电工电子技术 第一章基本概念与基本定律

局部约束方程：U=RI 整体约束方程：KCL和KVL
a 4V
U
P UI 4 1 4W (吸收）
P0 U 0 I 11 1W (吸收）
PE EI 1 5 5W (发出）
R0
1Ω U0
b
PE P0 P 0
即： P 0
19
几点注意事项：
2018年10月12日星期五
（1）功率与电压的平方成比，即电压增大 1倍， P增大4倍。
数字电路：各种门电路、组合电路、 时序电路及555的应用电路。
1
一、电工学课程的作用和任务
电工学是研究电工技术和电子技术的理论和应 用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有 基础性、应用性和先进性。 基础是指基本理论、基本知识和基本技能。 应用是指课程内容要理论联系实际，建立 系统概念，培养大家分析和解决问题的能力； 重视实验技能的训练。 先进性是指电工学课程内容和体系随着电 工技术和电子技术的发展应不断更新。
使用时应注意： 1）U=RI为关联方向得出的； 2）U= - RI为非关联方向； 3）伏安特性曲线。 线性电阻为一直线。
E113B
I+ IE113A
U U
I（A） +
U（V）
0
14
E112E
§1-5
电源有载工作、开路与短路
2018年10月12日星期五
本节主要讨论电路中电流、电压和功率方面的内容。
1.5.1 电源有载工作 所谓有载工作状态，是指电源与负载 相连通，构成一个电流的回路。 c E—电动势 a I + + U—端电压 E R0—电源内阻 U R R0 R—负载 b d
I3 R3 -
2018年10月12日星期五
E2
E115A
25
b
1.6.2 KCL（电流定律）
2018年10月12日星期五
1．定义：在任一时刻，任一结点上的所有支 路电流的代数和恒为零。 即∑I=0；或 ∑I入= ∑I出
I1+ I2-I3=0 或 -I1- I2+I3=0 也可写成： I1+ I2 = I3 I1 c E1 a I2
（2）KVL的另一种表达式。 ∑U=∑E
此时注意正负号的取法。
（3）KVL对闭合回路中各支路电压施加了 约束，它与元件性质无关。
4．绕行方向的选择：原则上是任意。
32
2018年10月12日星期五
KCL和KVL是在实验的基础上 得出的，是分析电路的理论基础， 它和欧姆定律一起构成了电路分 析的两个基本依据。
a + E R0
b U=0 特征 I=IS=E/R0 PE=△P=R0I2，P=0
23
2018年10月12日星期五
I + U
c
R
d
-
§1-6基尔霍夫定律 （德国物理学家）
除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律， 还有基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。基 尔霍夫电流定律应用于结点 ，基尔霍夫电压定律应 用于回路 。
b
那么，在一个电路中，电流和电压的参考方 向应该怎样选择呢？
E112B
13
§1-4
2018年10月12日星期五
欧姆定律
欧姆定律是德国物理学家乔治· 欧姆在1826年发现的 （1787年—1854年） 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这 就是欧姆定律。
U=RI，它是电阻元件的约束方程，也是 我们分析电路的主要的理论依据。
（2）P=UI为关联方向的关系式。 （3）在关联方向下功率大于0为耗能，小 于0为放能（电源与负载的判别）。
（4）对于独立电路来说
∑P≡0。
（5）当R=RO时，电源输出功率为最大（最 大功率传输）。
20
4．额定值与实际值
通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源 输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流 决定于负载的大小。 既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小， 是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？ 回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。 各种电气设备的电压、电流及功率都有一个额定 值，额定值是标明设备在给定条件下能正常工作而规 定的正常允许值。 UN—额定电压
发电机
9
2018年10月12日星期五
（2）信息的传输与处理。
如：各种信息处理电路等。
话筒 扬声器
放 大 器
E111A.EXE
10
§1-2
2018年10月12日星期五
电路的模型
E111B
实际电路都是由一些实际的元器件所组成。 在分析电路时，我们要对实际电路建立数学模型 —电路模型。 所谓电路模型就是指一个实际元件在特定的 条件下，所表现的主要的电磁特性，而忽略其次 要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我 们称为集总参数。 开关 电 池 负 载 开关
5
2018年10月12日星期五
第一部分 电路理论
2018年10月12日星期五
电路理论就是研究电路基本规律的一门学 科，它是一门具有丰富内容的学科，它的理论 和方法，在其它领域也得到了广泛的应用。
电路分析： 已知电路结构、元件参数， 求电路中的电流、电压和 功率。 电路理论：
电路综合：已知输出输入的条件， 求元件参数和电路结构。
2018年10月12日星期五
I1
a
R2 +
I2
d
E1=I1R1+ I3R3
E2=I2R2+ I3R3 E1=I1R1－I2R2+E2
E1
R3 b
-
E2
30
例题：
2018年10月12日星期五
电路如图所示，已知UAB=5V，UBC=－4V，
UDA=－3V。试求：（1）UCD；（2）UCA
解： （1） UAB+UBC+UCD+UDA=0
1888年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了 麦克斯韦提出了电磁波理论。 1895年意大利和俄国分别进行了通信实验， 从而为无线电技术的发展开辟了道路。
3
2018年10月12日星期五
1883年爱迪生发现了热电效应。
1904年弗莱明发明了电子二极管。
1948年贝尔实验室发明了晶体管。
1958年生产出集成电路（到现在已经是超大 规模集成电路）。现在的集成电路线宽是0.3um， 可望达到0.01um（30个原子的宽度）。
E114A
15
1、电压与电流
2018年10月12日星期五
E I R0 R
a + E R0 b I
U RI
c
U=E-R0I
U 理想电源的
外特性曲线
+
U d R
E
U=E I
电源的伏安特性是指电源对 0 外供电时，其端电压U和流过其 电源的外特性曲线 中电流I的关系。此种关系也称 16 电源的外特性。
IN—额定电流 PN—额定功率
E114A
21
2018年10月12日星期五
1.5.2电源开路（引伸为支路电流为零）
a + E R0 I +
2018年10月12日星期五
c
I=0
U -
R d
特征
P=0
b
U=E=U0（开路电压）
E114B
22
1.5.3 电源短路
短路通常是一种 严重事故，应该 尽力预防。
6
2018年10月12日星期五
下面我们看一个例题，
US
IL R2 RL
IL
不会求的原因是 电路中出现了两个回 US2 US1 路，我们对电路结构 的约束关系不了解， 求图示电路中的电流。 所以不会求。
7
R
? R+R
US -US1
L
第一章 电路的基本概念与基本定律
§1-1 电路的作用与组成部分 开关 负 载
功率的单位是瓦特（W）或千瓦（KW）。
17
3、电源与负载的判别方法
P=UI
2018年10月12日星期五
＜0电源 ＞0负载
I
关联方向
元件
+
U
-
P UI
＜0电源
I
非关联方向
元件
＞0负载
-
U
+
18
例题
试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。 1A E 5V I + 4Ω R 解：
2018年10月12日星期五
E112A
E112D
（2）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和 正——表示参考方向和实际方向一致。 电压的参考方向一起选。 负——表示参考方向和实际方向相反。
12
电压和电动势的参考方向
2018年10月12日星期五
1A
a)箭头； b)双下标； c)正负号。 5V
IL
+
a 4V U
1Ω
-4V
4Ω
-
-1A
IAB
IB IC B IBC
ICA
C
或
∑I=0
27
例题
2018年10月12日星期五
图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。 求I2，I3和I6。
解： I3=I1－I5=11－6=5（mA)
I6 R1
I1 R2
I2
I4
I2=I3－I4=5－12=－7（mA)
I6=I1－I2=11－(－7)=18（mA) I6=I4+I5=12+6=18（mA)
2018年10月12日星期五
一、电路的组成
1．电路： 电流流通的路径称为电路。 电 池
（1）电源：提供能量。 2．组成：
（2）负载：消耗能量。
（ 3）中间环节：连接电源和负载 的导线及控制元件。
8
3．作用
（1）电能的传输与转换。
如：输配电电路。
升压 变压器 降压 变压器 用户 负载
2018年10月12日星期五
5+（－4）+UCD+（－3）=0 UCD=2V （2）ABCA不是闭合回 路，也可应用KVL求解。 UAB+UBC+UCA=0 UCA=－1V
A -
UAB - B + -
UDA + D
UCA -
+
+ UBC -
UCD
+
C
31
3．讨论
2018年10月12日星期五
（1）列KVL前，要首先选定回路绕行方向， 然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取 正，否则取负。
+ ER0
+ U -
R
11
§1-3
2018年10月12日星期五
电压和电流的参考方向
电流的实际方向为正电荷的运动方向。 I I + + E1 E2 + E+ R U R R1 R2 R0 （1）为什么要引入参考方向？ （3）参考方向的表示方法：a）箭头； a）复杂电路很难确定电流的实际方向。 b）双下标。 b）交流电路中，电流本身就是交变的。 （4）电流正负的意义：
未来的发展是《量子工学》
4
三、课程的学习方法
1、重点放在物理概念和基本分析法。 2、上课注意听讲，下课要看除教材外的 其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所 学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意 分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要 清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标 绘清楚，答数要注明单位。 3、要重视实践技能的培养。
I1 a R2 + I2
2018年10月12日星期五
c
E1 + R1
d
E2
-
I3
b
R3
-
24
1.6.1 名词解释
1．支路：电路中由一个或多个元件首尾相接构 成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。 2．结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。 3．回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。 4．网孔：内部不包含支路的回路。 5．网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。 I1 a I2 c d R2 + + R1 E1
2
2018年10月12日星期五
二、电工技术和电子技术发展概况
1785年库仑确定了电荷间的相互作用力， 电荷的概念开始有了定量的意义。 1826年欧姆发现了欧姆定律。 1831年法拉第发现了电磁感应定律。 1834年雅可比制造出第一台电动机。
1864年麦克斯韦提出了电磁波理论。
2018年10月12日星期五
+ R1
I3 b R3
R2 +
-
d E2
（入） （出）
2．注意正负号的取法（两套符号）
26
3．推广到广义结点上使用，任一闭合面。
2018年10月12日星期五
IA+IB+IC=0
【证明】
IA
A
IA= IAB- ICA
IB= IBC- IAB IC= ICA- IBC 将三式相加得： IA+IB+IC=0
2．功率及功率平衡
因为：U=E-R0I
所以各项同乘电流后可得功率平衡式： UI =EI -R0I I P=PE-△P
2018年10月12日星期五
PE = P +△P
式中：P为电源输出功率；
PE为电源产生功率；
△P为内阻损耗的功率。
a + E R0 b
I
+ U R
c
d
可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗 的功率是平衡的。
R3
I3
I5
28
2018年10月12日星期五
4．物理意义：KCL是电流的连续 性的体现，也是能量守衡的体现。
5．KCL对各支路电流施加了约束， 而与支路元件的性质无关。
q
q2 q1
29
1.6.3 KVL（电压定律）
1．定义：在任一时刻，沿任一回路内所有支路或 元件电压降的代数和恒为零。
2．表达式 ∑U=0 ∑E= ∑U c + R1 I3
绪论
电工电子技术是一门研究电能在技术领域中应用 的技术基础课，它包括：电工技术和电子技术两部分。 电路理论： 直流、交流、暂态、非正弦。 电工技术： 磁路和电机： 变压器、电磁铁、 三相异步电动机及控制。
2018年10月12日星期五
半导体器件、分离件放大器、 模拟电子线路： 电子技术： 集成运放、电源ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ