电工技术电路基本概念和基本定理

I
R1=100k
B
VB
R2=50k
VB = VA-R1I = 9-10 = -1V
A
+
9-V
O
+ -6V
C
-6V
R1=100k
B
R2=50k
3、电动势
电工技术
电动势 E : 电源力移动单位正电荷所作的功。
实际方向：由低电位端指向高电位端。
单 位：kV 、V、mV、μV
4、电能和电功率
电能 W = UQ = UIt
当电流的正方向与回路方向一致时，该电流在该支路 电阻上所产生的电压降取正号，相反时取负号。
注意：
电工技术
1．列方程前标注各支路电流的正方向和回路方向；
2．应用 U = 0或∑Ek=∑IkRk列方程时， 要注意各项前符号的确定；
3. 开口电压可按回路处理
B
对回路1：
++
+
∑Ek=∑IkRk E2 =UBE + I2R2
电工技术
电工技术
电工学
主讲：张国平
郑州大学材料科学与工程学院
绪论
电工技术
《电工学》是大学工科各专业必设的技术基础课 当今世界上，人们衣食住行的基本生活条件
现代一切科学技术的发展与工农业生产 都离不开电工及电子技术的支撑
绪论
电工技术
电能的优点
1.电能便于转换为其他形式的能量。如：热能、 光能、机械能等等
UAB R3 US1
0
R1R2R3
US1
I4
R1 D
R4
C R6
I3
R3 R2
+ + UDC
-
UDA
-
UCB+
-
+UAB-
AB
I5 R5 US2
R7
R5
US2
R5R6R7
(8 234 6 ) 1 058 471
6
1.4 无源电路元件
电工技术
一、理想电路元件
理想电路元件——理想电阻元件、理想电感
电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算；
(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。
举例 求图示电路中各点的电 位:VA、VB、V0 。
电流 I＝ 1mA
I
电工技术
A
1K
2V
O
1K
B
解： 设 O为参考点， 即Vo=0V VA=UAO= 1×1= 1V VB=UBO = -1×1 = -1 V
B
一回路循行方向，回路中各
I1
R2
段电压的代数和恒等于零。
US1
R1
回路
E1 方向
US2 I2 E2
即： UK = 0 图中回路ABCA：
A
R3
I3 C
UAB + UBC + UCA = 0
即：-U S1 + I1R1 - I2R2 +US2+ I3R3 = 0
规定:电位降取正号，电位升取负号
e d dt
此式仅反映了感应电动势的大小wenku.baidu.com
eΦ
感应电动势的方向：取决于磁通的变化情况。磁通的
1.2 电压、电流及其参考方向
电工技术
一. 电流 电流 其数值等于单位时间内通过导体某一
横截面的电荷量。 随时间变化的电流定义为： i d q
dt
直流电流定义为：
Q
I= t
电流的方向：规定正电荷移动的方向为电流的方向。
参考方向：在分析与计算电路时，任意假设的方向。
（正方向）
实际方向与参考方向的关系：
电工技术
实际方向与参考方向一致，电流值为正值；
实际方向与参考方向相反，电流值为负值。
例：
I
若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；
a R b 若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。
电流的单位：kA 、A、mA、μA 注意：
在参考方向选定后，电流值才有正负之分。
二. 电压、电位、电动势和电功率
U= 0
E1–
E2 –
1 UBE
R1
R2
I2
_
I2R2 – E2 + UBE = 0
E
例1－3－3
电工技术
试决定图示的晶体管电路U cb 、U be和Uce 之间的关系。
c Ucb
b
Uce
Ube e
解：
由于电压U cb 、U ce 、 U be 构成一个虚拟回路，各级间的 电压满足基尔霍夫电压定律。
P = UI 0，电源。
U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。
例 1－2－2
电工技术
某电路中的一段支路含有电源，如图1－1（a） 所示，支路电阻为R0 = 0.6Ω，测得该电路的端电 压为230V，电路中的电流 I＝5A，并有关系
U＝ E－R0I，试求：
（1）此有源支路的电动势； （2）此有源支路在电路中是属于电源性质还是负载 性质？
元件、理想电容元件和理想电压源、理想电流源。
1、电阻元件
i
伏安特性是直线的电阻
i
称为线性电阻。
ou
电阻的单位：
u
R
Ω 、KΩ 、MΩ
伏安特性
u = Ri
u = Ri两边乘以电流并对时间积分可得：
t
t
uidt i2Rdt
0
0
电阻元件总是消耗电功率，故电阻是耗能元件。
2.电感元件
电工技术
设一单匝线圈，当通过单匝线圈的 磁通量发生变化时，线圈中要产生感应 电动势。其大小等于磁通的变化率。即：
UAB= VA – VB = 2 V
解： 设 B为参考点， 即VB=0V VA= UAB= 1×2 = 2V VO= UOB = 1×1 = 1 V
UAB= VA – VB = 2 V
结论：
电工技术
(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；
(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。
若 U= –5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。
I
A
O
+
当U与I参考方向一致，
U
称为关联参考方向 U=RI； -
BO
当U与I参考方向不一致，称 为非关联参考方向 U= –RI；
R
I
A
O
+
U
R
-
BO
2. 电位
电工技术
电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。
某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。
假设的闭合面。
c
例 1-3-1
例 1-3-2
Ic 广义结点
I1
A
B
系
系
统
统
I2
b Ib Ie
e
I1 – I2 = 0
Ib + Ic = Ie
在任意瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和恒等于零。
即： Ｉk= 0
二、基尔霍夫电压定律（KVL定律)
电工技术
回路：由支路组成的闭合路径。
定律 : 在任一瞬间，沿任
电炉
...
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
二.电路的功能和分类
电工技术
电路按其功能可分为两类：电力电路、信号电路。
（1）电力电路——实现电能的传输和转换
发电机
升压 输电线 降压
变压器
变压器
电灯 电动机 电炉
...
（2）信号电路——实现信号的传递和处理
话筒 放 扬声器 大 器
三、电路模型
电工技术
电功率 P = W/t = UI
单位：瓦特（W） 千瓦（KW）
电源与负载的判别
电工技术
1. 根据 U、I 的实际方向判别
电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，
负载：
（发出功率）；
U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （吸收功率）。
2. 根据 U、I 的参考方向判别
U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载；
1.电压
电压U: 电场力移动单位正电荷所作的功。
电工技术
电压U 实际方向：从高电位点指向低电位点。
单位：kV 、V、mV、μV 实际方向与参考方向的关系: 实际方向与参考方向一致，电压值为正值； 实际方向与参考方向相反，电压值为负值。
+U– aR b
电工技术
若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；
2.电能的传输方便、迅速、经济
3.电能便于控制，电气设备易于操作，效率高、 灵敏度也高
绪论
电工技术
电路的功能
1.供电电路：用来传输电能 2.整流电路：可将交流电变为直流电 3.滤波器电路：可滤掉附加在有用信号上的 噪音，完成信息的处理
4.计算机中的存储器电路：可存储原始数据、 中间数据和最终结果。具有存储功能
实际电路元件都是一个物理实体，它们在工
作过程中所表现出的电磁性能和能量转换过程往 往比较复杂，为了便于分析，常将实际电路元件 用具有某一性能的理想电路元件或它们的组合表 示，称为电路元件模型。
理想电路元件分为：有源元件和无源元件。
电压源
电流源 电阻 电感 电容
有源元件
无源元件
由电路元件组成的电路称为电路模型
功率平衡关系式 PE ＝ P＋ ΔP
ΔP＝ I 2R ＝ 5 2 ×0.6 ＝ 15W
1.3 基尔霍夫定律
电工技术
一、基尔霍夫电流定律(KCL定律)
支路：由一个或几个元件首尾相接构成的无分支 的电路或电路中的每一个分支。
一条支路流过一个电流，称为支路电流。 在同一条支路中，流过所有元件的电流都相 等。 结点：三条或三条以上支路的联接点。 定律: 在任一瞬间，通过电路中任一结点的各支 路电流的代数和恒等于零。
即： -U cb + U ce – U be=0
例1－3－4
图示电路中，已知US1=23V， US2=6V，R1=10Ω，R2=5 Ω ，R3=8 Ω ，R4=10 Ω ，R5=4 Ω ，R6=7 Ω ， R7=1 Ω 。 试求电压UAB。
解：
电工技术
I3 R 3 I4 R 4 I5 R 5 U A B 0
……
绪论
电工技术
电路的应用
工业生产中电力机械的动力设备——电动机 采矿、冶金、轧钢、锻造和铸造机械、
金属冷加工机械机床等
机械加工工艺 ——电加工技术 电镀、电焊、电炉冶金、电蚀加工、超声波加工、
电子束和离子束加工等…… 交通与通讯
汽车与火车、飞机、轮船…… 广播、电视、电影及电话……
测量与控制 长度、速度、温度、时间、压力、流量、照度和色度等……
由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。
一个完整的电路是
手电筒的电路模型
由电源、负载、中间环
IS
节（包括开关和导线等） + +
三部分按一定方式组成
E
–
U
的。
Ro
R
–
电池 中间环节 灯泡
电路各部分的作用
电源: 提供 电能的装置
发电机
升压 变压器
输电线
电工技术
负载: 取用 电能的装置
降压 变压器
电灯 电动机
电工技术
B
I1
US1
R1
回路 方向
E1
A
R3
R2
或：-E1+I1R1-I2R2+E2+I3R3=0
US2 I2 E2
I3 C
E1-E2=I1R1-I2R2+I3R3 ∑Ek=∑IkRk
表明：在任一回路方向上，回路中电动势的代数和
等于电阻上电压降的代数和。
规定：当电源的电动势的方向与回路方向一致时，取正号， 相反时取负号。
即： ＩK= 0
例： I1
I4
a
US1
R1 I2
R2R3
I3 US3
对结点 a：
电工技术
I1+ I3 = I2 + I4 R4 或 I1+I3 – I2 – I4 = 0
b
实质: 电流连续性的体现。
基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一 结点处各支路电流间相互制约的关系。
推广
电工技术
电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一
（3）写出功率平衡关系式。
解：
I 电工技术
（1）因为 U= E－R0I 所以 E = U + R0I
= （230＋0.6 × 5）＝233V
R0 U
E
（2）由于E > U, I的实际方向如 图所
示。即U与I的实际方向相反，属于电
源性质。
（3）PE＝ EI ＝ 233 × 5＝1165W P＝ UI ＝ 230× 5＝1150 W
绪论
电工学的两大分支
电工技术
1.电路分析： 主要内容是在给定电路结构、元件参数 的条件下，求电路中各处电压、电流的分配。
2.电路综合： 主要内容是在给定输入（激励）、输出
（响应）的条件下，求电路结构。
绪论
电工技术
本课程的目的和任务
主要任务是研究线性、非时变电路的基本理论和基本分析 方法
非线性电路，只涉及最简单的非线性电阻电路的分析
第一章 电路的基本概念和基本定电律工技术
本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 2. 理解基尔霍夫定律并能正确应用； 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，
理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。
1.1 电路与电路模型
电工技术
一. 电路的组成 电流通过的路径叫电路，是为了某种需要
是电路理论的入门课程，是一门实践性较强的技术基础课
通过本课程的学习，能够掌握电路的基本理论和基本的分 析方法，培养分析问题和解决问题的能力，为后续课程的 学习以及以后从事的工程技术工作打下必要的基础
电工技术
第一章 电路的基本概念和基本定律
1.1电路与电路模型 1.2电压、电流及其方向 1.3基尔霍夫定律 1.4 无源电流元件 1.5 有源电路元件 1.6电路的基本状态和电气设备的额定值
借助电位的概念可以简化电路作图
c 20 a 5
c 20 d
E1 140V
4A
6A
6 10A
b
+140V
E2 90V
5 d
+90V 6
例1－2－1: 图示电路，试计算电路 中B点的电VB
- VA Vc
解：电流 I =
9 - (-6)
=
R1+R2 100 + 50
= 0.1mA
A +9V 电工技术