电工与电子技术基础第1章直流电路及其分析方法课件.ppt

1、任课教师基本情况姓名：苑尚尊姓名：苑尚尊单单 位：电子信息工程学院电工电子教研位：电子信息工程学院电工电子教研室室办公地点：第一实验楼办公地点：第一实验楼409409室室联系电话：教研室联系电话：教研室65022333(65022333(实验室实验室65023730)65023730)手手 机：机：1502326846015023268460电子邮箱：电子邮箱：第第 1 章章 直流电路及其分析方法直流电路及其分析方法结束结束 使用教材电工与电子技术基础电工与电子技术基础苑尚尊编著中国水利水电出版社9.1 放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工电路是电流的通路，

2、是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的

3、电压或电流称为激励，它推动电电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R；筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。把单位时间内通过某一导体横

4、截面的电荷把单位时间内通过某一导体横截面的电荷量定义为电流强度（简称电流），用量定义为电流强度（简称电流），用I表示。它表示。它是衡量电流强弱的基本物理量。是衡量电流强弱的基本物理量。电流的单位是：电流的单位是：安培（安培（A）、还有毫安（）、还有毫安（mA）或微安（）或微安（A）。）。它们的关系是：它们的关系是：1A=103mA=106A 。电流的参考方向可能与实际方向不一致。当电电流的参考方向可能与实际方向不一致。当电流的实际方向与参考方向一致时，其值为正；流的实际方向与参考方向一致时，其值为正；当实际方向与参考方向相反时，其值为负。当实际方向与参考方向相反时，其值为负。为了表示电场力对电

5、荷做功的本领，为了表示电场力对电荷做功的本领，引入了引入了“电压电压”这个物理量，用这个物理量，用U表示。表示。在数值上电压就是电场力把单位正电荷在数值上电压就是电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。从一点移到另一点所做的功。电压的单位是伏特（电压的单位是伏特（V）还有千伏（还有千伏（kV）、毫伏（）、毫伏（mV）和微伏（）和微伏（V）它们的关系是：它们的关系是：1V=10-3kV=103mV=106V 电位的概念：电位的概念：它是表示电场中某一点性质的物理量，而且它是表示电场中某一点性质的物理量，而且是相对于确定的参考点来说的。电场中某点的电是相对于确定的参考点来说的。电场中某点的电位

6、在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任位在数值上等于电场力将单位正电荷自该点沿任意路径移到参考点所做的功。意路径移到参考点所做的功。A点电位用点电位用A表示。表示。将电位与电压进行比较，可以得出电场中某点的将电位与电压进行比较，可以得出电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。电位的单位电位就是该点到参考点之间的电压。电位的单位也是伏特（也是伏特（V）。且规定参考点的电位为零伏，）。且规定参考点的电位为零伏，所以参考点也叫所以参考点也叫零电位点零电位点。在进行电路分析时，如果电压的实际方向难以在进行电路分析时，如果电压的实际方向难以确定，也可任意假定某个方向作为电压的参考方确定，也可任意假

7、定某个方向作为电压的参考方向。这个参考方向可能与电压的实际方向不一致，向。这个参考方向可能与电压的实际方向不一致，当电压的实际方向与参考方向一致时，其值为正；当电压的实际方向与参考方向一致时，其值为正；当电压的实际方向与参考方向相反时，其值为负。当电压的实际方向与参考方向相反时，其值为负。电压的参考方向可以用三种方法来表示。电压的参考方向可以用三种方法来表示。（1）用）用“+”、“-”符号分别表示电压参考方向的符号分别表示电压参考方向的高电位端和低电位端。高电位端和低电位端。（2）用箭头的指向表示，它由电压参考方向的高）用箭头的指向表示，它由电压参考方向的高电位端指向低电位端。电位端指向低电位

8、端。（3）用双下标字母表示。如用）用双下标字母表示。如用Uab表示电压的参考表示电压的参考方向，则第一个字母表示高电位端，第二个字母表方向，则第一个字母表示高电位端，第二个字母表示低电位端。参考方向是从示低电位端。参考方向是从a指向指向b。如参考方向与其实际方向一致，其数值为正，如参考方向与其实际方向一致，其数值为正，否则为负值。通常情况下电源的电动势常用端电否则为负值。通常情况下电源的电动势常用端电压来表示。压来表示。电源的电源的E在数值上等于电源力把单位正电荷从在数值上等于电源力把单位正电荷从低电位端经电源内部移到高电位端所做的功。低电位端经电源内部移到高电位端所做的功。P=UI电气设备做

9、功的速率电气设备做功的速率W W=UItUIt 单位：焦耳（单位：焦耳（J J）大的单位：）大的单位：kWhkWh（度）（度）电功率的单位：瓦特（电功率的单位：瓦特（W）（kW）（mW）U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=UI 0，电源电源；P=UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P=UI 0，电源电源。电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出，（发出功率）（发出功率）；负载：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。（吸收功率）（吸收功率）。（1）电压和电流的

10、方向是客观存在的。参考方向是人为规定的）电压和电流的方向是客观存在的。参考方向是人为规定的方向，在分析电路时需要先规定参考方向，然后根据这个规定方向，在分析电路时需要先规定参考方向，然后根据这个规定的参考方向列写方程式。的参考方向列写方程式。（2）参考方向一经确定，在整个分析计算过程中必须以此为准，）参考方向一经确定，在整个分析计算过程中必须以此为准，不能再改变。不能再改变。（3）不标明参考方向，说某个电压或电流的值为正、为负没有）不标明参考方向，说某个电压或电流的值为正、为负没有意义。意义。（4）参考方向可以任意选取而不影响结果。）参考方向可以任意选取而不影响结果。（5）电压和电流的参考方向

11、可以分别单独选取。但为了分析方）电压和电流的参考方向可以分别单独选取。但为了分析方便，同一段电路的电流和电压的参考方向要尽量一致（电流的便，同一段电路的电流和电压的参考方向要尽量一致（电流的方向从电压的方向从电压的“+”极性端流入，从电压的极性端流入，从电压的“”极性端流出）。极性端流出）。【例】电路如图所示，U=12V，I=4A。试计算元件的电功率。【解】由电路可知，此题的电压和电流为关联方向，有48)4(12UIP(W)这说明元件产生功率，而不是吸收功率，相当于电源。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。理想

12、元件是组成电路模型的基本单元，元理想元件是组成电路模型的基本单元，元件上电压与电流之间的关系又称为元件的伏安件上电压与电流之间的关系又称为元件的伏安特性，它反映了元件的性质。电路元件按能量特性，它反映了元件的性质。电路元件按能量特性，可分为无源元件和有源元件；按与外部特性，可分为无源元件和有源元件；按与外部连接的数目，可分为二端、三端、四端元件等；连接的数目，可分为二端、三端、四端元件等；按伏安特性，可分为线性元件和非线性元件。按伏安特性，可分为线性元件和非线性元件。电阻元件是常见的二端电路元件电阻元件是常见的二端电路元件iRu 根据欧姆定律根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关

13、系即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系SlR 金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：导电性能有关，表达式为：0dd00 tRituiWt2t电阻的能量电阻的能量Riu+_ 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即：IUR iNiL电感电感:(H、mH)电流通过电流通过N匝匝线圈产生线圈产生(磁链磁链)N 电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生(磁通磁通)ui+-线圈

14、的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。的导磁性能等有关。lNSL2(H)lNSL2tiLteLdddd 自感电动势的正方向自感电动势的正方向iu+-eL+-LS 线圈横截面积（线圈横截面积（m2）l 线圈长度（线圈长度（m）N 线圈匝数线圈匝数 介质的磁导率（介质的磁导率（H/m）自感电动势瞬时极性的判别自感电动势瞬时极性的判别tiLeLdd 0 tiLeLdd i 0 tidd221LiWLtiLeuLdd 根据基尔霍夫定律可得：根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i，并积分，则得：，并积分，则得：20021dd

15、LiiLituiti 即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。向电源放还能量。uqC（1）电容量）电容量)(FuiC+_电容器的电容量与极板的尺寸和介质的介电常数有关。电容器的电容量与极板的尺寸和介质的介电常数有关。(F)dSCS 极板面积（极板面积（m2）d 板间距离（板间距离（m）介电常数（介电常数（F/m）tuCidd 当电压当电压u变化时，在电路中产生电流变化时，在电路

16、中产生电流:（2）电容元件的储能）电容元件的储能221CuWC 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u，并积分，则得：，并积分，则得：20021ddCuuCutuitu 即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。放还能量。根据：根据：tuCidd1.标称值标称值2.额定功率额定功率3.允许误差允许误差种类种类:碳膜、金属膜、碳膜、金属膜、线绕、可变电阻线绕、可变电阻1.标称值

17、标称值2.耐压耐压3.允许误差允许误差种类种类:云母、陶瓷、涤纶云母、陶瓷、涤纶电解、可变电容等电解、可变电容等误差误差标标称称值值 10%（E12）5%（E24）1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.21.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等等 1.2 电路基础知识电路基础知识 U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负

18、号由式前的正负号由U、I 正方向的关系确定；正方向的关系确定；U、I 值本身的正负则说明实际方向与正值本身的正负则说明实际方向与正 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 正方向相同。正方向相同。U=I R1.2.1 欧姆定律欧姆定律 解：解：对图对图(a)有有,U=IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IR326 :IUR所以所以326:IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A URRRU2111 URRRU2122 IRRRI2121 IRRRI2112 21111 RRR

19、特征特征:开关开关 断开断开 I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；开路处的电流等于零；I =02.开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR EU0 1.3 电路的工作状态电路的工作状态 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U=0 PE=P=IR0P=01.1.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.2.短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IR0R

20、 EU0 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载电源与负载RREI 0负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:IR0R EU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载。电源与负载。RREI 0U=IR 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IRoUI=EI IRoP=PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定

21、。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R EU I 额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值：I IN，P IN，P PN 额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN 1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：灯泡：灯泡：UN=220V，PN =60W电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W 支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，

22、称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 23 3 在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节点的电流。点的电流。实质实质:或或:=0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对节点对节点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2I3=0I=?例例:广义节点广义节点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I5 1 1 5 6V12V即：即：U=0 在

23、任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2：E1=I1 R1+I3 R3E2=I2 R2+I3 R3或或 E1 I1 R1 I3 R3=0 或或 E2 I2 R2I3 R3=0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 2 U升升=U降降1列方程前一定要列方程前一定要标注标注回路的循行方向；回路的循行方向；电位升电位升=电位降电位降 E2=UBE +I2R2 UBE=E2 I2R22应用应用 U升升=U降降3.开口电压可按回路

24、处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I3 R3=I6 R6+I1 R1I4 R4=I2 R2+I6 R6E=I4 R4+I3 R3对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I1 R1+I2 R2=I3 R3+I4 R4应用应用 U升升=U降降列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：E=I2 R2+I1 R1adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I OSREI 电压源电压源+_+_0SRUII 电流源电流

25、源设设 IS=10 A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流。后，恒流源对外输出电流。RL IUISOIISU+_0SREI 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。注意事项：注意事项：解解:+abU5V(c)+a5AbU3(b)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A2 3 b+(a)a+5V3 2 U+b+b(a)a+U2 5V A1A22228 I+例例3：解：解：2A3 6 2AI4 2 1 1AI4 2 1 1A2 4A2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 1 A2A3122 I1 I4 2 1A2 8V+-I4 1 1A4 2A

26、I2 1 3AI4 2 1 1A2 4A电路如图。电路如图。U110V，IS2A，R11，R22，R35 ，R1。(1)求电阻求电阻R中的电流中的电流I；(2)计算理想电压源计算理想电压源U1中的电流中的电流IU1和理想电流源和理想电流源IS两两端的电压端的电压UIS；(3)分析功率平衡。分析功率平衡。A10A110111RUIA6A22102S1IIIaIRISbI1R1(c)R3b(a)IR1IR1RIS+_IU1+_UISUR2+_U1a(b)aIR1RIS+_U1b(2)由图由图(a)可得：可得：A4A4A2S1R IIIA2A51031R3 RUI理想电压源中的电流理想电压源中的电流

27、A6A)4(A2R1R3U1III理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压V10V22V61S2S2ISIRRIIRUUaIRISbI1R1(c)R3b(a)IR1IR1RIS+_IU1+_UISUR2+_U1a(b)aIR1RIS+_U1b各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：W36=61=22RIPRW16=41=22111）（RRIRPW8=22=22S22IRPRW20=25=22333RRIRP两者平衡：两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W80W=80W(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源

28、，发出的功率分别是：都是电源，发出的功率分别是：W60=610=111UUIUPW20210SSSIUPII 1.6 电路的分析方法电路的分析方法 2121RREII SIRRRI2121S21221 111IRRRRREIIISIRRRI2112SIRRRRRE21121 12112112111211)(RIRIRIIRIP A1A5510322RREIS231 5V5VUI R A5.0A5.0A1 222 III所所以以A5.01555S3232 IRRRIS220.55V2.5VUI RV5.72.5V5VSSS UUU 电路如图，已知电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R

29、2=4，R3=13 ，试用戴维南定理求电流，试用戴维南定理求电流I3。A5.2A4420402121 RREEI 221210RRRRR，所以所以A2A13230303 RREIA2.1A5512211 RREIA8.0A51012432RREIR0abR3R4R1R2 8.5434321210RRRRRRRRR，所以所以A126.0A108.52G0G RREI2.举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位:Ua、Ub、Uc、Ud 。解：解：设设 a为参考点，为参考点，即即Ua=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Ub=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6

30、A d+90V20 5+140V6 cdE1140VE290Vbca20 4A6 10A 5 6A d图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位UA解解:(1)当开关当开关S S断开时断开时(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 UA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 UA=6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k+6VA2k SI I2 2I I1 1(a)电路如下图所示，电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。表示出来。(2)当电位器当电位器RP的滑动触点向下滑动时，的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？两点的电位增高了还是降低了？A+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1I解：（解：（1）电路如左图，零）电路如左图，零电位参考点为电位参考点为+12V电源的电源的“”端与端与12V电源的电源的“+”端的联接处。端的联接处。当电位器当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，减小，所以所以A电位增高、电位增高、B点电位降低。点电位降低。（2）UA=IR1+12 UB=IR2 12