流相同， 则这两个二端网络互为等效网络。
1.3.2 电容
⒈ 定义：C = q ；单位：法[拉]，1F=106μF=109nF=1012pF。
⒉
u 伏安关系：iC(t)
=±C
duC (t) dt
；uC(t)
=±
1 C
iC (t )dt
iC与uC参考方向一致时，取“+”号；相反时，取“-”
号。
对直流，duC(12t)/dut C=2 (0t，) 即电容对直流相当于开路。 ⒊ 电容储能：WC(t) = C
4Ω 4Ω
2Ω
ห้องสมุดไป่ตู้2Ω
2Ω 4Ω
3Ω
A
B
③改画电路 C
R3
R5 R6
D R7
R2 A
R4 R1
B
①标节点; ②编序号
C
D
R5
R6
R3 C
C R7
R2
R4
A
B
A R1 B
A
B
④计算等效电阻
R=R1//{(R3//R2)+R4//[(R5//R6)+R7]} =3//{(2//2)+4//[(4//4)+2]}Ω =1.5Ω
⑵ 电压源与电流源等效互换：US=ISRS
I A
RS
第1章 电路的基本知识
图1-17
非关联 放出功率
关联 吸收功率
电工电子技术基础
对于直流电或正弦交流电，电阻所吸收的功率可以写为
P IU U
2
I R
2
R
Байду номын сангаас
(1-7)
电功率P也可表述为：单位时间内电流所做的功，单位是 瓦(W),或KW、mW、μ W等。 二.电功〔电能) 定义为：电流通过负载所做的功，与电功率的关系为：
电工电子技术基础
例1-1 指出 图1-6 ( a ), ( b)中电流的真实方向，电流参考方向 已用箭头表示在图上。
a
i 2A a
b
a
图1-6
i 3 A b
b
解：
(a) 电流i为正值,说明实际电流方向与参考方向一致, 电流的真实方向为由a到b;
(b) 电流i为负值,说明实际方向与参考方向相反, 电流的真实方向为由b到a。
+
－
图1-4 电工电子技术基础
② 电流的参考方向
在较复杂的电路中,某支路ab其实际电流方 向在求解前往往很难判断.但描述电路元件性质 和连接方式规律的公式的列写都与电流的方向
有关。
电工电子技术基础
为此在进行分析之前,我们必须给各支路的电流 一个假定的正方向用箭头表示,称为电流的参考方向, 也称为假定方向。
储存的电场能
t
ui d t
0
u
Cu d u
1 2
Cu
2
0
C 是储能元件
电工电子技术基础
§ 1.5 电压源与电流源
一个电源可以用两种模型来表示。用电压的形式 表示称为电压源，用电流的形式表示称为电流源。
电工电子技术第1章
“电阻元件”是电阻器、电烙铁、电炉等实际电路元器 电阻元件”是电阻器、电烙铁、 电阻元件 件的理想元件，即模型。因为在低频电路中， 件的理想元件，即模型。因为在低频电路中，这些实 际元器件所表现的主要特征是把电能转化为热能。 际元器件所表现的主要特征是把电能转化为热能。用 “电阻元件”这样一个理想元件来反映消耗电能的特 电阻元件” 征。 “电感元件”是线圈的理想元件； 电感元件”是线圈的理想元件； 电感元件 “电容元件”是电容器的理想元件。 电容元件”是电容器的理想元件。
理想元件
为了便于对电路进行分析和计算， 为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以 近似化、理想化，在一定条件下忽略其次要性质， 近似化、理想化，在一定条件下忽略其次要性质，用足以 表征其主要特征的“模型”来表示，即用理想元件来表示。 表征其主要特征的“模型”来表示，即用理想元件来表示。
例
第一章 电路的基础知识
第一节 电路的组成及主要理量 第二节 第三节 第四节 电路的基本元件 基尔霍夫定律的应用 简单电阻电路的分析方法
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第一节 电路和电路模型
一、电路的组成 电路的组成
电路是各种电气元器件按一定的方式连接起来的总体。 电路是各种电气元器件按一定的方式连接起来的总体。 电路的组成： 电路的组成： 1. 提供电能的部分称为电源； 提供电能的部分称为电源； 2. 消耗或转换电能的部分称为 负载； 负载； 3. 联接及控制电源和负载的部 分如导线、 分如导线、开关等称为中间环 节。
电路模型
由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型”。 由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型” 是图1-1a所示实际电路的电路模型。 所示实际电路的电路模型。 图1-1b是图 是图 所示实际电路的电路模型
电工电子学(全)
注
对一完整的电路，发出的功率＝消耗的功率
? Ｐ = U · I 或Ｐ =－U · I ， 是否涉及到 U 、 I 的具体数值？
判断那个是吸收功率? 那个是供出功率?
I
吸
U
收
I
U
供 出
I
U
供 出
+ U _
I
吸
U
收
U = 10V I = 5A
(a)
U = 10V I = - 5A
(b)
U = 10V I = 5A
规定正电荷的运动方向为电流的实际方向
元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:
实际方向
A
B
实际方向
A
B
问题
复杂电路或电路中的电流随时间变化时， 电流的实际方向往往很难事先判断
参考方向
电流(代数量) 大小 方向
任意假定一个正电荷运动的方向即为电 流的参考方向。
i A
参考方向
B
电流的参考方向与实际方向的关系：
第一章 电路和电路元器件
本章内容摘要
学习电工电子技术中的——电路基本组成 及常用的电路元件，是学习以下各章节的基础。 介绍电阻元件，电感元件，电容元件，独立电 源元件，半导体二极管和三极管等器件的工作 原理、特性曲线和参数。
第一章 电路和电路元器件
§1.1 电路和电路基本物理量 §1.1.1 电路与电路模型
电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际 电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当 用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加 以说明。
图1－3 线圈的几种电路模型
(a)线圈的图形符号
(b)线圈通过低频交流的模型
第一章 电路的基本概念和基本定律
第一章电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基尔霍夫定律是电工技术和电子技术的基础。
§1-1 电路中的物理现象和电路模型一、实际电路电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。
组成：电源、负载和中间环节。
日光灯实际电路二、理想电路元件、电路模型实际电路的分析方法：用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。
1、理想电路元件实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或旗舰所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。
例如：一个白炽灯在有电流通过时，如下图所示：为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。
2、电路模型将实际电路中的元件用理想电路元件表示、连接，称为实际电路的电路模型。
如下图所示：U S三、电路的分类1、分布参数电路电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略的电路。
2、集中参数电路如果电路本身的几何尺寸l相对于电路的工作频率所对应的波长λ小的多，则在分析电路时可以忽略元件和电路本身几何尺寸。
例如：工作频率为50Hz，波长λ=6000km，所以在工频情况下，多数电路满足l<<λ，可以认为是集中参数电路。
集中参数电路分为：线性电路（元件参数为常数）★非线性电路（元件参数不为常数）§1-2电路中的基本物理量一、电流及电流的参考方向1、电流：带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成的电流。
dtdqi =（单位时间内通过某一截面的电荷量） 电流的单位：A （安培）、kA （千安）、mA(毫安）、μA （微安）A 10A 1 , A 10mA 1 , A 10kA 1-633===-μ2、电流的参考方向电流的实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向（客观存在） 电流的参考方向：任意假定。
实际方向（2A ）（参考方向与实际方向相同）A)2( 0=>i i 实际方向（2A ）（参考方向与实际方向相反）A)2( 0-=<i i二、电压、电位及电压的参考方向1、电位（物理中的电势）电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做的功。
《电工与电子技术基础》第一章 直流电路
1—2 电路的基本物理量
1．电流的方向和大小 其中，电流大小和方向都不随
时间而变化的电流，称为稳恒直流 电（见图a）；电流大小随时间而呈 周期性变化，但方向不变的电流， 称为脉动直流电（见图b）。若电流 的大小和方向都随时间而变化，则 称其为交变电流，简称交流，用符 号AC表示（见图c）。
15
直流和交流 a）稳恒直流电 b）脉动直流电c）交流电
1—2 电路的基本物理量
2．电流的测量 （1）对交流电流、直流电流
应分别使用交流电流表（或万用表 交流电流挡）、直流电流表（或万 用表直流电流挡）测量。常用直流 电流表如图所示。
常用直流电流表 a)指针式直流电流表 b) 数字式直流电流表
16
1—2 电路的基本物理量
5
1-一例最简单的电路图 2-汽车单线制电路
1—1 电路的基本概念
二、电路图
1．电路原理图 电路原理图简称原理图，它主
要反映电路中各元器件之间的连接 关系，并不考虑各元器件的实际大 小和相互之间的位置关系。例如， 上图1和图2所示电路的原理图如图 所示。
6
上图1和图2所示电路的原理图
1—1 电路的基本概念
2．电流的测量 （2）电流表或万用表必须串
接到被测量的电路中。测量电路如 图所示。
17
直流电流测量电路
1—2 电路的基本物理量
二、电压、电位和电动势
1．电压 电路中有电流流动是电场力做功的结果。电场力将单位正电荷从a
点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压的单 位为伏特，简称伏（V）。
应分别采用交流电压表（或万用表 交流电压挡）、直流电压表（或万 用表直流电压挡）测量。常用直流 电压表如图所示。
电工电子技术基础知识点详解1-1-1-理想运放及其分析依据
理想运算放大器1．理想的运算放大器的条件开环电压放大倍数:∞→0u A ；差模输入电阻: ∞→id r ；开环输出电阻0→o r ；共模抑制比:∞→CMRR K 。
由于实际运算放大器的参数接近理想化条件，因此用理想运算放大器模型分析实际的运算放大器不会产生多大的误差。
2．理想的运算放大器的图形符号图1 理想运算放大器图形符号图1为理想运算放大器的图形符号。
它有两个输入端和一个输出端。
反相输入端标“-”号，同相输入端标“+”号。
它们对地的电压分别用-u 、+u 和o u 表示。
“∞”表示开环电压放大倍数的理想化条件。
3．分析理想的运算放大器的重要结论将运算放大器理想化后，分析由理想运算放大器构成的线性应用电路时，分析依据有两条：(1) 两输入端“虚短路”由于运算放大器开环电压放大倍数很高，近似为∞，而输入电压又是有限制，所以00≈=u o i A u u 即集成运算放大器两输入端的电压非常接近于零，但又不是短路，故称为“虚短”。
即-+≈u u(2) 两输入端“虚断路”由于运算放大器差模输入电阻很高，,∞→id r 在线性放大区工作时输入端的差值电压-+-u u 又很小，因此流进两输入端的电流近似为零，即0,0≈≈-+i i上式表明,流入集成运放的两输入端的电流可视为零,但不是真正断开, 故称为“虚断”。
(3) 若同相输入端接“地”（0u），则反相输入端近似等于“地”电位，称=+为“虚地”，即=u-输入端的“虚短”和“虚断”体现了运算放大器在理想化条件下矛盾的对立和统一，是分析集成运算放大电路的基本依据。
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实际电路的组成
实际的电路都是由实际的元器件或设备为实现某种应用目的，按一定方式连接而成的。
手机电路
白炽灯照明电路
一个实际元件在不同条件下根据与实际元件特性的近似程度，可以建立不同形式的模型。
电感线圈
电阻 电感 电容 电压源 电流源
电路中常用的理想元件
直流稳压电源
交流电源
直流电源
电池
由理想元件所组成的电路称为实际电路的电路模型，简称电路。
电路模型
白炽灯照明电路
虽然利用电路模型分析计算的结果仅是实际电路的近似值，但它是我们判断实际电路电气性能和指导电路设计的重要理论依据。
我们所建立的任何实际电路模型应能反映电路的真实情况，即采用电路模型分析计算的结果与实际电路的测量结果的误差应
在允许范围之内。