1、雅安职业技术学院机电与信息工程系电工与电子技术任课教师：联系方式：雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第一章第一章 直流直流电电路路第一节、电路的基本概念电路：由各种电路元件或设备组成的，是能够实现电能的传输和转换，或者能够实现电信号的采集、传递和处理的有机整体。电源电源中间环节中间环节负载负载是向电路提供电能的装置电路中取用或转换电能的装置由导线、控制开关等组成雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（a）实际电路 （b）模型电路下图所示是一个白炽灯实际电路雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电路模型电路模型是将
2、实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些理想元件来表示时所构成的电路图。理想的电路元件理想的电路元件是指只进行某一种能量转换的元件。电路元件的电路模型电路元件的电路模型雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系有关电路的几个概念有关电路的几个概念1.1.支路支路 电路中每一条不分岔的路径称为支路，支路中流过的是同一电流。2.2.节点节点 三条或三条以上的支路的连接点称为节点。3.3.回路回路 电路中任意一个闭合的路径。4.4.网孔网孔 内部不含支路的回路。5.5.网络网络 通常指比较复杂的电路。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系所示电路
3、中共有：6条支路4个节点7个回路3个网孔雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系课堂互动123在电路中如何区分电源和负载？如何理解理想电路元件中“理想”二字在实际电路中的含义？具体说出图1-3中分别有哪些支路、节点、回路、网孔。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、电路的基本物理量（一）电流（一）电流电荷的定向移动形成电流电流，在稳恒直流电路中，电流的大小和方向不随时间变化，在正弦交流电路中，电流的大小和方向按正弦规律变化。单位时间内通过导体截面的电荷量称为电流强度电流强度tQI dtdqi（直流）（交流）雅安职业技术学院机电与信息工程系雅
4、安职业技术学院机电与信息工程系在国际单位制中，电流的单位为安培(A)，还有毫安(mA)和微安（），各单位之间的换算关系为在电学中，电路中的电流强度简称电流，电流是电路中的主要电学量。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的正方向。电路中，电流的大小可定量地反映电流的强弱，电流的方向则是用电流前面的“+”、“-”号来表示雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）电压和电位（二）电压和电位电压将单位正电荷从电路中一点移到另一点时电场力所做的功定义为这两点间的电压电压，设将一电荷 q从 a点移到b 点时，电场力所做的功为Wab，则两点间的电压为qWUbb式中Uab 就是a、b
5、两点间的电压，当电功的单位用焦耳，电量的单位用库仑时，电压的单位是伏特伏特（V），还有千伏千伏（KV）、毫伏毫伏（mV）等，各单位之间的换算关系为mV10V10kV163雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电位 将单位正电荷从电路中一点移到参考点时电场力所做的功即为该点的电位电位。电路中某点的电位，在数值上等于该点到参考点之间的电压，故电路中任意两点间的电压就是这两点间电位的差值，即bbUUU其中Ua 和Ub 分别表示电路中a、b 两点的电位。电位电位的单位和电压的单位一样的单位和电压的单位一样。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）
6、电动势（三）电动势电动势是表示电源的非静电力做功把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，在数值上等于电源把正电荷从电源负极移到正极时所做的功。如果电源把正电荷 q从电源负极移到正极时，非静电力做的功为W，则电动势E 的大小为 qWE 电动势的单位是伏特（电动势的单位是伏特（V）雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（四）电流、电压和电动势的参考方向（四）电流、电压和电动势的参考方向当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时，则称它们为关联参考方向，反之就是非关联参考方向电路中电流的方向是指正电荷流动的方向，电路中两点之间电压的方向是从高电位指向低电位的方向，
7、电动势的方向是在电源内由低电位指向高电位的方向。其他物理量如电动势、电位、磁通等，在进行电路分析时，也要选定参考方向。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（五）电功和电功率（五）电功和电功率电功电功 电流能使电灯发光，电炉发热，电动机转动，说明电流具有做功的本领，电流所做的功称为电功UItW 电功率电功率 从物理学中我们已经知道，一个元件上的电功率等于该元件两端的电压与通过该元件电流的乘积UIP 如果电压和电流都是变量时，则为瞬时功率瞬时功率uip 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系元件上的电功率有吸收（或消耗）和产生（或发出）两种可能
8、，用功率的正负相区别，吸收功率为正，产生功率为负。按照能量守恒定律，对所有的电路来说 0P 0p或或雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系解：首先选定电流参考方向并标于图中，电路中的电流A52V)1222(2SRUUI0)(电流为正值，说明电流参考方向与实际方向一致。电源功率 0W115AV22SSIUP0)(电阻功率蓄电池功率W502)5(22RRIP60W5AV1222IUP0)(0)(雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 第二节 电路基本元件一、电阻线性电阻线性电阻，是指电阻元件的阻值是个常数，加在该电阻元件两端的电压 u和通过该元件
9、中的电流 i之间成正比例，即Riu 电阻上的电压和通过它的电流之间的关系用伏安特性曲线表示，这是一条通过坐标原点的直线。公式可写为:iuR 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电阻上的功率 ，是正值，因此，电阻是耗能元件耗能元件。RiP2电阻元件中流过电流时会因为消耗电能而发热，电炉、白炽灯、电子电路中的电阻元件以及变压器、电动机等用设备或元器件，在使用过程中，如果电流过大，就有被烧坏的危险，为了保证它们能安全可靠地工作，制造厂都给它们标上了电压、电流或功率的限额，这些限额称为额定值额定值。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、电感当有
10、电流 通过线圈时，线圈中就会建立磁场，设磁通为 ，线圈匝数为N，则与线圈相交链的磁链 为i N电感线圈中的电流与磁链之间的关系用韦安特性曲线表示。电感 定义为LiL雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系图中的韦安特性是一条过原点的直线，具有这种特性的电感元件称为线性电感元件，其电感值 是个常数，与电感中电流的大小无关。电感元件的伏安系式为dtdiLdtLiddtddtdeu）（）（LdtdiLu 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电流通过电感时没有发热现象，即电能没有转换为热能，在电感里进行的是电能与磁场能量的转换。设t=0 时i=0，时
11、开始对电感加电压，到t1时刻电感中的能量为)(21)()()(12)(0001L111tLiLiditdidtdiLtduitWtitt）（)(212LtLiW 即即雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、电容电容器是典型的电容元件电容元件，下图是电容元件的电路符号。在电容器两端，即两极板之间加上电压，电容器即被充电并建立电场。设极板上所带的电荷为q，则电容的定义为uqC pF10F10F1126雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系在关联参考方向下电容两端电流、电压的关系为dtduCdtdqi电容电流与它两端电压的变化率成正比，只有电压变
12、化时才会有电流 流过，因此电容也是一种动态元件动态元件。电容上施加一电压，则电容被充电并建立电场，可以证明，其电场能量电场能量为221CuW 即电容也是一种储能元件，储能大小与电压的平方成正比。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第三节 电压源和电流源电源是能给外电路提供电能或电信号的装置。电源有两种不同的类型电源有两种不同的类型电压源电压源电流源电流源雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系一、电压源电压源就是能向外电路提供比较稳定电压的装置 称电压源的源电压，为电压源内电阻，为电源的负载。由电路图可以得出，电源的输出电压 和输出电流 之间
13、的关系是IRUU0S这就是电压源输出端口上的伏安关系，称为电压源的外特性电压源的外特性方程方程。SU0RLRUI雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系当内电阻 时，外特性曲线将是一条纵坐标等于 的平行于横坐标的水平直线，见图（b），即输出电压将不受输出电流的影响，永远是个恒定值 这种内电阻等于零的电压源称为理理想电压源想电压源，又称恒压源恒压源00RSU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、电流源电流源就是能向外电路提供比较稳定电流的电源装置由图可以得出，电流源的输出电流与其输出电压之间的关系是0SRUII这就是电流源输出端口上的伏安关系
14、，称为电流源的外特性方程电流源的外特性方程。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电源的外特性曲线是一条平行于电压轴的垂直线，见图（b）。这种内阻等于无穷大的电流源称为理想电流源雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第四节 电路基本定律一、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(简称KCL)又称基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律，其具体内容是：对电路中的任一节点，在任一瞬时流入该节点电流的总和等于流出该节点电流的总和，若 表示流人节点的电流，表示流出节点的电流，则oiii如果流入节点电流
15、 取正号，流出节点电流 取负号，则式又可写为 0iiioiiioi雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系图1-13 基尔霍夫电流定律示例雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)又称基尔霍夫第二定律，它是用来约束电路中各段电压之间关系的定律。其具体内容是：在任一瞬时，在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零，即 0u例如在电路图1-15中，当沿回路a、b、c、d、e、a 顺时针绕行一周时，如果令电位降为正而电位升为负0654321
16、uuuuuu雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系图1-16 例题1-4图解:设电流的参考方向和回路绕行方向如图所示，应用KVL，由式(1-23)得01S322S1UIRIRUIR则有321S2S1RRRUUI将数据代人得A16V6)321()V814(.I电流I为正，表示它的实际方向与参考方向一致。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 例题1-5 列出图1-17所示电路中三个回路的KVL 方程。解:设各支路电流的参考方向和回路绕行方向，如图所示，应用KVL，由式(1-23)得01S445511URIRIRI回路I回路回路02S4422UR
17、IRI03S3355URIRI雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、电路中电位的计算 电路中某点的电位，在数值上等于该点到参考点之间的电压，参考点又称零电位点，规定该点的电位为零。在电工实际应用中一般选大地或与大地相接的机壳作为零电位参考点，用符号“”来表示。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系如图所示电路若选择 e 点为参考点，这时各点的电位是若选定c 点为参考点，则各点的电位是雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系例题1-6 计算图1-21所示电路中开关 K合上和断开时各点的电位。图1-21 例题1-6 雅
18、安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 第五节 电路的分析方法一、支路电流法 以各支路电流为未知量，应用KCL和 KVL以及欧姆定律列出电路方程，从而求解出各支路电流的方法称为支路电流法。它是复杂电路的基本分析方法，此法的具体步骤如下：首先标出各支路电流的参考方向和回路的绕行方向然后列出电流方程式和电压方程式最后联立求解方程组，即可求出各支路电流。123雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、节点电压法 对于只有两个节点且有多条支路并联组成的电路，在求各支路的响应时，可以先求出这
19、两个节点间的电压，然后再求出各支路电流，这种方法称为节点电压法。可得到如下方程可得到如下方程:雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、节点电压法对节点KCL 应用，可得到把、和代入得044S33S22S11SRUURUURUURUU整理得出节点电压GIRRURRRRRURURURUUSS432144S33S22S11S11111雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系解:由公式(1-24)得V5414121114821216UU对以上方程求解得：雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、电压源与电流源的等效变换 电压
20、源与电流源的等效变换是指变换前后任一负载在这两个电源上都应得到相同的响应，也就是说等效变换前后对外电路而言，其电流和电压均保持不变，功率也保持不变。图1-25 电压源与电流源的等效变换00S0SLRURURUUI(1-25)雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系0SLRUII00RR(1-26)00RR(1-27)则由(1-25)和式(1-26)可得0RUISS0RIUSS或雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第六节电路的基本定理一、叠加原理电路的叠加原理可表述为：在由多个独立
21、电源共同作用的线性电路中，在由多个独立电源共同作用的线性电路中，任一支路中产生的电流任一支路中产生的电流(或电压或电压)，都可看成各个独立电源分别单独作用时，都可看成各个独立电源分别单独作用时在该支路中所产生的电流在该支路中所产生的电流(或电压或电压)的叠加的叠加(代数和代数和)。使用叠加原理时要注意几点注意几点：（1）电路的叠加原理只适用于线性电路。（2）计算功率时不能用叠加原理。（3）叠加时要注意各支路电流和电压的参考方向，并在电路中标明。（4）叠加时不能改变电路的结构和参数，只是让电压源短路，电流源开路。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、戴维南定理所谓有
22、源二端网络，就是内含独立电源且具有两个出线端的的部分电路。不含独立电源的二端网络则称为无源二端网络。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系戴维南定理可表述为：任何一个线性有源二端网络都可以用一个理想电压源U S和内阻R0 的串联组合来等效代替。使用戴维南定理时要注意：（1）戴维南定理只适用于线性电路。（2）戴维南定理只适用于计算网络外部的电压和电流。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系 三、诺顿定理在电路分析中还有一个和戴维南定理类似的定理，叫做诺顿定理。诺顿定理可表述为：任一
23、线性有源二端网络都可以用一电激流为IS 的理想电流源和内电阻为R0 的并联组合来等效代替。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第七节含受控源电路的分析一、受控源 前面提到的电压源、电流源，其源电压或源电流不受电路中其他支路的电流或电压的影响，被称为独立电源。在有些电路中，还存在另一种电源，其电压或电流受其他支路的电流或电压的控制，我们把这种电源称之为受控源或非独立电源。变压器就是受控源的一个实例。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系电压控制电压源(VCVS)；电压控制电流源(
24、VCCS)；电流控制电压源(CCVS)；电流控制电流源(CCCS)。按照受控源是电压源还是电流源和控制量是电流还是电压，常常把受控源分为四种：1234雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、含受控源的电路分析 无论是在什么情况下，含受控源的电路分析的基本依据是基尔霍夫定律。分析电路时需要特别注意的是，在使用叠加原理和戴维南定理分析含受控源的电路时，各个独立电源单独作用，要保留所有的受控源，受控源不能单独作用，不能把受控源也用短路线或开路代替。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程
25、系 图1-35 例题1-13雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第八节 非线性电阻电路及分析方法一、非线性电阻另有压敏电阻、半导体二极管、晶体管、电子管等元件，它们的伏安特性是一条曲线，电阻值随电流(或电压)的变化而变化，这些元件称为非线性非线性电阻元件电阻元件。非线性电阻元件非线性电阻元件静态电阻(或直流电阻)动态电阻之分雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系图1-38 静动态电阻图解PPPP1tgIURtgdiduiuri1Lim0所以非线性电阻的电阻值与工作点的选定有关，工作点不同，静态电阻和动态电阻均不相同。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、简单非线性电阻电路分析方法解：设非线性电阻两端的电压为U，根据KVL 可列出电压方程为:0SUIRU
