南京工业大学 电工电子学 第一章 电路的基本概念

路。
2012-6-29 电工电子学B
1、实际电源：其电路模型通常为电源元件和电阻元件的 组合。
（1）电压源模型：
a R0 U US R I
U US
0
b
uS R0
I
U U s R0 I
2012-6-29
电工电子学B
（2）电流源模型：
a I R
U IS R0
IS
R0 U
b
0
IS
I
I Is U
2012-6-29 电工电子学B
确定图中各元件上的电流、电压和功率，并指出是吸收 功率还是输出功率
I
E + 10V -
R1 20 + U1
+
I = E /(R1+R2) =10/(20+30) =0.2A U1= R1 I = 20*0.2 = 4V
U2
_
R2 30
U2= R2 I = 30*0.2 = 6V
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。 导线
Ro
电 池 开关
2012-6-29 电工电子学B
灯 泡
E
+
S
R
手电筒的电路模型
几个概念： 激励：作用于电路上的电源或信号源的电压或电流， 也称为输入。 响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称 为输出。 电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，分 析电路的激励与响应之间的关系。
p dw dt ui
P UI
2、单位：瓦（W） 3、计算：
（1）当电流和电压为关联参考方向时： p u i
（2）当电流和电压为非关联参考方向时：p u i （3）若 p 0 ，表示该元件吸收功率； （负载） 若 p 0 , 表示该元件产生功率。（电源） 举例：教材P4 例1－1
S R0 U E I
电路的工作状态
1、特性： 负载电流： I
R

E R0 R
端 电 压： U = IR
U E IRo
开关闭合
负载功率： P UI ( E R 0 I ) I
EI R 0 I
2
U E I
电工电子学B
P PE P
电源外特性
电源产生 的功率
电源内部 消耗的功率
2012-6-29
电工电子学B
1.2
电路的基本物理量
一、电流及其参考方向： 1、电流：电荷在导体中有规则的定向移动形成电流，亦
叫电流强度，简称电流i。
i dq dt
2、分类：直流电流I、交流电流i。
3、实际方向：习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实 际方向。 4、参考方向：任选某一方向为其参考方向，也叫其正方 向。
本章的基本要求：
一、理解电压与电流参考方向的意义 二、能正确而熟练的应用电路基本定律 三、了解电路的三种状态及额定值的意义 四、会计算电路中某点的电位
2012-6-29
电工电子学B
1.1 电路的作用和组成
电路：由各种元件相互连接而构成的电流的通路。
一、电路的作用： 1、实现电能的传输、转换；
2、实现信号的传递与处理。
PE= -E I = -10*0.2 = -2W 输出功率
P1= U1 I = 4*0.2 = 0.8 W 吸收功率
P2= U2 I = 6*0.2 = 1.2 W 吸收功率
2012-6-29
电工电子学B
1.3
电阻、电感和电容元件
一、电阻元件：
i
i u R

0 u
tan R
R为电阻，单位：欧姆（） 线性电阻元件：伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。 欧姆定律： u R i （关联参考方向） u －R i （非关联参考方向） 令G 1/R
i1 + u1 _ VCCS gu 1 i2 + u2 _
g: 转移电导
4、电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )
i1 + u1 _ + u _ 1 VCVS i2 + u2 _
:电压放大倍数
2012-6-29
电工电子学B
1.5
一、有载状态：
第一章 电路的基本概念
南京工业大学信息科学与工程学院电子系
2012-6-29
电工电子学B
第一章 电路的基本概容和电感元件
1.4 电源元件
1.5 电路的工作状态
1.6 电路的基本定律
1.7 电路中电位的概念及计算
2012-6-29 电工电子学B
1H=10-6H 1mH=10-3H
2012-6-29 电工电子学B
i +
由电磁感应定律可得，自感电动势为：
d di L e dt dt
u 端电压： = -e L di dt
u
eL
L
（直流相当于短路）
磁场能量： W 1 Li
2
2
（储能元件）
2012-6-29
电工电子学B
1.4 电源元件
2012-6-29 电工电子学B
5、正负：当电流的实际方向与其参考方向一致时，其值 为正；当电流的实际方向与其参考方向相反时， 其值为负。
I
1
I
10
1
10V I1=1A
10V
10
I1=-1A
2012-6-29
电工电子学B
6、表示方法： a、用箭头来表示，箭头的方向为其参考方向； b、用双下标表示，例如Iab表示电流参考方向由a指向b。
电工电子学B
二、开路状态：
S R0 U E R I
特征: 电 流: I 0
开路电压： U U 0 E
开关断开
负载功率： P 0
2012-6-29
电工电子学B
三、短路状态：
S R0
U
I R
特征:
短路电流: I I S 端 电 压: U 0
E R0
E
导线短接
负载功率: 电源功率:
（7）单位：伏特（V：Volt) [毫伏mV 微伏uV 千伏kV ] 换算：1mV ＝ 10－3V 1kV ＝ 103V 1uV ＝ 10－6V
2012-6-29
电工电子学B
2、关联与非关联参考方向： 关联参考方向：电流和电压的参考方向一致； 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致；
+
U
+
U
I
2012-6-29
G 称为电导 单位：西门子（S：Siemens）
电工电子学B
功率： p
ui Ri

2
u
2
R
2
能量： W

t
pd t
t0

t
Ri dt
（耗能元件）
t0
非线性电阻元件：伏安曲线不是通过坐标原点的一条直 线。
2012-6-29
电工电子学B
二、电容元件：
i + + u C
P0
PE I S R0
2
2012-6-29
电工电子学B
1.6 电路的基本定律
一、欧姆定律： 对于一个线性电阻元件而言，流过电阻的电流 与电阻两端的电压成正比。
+ u
i
关联参考方向：
R U I
R
非关联参考方向：U RI
2012-6-29
电工电子学B
二、基尔霍夫定律：
1、几个术语： （1）支路(branch)：电路中流过同一电流的分支。(b) （2）节点(node): 电路中三条或三条以上支路的连接点 称为节点。(n) （3）回路(loop)：由一条或多条支路组成的闭合路径。(l) (4) 网孔(mesh)：对平面电路，内部不含有支路的回路为 网孔,即每个网眼就是网孔。网孔是回路， 但回路不一定是网孔。
C 称为电容器的电容
对线性电容元件有：q = Cu
线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上为通 过原点的直线。
单位：法拉（F）[微法F 纳法nF 皮法pF]
1F=10-6F 1nF=10-9F 1pF=10-12F
2012-6-29
电工电子学B
电压、电流关系：i
dq dt

dCu dt
C
du dt
（直流相当于断路）
电场能量： W 1 Cu
2
2
（储能元件）
非线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上不是通 过原点的直线。
2012-6-29
电工电子学B
三、电感元件：
i +
eL
L 称为电感器的电感
L
u
对线性电感元件有： Li
线性电感元件：韦安特性曲线在i－平面上为通过 原点的直线。 单位：亨利（H）[微亨H 毫亨mH ]
一、独立电源： 能够独立向外电路提供能量的电源，分为电压源 和电流源。
1、理想电源： 是实际电源的理想化模型，分为理想电压源和 理想电流源。
向负载提供一个恒定值的电压——直流 （1）理想电压源： 电压US或频率和幅值不变的交流电压us。
2012-6-29
电工电子学B
I
I
U
US U US U
US 0 I
2012-6-29
2、额定值及运行状态: 额定值:电器设备的安全使用值，用UN、IN和PN表示。 运行状态: 欠载（轻载）： I I N 过载（超载）： I I N 额定工作状态： I I N
P PN
（不经济）
P PN （设备易损坏）