(初学)电子电工技术

电路与电子技术电工技术电子技术（第1章-第4章）（第5章-第9章）第1章直流电路1.1电路1.2简单电路及基本物理量介绍1.3实际电源及其等效变换1.4电气设备额定值和电路的工作状态1.5基尔霍夫定律1.6支路电流法1.7结点电压法1.8叠加原理1.9等效电源定理电路1.1电路(1)实现电能的输送和转换(2)实现信息的处理与传递放大器扬声器话筒发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线1.1.1电路的作用及组成即电流的通路，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的通路。1.电路的作用电源:提供电能负载:取用电能中间环节：起到传送、分配和控制电能的作用2.电路的组成发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线电路由三部分组成：电源、负载、中间环节电池灯泡电源负载中间环节EIRU+_R0实际电路电路模型导线1.1.2电路元件与电路模型(理想)电路元件实际电路的电路模型1.2简单电路及基本物理量的介绍1.2.1简单电路和复杂电路凡不能用串并联等效变换化简为单一回路的有分支的电路。电路元件经串并联等效变换后，可化简为单一回路的。简单电路：复杂电路：﹡结点﹡支路的概念﹡有源支路和无源支路﹡回路与网孔复杂电路举例ba+-E2R2+-R3R1E1支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。节点：三条或三条以上支路连接的点。回路：由支路组成的闭合路径。I1I2I3312ba+-E2R2+-R3R1E1cdef网孔：未被支路分割的最简单回路。有源支路无源支路1.2.2电路中的基本物理量及其参考方向1.电流dtdqi(2)实际方向单位：安（培），用A表示,1A=103mA=106μA⑴定义正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向；在内电路中由电源负极流向正极；在外电路中由高电位流向低电位。(3)若电流的大小和方向均不随时间变化，则称为直流电流，用大写字母I来表示。若电流的大小和方向随时间变化，即是时间的函数，则称为交流电流，用小写字母i或i(t)来表示。对电流的参考方向的几点说明（1）在解题前，先任意假定一个方向作为电流的参考方向（用带箭头的有向线段表示）。参考方向并不一定与实际方向一致，是人为任意假定的。Iab双下标I箭头abR（2）根据参考方向列写方程，若计算结果为正值，则说明电流的实际方向与参考方向相同；若计算结果为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。※(4)电流的参考方向（正方向）U1ABR1U2IRRR+_+_电流方向BA？AB？IRab－5A+_I1=1AI1=-1A10V10I110V10I1IRab5A+_例：2.电压A、B间的电压(降)uAB等于将单位正电荷q从A点（高电位）移至B点（低电位）电场力所做的功WAB，其值等于A、B两点之间的电位差。单位：伏特V(1)定义(2)电压的实际方向电位降低（由高电位指向低电位）的方向。(3)直流电压，用大写字母U来表示。交流电压，用小写字母u或u(t)来表示。※(4)电压的参考方向是人为任意指定的某一方向。根据参考方向列写方程，若计算结果为正值，则说明电压的实际方向与参考方向相同；若计算结果为负值，则电压的实际方向与参考方向相反。★电压参考方向的三种表示方式(2)箭头表示法：(1)极性表示法：U(3)双下标表示法abUab+U-★电压的参考方向+（参考方向）U0+实际方向+（参考方向）U0实际方向+(5)关联参考方向U、I关联参考方向U+_IU、I非关联参考方向_+UI电压和电流的参考方向相同电压和电流的参考方向相反非关联参考方向若电阻的电压和电流的参考方向相反（即非关联参考方向）注意：公式必须和参考方向配套使用！若电阻的电压和电流的参考方向相同（即关联参考方向）(6)欧姆定律URIR+UIU–RIRI+U小结+UI+UI关联参考方向非关联参考方向•分析计算电路前，必须首先选定所有元件的电压和电流的参考方向（不用考虑实际方向），即在图中相应位置标注出来。•参考方向一经选定，在计算过程中不允许改变。•关联参考方向和非关联参考方向可以根据具体电路来做出选择。3.电动势(1)定义(3)直流电动势常用大写字母E表示。交流电动势常用小写字母e或e(t)表示。※注意：对于一个电源来说，既有电动势又有端电压。电动势只存在于电源内部，其方向由负极经电源内部指向正极；而端电压则是电源加在外电路两端的电压，其方向由正极/高电位指向负极/低电位。(2)实际方向大小等于外力克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。单位：伏(特)V在电源内部由低电位指向高电位，即电位升高的方向，与电压方向正好相反。(1)定义单位：瓦[特]W千瓦kW4.电功率P=W/t※(2)电源与负载的判别根据元件的电压和电流实际方向是否一致来判定，即电压、电流实际方向相反，发出功率——电源电压、电流实际方向相同，吸收功率——负载其值等于单位时间内电路元件吸收或发出的电能。方法一P=UIP0实际吸收功率，该元件起负载作用；P0实际发出功率，该元件起电源作用。P=-UI+–IU元件+–IU元件P0实际吸收功率，该元件起负载作用；P0实际发出功率，该元件起电源作用。（U、I为关联参考方向）（U、I为非关联参考方向）方法二根据元件的电压、电流的参考方向来判定。U=5V，I=1A。P=UI=51=5W＞0P=-UI=-51=-5W＜0+–IU关联I+–U非关联例1:所以，吸收功率，此元件为负载。所以，发出功率，此元件为电源。U=5V，I=-1A。P=UI=5(-1)=-5W＜0P=-UI=-5(-1)=5W＞0+–IU关联+–IU非关联所以，吸收功率，此元件为负载所以，发出功率，此元件为电源。例2：【练习与思考】1.2.3(1)定义5.电位是指电路中某点n至参考点的电压，记为“Vn”。通常设参考点的电位为零。某点电位为正，说明该点电位比参考点电位高；某点电位为负，说明该点电位比参考点电位低。任意两点间的电压等于这两点的电位差Uab=Va-Vb(2)电位与电压的关系ab15AVb=-5Vb点电位：例：电路中，a点和b点的电位是多少？a，b两点间的电压是多少？解：选取a点为参考点Va=0VUab=Va-Vb=5V选取b点为参考点Vb=0VVa=+5Va点电位：Uab=Va-Vb=5V结论：•电位值具有相对性，即参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变。•电路中两点间的电压值具有绝对性，不会因为参考点的不同而改变，即与零电位参考点的选取无关。已知：VA=10V，VB=－10V，VC=5V。求：UAB和UBC各为多少？解：根据电位差与电位的关系可知：ABAB10(10)20VUVV---BCBC(10)-515VUVV---例1※借助电位的概念可以简化电路bca204A610AE290V+-E1140V56A+-d+90V205+140V6cda例212V+_12V+_R1R2R3AR1R2R3+U1-U2AR1R3+12V-12VR2AI1I2I3【例1.2.3】【练习与思考】1.2.31.2.6UIR0+-UsRLU=Us–IR0R0称为电源的内阻1.3实际电源及其等效变换1.3.1实际电压源模型I=US/(Ro+RL)当R0=0时，实际电压源模型就变成理想压源模型。IUS+_abUabUS称为电源特点：（1）无论负载如何变化，输出电压不变。（2）电源中的电流由外电路决定。（3）凡与理想电压源并联的元件（包括理想电流源在内）两端的电压都等于理想电压源的电压。IUs+_abUab理想电压源（恒压源）UIR0+_UsRLU=Us–IR0电压源模型电流源模型US／R0=U／R0+IIS=I0+I令：I0=U／R0IS=US／R0IRLISR0UIo1.3.2实际电流源模型abIUabIs当Ro=∞时，实际电流源模型就变成理想电流源模型。bISR0aUabI特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；（2）输出电压由外电路决定。（3）凡与理想电流源串联的元件（包括理想电压源在内）其电流都等于理想电流源的电流。等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变（大小、方向都不变），即当接有同样的负载时，负载的电压、电流相等。等效条件:IS=US/R0，或US=ISR0（R0相同）。电流源的方向是由电压源的负极指向正极。等效是对外电路而言的——对外等效+IR0+U_ISI+_UsR0U_1.3.3电压源和电流源的等效变换(2)等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。注意而开路时，电流源中有电流流过R0。而短路时，电流源中的电阻R0中却没有电流。短路时，电压源中有电流流过电阻R0；开路时，电压源中无电流流过R0；IS(3)理想电压源与理想电流源不能相互转换。方向(1)变换关系数值关系IS+_USIR0+U_R0+u_IS(4)等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。R0+–USabISR0abR0–+USabISR0ab利用电源等效变换化简电路并计算举例2A+_U5∥56AU=20V举例5A3472AI＝？15vI=0.5A+__+8v776A+_5510V10VU=?把电路转换成一个理想电压源和一个电阻串联的形式。10V70V10+_66V10+_1010V6A++__举例6V102A6A+_举例1A106A7A1070V10+_60V+_6V10+_6V106A+_66V10+_举例举例例1:试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。A1A22228++-I解:–8V+–22V+2I(d)2由图(d)可得6V3+–+–12V2A6112I(a)2A3122V+–I2A61(b)4A2222V+–I(c)40V104102AI=?2A630V_++_640V4102AI=?30V_++_30601.520IA--+I=?60V101030V_+_例2:计算I=?P15[例1.3.3]•定义：电气设备在正常运行时规定的允许使用值。•额定值反映了电气设备的使用安全性。额定值表示电气设备的正常工作条件与工作能力。•额定值下的工作状态称为额定状态。1.4电气设备额定值和电路的工作状态1.4.1电气设备的额定值﹡额定电流IN：电气设备在一定环境温度下，长期连续运行或在规定时间内允许通过而不会引起设备损坏的最大电流。﹡额定电压UN：电气设备根据所用绝缘材料的耐压程度以及容许温升等情况而规定出的正常工作时的电压。﹡额定功率PN：电气设备在额定电压和额定电流下工作时的输入功率或输出功率。•满载(额定工作状态)：I=IN，P=PN。(经济合理、安全可靠)•过载(超载)：IIN，PPN。(设备易损坏、使用寿命降低)•欠载(轻载)：IIN，PPN。(不经济、设备易损坏、使用寿命降低)★电气设备的三种运行状态1、通路(有载工作状态)1.4.2电路的工作状态——通路、开路和短路012SLUIRRR++UL=IRL特征:P=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻、线路损耗功率RLUS+-RlR0RlFUFUSIUL+-负载大小:是指负载取用的电流和功率(电压一定)。注意负载大小≠负载电阻大小特征:Uoc+-RLUS+-RlR0RlFUFUSUL+-I2、开路(空载状态)I=0Uoc=USP=0UL=0开路电压.负载功率特征:0SscUIR电源产生的能量全被内阻消耗掉UL=0PE=P=Isc²R0P=03、短路RLUS+-RlR0RlFUFUIscUL+-ILIL=0短路电流(很大)负载功率例：求下图有载状态下的I、U、P。I=6/(2+1)=2AU=RLI=2VP=UI=4W列出方程如果此电路开路？如果此电路短路？支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的连接点。回路：由支路组成的闭合路径。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E13121.5基尔霍夫定律网孔：没有分支的简单回路。支