电工电子基础201110

3.由图1.7(a)知, 电压源发出的功率为
p usi
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。
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。
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 • 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 • 6.4 电阻的测量
2.1 电工仪表的类型、误差和准确度
电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移
至参考点电场力所做的功。 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电
位差。 uab ua ub
电压、电位和电动势
电压的实际方向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， 可任选一方向为电压的参考方向
a
ba
b
+ u1 －
－ u2 +
2.1.1 电工仪表的分类
按电流按被测量的种类可分为电流表、电压表、功率表、 频率表、相位表等。
按种类可分为直流、交流和交直流两用仪表。 按工作原理可分为磁电式、电磁式、电动式仪表等。 按显示方法可分为指针式（模拟式）和数字式。指针式仪
表用指针和刻度盘指示被测量的数值；数字式仪表先将被 测量的模拟量转化为数字量，然后用数字显示被测量的数 值。 按准确度可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0共7 个等级。
非关联方向时： u =－Ri
iR
符号：
+ u －
功率：
p ui Ri 2 u 2 R
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
P UI RI2 U 2 R
线性电阻元件是耗能元件。
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
2．电感元件
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。
伏安关系：
u L di dt
符号： i
L
+ u －
u L di dt
只有电感上的电流变化时，电感两端才 有电压。在直流电路中，电感上即使有 电流通过，但ｕ＝０，相当于短路。
Ｌ称为电感元件的电感，单位是亨利（Ｈ）。
3．电容元件
•电工仪表是实现电工测量过程所需技术 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。 •通常要求测量的电量有电流、电压、功 率、电能、频率等；电参量有电阻、电容、 电感等。 •通常要求测量的磁学量有磁感应强度、 磁导率等。
2.1.1 电工仪表的分类
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。
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。
伏安关系：
i C du dt du
i C dt
符号：
iC + u －
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， 但ｉ＝０，相当于开路，即 电容具有隔直 作用。
C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。
2.3.2 电压的测量
测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电 压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意 仪表的极性。
+
负
+ Uｏ V Rｏ
负
V
载
U－
－
RV
载
(a) 直接测量电压
(b) 电压表量程的扩大
扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值 为：RV=(m－1) Ro 。式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头 的量程，U为扩大后的量程。
O
t
us
+
－
Us +－
O
u
is
一、电压源（二）
＋
us －
i(t) ＋
u(t)
－
(a)
us(t) us(t)
Us
Um 0.5T
T
0
t
0
t
(b)
(c)
图 1.7 电压源电压波形
一、电压源（三）
图 1.8 是直流电压源的伏安特性。
U
Us
0
I
图1.8 直流电压源的伏安特性
一. 电压源
2.电压为零的电压源相当于短路。
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2.2.1 磁电式仪表
直流电流I通过可动线圈时，线圈与磁场相互作用使线圈产生 转动力矩，带动指针偏转。指针偏转后扭紧弹簧游丝，使游 丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和 指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布， 因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。又由于游丝的反 抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度 与流过线圈的电流的大小成正比，即：α=KI。可见磁电式仪 表标尺上的刻度是均匀的。
2.2.1 磁电式仪表
• 磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确 度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。
• 磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载 能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。
• 使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否 则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线 柱旁均标有+、－记号，以防接错。
2.2.2 电磁式仪表
推斥型电磁式仪表也可以测量交流，当线圈 中电流方向改变时，它所产生磁场的方向随 之改变，因此动、静铁片磁化的极性也发生 变化，两铁片仍然相互排斥，转动力矩方向 不变，其平均转矩与交流电流有效值的平方 成正比。
2.3 电流、电压、功率及电能的测量
• 测量直流电流通常采用磁电式电流表，测 量交流电流主要采用电磁式电流表。电流 表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电 表。此外，测量直流电流时还要注意仪表 的极性。
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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、开关和负载按一定方 式组合起来的电流的通路称为电路。
电路的主要功能： n 一：进能量的转换、传输和分配。
n 二：实现信号的传递、存储和处理。
电路分析的主要任务在于解得电路物理量， 其中最基本的电路物理量就是电流、电压和 功率。
1.1.1 电流
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2.2.2 电磁式仪表
线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片 同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥， 致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针 偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止 偏转。
由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正 比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与 电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度 成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比， 即：α=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。
•
电流和电压的大小成正比的电阻元件叫线
性电阻元件。 元件的电流与电压的关系曲线叫做
元件的伏安特性曲线。
•
线性电阻元件的伏安特性为通过坐标原点
的直线, 这个关系称为欧姆定律。
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电路的基本概念
1．电阻元件 电阻元件是一种消耗电能的元件。 伏安关系（欧姆定律）：
关联方向时： u =Ri
Q W
t
pdt
t Ri2dt
t u2 dt
t0
t0
R t0
若电流不随时间变化,
Q
W
P(t
t0 )
PT
RI 2T
U2 R
T
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
解: 灯泡灯丝电阻为： R U 2 220 2 484 P 100
例1.3（一）
计算图 1.10 所示电路中电流源的端电压U1, 5Ω电阻两端的电压U2 和电流源、电阻、电压源的功率P1, P2, P3。
5
＋
＋ U2 －
2A
U1
－
＋ U3＝3 V
－
图 1.10 例1.3图
例1.3（二）
解： U2 5 2 10V U1 U2 U3 10 3 13V
电流源的电流、电压选择为非关联参考方向, 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
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：单位时间内通过导体截面的电荷量。
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。 电流的方向用一个箭头表示。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。
参考方向 i
参考方向
i
a
b
+ u －
(a) 关联方向
i
a
b
－ u +
(b) 非关联方向
如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用 非关联方向，则必须全部标示。
电压、电位和电动势
电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。 外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所 做的功，称为电源的电动势。
e dW dq
i
a
ba
b
实际方向
实际方向
(a) i>0
(b) i<0
电流
• 如果求出的电流值为正，说明参考方 向与实际方向一致，否则说明参考方 向与实际方向相反。
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1.1.2 电压、电位和电动势
电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷
由a点移至b点电场力所做的功。
uab
dWa b dq
一个月消耗的电能为：
W PT 100 103 530 15kW h 15度
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”。
二、电流源（二）
i u
＋
is
0 u
Is i
－
(a)
(b)
图1.9 电流源及直流电流源的伏安特性
二、电流源（三）
3.电流为零的电流源相当与开路。
p ui 4.电流源发出的功率为
5.电压源和电流源,称为独立源。在电子电路的模型中 还常常遇到另一种电源, 它们的源电压和源电流不是独 立的, 是受电路中另一处的电压或电流控制, 称为受控 源或非独立源
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2.3.1 电流的测量
负 载 A
(a) 直接测量电流
RA IA
负
Ro Io I 载 A
(b) 电流表量程的扩大
扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA， 分流器的阻值为：RA=Ro/(n－1)。式中Ro为表头内阻，n=I/Io为 分流系数，其中Io为表头的量程，I为扩大后的量程。
2.2.2 有源元件
1．电压源与电流源
（1）伏安关系
电压源：u=uS 端电压为us，与流过电压源的 电流无关，由电源本身确定， 电流任意，由外电路确定。
电流源： i=iS 流过电流为is，与电源两端电 压无关，由电源本身确定， 电压任意，由外电路确定。
（2）特性曲线与符号
电压源
电流源
u Us
i Is
电压、电位和电动势
a
ba
b
+ u1 －
－ u2 +
例： 当ua =3V
ub = 2V时
u1 =1V
u2 =－1V
• 最后求得的u为正值，说明电压的实际方向 与参考方向一致，否则说明两者相反。
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电压、电位和电动势
对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相 互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致， 称关联方向；如不一致，称非关联方向。
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。
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
• 1.电阻元件
• 电阻元件是一个二端元件, 它的电流和电压的方 向总是一致的, 它的电流和电压的大小成代数关系 。