新學(xué)年新學(xué)期新的自我一定會成功！汽車電工電子學(xué)

主講：徐忠君第1章電路分析基礎(chǔ)主講：徐忠君第1章電路基本理論及基本定律1.1電路及電路模型1.2電路的基本物理量1.3電流電壓的參考方向

1.4功率及能量

1.5電阻元件1.6電感元件、電容元件1.7電壓源、電流源及其等效變換1.8基爾霍夫定律第1章電路分析基礎(chǔ)本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的通路、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義；4.會計算電路中各點的電位。5.了解實際電源的兩種模型及其等效變換。6.掌握支路電流法、疊加原理和戴維寧定理等電路的基本分析方法。1.1電路及電路模型電路是由若干電路元件或設(shè)備組成的，能夠傳輸能量、轉(zhuǎn)換能量；能夠采集電信號、傳遞和處理電信號的有機整體。①電路的組成：電源信號源負載中間環(huán)節(jié)1.電路的組成和作用電路——電流流通的路徑。手電筒電路·中間環(huán)節(jié)：連接電源和負載②電路的作用：燈泡電池開關(guān)電源負載電源：非電能電能負載：電能非電能電能的輸送和轉(zhuǎn)換（如電力工程）信號的傳遞與處理（如信息工程）返回發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐電力系統(tǒng)電路示意圖輸電線中間環(huán)節(jié)負載放大器話筒揚聲器擴音機電路示意圖信號源（電源）③電路系統(tǒng)的概念系統(tǒng)是由若干互相關(guān)聯(lián)的單元或設(shè)備組成，并具有一定功能的有機整體。激勵響應(yīng)系統(tǒng)中電源（或信號源）的作用稱為激勵。由激勵引起的結(jié)果（如某個元件的電流、電壓）稱為響應(yīng)。2理想元件和電路模型將實際電路中的元件用理想元件來表示，構(gòu)成的電路圖——電路模型①常用的理想元件RLE+_Is電阻電感電容恒壓源恒流源C+R③

電路模型US+_RLSRO電路模型是實際電路的科學(xué)抽象手電筒電路模型iuRL日光燈電路的模型②電路元件分類線性元件非線性元件時變元件非時變元件有源元件無源性元件1.2電路的基本物理量1.2.1、電流及其參考方向帶電粒子（電子、離子等）的定向運動形成了電流。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量定義為電流強度，并用它來衡量電流的大小。用符號表示,即

dq為極短時間dt內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。習(xí)慣上把正電荷的定向運動方向規(guī)定為電流的方向。

當(dāng)電流的大小和方向都不隨時間變化時,稱為直流電流,簡稱直流。直流電流常用英文大寫字母I表示。 大小和方向隨著時間按周期性變化的電流,稱為交流電流,常用英文小寫字母I表示。單位是安［培］,符號為A。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。在分析與計算電路時,常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。圖1.2電流的參考方向1.2.2、電壓及其參考方向 電路中A、B兩點間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點移動到B點所減少的電能或所做的功,即 式中,Δq為由A點移動到B點的電荷量,ΔWAB為移動過程中電荷所減少的電能。 電壓的實際方向是使正電荷電能減少的方向,電壓的SI單位是伏［特］,符號為V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。

量值和方向都不隨時間變化的直流電壓,用大寫字母U表示。交流電壓,用小寫字母u表示。圖1.3電壓的參考方向

元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的,稱為關(guān)聯(lián)參考方向。圖1.4電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向

二、電位 在電路中任選一點,叫做參考點,則某點的電位就是由該點到參考點的電壓。 如果已知a、b兩點的電位各為Va,Vb,則此兩點間的電壓即兩點間的電壓等于這兩點的電位的差,電路中電位的概念和計算電位：參考點：1.電位的概念電路中某點的是對參考點的電壓零電位點、O點、“地”電力工程中以大地為參考點電子線路以輸入、輸出的公共線為參考點放大器bR1R2E2E1+-R3+_acdbR1R2R3a+E1-E2cd設(shè)b點為參考點:c點的電位為:

Uc=E1d點的電位為:

Ud=-E2電子電路的習(xí)慣畫法R1R2+15V-15V

參考電位在哪里？R1R215V+-正電源負電源電子電路的習(xí)慣畫法：電源電壓用電位值給出正電位值表示正電源，電源的負極接地。負電位值表示負電源，電源的正極接地。15V+-S斷開時各電阻為同一電流其中：UD=+12V；UC=－12V

S閉合上時：例試求開關(guān)S斷開和閉合時電路中各點的電位解：2.電位計算AB4kΩ6kΩC20kΩS－12V+12VDUA=－4VUB=－7.2VUD=+12V；UC=－12VUA=2VUB=0Ua=5V

a點電位：ab1

5AUb－5V

b點電位：例試求圖示電路中各點的電位及電壓UabUb=0V

b點電位：Ua=0V

a點電位：ab1

5A可見:電位與參考點的選擇有關(guān)；電壓與參考點的選擇無關(guān).Uab=Ua-UbUab=5VUab=5V①電位與參考點的選擇有關(guān)；電壓與參考點的選擇無關(guān)例試分別以電路中的a、b、c點為參考點求電位和電壓。注意：②電壓等于電位之差。如Uab=Ua-Ub+_3V+_6Vabc參考點電位和電壓UaUbUcUabUbcUcaa為參考點0V-3V-9V3V6V-9Vb為參考點3V0V-6V3V6V-9Vc為參考點9V6V0V3V6V-9V1.2.3、電動勢

電源力把單位正電荷從電源的負極移到正極所做的功稱為電源的電動勢，用表示，即

電動勢的實際方向在電源內(nèi)部從低點位指向高電位，單位與電壓相同,用v（伏特）表示直流電源在沒有與外電路連接的情況下，電動勢與兩端電壓大小相等方向相反UsIRU+_E+_U+_E+_U=EUsIRU+_E+_1.3電流、電壓的參考方向1.實際方向物理量單位實際方向

-E

+電流

IA,kA,mA,μA正電荷定向移動的方向電壓

UV,kV,mV,μV電場力作用,電位降落的方向電動勢

EV,kV,mV,μV電源力作用,電位升高的方向+I

-+U

-分析計算電路時，人為任意設(shè)定的電量方向2.參考方向（假設(shè)方向、正方向）I=5AI′Rab=－5A例Rab注意：引入?yún)⒖挤较蚝?，物理量為代?shù)量若計算結(jié)果為正(I>0)，則實際方向與參考方向一致；若計算結(jié)果為負(I′<0)，則實際方向與參考方向相反。電流方向a

b？電流方向b

a？I①參考方向的表示方法參考極性abUab

雙下標(biāo)箭標(biāo)_+USabR②參考方向的作用.便于列寫電路方程③關(guān)聯(lián)參考方向.便于確定實際方向關(guān)聯(lián)參考方向

U與I的方向一致

+_IUabR_IUabR+非關(guān)聯(lián)參考方向

U與I的方向相反

U=IRU=-IR

+_I=3AU=6VabR例應(yīng)用歐姆定律求電阻Ra+_I=-3AU=6VbR

+_I=3AU=－6VabR

+_I=-3AU=－6VabR（3）應(yīng)用歐姆定律列寫式子時，式中有_____套正負號。列寫公式時，根據(jù)U、I的________得_______________U、I的值本身有____和_____之分（1）分析計算電路時，首先要畫出

，標(biāo)出電壓、電流的

。（2）參考方向是________設(shè)定的。未標(biāo)參考方向的前提下，討論電壓、電流的正、負值是__________。問題與討論電路圖參考方向兩參考方向公式中的正負號正值負值沒有意義的人為任意例試求：當(dāng)U分別為3V和1V時的電流IR解：(1)假定電路各電量的參考方向如圖所示；(2)列電路方程：IRR=1ΩE=2VURabU+—+—+—(3)數(shù)值計算（實際方向與假設(shè)方向一致）（實際方向與假設(shè)方向相反）1.4、功率及能量傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率,簡稱功率,用p或P表示。 如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向,則所得的p應(yīng)看成支路吸收的功率,計算所得功率為負值時,表示支路實際發(fā)出功率。 如果電流、電壓選擇非關(guān)聯(lián)參考方向,p應(yīng)看成支路發(fā)出的功率,即計算所得功率為正值時,表示支路實際發(fā)出功率;計算所得功率為負值時,表示支路吸收功率。 在直流情況下功率的單位為瓦［特］,簡稱瓦,符號為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。從t0到t時間內(nèi),電路吸收（消耗）的電能為

直流時，有電能的SI主單位是焦［耳］,符號為J,在實際生活中還采用千瓦小時（kW·h）作為電能的單位,簡稱為1度電。所有元件吸收的功率的總和為零。這個結(jié)論叫做“電路的功率平衡”。

例1-1圖1.5

所示為直流電路,U1=4V,U2=-8V,U3=6V,I=4A,求各元件接受或發(fā)出的功率P1、P2和P3,并求整個電路的功率P。 解P1的電壓參考方向與電流參考方向相關(guān)聯(lián),故 P1=U1I=4×4=16W(吸收16W) P2和P3的電壓參考方向與電流參考方向非關(guān)聯(lián),故

P2=U2I=(-8)×4=-32W(吸收32W) P3=U3I=6×4=24W(發(fā)出24W) 整個電路的功率P,設(shè)吸收功率為正,發(fā)出功率為負,故P=16+32-24=24W圖1.5例1-1圖1.5電阻元件

電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。實物Riu1.電壓與電流的基本關(guān)系R的單位為歐［姆］（Ω）（R常用單位：、k、M）伏安特性1.電阻元件

電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。返回oiuuio線性電阻的伏安特性非線性電阻的伏安特性2.電阻的伏安特性注意:歐姆定律僅適用于線性電阻電路。3.電阻元件的功率和能量在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻元件的功率為單位為瓦特（W）從t1到t2的時間內(nèi)，電阻元件吸收的能量為單位為焦耳（J）返回1.6.1.電感元件⑴電感φiueLiue1.6電感元件、電容元件

Ψ=LiL=Ψ／iL單位是亨利(H)L為常數(shù)稱為線性電感L不是常數(shù)稱為非線性電感⑵自感電動勢eL=dΨdt=Ldidt⑶電壓與電流的關(guān)系uL=－eL=Ldidt返回*若i=I，uL=0電感對直流相當(dāng)于短路⑷能量P=ui=L

ididt*它是一種儲能元件不消耗能量>0則P>0吸收能量電能磁場能<0則P<0放出能量磁場能電能返回WL=∫t0P

dt=t0∫L

ididt

dtWL=12L

i

2能量是逐漸積累不能突變∴電感中的電流不能突變

*WL與i

2成正比，與u無關(guān)，當(dāng)u＝0WL仍可能存在

返回1.6.2電容元件⑴

電容uiCq

=CuC(法拉F)=q

(庫侖)u

(伏)1F=106μF1μF=106pFC為常數(shù)——線性電容C不是常數(shù)——非線性電容返回⑵

電壓與電流關(guān)系i=dqdt=CduCdt若uC＝UC則i＝0*電容元件對直流相當(dāng)于開路⑶能量P=uC

i=

C

uCduCdt>0則P>0吸收功率電容充電<0則P<0發(fā)出功率電容放電返回WC=∫t0P

dt=CuC212能量不能突變∴電容兩端的電壓不能突變電容是一種儲能元件,不消耗電能*

WC與U成正比，與i無關(guān)，

當(dāng)i=0時，WC仍可能存在。2

電路中能量轉(zhuǎn)換過程

電阻耗能元件電電感源儲能元件

電容返回1.理想電壓源和理想電流源①理想電壓源（恒壓源）:RO=0時的電壓源.特點：(1）輸出電壓

U不變，即Uab

US

；（2）電源中的電流

I由外電路決定。外特性U=f(I)oIUUS1.7電壓源、電流源及其等效變換IUS+_abURL設(shè):

E=10VIE+_abUab2

R1當(dāng)R1

R2

同時接入時：I=10AR22

例當(dāng)R1接入時：

I=5A則：（3）恒壓源中的電壓US為零時，恒壓源視為短路。US=0+_（4）與恒壓源并聯(lián)的元件對外電路而言為可視為開路。E+_abR2E+_abR1R2Is恒壓源特性中不變的是：_____________US恒壓源特性中變化的是：_____________I_________________會引起I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向恒壓源兩端可否短路？

a+_IUSUabbR問題與討論否因為R=0時②理想電流源（恒流源):

RO=

時的電流源.特點：（1）輸出電流

I不變，即

I

IS

外特性（2）輸出電壓U由外電路決定。abIUIsRLIUabISoIUIsR設(shè):IS=1AR=10

時，U=10

VR=1

時，U=1

V則:例E+_abR1R2Is（3）恒流源的電流IS為零時，恒流源視為開路。（4）與恒流源串聯(lián)的元件對外電路而言為可視為短路。IS=0abR1Is恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向恒流源兩端可否開路？

abIUabIsR問題與討論否因為R=∞時恒壓源中的電流如何決定？恒流源兩端的電壓等于多少？例∵串聯(lián)電流相同?！嚯妷涸粗械碾娏鱅=IS恒流源兩端的電壓取決外電路IUs

R_+abUab=?Is解：恒壓源中的電流如何決定？恒流源兩端的電壓等于多少？例∵并聯(lián)電壓相同。電壓源中的電流取決外電路∴恒流源兩端的電壓解：aIUs

R_+bUab=?IsIR③電功率的正負(1)概念：(2)公式：關(guān)聯(lián)時：IU+—P=UI非關(guān)聯(lián)時：IU+—P=-UI負載消耗（吸收）的功率；電源產(chǎn)生（提供）的功率。吸收（取用）功率，元件為負載發(fā)出（產(chǎn)生）功率，元件為電源若P

0若P

0(3)功率的正負：根據(jù)能量守恒定律電路中的功率平衡∑P=0

例+—+——+IRURUS2US1已知：US1=15V，US2=5V，R=5Ω，試求電流I和各元件的功率。解：

已知：U1=20V，I1=2A，U2=10V，I2=-1A，

U3=-10V，I3=-3A，試求元件的功率，并說明性質(zhì)。I3

I2I1U3U2U11423例元件1功率

元件2功率

元件3功率

元件4功率

解：元件1、2發(fā)出功率是電源，元件3、4吸收功率是負載。上述計算滿足ΣP=0。2.實際電壓源的兩種電路模型①電壓源模型及外特性IURo越小斜率越小UIRO+-USRLUSO恒壓RO=0時，U=US外特性RO越大特性越陡②電流源模型及外特性外特性ISROabIURLIUISROO恒流ISRO=∞時，I=IS3.電源(電路)的三種狀態(tài)

(1).通路：電路中有電流和功率的轉(zhuǎn)換①電流：②電壓：③功率：RLIUabE+_abRo+_RO

↓→IRO↓→Uab↑通路、開路、短路④電氣設(shè)備的額定值額定值:

電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài):欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟)

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN(經(jīng)濟合理安全可靠)

⑴額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；⑵額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W

額定電壓UN、額定電流IN和額定功率PN（2）額定電流為100A的發(fā)電機，只接60A的照明負載，還有電流40A流到哪里去了？問題與討論（1）一個100Ω、1W的電阻器，在使用時允許流過的電流和允許加的電壓不得超過多少？答:不存在40A.電源的輸出功率和輸出電流取決于負載.答:2.開路：開路電壓：特點：Uo=

EIE+_RoUoabRL+_輸出功率P=0

輸出電流I=0有源二端網(wǎng)絡(luò)ab無源二端網(wǎng)絡(luò)abUo+_Roab3.短路：IsUabE+_abRoRLFU特點：輸出功率P=0

輸出電壓U=0短路電流：短路保護:

熔斷器FU工作短接:ASR1R24.兩種電源的等效變換

等效互換的條件：對外的電壓電流相等。I=I'Uab=U'ab即：IRO+-USbaUabU'abISabI'R'OaUS+-bIUabRO電壓源電流源U'abR‘oIsabI'①等效互換公式+－②等效變換的注意事項(1)兩電路對外等效，外特性一致。(2)兩內(nèi)阻相等（Ro=R‘o），所接位置不同。(3)IS流出端對應(yīng)US的正極“+”。+－aUSbIRo(Ro、R‘o不一定必須是電源的內(nèi)阻。)ISaR‘obI'（4）兩電路的內(nèi)部不等效，其內(nèi)阻的壓降和內(nèi)阻的損耗一般不相等。（5）恒壓源和恒流源不能等效互換abI'U'abIsaUS+－bI③

應(yīng)用舉例例10V－+2A3

1

2

I10V－+3

1

I2

4V－+I=?1A6

2V－+2

3

4A2

2

I－+1A3

12V－+6

2

2

2

I6VI=?例(接上頁)1A6

2V－+2

3

4A2

2

I3A1

2V-+2

2

I+1

3