华中科技大学出版社电工电子技术第1章

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I E 3V + + U U´ + I′ ′
R0
P19 1-7
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1. 2 电路模型与理想元件
为了便于用数学方法分析电路, 为了便于用数学方法分析电路一般要将实际电路模型化，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，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。路相对应的电路模型。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。例：手电筒手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。
一
一
出
电压源模型（实际电压源）电压源模型（实际电压源）
I 实际电压源可以由电动势 E和内阻 R0 串联的电路模型来模拟。路模型来模拟。 + E R0 电压源模型 + U – I + 实际电流源可以由电流 IS 和内阻 R0 并联的电路模型来模拟。电路模型来模拟。 IS R0 U R0 U － RL RL
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(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。
+
i
Φ
磁链) 磁链 ψ = NΦ(磁链 ( H)
ψ NΦ L= = i i
线性电感: 为常数; 非线性电感: 线性电感: L为常数; 非线性电感: L不为常数 dψ di = −L 2.自感电动势： e L = − 2.自感电动势自感电动势： dt dt
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3.电感元件储能 3.电感元件储能 di 根据图中电量的方向可得：根据图中电量的方向可得： u = − e L = L 将上式两边同乘上 i ，并积分，则得：并积分，则得：
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理想电压源（恒压源）理想电压源（恒压源） I 符号 E + _ 特点: 特点: (1) 电压电压电 (2) 恒压源 + U _ U E RL
O
I 外特性曲线恒外电电
1 E = 10 V RL 恒压源外电电压恒电 RL= 1 Ω U = 10 V I = RL = 10 Ω U = 10 V I =
dt
1 2 ∫0 ui dt = ∫0 Li di = 2 Li 1 2 磁场能 W = Li 2
t i
即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电当电流减小时，磁场能减小，能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。源放还能量。
话筒
放大器
扬声器
直流电源: 直流电源提供能源
负载直流电源
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，激励响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
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电路的基本物理量
1. 电路基本物理量及其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
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电容元件(由两个极板组成）电容元件(由两个极板组成）
电容两端加电源后，其两个极板上分别 + 电容两端加电源后，聚集起等量异号的电荷，聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起 u _ 电场，并储存电场能量的性质。电场，并储存电场能量的性质。电容：电容：
i C
负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率
负载大小的概念: 负载大小的概念负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定电压一定)。电流和功率增加电压一定。
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3. 电源与负载的判别 (1) 根据 U、I 的实际方向判别 I +
元件1 元件
+ U –
∫
t
0
ui d t =
∫
t
0
Ri d t ≥ 0
2
表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。
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电感元件（主要有线圈和磁芯组成）电感元件（主要有线圈和磁芯组成）
描述线圈通有电流时产生磁 + 储存磁场能量的性质。场、储存磁场能量的性质。 u 1.电感值L 1.电感值电感值L 电流通过一匝一匝线圈产生电流通过一匝线圈产生磁通) 磁通 Φ(磁通电流通过N匝线圈产生电流通过匝电感: 电感 eL
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
放大器
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2. 电路的组成部分电路的组成部分
电路一般由电源、负载和中间环节组成电路一般由电源、负载和中间环节组成电源
电源: 电源提供电能的装置
q C= u
(F )
电容元件
当电压u变化时，在电路中产生电流: 当电压变化时，在电路中产生电流变化时
dq du i= =C dt dt 电容元件储能
将上式两边同乘上 u，并积分，则得：，并积分，则得：
∫ ui dt = ∫
0
t
u
0
1 2 Cudu = Cu 2
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理想电路元件
1.电压源与电流源 1.电压源与电流源电压源：给外电路提供一个较恒定的电压，电压源：给外电路提供一个较恒定的电压，例如干电池等。电池等。电流源：给外电路提供一个较恒定的电流，电流源：给外电路提供一个较恒定的电流，例如太阳能电池（光电池）阳能电池（光电池）等。
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1.3.1 电源有载工作
开关闭合,接通电开关闭合接通电源与负载。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。
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2. 电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。 (2) 参考方向的表示方法电流：电流：箭标 a I R b 电压：电压：正负极性 + a 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。
电容元件储能
电场能
1 2 W = Cu 2
即电容将电能转换为电场能储存在电容中，即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。能量。一般情况如果不特殊声明以上元件均为线性元件，一般情况如果不特殊声明以上元件均为线性元件，都是常数。即R、L、C都是常数。
电流源模型（实际电流源）电流源模型（实际电流源）
电流源模型
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2.电阻元件、电感元件与电容元件电阻元件、 i 电阻元件
根据欧姆定律: 根据欧姆定律
+ u _ 方向相同时） u= iR（U,I 方向相同时） R
即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：导电性能有关，表达式为：R = ρ l S 电阻的能量 W =
符号 I S
IS 外特性曲线特点: 特点: (1) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；输出电流是一定值流是一定值， (2) 恒流源 1 电 U 外电定外输出电流
理想电流源（恒流源) 理想电流源（恒流源) I U + U RL _ O
I
IS = 10 A， RL ，恒流源， RL= 1 Ω ， I = 10A ，U = RL = 10 Ω ， I = 10A ，U = 电流恒定，电流恒定，电
第1章电路的基本概念与定律
1.1 电路的基本概念 1.2 电路的模型与理想元件 1.3 电路的基本状态 1.4 基尔霍夫定律 1.5 电路中电位的概念及计算 1.6 电阻的串联与并联
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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是电流的通路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、
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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。
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。
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1.3 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、
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 + U – 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) 电源恒定，且有内阻时，I ↑→ U ↓。电源恒定，且有内阻时，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
电气设备的额定值(PN) 电气设备的额定值(PN) 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；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。额定值表示电气设备的使用能力。注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。一只220V, 60W的白炽灯接在的白炽灯, 例：一只的白炽灯接在220V的电源的电源试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作上，试求通过电灯的电流和电灯在电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，时的电阻。如果每晚工作小时，问一个月消耗多少电能? 多少电能解: 通过电灯的电流为 P 60 I= A = 0.273 A = U 220
升压变压器输电线
负载: 负载取用电能的装置
电灯电动机电炉 ...
发电机
降压变压器
中间环节：传递、中间环节：传递、分配和控制电能的作用
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2.电路的组成部分 2.电路的电路的组成部分信号源: 信号源提供信息
信号处理：信号处理：放大Βιβλιοθήκη Baidu调谐、放大、调谐、检波等
+
元件2 元件
–
–
电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，端流出，、实际方向相反，即电流从“+”端流出发出功率）（发出功率）负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。、实际方向相同，即电流从“ 吸收功率）（吸收功率） P19 1-7
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华中科技大学出版社 电工电子技术 第1章

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