张建文电工教程
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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。
I
R
通常取 U、I 参考方向相同，即关联参考方向。
例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)
U 6 解：对图(a)有, U = RI 所 以: R 3Ω I 2 对图(b)有, U = – RI 所以 : R U 6 3Ω I 2
（3）电气设备的额定值 额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值 ① 额定值反映电气设备的使用安全性；
② 额定值表示电气设备的使用能力。
例： 灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W （4）电气设备的三种运行状态 额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载（超载）： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 欠载（轻载）： I < IN ，P < PN (不经济)
1. 2 电路模型
为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化， 用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模 拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的 电路模型。 电路的建模过程
实际电路 实际器件（电阻器、电容器、 电感线圈、晶体管、集成电路等） 器件建模： 1.保留主要电磁特性 2.一个器件可由多个元件模型表示
解：因为U2 = -RI + U1 = 12V
所以电流从元件1的“+” 流入，从元件2的“+”流 出， 故元件 1为负载，元件2为电源。
1 U1
U2 2
电源产生功率： P2 =︱U2I︱= 12W 负载取用功率： P1 + PR =︱U1I︱+R I2 = 9+3 = 12W 因为P2 = P1 + PR， 所以电路的功率平衡。
1.4.2 电源开路
开关 断开 特征: I=0 E
I
Ro
U0
R
U = U0 = E 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 P= 0 I 有 源 电路中某处断开时的特征: 电 1. 开路处的电流等于零； 路 I =0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。
+ U –
1.4.3 电源短路
+ U I (a) + U I U +
-
I (c)
-
-
(b)
U +
-
I (d)
解： (a) 电流从“+”流出，故为电源； (b) 电流从“+”流入，故为负载； (c) 电流从“+”流入，故为负载 ； (d) 电流从“+”流出，故为电源。
已知：U1 = 9V，I = -1A，R = 3Ω 例 2： 求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证 电路功率是否平衡？ I R
电源外部端子被短接
E
I
U0 R R0 特征: E I IS 短路电流（很大） R0 U= 0 电源端电压 P= 0 负载功率 PE = P = I² R0 电源产生的能量全被内阻消耗掉 I 有 电路中某处短路时的特征: + 源 电 U 1. 短路处的电压等于零； – 路 U =0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。
支路：ab、bc、ca、… c （共6条）
G I3 I
+
b E
I4
回路：abda、abca、 adbca … （共7 个） 网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）
–
1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)
1．定律 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。 即 : Ｉ = Ｉ I1 E1
理想电路元件（电阻元件、电容元件、 电感元件、电源、理想运放等）
抽象 近似
电路模型
E
+ +
–
U
手电筒的电路模型 I S 开关
手电筒由电池、灯泡、 开关和筒体组成。 电池是电源元件，其参 数为电动势 E 和内阻Ro； 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R； 筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通 断。
Ro
R
–
导线 灯泡
电池
今后分析的都是指电 路模型，简称电路。在 电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号 表示。
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 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) 低电位 高电位 (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 μA kV 、V、mV、 μV kV 、V、mV、 μV
B
C
5
+ 6V _ 1
2
+ _ 1; I C = 0
I=0
1.5.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)
1．定律 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周， 则电位升之和等于电位降之和。即： U升 = U降 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段 电压的代数和恒等于零。 即： U = 0 I1 I2 a 对回路1：E1 = I1 R1 +I3 R3 或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0 R2 R1 I3 R3 E2 对回路2：E = I R +I R E1 1 2 2 2 3 3 2 或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 b 基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。
a I3 R3
I2 R2
入
出
或: Ｉ = 0 对结点 a ：I1+I2 = I3
R1
E2
或 I1+I2–I3= 0
实质: 电流连续性的体现。 b 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一
结点处各支路电流间相互制约的关系。
2．推广
电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一 假设的闭合面。 I =? 例2: 广义结点 IA A I IB IC
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 话筒 扬声器
放 大 器
t1 热电偶
t2
mV
t1：热端 t2：冷端
Et f (t1 ) f (t 2 )
2. 电路的组成部分
电源: 提供 电能的装置
升压 变压器 输电线 降压 变压器
负载: 取用 电能的装置
课程特点：内容多且广、学时相对少
1、注意掌握“三基”： 基本原理、基本分析方法、基本应用
2、注重综合分析与设计 注重工程化素质培养 3、提高学习效率、培养自学能力
课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验
第1章 电路及其分析方法
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 电源有载工作、开路与短路 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电阻的串联与并联 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理路 1.9 电压源与电流源及其等效变换 1.10戴维宁定理 1.11电路中的电位的计算 1.12电路的暂态分析
电 工 学
东华理工大学
机械与电子工程学院基础教学部
绪
论
一、课程的地位和主要内容
电工电子技术——研究电工技术和电子技术
的理论及其应用的科学技术。
电工技术
电工电子技术 （电工学）
（上篇）
电路分析基础
磁路与电机 模拟电子技术
数字电子技术
电子技术
（下篇）
上篇
电路分析基础 ——直流电路（1）； 交流电路（2 ）。 磁路与电机——磁路和变压器（3）；电动机（4）； 继电接触器控制（5） 可编程控制器（6）;供电与安全用电（7）;电工测量 （8）
若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；
若 U= –5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。
注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。
3. 欧姆定律 U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – RI U=RI U I R U
– – 表达式中有两套正负号： ① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
1. 5 基尔霍夫定律
I1
a I3
I2 R2 3 R3 2
E2
R1 1
E1
b 结点：三条或三条以上导线的联接点。 支路：两结点之间由元件串联构成的一段电路。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。 回路：由支路组成的闭合路径。
网孔：内部不含支路的回路。
例 1：
I1
a
I2
IG d
结点：a、 b、c、d (共4个）
下篇
模拟电子技术——半导体器件（9）；放大器 （10）；运算放大器（11）；直流电源 数字电子技术——组合电路（13）；时序电路（14）
模数转换（15）
二、电工电子技术的发展与应用
发 展
1785年，库仑确定电荷间的作用力； 快速发展 1826年，欧姆提出“欧姆定律”； 原因 1831年，法拉第发现电磁感应现象； 1834年，雅可比造出第一台电动机； 1864年，麦克斯韦提出电磁波理论； 电能 1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信； 1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）； 易转换 1946年，诞生第一台电子计算机； 易传输 1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管； 易控制 1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。 ：
线性电阻的概念：
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。 U 即：R 常数 I 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。
o
U/V
线性电阻的伏安特性
1.4.1 电源有载工作
1.4电源有载工作、开路与短路 I
本章要求:
1.了解电路模型及理想电路元件的意义；
2.理解电压与电流参考方向的意义；
3. 理解电路的基本定律并能正确应用；
4. 了解电源的有载工作、开路与短路状态，
理解电功率和额定值的意义；
5. 掌握分析与计算电路中各点电位的方法。
1.1 电路的作用与组成部分
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。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
0
I
（2）电源与负载的判别
根据 U、I 的实际方向判别
+ 电源：U、I 实际方向相反， 即电流从U“+”端流出， E_ （发出功率）；
I + U _
I
负载：U、I 实际方向相同， 即电流从U“+”端流入， （吸收功率）。
+ U _
R
已知：方框代表电源或负载，U = 220V，I = -1A 例 1： 试问：哪些方框是电源，哪些是负载？
电压 U
电动势E
注意：它们是标量，规定方向是为了便于电路的计算。
2. 电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向 I R a
在分析与计算电路时，对电量任 + 意假定的方向。一种分析方法。 E_ (2) 参考方向的表示方法 电流： I
箭 标 双下标 a R Iab b 电压： 正负极性 双下标 a
+ U _ b U– b
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分
信号源: 提供信息
信号处理： 放大、调谐、检波等
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 提供能源
负载
直流电源
激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作; 响应: 由激励所产生的电压和电流; 电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的 条件下，讨论激励和响应之间的关系。
开关闭合,接通电源与负载 E （1）特征: R0
E I R0 R
U
I
R
① 电流的大小由负载决定。 ② 在电源有内阻时，I U 。 当 R0<<R 时，则U E ，表明 当负载变化时，电源的端电压变 化不大，即带负载能力强。
U = IR
负载端电压 或 U = E – IR0
U 电源的外特性 E
+
Uab
关联参考方向
负载 — U、I参考方向相同； 电源 — I参考方向与E方向相同。
(3) 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； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。 例： a I R + U – a R b b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b； 若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。
现 状
容量大型化 器件小型化 设计自动化
功率电子技术 微电子技术 EDA技术
电工电子技术的典型应用
干扰、噪声、漂移、非线性 被 测 控 对 象 传 感 器 模拟 信号 处理
模拟电 子技术 数字电 子技术
模数 转换
数字 接口
微
伺服 机构
电机
功率 放大
数模 转换
数字 接口
机
计算机检测控制系统原理框图
三、如何学好电工电子技术
I
R
通常取 U、I 参考方向相同，即关联参考方向。
例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)
U 6 解：对图(a)有, U = RI 所 以: R 3Ω I 2 对图(b)有, U = – RI 所以 : R U 6 3Ω I 2
（3）电气设备的额定值 额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值 ① 额定值反映电气设备的使用安全性；
② 额定值表示电气设备的使用能力。
例： 灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W （4）电气设备的三种运行状态 额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载（超载）： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 欠载（轻载）： I < IN ，P < PN (不经济)
1. 2 电路模型
为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化， 用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模 拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的 电路模型。 电路的建模过程
实际电路 实际器件（电阻器、电容器、 电感线圈、晶体管、集成电路等） 器件建模： 1.保留主要电磁特性 2.一个器件可由多个元件模型表示
解：因为U2 = -RI + U1 = 12V
所以电流从元件1的“+” 流入，从元件2的“+”流 出， 故元件 1为负载，元件2为电源。
1 U1
U2 2
电源产生功率： P2 =︱U2I︱= 12W 负载取用功率： P1 + PR =︱U1I︱+R I2 = 9+3 = 12W 因为P2 = P1 + PR， 所以电路的功率平衡。
1.4.2 电源开路
开关 断开 特征: I=0 E
I
Ro
U0
R
U = U0 = E 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 P= 0 I 有 源 电路中某处断开时的特征: 电 1. 开路处的电流等于零； 路 I =0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。
+ U –
1.4.3 电源短路
+ U I (a) + U I U +
-
I (c)
-
-
(b)
U +
-
I (d)
解： (a) 电流从“+”流出，故为电源； (b) 电流从“+”流入，故为负载； (c) 电流从“+”流入，故为负载 ； (d) 电流从“+”流出，故为电源。
已知：U1 = 9V，I = -1A，R = 3Ω 例 2： 求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证 电路功率是否平衡？ I R
电源外部端子被短接
E
I
U0 R R0 特征: E I IS 短路电流（很大） R0 U= 0 电源端电压 P= 0 负载功率 PE = P = I² R0 电源产生的能量全被内阻消耗掉 I 有 电路中某处短路时的特征: + 源 电 U 1. 短路处的电压等于零； – 路 U =0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。
支路：ab、bc、ca、… c （共6条）
G I3 I
+
b E
I4
回路：abda、abca、 adbca … （共7 个） 网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）
–
1.5.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)
1．定律 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。 即 : Ｉ = Ｉ I1 E1
理想电路元件（电阻元件、电容元件、 电感元件、电源、理想运放等）
抽象 近似
电路模型
E
+ +
–
U
手电筒的电路模型 I S 开关
手电筒由电池、灯泡、 开关和筒体组成。 电池是电源元件，其参 数为电动势 E 和内阻Ro； 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R； 筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通 断。
Ro
R
–
导线 灯泡
电池
今后分析的都是指电 路模型，简称电路。在 电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号 表示。
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 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) 低电位 高电位 (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 μA kV 、V、mV、 μV kV 、V、mV、 μV
B
C
5
+ 6V _ 1
2
+ _ 1; I C = 0
I=0
1.5.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)
1．定律 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周， 则电位升之和等于电位降之和。即： U升 = U降 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段 电压的代数和恒等于零。 即： U = 0 I1 I2 a 对回路1：E1 = I1 R1 +I3 R3 或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0 R2 R1 I3 R3 E2 对回路2：E = I R +I R E1 1 2 2 2 3 3 2 或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 b 基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。
a I3 R3
I2 R2
入
出
或: Ｉ = 0 对结点 a ：I1+I2 = I3
R1
E2
或 I1+I2–I3= 0
实质: 电流连续性的体现。 b 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一
结点处各支路电流间相互制约的关系。
2．推广
电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一 假设的闭合面。 I =? 例2: 广义结点 IA A I IB IC
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 话筒 扬声器
放 大 器
t1 热电偶
t2
mV
t1：热端 t2：冷端
Et f (t1 ) f (t 2 )
2. 电路的组成部分
电源: 提供 电能的装置
升压 变压器 输电线 降压 变压器
负载: 取用 电能的装置
课程特点：内容多且广、学时相对少
1、注意掌握“三基”： 基本原理、基本分析方法、基本应用
2、注重综合分析与设计 注重工程化素质培养 3、提高学习效率、培养自学能力
课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验
第1章 电路及其分析方法
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 电源有载工作、开路与短路 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电阻的串联与并联 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理路 1.9 电压源与电流源及其等效变换 1.10戴维宁定理 1.11电路中的电位的计算 1.12电路的暂态分析
电 工 学
东华理工大学
机械与电子工程学院基础教学部
绪
论
一、课程的地位和主要内容
电工电子技术——研究电工技术和电子技术
的理论及其应用的科学技术。
电工技术
电工电子技术 （电工学）
（上篇）
电路分析基础
磁路与电机 模拟电子技术
数字电子技术
电子技术
（下篇）
上篇
电路分析基础 ——直流电路（1）； 交流电路（2 ）。 磁路与电机——磁路和变压器（3）；电动机（4）； 继电接触器控制（5） 可编程控制器（6）;供电与安全用电（7）;电工测量 （8）
若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；
若 U= –5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。
注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。
3. 欧姆定律 U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – RI U=RI U I R U
– – 表达式中有两套正负号： ① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
1. 5 基尔霍夫定律
I1
a I3
I2 R2 3 R3 2
E2
R1 1
E1
b 结点：三条或三条以上导线的联接点。 支路：两结点之间由元件串联构成的一段电路。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。 回路：由支路组成的闭合路径。
网孔：内部不含支路的回路。
例 1：
I1
a
I2
IG d
结点：a、 b、c、d (共4个）
下篇
模拟电子技术——半导体器件（9）；放大器 （10）；运算放大器（11）；直流电源 数字电子技术——组合电路（13）；时序电路（14）
模数转换（15）
二、电工电子技术的发展与应用
发 展
1785年，库仑确定电荷间的作用力； 快速发展 1826年，欧姆提出“欧姆定律”； 原因 1831年，法拉第发现电磁感应现象； 1834年，雅可比造出第一台电动机； 1864年，麦克斯韦提出电磁波理论； 电能 1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信； 1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）； 易转换 1946年，诞生第一台电子计算机； 易传输 1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管； 易控制 1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。 ：
线性电阻的概念：
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。 U 即：R 常数 I 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。
o
U/V
线性电阻的伏安特性
1.4.1 电源有载工作
1.4电源有载工作、开路与短路 I
本章要求:
1.了解电路模型及理想电路元件的意义；
2.理解电压与电流参考方向的意义；
3. 理解电路的基本定律并能正确应用；
4. 了解电源的有载工作、开路与短路状态，
理解电功率和额定值的意义；
5. 掌握分析与计算电路中各点电位的方法。
1.1 电路的作用与组成部分
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。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
0
I
（2）电源与负载的判别
根据 U、I 的实际方向判别
+ 电源：U、I 实际方向相反， 即电流从U“+”端流出， E_ （发出功率）；
I + U _
I
负载：U、I 实际方向相同， 即电流从U“+”端流入， （吸收功率）。
+ U _
R
已知：方框代表电源或负载，U = 220V，I = -1A 例 1： 试问：哪些方框是电源，哪些是负载？
电压 U
电动势E
注意：它们是标量，规定方向是为了便于电路的计算。
2. 电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向 I R a
在分析与计算电路时，对电量任 + 意假定的方向。一种分析方法。 E_ (2) 参考方向的表示方法 电流： I
箭 标 双下标 a R Iab b 电压： 正负极性 双下标 a
+ U _ b U– b
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分
信号源: 提供信息
信号处理： 放大、调谐、检波等
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 提供能源
负载
直流电源
激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作; 响应: 由激励所产生的电压和电流; 电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的 条件下，讨论激励和响应之间的关系。
开关闭合,接通电源与负载 E （1）特征: R0
E I R0 R
U
I
R
① 电流的大小由负载决定。 ② 在电源有内阻时，I U 。 当 R0<<R 时，则U E ，表明 当负载变化时，电源的端电压变 化不大，即带负载能力强。
U = IR
负载端电压 或 U = E – IR0
U 电源的外特性 E
+
Uab
关联参考方向
负载 — U、I参考方向相同； 电源 — I参考方向与E方向相同。
(3) 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； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。 例： a I R + U – a R b b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b； 若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。
现 状
容量大型化 器件小型化 设计自动化
功率电子技术 微电子技术 EDA技术
电工电子技术的典型应用
干扰、噪声、漂移、非线性 被 测 控 对 象 传 感 器 模拟 信号 处理
模拟电 子技术 数字电 子技术
模数 转换
数字 接口
微
伺服 机构
电机
功率 放大
数模 转换
数字 接口
机
计算机检测控制系统原理框图
三、如何学好电工电子技术