电工 电子技术基础第一章

第一章
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 §1-5 §1-6
电路基础知识
电路概述 电路中的基本物理量 电路基本元件的伏安特性 电阻连接 电路 工作状态 电路分析方法
§1-1 电路概述
一、电路
1.电路及其组成 电路：电流流通的路径 电路的组成：电源、开关、负载和导线。
2.电路图 用电气符号描述电路连接情况的图， 称电路原理图，简称电路图。
二、基尔霍夫电压定律
基尔霍夫电压定律又称回路电压定律。它 指出：在任一闭合回路中，各段电路电压降的 代数和恒等于零。 用公式表示为
∑U = 0
电源电动势之和 = 电路电压降之和
攀登总高度 = 下降总高度

在用式∑U = 0时，凡电流的参考方向与回路 循环方向一致者，该电流在电阻上所产生的电压 降取正，反之取负。电动势也作为电压来处理， 即从电源的正极到负极电压取正，反之取负。 在用式∑E = ∑IR时，电阻上电压的规定与用 式∑U = 0时相同，而电动势的正负号则恰好相反。
四、电压和电流的测量 1、 电压的测量 （1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和 直流电压表测量。 （2）电压表必须并联在被测电路的两端。 （3）直流电压表表壳接线柱上标明的“+”“－” 记号，应和被测两点 的电位相一致，即“+”端 接高电位，“－”端接低电位，不能接错，否则 指针要反转，并会损坏电压表。 动画
U内 Ir 0
U外 E Ir E
即：电源的开路电压等于电源电动势。
3. 短路 开关SA接到位置“1”时，相当于电源两极被导 线直接相连。 电路中短路电流为
I短 E / r
由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大。 此时电源对外输出电压
U E I 短r 0
例1-11如图1-40所示的电路，可用来测量电源的电 动势E和内阻R0.图中，R1=2.6 ，R2=5.5. 当开关S1闭合、S2断开时，电流表读数为2A；当 开关S1断开、S2闭合时，电流表读数为1A，试求E 和R0. 解 当开关S1闭合、S2断开时 E=I1(R1+R0) 当开关S1断开、S2闭合时 E=I1(R1+R0) 联立两式解得 R0= 0.3 E=5.8V
三、 电压源与电流源的等效变换
电路中的电源既提供电压，也提供电流。
将电源看作是电压源或是电流源，主要是依据 电源内阻的大小。 为了分析电路的方便，在一定条件下电压源和 电流源可以等效变换。
一、电压源
具有较低内阻的电源输出的电压较为恒定，常 用电压源来表征。电压源可分为直流电压源和交 流电压源。
U 2 U U1 36 24 12V
P 60 1 I 2.5( A) U1 24 U2 12 R2 4.8() I 2.5 P 2 U 2 I 12 2.5 30(W )
一、电阻的并联
把多个元件并列地连接起来，由同一电压供 电，就组成了并联电路。
例题1-13如图所示为某电路中的一个回路，部分元 件参数及支路电流已在电路中标出，求未知参数 R3及电压Ubd 10V 10V 解： c、d节点方程 I1=2+(-6)=-4(A) I2=I1+1=-4+1=-3(A) 回路方程 10+2 1+I21+6=-2 5 假想回路abcd列方程 6V 1 Ubd+I2 1+6=-2 5 代入解得：R3=6.25 Ubd=-13V
例题 下图电路中，I1= 2A，I2= -3A，
I3 = -2A，试求I4。
解： 由基尔霍夫第一定律可知 I1－I2 + I3 －I4 = 0 代入已知值 2－（－3）+（－2）－I4 = 0 可得 I4 = 3 A 式中括号外正负号是由基尔霍夫第一定律 根据电流的参考方向确定的，括号内数字前的负 号则是表示实际电流方向和参考方向相反。
实际电路
电路图
二、电流 1．电流的形成 电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又 称载流子。
动画
2．电流的方向 习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方 向，因此电流的方向实际上与电子移动的 方向相反。
在分析和计算较为复杂的直流电路时，经 常会遇到某一电流的实际方向难以确定的问题， 这时可先任意假定电流的参考方向，沿着导线 方向任意假设，用带箭头的实线表示，然后根 据电流的参考方向列方程求解。 如果计算结果I > 0，表明电流的实际方向 与参考方向相同； 如果计算结果I < 0，表明电流的实际方向 与参考方向相反。
当电压与电流的参考方向非关联时，
U I R
二、电容元件的伏安特性
两个相互绝缘又靠得很近的导体就组成了一个 电容器。这两个导体称为电容器的两个极板，中 间的绝缘材料称为电容器的介质。
纯电容元件作为负载的电路
电容元件的电流与加在电容元件两端的电压 变化率成正比 du ic dt
三、电感元件的伏安特性
电流参考方向
I 0
I 0
3．电流的大小 在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越 多，就表示流过该导体的电流越强。若在t时间内 通过导体横截面的电荷量是Q ，则电流I可用下式 表示： Q I t
式中，I、Q 、t的单位分别为A、C、s。
三、电压、电位和电动势
1．电压 电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功， 称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压单位的 名称是伏特，简称伏，用V表示。
一、基尔霍夫定律
1、基尔霍夫电流定律又称节点电流定律。 它指出：在任一瞬间，流进某一节点的电 流之和恒等于流出该节点的电流之和，即 ∑I进 = ∑I出
在应用基尔霍夫第一定律求解未知电流时， 可先任意假设支路电流的参考方向，列出节点电 流方程。 通常可将流进节点的电流取正，流出节点的电 流取负，再根据计算值的正负来确定未知电流的 实际方向。 有些支路的电流可能是负，这是由于所假设 的电流方向与实际方向相反。
动画 视频：万用表电压档的使用
§1-3 电路基本元件的伏安特性
一、电阻元件的伏安特性 1、电阻元件伏安特性测试 调节直流稳压电源，分别测出电路中电 流大小
A 直流稳压电源 V R
欧姆定律： 导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与 导体的电阻成反比。 公式： 当电压与电流的参考方向关联时，
U I R
二、电流源
具有较高内阻的电源输出的电流较为恒定， 常用电流源来表征。 实际使用的稳流电源、光电池等可视为电流 源。
内阻无穷大的电源称为理想电流源，又称恒 流源。
实际电流源简称电流源。电流源以输出电流 的形式向负载供电，电源输出电流IS在内阻上分流 为I0，在负载RL上的分流为IL。
第四节 电阻连接
电感线圈与电容器相似，都是电路中的储能元件。
电容元件的电流与加在电容元件两端的电压变化率成正比
di uL dt
一、电压源
具有较低内阻的电源输出的电压较为恒定，常 用电压源来表征。电压源可分为直流电压源和交 流电压源。
实际电压源可以用恒定 电动势E和内阻r串联起来表 示。
实际电压源以输出电压的形式向负载供 电，输出电压（端电压）的大小为U = E－ Ir，在输出相同电流的条件下，电源内阻r越 大，输出电压越小。若电源内阻r = 0，则端 电压U = E，而与输出电流 的大小无关。 我们把内阻为 零的电压源称为 理想电压源，又 称恒压源。
注意
电路中某点的电位与参考点的选择有关， 但两点间的电位差与参考点的选择无关。
3．电动势E 电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正 极的能力用电动势表示，电动势的符号为E，单 位为V。 电动势的方向规定为在电源内部由负极指向 正极。 对于一个电源来说，既有电动势，又有端电 压。电动势只存在于电源内部；而端电压则是电 源加在外电两端的电压，其方向由正极指向负极。
一、电阻的串联把多个元件逐个顺次连接起来， 就组成了串联电路。
电阻串联电路的特点
（1）电路中流过每个电阻的电流都相等。 （2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分 电压之和，即 U = U1 ＋ U 2 ＋ … ＋ Un
电阻串联电路的特点
（3）电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻 之和，即 R = R1 ＋ R2 ＋ … ＋ Rn
U ab
wab q
电压参考方向：+ -号 表示、带箭头表示、双下 标表示 动画
关联参考方向——如果已知电流参考方向，
则电压参考方向最好选择与电流参考方向一致。
当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正 值；反之，为负值。
2 ．电位 电路中某一点与参考点之间的电压即 为该点的电位。
动画
电路中任意两点之间的电位差就等于这 两点之间的电压，即Uab = Ua－Ub，故电压 又称电位差。
实际电压源可以用恒定 电动势E和内阻r串联起来表 示。
二、电流源
具有较高内阻的电源输出的电流较为恒定， 常用电流源来表征。 实际使用的稳流电源、光电池等可视为电流 源。
内阻无穷大的电源称为理想电流源，又称恒 流源。
实际电流源简称电流源。电流源以输出电流 的形式向负载供电，电源输出电流IS在内阻上分流 为I0，在负载RL上的分流为IL。
视频：万用表电压档的使用
（4）合理选择电压表的量程，其方法和电 流表相同。
2、电流的测量 （1）对交、直流电流应分别采用交流电流表和 直流电流表测量。 （2）电流表必须串联在被测电路里。 （3）直流电流表表壳接线柱上标明的“+”“－” 记号，应和被测两点 的电位相一致，即“+”端 接高电位，“－”端接低电位，不能接错，否则 指针要反转，并会损坏电流表。
动画
三、电能和电功率
电功——电流所做的功，简称电功（即电
能），用字母W表示，单位是焦耳( J )
W Uq UIt
U W UIt I Rt t R