电工电子学(课件)讲解

1）电压源（恒压源）
Ia
Uab
+
Us −
Uab
Us
b
I
特点（ 1）无论负载电阻如何变化，输出电压不变。 （ 2）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大。
26
Chapter 1
例1.3
Chapter 1
Ia
+
Us
−
Uab R1 R2
2 2
b
设: Us=10V 当R1接入时: I=5A
当R1 、R2 同时接入时: I=10A

P3吸收 u 3 i 101
u3
u2 _
10W
（实际提供）
P 1吸收 P 2吸收 P 3吸收 0 功率平衡
17
Chapter 1
Chapter 1
§1.2 电路的基本元件
常见的电路元件有电阻元件、电容元件、 电感元件、电压源、电流源。
电路元件在电路中的作用或者说它的性质 是用其端口的电压、电流关系即伏安关系（ VAR）来决定的。
i1
R1 +c us1 －
a i2
i3
R2
R3
+d
e
us2
－
图示电路有 3 条支路， 2 个节点， 3 个回路，
2 个网孔。
b
35
Chapter 1
Chapter 1
二、基尔霍夫电流定律KCL 基尔霍夫电流定律应用于结点处。 表述一 任一时刻，对任一结点，流入结点的电 流恒等于流出结点的电流。
i入 i出 表述二 任何时刻，通过任一节点电流的代数和恒
单位：伏特 V（mV μV ）
11
Chapter 1
Chapter 1
电压的参考方向（极性）——假定的电压正方向
参考
方向
a
b
真实
+u
方向
+ u>0
电压参考方向的标注方式：
⑴用参考极性表示 ⑵用箭头表示
+
u
u
−
⑶用双下标表示 a
uab
b
12
Chapter 1
3、关联参考方向 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向
等于零。 i 0
在图示电路中
对于结点a i1＝i4＋i6 若取流出为正 对于结点b i5 －i2－i4＝0
36
Chapter 1
Chapter 1
基尔霍夫电流定律的扩展： 结点 任意闭合面
I=?
R
I
R
பைடு நூலகம்
+
+R
+
U1 −
U_ 2
R1
U3 −
i1 ＋ i2＋i3 ＝0 广义结点法
37
Chapter 1
I
a Uab = Us
+ −Us
Uab （常数）
b
I
a
I = Is
Is
Uab （常数）
b
Uab的大小、方向均为恒定， I 的大小、方向均为恒定，
外电路负载对 Uab 无影响。 外电路负载对 I 无影响。
变 输出电流 I 可变 -----
化
I 的大小、方向均
量 由外电路决定
端电压Uab 可变 ----Uab 的大小、方向 均由外电路决定
Chapter 1
Chapter 1
2） 电流源（恒流源)
Ia
Uab
Is
Uab
b
I Is
特点： （1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流 Is 。 （2）输出电压由外电路决定。
29
Chapter 1
例1.4
Chapter 1
Ia
Is
Uab R
b
设: Is=1 A
则: R=1 时， Uab =1 V R=10 时， Uab =10 V
表述二：任一时刻，沿任一 回路绕行一周，回路中各元
R1
Us2 I −+
+ + UR1−
Us1 −
R2
+ Us3 −
− UR2 +
顺时针绕行
33
Chapter 1
Chapter 1
§1.3 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律用于描述由元件之间连接方式所 形成的约束关系。
基尔霍夫电流定律KCL 基尔霍夫电压定律KVL
34
Chapter 1
Chapter 1
一、相关概念 没有分叉且包含一个或多个元件的电路称为支路。b 3条或3条以上支路的连接点称为结点。n 由一条或多条支路所组成的闭合路径称为回路。l 内部不另含支路的回路，称为网孔，又称单回路。m 结构相对复杂的电路，称为网络。N
2、电压（U，u）（ Voltage）
定义：单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。
数学表达式：
uab

dw dq

ua

ub
电场失去dw
电场得到dw
dq
dq
a
b
u－
a
b
－u
正电荷由a移到b，若失去能量(电势能)，则uaub， 即a端为正b端为负；若得到能量，则ua<ub 。
方向：由高电位指向低电位。(实际电压方向)
15
Chapter 1
Chapter 1
四、 电路中的功率
定义：元件吸收或释放能量的速率。
数学表达式： p dw 在电路中为：p = ui
dt
单位：瓦特 W
方向：在电压、电流取关联参考方向下，p=ui 表
示的是该元件“消耗”（吸收）的电功率的大小。
即为：
i
w+ u
i
w
+ u

p>0
p<0
16

1Cu2

2
电容元件储存的电场能量只和考察时刻它的端电压 数值有关。
23
Chapter 1
Chapter 1
3、电感元件（Inductor）（镇流器） 电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件。 Ψ
L
i
i
Ψ为磁链是磁通与匝数的乘积
L为电感参数，表征电感匝联磁
链的能力。
单位：亨利 (H) 电路符号
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。
i
i
a
b
+u
a
b
−u+
(a)关联方向
(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。
13
Chapter 1
Chapter 1
例1.1 在图（a）电路中，Uab= –5V，问a、b两点 哪点电位高？
电流方向 ab？
a IR b

R
Us
电流方向 ba？
Is
9
Chapter 1
Chapter 1
电流的参考方向——假定的电流正方向
参考 方向
i
a
b
真实
i >0
方向
如果求出的电流值为正即i >0 ，说明参考方向与 实际方向一致，若i <0则说明参考方向与实际方向 相反。
10
Chapter 1
Chapter 1
在图（b）电路中，U1= –6V，U2= 4V，问Uab＝？
解：
a
a
在图（a）电路中
+
+
Ua<Ub
uab
u1 −
在图（b）电路中
Uab= U1 – U2 = −10V
−
b
− u2
（a）
+
b
（b）
14
Chapter 1
Chapter 1
三、 电动势
表示符号： E――有效值或直流量 e――瞬时值或交流量 方向与电压方向相反：低电位 高电位
Chapter 1
伏安关系
1
uC C
t i d


UC
0
1 C
t
0
i
d
UC(0)为初始时刻t＝0时电容的初始电压，反映t＝0前 “历史”中电容电流的积累效应——电容对它的电 流具有记忆能力。
电容元件中的电场能量
Wc
t
uidt

u(t )
Cudu
前“历史”中电感电压的积累效应——电感对它的 电压具有记忆能力。
电感元件中的磁场能量
WL
t
uidt

i(t ) Lidi 1Li 2

2
电感在某一时刻所储存的磁场能量只与该时刻电流 的瞬时值有关。
25
Chapter 1
Chapter 1
4、电源元件（ source ） 两种电源：电压源和电流源
当一个电阻元件的端电压u 不论为何值时，流过它的电 流恒为零，则称“开路”， 即R→∞。
（2）短路
当一个电阻元件中的电流i不 论为何值时，它的端电压u恒 为零，则称“短路”，即R=0。
21
Chapter 1
Chapter 1
2 、电容元件（Capacitor）（电容器）
电容元件是一种能够储存电场能量的
可见，恒流源两端电压由外电路决定。
30
Chapter 1
Chapter 1
实际电流源模型:由理想电流源并联一个电阻组成
I
U Rs
Is
Rs
U RL
I = Is – U / Rs
I Is Rs越大 特性越陡
当内阻Rs = 时，实际电流源模型就变成恒流源 模型。
31
Chapter 1
Chapter 1
I=0
Chapter 1
应用:将多个电流源的并联化简成一个电流源
Is Is1 Is2 Is3
38
Chapter 1
三、基尔霍夫电压定律KVL
回路中支路电压间的约束关系可用基尔霍夫电压
定律表示。
表述一：在任一时刻，沿 任一回路绕行一周，电压 升之和恒等于电压降之和
u降 u升
Chapter 1
Chapter 1
例1.2 已知i =1A，u1=3V，u2=7V，u3=10V， 求ab、bc、ca三部分电路吸收的功率P1、P2、P3。
解：
P1吸收 u 1 i 31 3W
（实际吸收）
u1
i
P2吸收 u 2 i 7 1 7W

（实际吸收）
元件。 C q u
C为电容参数，表征电容储存电荷的能力，单位：法拉(F)
电路符号：
+i uC
−
伏安关系 i C du dt
i du /dt。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。
22
Chapter 1
电路的工作是以其中的电压、电流、功率等物理
量来描述的。
1、电流（I，i）（Current）
定义：电荷的定向移动形成电流。其实际方向是指 正电荷运动的方向。(实际电流方向)
数学表示式： i dq
dt
单位：安培 A ; (mA μA)
直流(DC)
8
Chapter 1
交流(AC)
Chapter 1
在复杂电路中难于判断元件中电流的实际方 向，电流如何求解？
电路的工作状态： 常态：手电筒电路正常工作的状态； 开路：开关断开的状态； 短路：电源电极直接用导线相连的状态，可能会烧 毁电源或设备。
5
Chapter 1
电路的主要功能： 1、能量的转换、传输和分配
6
Chapter 1
2、信号的传递、存储和处理
7
Chapter 1
Chapter 1
二、 电流、电压及参考方向
伏安关系 u L di dt
只有电感上的电流变化时，电
i
L
感两端才有电压。在直流电路
+ uL
中，电感上即使有电流通过， 但 u = 0，相当于短路。
24
Chapter 1
Chapter 1
伏安关系
i
1 L
t
uL

d
i

I 0
1 L
t
0
uL

d
I(0)为初始时刻t＝0时电感上的初始电流，反映t＝0
可见，恒压源中的电流由外电路决定。
27
Chapter 1
Chapter 1
实际电压源模型:由理想电压源串联一个电阻组成
I
Rs +
U
− Us
RL
U Us
0
理想电压源
实际电压源
I
电源内阻，表 示内部损耗
Rs越大 斜率越大
U = Us – IRs 当Rs = 0 时，实际电压源模型就变成恒压源模型。
28
例1.5
（1）求图示电路中电流源
两端的电压。
1A
（2）当电压源的电压或电
阻的阻值变化时，电流源
的输出电流是否变化？电
流源的电压是否变化？
解: （1） U=10×1−10=0
（2） 不变化; 变化。
+
U −
10V
10Ω
+−
32
Chapter 1
Chapter 1
恒压源与恒流源特性比较
恒压源
恒流源
不 变 量
18
Chapter 1
Chapter 1
一、分类 电磁特性：线性元件和非线性元件 能量特性：无源元件和有源元件 端子数目：二端元件、三端元件等 二、基本元件 1、电阻元件（Resistor）（电炉子、白炽灯） 电阻元件是一种消耗电能的二端元件。
19
Chapter 1
Chapter 1
电路符号:
i
Chapter 1
电路的基本概念、定律与分析方法
Chapter 1
主要学习内容
•电路的基本概念 •电路的基本元件 •基尔霍夫定律 •电路的分析方法
2
Chapter 1
§1.1 电路的基本概念
一、电路与电路模型
电路：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。
开关：控制电路工作
汽车照明电路
负载：消耗能量 电源：提供能量
3
Chapter 1
Chapter 1
理想元件：描述实际器件的基本物理规律的数学 模型，简称元件。
电路模型：用若干理想元件的某种组合来描述实 际电路。
实际电路
+ R
–
电路模型
理想元件
4
Chapter 1
Chapter 1
电路组成： 电池为灯泡提供电能，称之为电源或信号源； 灯泡将电能转换为光能和热能，称之为负载； 开关、导线用来传输、分配电能，称之为中间环节
R
+u −
R:电阻参数，表征阻碍 电流流过的能力,单位Ω。 G:电导参数，单位 S。
欧姆定律： 关联方向时： 非关联方向时：
G 1 R
u =Ri 或 i =Gu
u ＝−Ri
线性电阻的伏安特性曲线 功率： p ui Ri2 u2
R
20
Chapter 1
Chapter 1
电阻元件的两种特殊情况 （1）开路