电工电子学 第一章

1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路， 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换 实现电能的传输、
发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器 电灯 电动机 电炉 ...
(2)实现信号的传递与处理 (2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器
1.5 电源有载工作、开路与短路 电源有载工作、
1.5.1 电源有载工作
+ 开关闭合, 开关闭合 接通电源与负载 E – 1. 电压电流关系 R0
I
R
E I= R0 + R
(1) 电流的大小由负载决定。 电流的大小由负载决定。
U = IR 负载端电压 或 U = E – IR0 U (2) 在电源有内阻时，I ↑→ U ↓。 在电源有内阻时， 电源的外特性 E <<R 当 R0<<R 时，则U ≈ E ，表明 当负载变化时， 当负载变化时，电源的端电压变 化不大，即带负载能力强。 化不大，即带负载能力强。 I 0
（实际方向与参考方向相反） 实际方向与参考方向相反）
提示
(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则 实际方向” 参考方向” 实际方向 是物理中规定的， 是人们在进行电路分析计算时, 任意假设的。 是人们在进行电路分析计算时 任意假设的。 (2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量 在以后的解题过程中，注意一定要先假定 先假定物理量 参考方向， 计算。 的参考方向，然后再列方程 计算。 缺少“参考方向”的物理量是无意义的. 缺少“参考方向”的物理量是无意义的 (3) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 为了避免列方程时出错，习惯上把 按相同方向假设。 按相同方向假设。
R0 干电池 导线 电珠 I + U 开关 R
手电筒的电路模型
手电筒的电路模型
I + E R0 干电池 导线 电珠 + U 开关 R
今后分析的都是指电 路模型，简称电路。 路模型，简称电路。在 电路图中， 电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号 表示。 表示。
Байду номын сангаас
电池是电源元件， 电池是电源元件，其 是电源元件 参数为电动势 E 和内阻 Ro； 灯泡主要具有消耗电能 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件， 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R； 参数为电阻 ； 筒体用来连接电池和灯 筒体用来连接电池和灯 其电阻忽略不计， 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通 开关用来控制电路的通 断。
• 例题1-3. 已知:电路中，U=220V， I=5A，内阻R01= R02= 0.6Ω。 求:(1)电源的电动势E1 和负载的反电动势E2 ； (2)说明功率的平衡 关系。
有载工作状态
I E1 R01 E2 R02
U
• 例题1-3.
有载工作状态
I
解：(1) 对于电源 U=E1-∆U1= E1-IR01 即 E1 =U +IR01 =220+5×0.6=223V U=E2+∆U2= E2+IR02 即 E2 =U -IR01 =220-5×0.6=217V
1.3 电压和电流的参考方向
1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 电压 U 电动势E 电动势 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 → 低电位 电位降低的方向) (电位降低的方向) 低电位 → 高电位 电位升高的方向) (电位升高的方向) 单 位
kA 、A、mA、 A、mA、 µA kV 、V、mV、 、 、 µV kV 、V、mV、 、 、 µV
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时 、 + U – I R U=IR U、I 参考方向相反时 + U – I U = – IR R
表达式中有两套正负号： 表达式中有两套正负号： (1) 式前的正负号由 、I 参考方向的关系确定； 式前的正负号由U、 参考方向的关系确定； (2) U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向 、 之间的关系。 之间的关系。 通常取 U、I 参考方向相同。 、 参考方向相同。
U =UR + E
UR =U − E
UR U − E IR = = R R
a +
R + UR _
IR U
E + _ _ b
U −E IR = R
(3) 数值计算
U = 3V
IR
3-2 = = 1A 1 1− 2 = = − 1A 1
（实际方向与参考方向一致） 实际方向与参考方向一致）
U = 1V
IR
(3) 根据计算结果确定实际方向： 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
2. 电路基本物理量的参考方向
I
(1) 参考方向 + 在分析与计算电路时， 在分析与计算电路时，对 E 3V 电量任意假定的方向。 电量任意假定的方向。 (2) 参考方向的表示方法 电流： 电流： I 箭 标 a R b 正负极性 a
′ I = 0.28A I′ = – 0.28A E 3V + + U U´ 2.8V – 2.8V +
R0
电流I的参考方向 电流 的参考方向 与实际方向相同， 与实际方向相同， I=0.28A,由⊕流向 , 由 反之亦然。 反之亦然。
例
a +
R + UR
IR _ U
E + _ _ b
已知： 已知：E=2V, R=1Ω 问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=? 分别为 解： (1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示； 假定电路中物理量的参考方向如图所示； (2) 列电路方程： 列电路方程：
电路分析中的参考方向 电路分析中的参考方向
问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量
的实际方向，电路如何求解？ 的实际方向，电路如何求解？
电流方向 A⇒B？ ⇒ ？
电流方向 B⇒A？ ⇒ ？
A + _E
1
IR R
B +
E2_
解决方法
(1) 在解题前先设定一个方向，作为参考方向； 在解题前先设定一个方向， 参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 根据电路的定律、定理， 系的代数表达式； 系的代数表达式；
电压与电流参 考方向相反 电流的参考方向 与实际方向相反
线性电阻的概念： 线性电阻的概念： 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻， 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。 电路电压与电流的比值为常数。 U 即： R = = 常数 I 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 I/A 线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线。 是一条过原点的直线。 o
应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻 。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)
U 6 对图(a)有 解: 对图 有, U = IR 所以 : R = = = 3Ω I 2 对图(b)有, U = – IR 所以 : R = − U = − 6 = 3Ω 对图 有 I −2
R0
+ U _
电压： 电压： +
U– b
Iab 双下标 Uab 双下标 注意： 注意： 在参考方向选定后,电流 或电压)值才有正负之分 电流(或电压 值才有正负之分。 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分。
(3) 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向一致 电流(或电压 值为正值 一致， 或电压)值为正值； 实际方向与参考方向一致，电流 或电压 值为正值； 实际方向与参考方向相反 电流(或电压 值为负值 相反， 或电压)值为负值。 实际方向与参考方向相反，电流 或电压 值为负值。 电路如图所示。 例: 电路如图所示。 电动势为 电动势为E =3V 指向正极⊕ 方向由负极 指向正极⊕； 电压U的参考方向与实际 电压U的参考方向与实际 方向相同, 方向相同 U = 2.8V, 方向由 ⊕指向 ； 电压U 电压 ´的参考方向与实际 方向相反, 方向相反 U´= –2.8V; 即: U = – U´
1.5.1 电源有载工作
开关闭合,接通 开关闭合 接通 电源与负载。 电源与负载。 1. 电压电流关系 + E –
I
R
E I= R0 + R
U = IR 负载端电压
R0 或 U = E – IRo
UI = EI – I2Ro 2. 功率与功率平衡 P = PE – ∆ P (3) 电源输出的功率由负载决定。 电源输出的功率由负载决定。 负载大小的概念: 负载大小的概念 负载 电源 内阻 负载增加指负载取用的 取用 产生 消耗 电流和功率增加(电压一定 电压一定)。 功率 功率 功率 电流和功率增加 电压一定 。
放 大 器
2. 电路的组成部分 电路的组成部分 负载: 负载 取用 电能的装置
电源: 电源 提供 电能的装置
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
电灯 电动机 电炉 ...
中间环节：传递、 中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分 2.电路的 电路的组成部分 信号处理： 信号处理： 放大、调谐、 放大、调谐、检波等 信号源: 信号源 提供信息 话筒 扬声器