1、电工技术教案制作教案制作 龙达峰龙达峰 20102010年年9 9月月一、一、本课程的性质和地位本课程的性质和地位 本课程的性质是电气、电子类各专业共同本课程的性质是电气、电子类各专业共同开设的一门很重要的技术基础课开设的一门很重要的技术基础课, ,可以说电路可以说电路理论是学习一切电气、电子工程的理论基础。理论是学习一切电气、电子工程的理论基础。 二、二、电工技术研究对象电工技术研究对象 电路技术的研究对象是把实践中应用的工程电路电路技术的研究对象是把实践中应用的工程电路抽象化了以能量为转换核心去研究它的基本规律和抽象化了以能量为转换核心去研究它的基本规律和分析方法分析方法. .激励)(tf
2、响应 ?)( ty 已知电路 电路理论的第二个特点是电路理论的第二个特点是:讨论问题的侧重点不是元件的讨论问题的侧重点不是元件的内部机理，而是重在外部关系内部机理，而是重在外部关系，即元件端口上电流电压间是即元件端口上电流电压间是什么关系。什么关系。 电路理论的一个显著特点电路理论的一个显著特点:是在物理学的基础上，应用大量的是在物理学的基础上，应用大量的数学，又结合工程实际来抽象的研究电路的分析计算方法。数学，又结合工程实际来抽象的研究电路的分析计算方法。电路分析的目的电路分析的目的：通过求解响应，认识已知电路的：通过求解响应，认识已知电路的功能和固有属性。功能和固有属性。（技术指标）（技术
3、指标） 已知电路参数和激励，如何求取电路中的响应已知电路参数和激励，如何求取电路中的响应是电路分析贯穿始终的一条主线。是电路分析贯穿始终的一条主线。 第第1 1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律电路组成与电路模型电路组成与电路模型1.1电流电压及其参考方向电流电压及其参考方向1.2电源电源1.6电路的功与功率计算电路的功与功率计算1.3基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4首首 页页本章重点本章重点电阻电感和电容电阻电感和电容1.51. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：2. 2. 电路元件的特性电路元件的特性返 回1
4、.电路电路 就是电流的通路。它是由电气设备或器件按一定方式就是电流的通路。它是由电气设备或器件按一定方式组合而成的。比较复杂的电路呈网状组合而成的。比较复杂的电路呈网状, ,常称网络。常称网络。电路的作用一：电路的作用一：实现电能的传输和转换。（力能电路）实现电能的传输和转换。（力能电路） 发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线在电路理论中在电路理论中“电路电路”与与“网络网络”没有严格区别没有严格区别. 电源电源中间环节中间环节 负载负载 电路的组成：电源、负载、中间环节三部分电路的组成：电源、负载、中间环节三部分1.1 1.1
5、 电路组成与电路模型电路组成与电路模型电源：将非电能转换成电能的装置。电源：将非电能转换成电能的装置。 例如：发电机、干电池例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能或电信号的装置。负载：将电能转换成非电能或电信号的装置。 例如：电动机、电炉、灯例如：电动机、电炉、灯中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路配电能的作用。例如：输电线路发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源中间环节中间环节 负载负载 举例：（电子电路，即信号电路）举例：（电子电路，
6、即信号电路）放放大大器器 电源电源（信号源）（信号源）中间环节中间环节 负载负载 电路的作用二：电路的作用二：实现信号的传递和处理。实现信号的传递和处理。（信号电路）（信号电路） 这里当然也完成了能的传输和分配这里当然也完成了能的传输和分配, ,这里主要关心的是如这里主要关心的是如何准确地实现信号的传递和处理。何准确地实现信号的传递和处理。下 页上 页例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型返 回实际部件实际部件:品种多，不具有单一的电磁特性，品种多，不具有单一的电磁特性，难于定量描述难于定量描述。(如通电线圈如通电线圈)2. 2. 电路模型电路模型 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件
7、的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。2. 2. 电路模型电路模型sRLRsU10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想有某种确定的电磁性能的理想元件。元件。l电路模型电路模型下 页上 页返 回5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源
8、：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种种基本理想电路元件有三个特征：基本理想电路元件有三个特征： （a a）只有两个端子；只有两个端子； （b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述； （c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。下 页上 页注意返 回具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一电路模型表示；在一定条件下可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。
9、电路模型可以有不同的形式。下 页上 页注意返 回1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。1.1.电流的参考方向电流的参考方向l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量下 页上 页返 回l方向方向 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动
10、方向为电流的实际方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件( (导线导线) )中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: : 实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随时间变对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。化时，电流的实际方向往往很难事先判断。下 页上 页问题返 回问题的提出：问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电
11、流方向BA？E1ABRE2IR+_+_l参考方向参考方向 大小大小方向方向( (正负）正负）电流电流( (代数量代数量) )任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0i 0 I0 实际方向与假设方向一致实际方向与假设方向一致I0 I 0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+ 0 吸收功率吸收功率 P0 吸收功率吸收功率 P0, 电感吸收功率。电感吸收功率。当电流减小，当电流减小，p0, 电容吸收功率。电容吸收功率。当电容放电，当电容放电，p 0, , 电容发出功率。电容发出功率。l 功率 电容能在一段时间内吸收外部供给的电容能在一段
12、时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是储能内又把能量释放回电路，因此电容元件是储能元件，它本身不消耗能量。元件，它本身不消耗能量。u、 i 取关取关联参考方向联参考方向下 页上 页表明返 回从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变化量：)(21)(21022tCutCuWCttCCuuCuW)(21ddd2l 电容的储能电容的储能下 页上 页)(21)(2122CutCu)(212tCu返 回 电容的储能只与当时的电压值有关，电容电电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反映了储
13、能不能跃变；压不能跃变，反映了储能不能跃变； 电容储存的能量一定大于或等于零。电容储存的能量一定大于或等于零。下 页上 页表明0)(21) t (W2CtCu返 回例例)(tusC0.5Fi求电容电流求电容电流i、功率、功率P (t)和储能和储能W (t)21t /s20uS/V电源波形电源波形解解uS (t)的函数表示式为的函数表示式为: :s2 0s21 42s10 20 0)(Stttttttu下 页上 页返 回stttttttu2 0s21 42s10 20 0)(SstttttuCti2 0s21 1s 10 10 0dd)(S解得电流解得电流21t /s1i/A-1下 页上 页0返
14、 回s2 0s21 42s 10 20 0)()()(tttttttitutp21t /s20p/W-2吸收功吸收功率率发出功率发出功率下 页上 页返 回s2 0s21 )2(s 10 0 0)(21)(222CtttttttCutW21t /s10WC/J下 页上 页返 回下 页上 页实际电容器实际电容器返 回 1.6 1.6 电源电源l电路符号电路符号1.1.理想电压源理想电压源l定义定义iSu+_下 页上 页其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。返 回电源两
15、端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。l理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系uiSu直流电压源直流电压源的伏安关系的伏安关系下 页上 页例例Ri-+Su外电路外电路RuiS)( 0Ri)0( Ri电压源不能短路！电压源不能短路！0返 回l电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；+_iu+_SuiuPS 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电）由低电位向高电位移动，外力克
16、服电场力作位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。功，电源发出功率。 iuPS发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用物理意义：物理意义：下 页上 页+_iu+_Su电压、电流参考方向关联；电压、电流参考方向关联；物理意义：物理意义：电场力做功，电源吸收功率电场力做功，电源吸收功率 iuPS吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载返 回例例 计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）下 页上 页5Ri+_Ru+_10V5V-+
17、返 回其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.2.理想电流源理想电流源l 定义定义uSi+_下 页上 页l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。关；与它两端电压方向、大小无关。返 回电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。uiSi直流电流源的直流电流源的伏安关系伏安关系下 页
18、上 页0例例Ru-+Si外电路外电路SRiu )0( 0Ru)( Ru电流源不能开路！电流源不能开路！返 回 可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。子被激发产生一定值的电流等。下 页上 页实际电流源的产生：实际电流源的产生：l 电流源的功率电流源的功率u+_SiSuiP 电压、电流的参考方向非关联电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用SuiP 电压、电流的参考方向关联电压、电流的参考方向关联；u+_Si吸收功率，充当
19、负载吸收功率，充当负载SuiP 返 回例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）下 页上 页u2Ai+_5V-+返 回5 5、 受控电源受控电源( (非独立源非独立源) )l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1.1.定义定义受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电或电流流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。下 页上 页返 回
20、电流控制的电流源电流控制的电流源 ( CCCS ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2.2.分类分类四端元件四端元件12 ii输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分下 页上 页 i1+_u2i2_u1i1+返 回g: 转移电导转移电导 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS ) )12gui 电压控制
21、的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) )12 uu: 电压放大倍数电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+下 页上 页i1u1+_u2i2_u1+_返 回电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )12riu r : 转移电阻转移电阻 例例bicibcii 电路模型电路模型ibicib下 页上 页ri1+_u2i2_u1i1+_返 回3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决定，与电由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压路中其它电压、电流无关，而受控源电压( (或或电流电流) )由控制量
22、决定。由控制量决定。独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流对另一处的电压或电流电压或电流的控制关系的控制关系，在电路中不能作为，在电路中不能作为“激励激励”。下 页上 页返 回例例1求：电压求：电压u2解解Ai2361Viu4610 65125i1+_u2_i1+-3u1=6V下 页上 页返 回解解A155102IV2225532222IIIIU下 页上 页10V+-3I2U=?I =055-+2I2 I25+-例例2求开路电压求开路电压 U返 回解解12 IRU111 RUIIS)1 (11RUIS)1 ( 12RURUS)1 (121RUIUPSSS221222o)1 (RURPS)1 (12RRUUS)1 (2120RRPPS选择参数可以得到选择参数可以得到电压和功率放大。电压和功率放大。+- -I1U=?R2 I1R1US上 页例例3求输出电压求输出电压 U返 回
