基礎(chǔ)知識(shí)電工電子技術(shù)基礎(chǔ)申鳳琴第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)電路的組成及其基本物理量一、電路的組成

電路是各種電氣元器件按一定的方式連接起來的總體。電路的組成：1.提供電能的部分稱為電源；2.消耗或轉(zhuǎn)換電能的部分稱為負(fù)載；3.聯(lián)接及控制電源和負(fù)載的部分如導(dǎo)線、開關(guān)等稱為中間環(huán)節(jié)。圖1-1第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻、電感、電容的特征電阻特征:有電流通過時(shí)，對電流呈現(xiàn)阻礙作用;電感特征:有電流通過時(shí),在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場；電容特征:有電流通過時(shí),在各電極間存在電場。第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月理想元件為了便于對電路進(jìn)行分析和計(jì)算，我們常把實(shí)際元件加以近似化、理想化，在一定條件下忽略其次要性質(zhì)，用足以表征其主要特征的“模型”來表示，即用理想元件來表示。例“電阻元件”是電阻器、電烙鐵、電爐等實(shí)際電路元器件的理想元件，即模型。因?yàn)樵诘皖l電路中，這些實(shí)際元器件所表現(xiàn)的主要特征是把電能轉(zhuǎn)化為熱能。用“電阻元件”這樣一個(gè)理想元件來反映消耗電能的特征?！半姼性笔蔷€圈的理想元件；“電容元件”是電容器的理想元件。第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路模型由理想元件構(gòu)成的電路，稱為實(shí)際電路的“電路模型”。圖1-2是圖1-1所示實(shí)際電路的電路模型。第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路的組成和功能

（1）電路的組成電路一般由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)組成。電源：如發(fā)電機(jī)、電池等，電源可將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，是向電路提供能量的裝置。負(fù)載：指電動(dòng)機(jī)、電燈等各類用電器，在電路中是接收電能的裝置，可將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能。中間環(huán)節(jié)：將電源和負(fù)載連成通路的輸電導(dǎo)線、控制電路通斷的開關(guān)設(shè)備和保護(hù)電路的設(shè)備等。第四頁第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

電路可以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。（2）電路的主要功能：電力系統(tǒng)中：電子技術(shù)中：

電路可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。第四頁第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路模型和電路元件

電源負(fù)載負(fù)載電源開關(guān)實(shí)體電路ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)電路模型與實(shí)體電路相對應(yīng)的電路圖稱為實(shí)體電路的電路模型。RL+

U–導(dǎo)線第四頁第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路模型中的所有元件均為理想電路元件。實(shí)際電路元件的電特性是多元的、復(fù)雜的。iR

R

L消耗電能的電特性可用電阻元件表征產(chǎn)生磁場的電特性可用電感元件表征由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場的因素，因此L可以忽略白熾燈的電路模型可表示為：理想電路元件的電特性是精確的、惟一的。第四頁第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月理想電路元件又分有有源和無源兩大類RC+

US–IS電阻元件電容元件理想電壓源理想電流源L無源二端元件有源二端元件電感元件第四頁第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電路中的基本物理量直流（DC）：大小和方向均不隨時(shí)間變化的電流。直流交流交流（AC）：大小和方向均隨時(shí)間變化，且一個(gè)周期內(nèi)的平均值為零的電流。電流的分類第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電流的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷?，若在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫界面的電荷量為Q，則電流為對于交流，若在時(shí)間dt內(nèi)通過導(dǎo)體橫界面的電荷量為dq，則電流瞬時(shí)值為電流的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。電流的單位：安培（A），千安（kA）和毫安（mA）。第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電流的參考方向的引入

參考方向的引入：對復(fù)雜電路由于無法確定電流的實(shí)際方向，或電流的實(shí)際方向在不斷的變化，所以我們引入了“參考方向”的概念。?第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電流參考方向的含義2.實(shí)線參考方向（虛線實(shí)際方向）。1.參考方向是一個(gè)假想的電流方向。3.i

＞0，則電流的實(shí)際方向與電流的參考方向一致；

i＜0，則電流的實(shí)際方向和電流的參考方向相反。第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓的定義和實(shí)際方向?qū)τ谥绷鳎娐分蠥、B兩點(diǎn)間電壓的大小等于電場力將單位正電荷Q從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功W。即對于交流，電路中A、B兩點(diǎn)間電壓的大小等于電場力將單位正電荷dq從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功dw。即若電場力做正功，則電壓u的實(shí)際方向從A到B。電壓的單位：伏特（V），千伏（kV）和毫伏（mV）。第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電位在電路中任選一點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做這一點(diǎn)（相對于參考點(diǎn)）的電位。當(dāng)選擇O點(diǎn)為參考電位點(diǎn)時(shí)，（1-1）電壓是針對電路中某兩點(diǎn)而言的，與路徑無關(guān)。所以有（1-2）電壓又叫電位差電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)

第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓參考方向的標(biāo)注及含義參考方向是由A點(diǎn)指向B點(diǎn)參考高電位端當(dāng)u＞0時(shí)，該電壓的實(shí)際極性與所標(biāo)的參考極性相同，當(dāng)u＜0時(shí)，該電壓的實(shí)際極性與所標(biāo)的參考極性相反。

建議采用：參考極性標(biāo)注法第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月在圖1-6所示的電路中，方框泛指電路中的一般元件，試分別指出圖中各電壓的實(shí)際極性（1）a圖，a點(diǎn)為高電位，因u=24V＞0,所標(biāo)實(shí)際極性與參考極性相同。各電壓的實(shí)際極性例1-1解（2）b圖，b點(diǎn)為高電位，因u=﹣12V＜0,所標(biāo)實(shí)際極性與參考極性相反。（3）c圖，不能確定，雖然u=15V＞0,但圖中沒有標(biāo)出參考極性。第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)聯(lián)參考方向

電流參考方向是從電壓的參考高電位指向參考低電位關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)方向一致方向不一致第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電功率

電功率是指單位時(shí)間內(nèi)，電路元件上能量的變化量。即在電路中，電功率簡稱功率。它反映了電流通過電路時(shí)所傳輸或轉(zhuǎn)換電能的速率。功率的單位：瓦特（W），千瓦（kW）和毫瓦（mW）第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月功率有大小和正負(fù)值

元件吸收的功率p＞0，則該元件吸收（或消耗）功率

p＜0，則該元件發(fā)出（或供給）功率第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月試求如圖1-8所示電路中元件吸收的功率。（1）a圖，所選u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率P=UI=4×（－3）W=﹣12W此時(shí)元件吸收功率﹣12W，即發(fā)出的功率為12W。

(2)b圖，所選u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，元件吸收的功率P=﹣UI=﹣（﹣5）×3W=15W此時(shí)元件吸收的功率為15W。例1-2解第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)c圖，u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，P=﹣UI=﹣4×2W=﹣8W即元件發(fā)出的功率為8W。(4)d圖，u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，P=UI=（﹣6）×（﹣5）W=30W即元件吸收的功率為30W。第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，產(chǎn)生10W功率。（c）非關(guān)聯(lián)方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，吸收10W功率。第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電阻和電阻元件物體對電流的阻礙作用，稱為該物體的電阻。用符號(hào)R

表示。電阻的單位是歐姆（Ω）。電阻元件是對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件的總稱。如電爐、白熾燈、電阻器等?！?-2電路的基本元件第25頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電導(dǎo)電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，是表征材料的導(dǎo)電能力的一個(gè)參數(shù)，用符號(hào)G

表示。電導(dǎo)的單位是西門子（S），簡稱西。（1-5）第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻元件上電壓與電流關(guān)系

1827年德國科學(xué)家歐姆總結(jié)出：施加于電阻元件上的電壓與通過它的電流成正比。u=Ri(1-6)u=﹣Ri(1-7)第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻元件的伏安特性線性電阻非線性電阻第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻元件上的功率

若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻R上消耗的功率為p=ui=(Ri)i=R

（1-8）若u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，則p=﹣ui=﹣(﹣Ri)i=R

可見，p≥0，說明電阻總是消耗（吸收）功率，而與其上的電流、電壓極性無關(guān)。第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

如圖1-9所示電路中，已知電阻R吸收功率為3W，i=﹣1A。求電壓u及電阻R的值。

p=ui=u(﹣1)A=3Wu=﹣3Vu的實(shí)際方向與參考方向相反由于u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，由式（1-11）圖1-9例1-3解第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓源電壓源是實(shí)際電源（如干電池、蓄電池等）的一種抽象，是理想電壓源的簡稱。符號(hào)伏安特性圖1-12第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓源的兩個(gè)特點(diǎn)①無論電源是否有電流輸出，U=，與

無關(guān)；開路接外電路②

由及外電路共同決定。第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月例電路如圖，已知Us=10V,求電壓源輸出的電流。外電路R有兩種情況（1）R=5Ω（2）R=10Ω解（1）R=5Ω由電壓源特性知，（2）R=10Ω第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電流源電流源也是實(shí)際電源（如光電池）的一種抽象，是理想電流源的簡稱。符號(hào)伏安特性第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源的兩個(gè)特點(diǎn)①電流恒定，即，與輸出電壓U無關(guān)；②U由及外電路共同決定。第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、幾個(gè)有關(guān)的電路名詞

（1）支路：電路中具有兩個(gè)端鈕且通過同一電流的每個(gè)分支（至少含一個(gè)元件）。（2）節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。（3）回路：電路中由若干條支路組成的閉合路徑。（4）網(wǎng)孔：內(nèi)部不含有支路的回路。§1-3基爾霍夫定律第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）

KCL指出：任一時(shí)刻，流入電路中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各支路電流代數(shù)和恒等于零，即KCL源于電荷守恒。列方程時(shí)，以參考方向?yàn)橐罁?jù)，若電流參考方向?yàn)椤傲魅搿惫?jié)點(diǎn)的電流前取“＋”號(hào)，則“流出”節(jié)點(diǎn)的電流前取“－”號(hào)。∑i

=0（1-9）第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月在如圖1-16所示電路的節(jié)點(diǎn)a處，已知=3A，=－2A，=－4A，=5A，求。將電流本身的實(shí)際數(shù)值代入上式，得3A－（－2）A－（－4）A＋5A－=0據(jù)KCL列方程=14A例1-4解第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)：任一假設(shè)的閉合面＋－=0由KCL得第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月兩套“＋、－”符號(hào)

①在公式∑i=0中，以各電流的參考方向決定的“＋、－”號(hào)；②電流本身的“＋、－”值。這就是KCL定義式中電流代數(shù)和的真正含義。第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、基爾霍夫電壓定律（簡稱KVL）

KVL指出：任一時(shí)刻，沿電路中的任何一個(gè)回路，所有支路的電壓代數(shù)和恒等于零，即KVL源于能量守恒原理。列方程時(shí)，先任意選擇回路的繞行方向，當(dāng)回路中的電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)，該電壓前取“＋”號(hào)，否則取“－”號(hào)。（1-10）∑u=0第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月在圖1-18所示電路中，已知=3V，=－4V，=2V。試應(yīng)用KVL求電壓和。方法一步驟一：任意選擇回路的繞行方向，并標(biāo)注于圖中步驟二：據(jù)KVL列方程。當(dāng)回路中的電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)，該電壓前取“＋”號(hào)，否則取“－”號(hào)。回路Ⅰ：回路Ⅱ：例1-5解第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月步驟三：將各已知電壓值代入KVL方程，得回路Ⅰ：回路Ⅱ：兩套“＋、－”符號(hào)：①在公式∑u=0中，各電壓的參考方向與回路的繞行方向是否一致決定的“＋、－”號(hào)；②電壓本身的“＋、－”值。這就是KVL定義式中電壓代數(shù)和的真正含義。第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月方法二利用KVL的另一種形式，用“箭頭首尾銜接法”，直接求回路中惟一的未知電壓，其方法如圖1-19所示?；芈发瘢夯芈发颍簩⒁阎妷号c未知電壓的參考方向箭頭首尾銜接第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖1-20所示，試求的表達(dá)式。例1-6解第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖1-21a所示，試求開關(guān)S斷開和閉合兩種情況下a點(diǎn)的電位。圖1-21a圖是電子電路中的一種習(xí)慣畫法，圖1-21a可改畫為圖1-21b。例1-7解第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）開關(guān)S斷開時(shí)據(jù)KVL（2+15+3）kΩ×=（5+15）V由“箭頭首尾銜接法”得o第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月或2）開關(guān)S閉合時(shí)第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月四、

支路電流法

支路電流法是以支路電流為未知數(shù)，根據(jù)KCL和KVL列方程的一種方法。具有b條支路、n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，應(yīng)用KCL只能列（n－1）個(gè)節(jié)點(diǎn)方程，應(yīng)用KVL只能列l(wèi)=b－(n－1)個(gè)回路方程。第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月支路電流法的一般步驟

1）在電路圖上標(biāo)出所求支路電流參考方向，再選定回路繞行方向。2）根據(jù)KCL和KVL列方程組。3）聯(lián)立方程組，求解未知量。第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖1-22所示電路，已知=10Ω，=5Ω，=5Ω，=13V，=6V，試求各支路電流及各元件上的功率。（1）先任意選定各支路電流的參考方向和回路的繞行方向，并標(biāo)于圖上。（2）根據(jù)KCL列方程節(jié)點(diǎn)a（3）根據(jù)KVL列方程回路Ⅰ:回路Ⅱ:例1-8解第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）將已知數(shù)據(jù)代入方程，整理得（5）聯(lián)立求解得第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）各元件上的功率計(jì)算即電壓源發(fā)出功率10.4W；即電壓源發(fā)出功率1.2W；即電阻上消耗的功率為6.4W；即電阻上消耗的功率為0.2W；即電阻上消耗的功率為5W。第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路功率平衡驗(yàn)證：1）電路中兩個(gè)電壓源發(fā)出的功率為10.4W＋1.2W=11.6W電路中電阻消耗的功率為6.4W＋0.2W＋5W=11.6W即Σ=Σ可見，功率平衡。2）=（－10.4－1.2＋6.4＋0.2＋5）W=0即ΣP=0（1-12）可見，功率平衡。（1-11）第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡(luò)是指復(fù)雜的電路。網(wǎng)絡(luò)A通過兩個(gè)端鈕與外電路聯(lián)接，A叫二端網(wǎng)絡(luò)，如圖1-23a所示。圖1-23一、二端網(wǎng)絡(luò)等效的概念§1-4二端網(wǎng)絡(luò)的等效

二端網(wǎng)絡(luò)第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月等效的概念當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)A與二端網(wǎng)絡(luò)A1的端鈕的伏安特性相同時(shí)，即則稱A與A1是兩個(gè)對外電路等效的網(wǎng)絡(luò)，如圖1-23b所示。圖1-23第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電阻的串并聯(lián)及分壓、分流公式據(jù)KVL得串聯(lián)電路的等效電阻當(dāng)有n個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)，其等效電阻為（1-13）電阻的串聯(lián)第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月分壓公式

同理注意電壓參考方向所以（1-14）第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻的并聯(lián)

據(jù)KCL得或R稱為并聯(lián)電路的等效電阻第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)有n個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其等效電阻的為：（1-15）用電導(dǎo)表示，即第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月分流公式

同理注意電流參考方向所以（1-16）第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖1-26所示，有一滿偏電流，內(nèi)阻=1600Ω的表頭，若要改變成能測量1mA的電流表，問需并聯(lián)的分流電阻為多大。要改裝成1mA的電流表，應(yīng)使1mA的電流通過電流表時(shí)，表頭指針剛好滿偏。例1-9解第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月多量程電流表如圖1-27所示。1mA擋：當(dāng)分流器S在位置“3”時(shí)，量程為1mA，分流電阻為，由例1-9可知，分流電阻例1-10，今欲擴(kuò)大量程為1mA，10mA，1A三擋，試求電阻、和的值。解第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1A擋：當(dāng)分流器S在位置“1”時(shí)，量程為1A，即，此時(shí)，與（）并聯(lián)分流，有第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月10mA擋：當(dāng)分流器S在位置“2”時(shí)，量程為10mA，即mA，此時(shí)，與（）并聯(lián)分流，有第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖1-28所示，試求開關(guān)S斷開和閉合兩種情況下b點(diǎn)的電位。（1）開關(guān)S閉合前（2）開關(guān)S閉合后由于所以例1-11解第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效變換和內(nèi)阻實(shí)際電源都有內(nèi)阻。理想電源實(shí)際上是不存在的。實(shí)際電壓源，可以用理想電壓源和內(nèi)阻串聯(lián)來建立模型。實(shí)際電壓源模型第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際電流源模型實(shí)際電源都有內(nèi)阻。理想電源實(shí)際上是不存在的。實(shí)際電流源，可以用理想電流源和內(nèi)阻并聯(lián)來建立模型。第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月等效變換原則等效原則：對外電路等效，即第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月等效變換公式根據(jù)等效原則得第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月試完成如圖1-30所示電路的等效變換。已知A，=2Ω，則=2×2V=4V=2Ω已知=6V，=3Ω，則=3Ω例1-12解第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電壓源從負(fù)極到正極的方向與電流源的方向在變換前后應(yīng)一致。2.實(shí)際電源的等效變換僅對外電路等效，即對計(jì)算外電路的電流、電壓等效，而對計(jì)算電源內(nèi)部的電流、電壓不等效。3.理想電流源與理想電壓源不能等效，因?yàn)樗鼈兊姆蔡匦酝耆煌?。?shí)際電源等效變換的注意事項(xiàng)第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電路化簡方法小結(jié)對含源混聯(lián)二端網(wǎng)絡(luò)的化簡，可根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)，靈活運(yùn)用上述方法。其原則是：先各個(gè)局部化簡，后整體化簡；先從二端網(wǎng)絡(luò)端鈕的里側(cè)，逐步向端鈕側(cè)化簡。第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月試用電源變換的方法求如圖1-31所示電路中，通過電阻上的電流。1.電源轉(zhuǎn)換例1-13解第74頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3