电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件.ppt

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1、主编 王浩中国电力出版社,电工学,李薇薇,主编 王浩电工学李薇薇,内容提要(电工技术部分）,直流电路电容元件与电感元件正弦交流电路铁磁材料与磁路变压器电机发电厂厂用电及低压电动机的控制常用电工仪表及使用,内容提要(电工技术部分）直流电路,内容提要(电子技术部分）,半导体二极管及整流电路半导体三极管及放大电路数字电路基础组合逻辑电路时序逻辑电路模/数转换器和数/模转换器,内容提要(电子技术部分）半导体二极管及整流电路,第一章 直流电路,1.9节点电压法,1.8两种电源模型及其等效互换,1.7电阻的串联与并联,1.6基尔霍夫定律,1.5电路的三种状态,1.4电阻元件及欧姆定律,1.3电功率与电能,

2、1.2电流、电压及电动势,1.1电路及电路模型,1.10叠加定理,1.11戴维南定理,小结,习题一,返 回 总 目 录,第一章 直流电路1.9节点电压法1.8两种电源模型及其等效互,1.1电路及电路模型,概念：电流流经的路径。组成：由电源、负载和中间环节组成。,电路各部分的功能电源：产生电能，将其他能量转换为电能负载：用电设备总称，将电能转换为其他能中间环节：电路中传输、分配、控制电能作用。,一、电路,1.1电路及电路模型概念：电流流经的路径。电路各部分的功能一,电路元件概念：为了对电路进行分析计算，常常将实际电器元件近似化和理想化，把在一定条件下忽略次要电磁因素，仅考虑其主要电磁特性的理想元

3、件，称为电路元件。电路模型：用国家标准规定的电路元件图形符号代替实际电路器件所绘制的电路，称为电路模型，亦叫原理电路图，简称电路图。,二、电路模型,手电筒实际电路图,手电筒原理电路图,退出,电路元件概念：为了对电路进行分析计算，常常将实际电器元件,一、电流,电流概念：电荷的定向移动称为电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量，简称电流。用于衡量电流大小。,1.2电流、电压和电动势,电流方向：正电荷运动方向，习惯称为电流的实际方向。,一、电流电流概念：电荷的定向移动称为电流。1.2电流、电压和,直流电流：大写 I 表示,电流单位：安培（安），A 千安，kA 毫安，mA,直流电流：大写 I

4、表示电流单位：安培（安），A,电压概念：在电场力的作用下，单位电荷从一点移到另一点的能量改变量称为这两点间的电压，u表示。,二、电压,电压方向：正电荷运动其能量减少的方向，习惯称为电压的实际方向。,电压概念：在电场力的作用下，单位电荷从一点移到另一点的能量改,电压单位：伏特（伏），V 千伏，kV 毫伏，mV 微伏，V,直流电压：大写U 表示,电压单位：伏特（伏），V直流电压：大写U 表示,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,参考方向概念：对于一个元件，在电压（或电流）可能的两个方向中任选的一个方向称为参考方向。,三、电流、电压的参考方向,正负号问题：若实际方向与参考方向相同，前加正号；

5、若实际方向与参考方向相反，前加负号。,参考方向概念：对于一个元件，在电压（或电流）可能的两个方向中,有关参考方向的注意事项：电路中，电流、电压的参考方向用实线箭头表示，需要时，用虚线箭头表示其实际方向。,1）电流、电压的方向客观存在，参考方向人为选定。2）同一电流（或电压），参考方向选择不同，其表示结果为等大异号。如：Uab=-Uba,Iab=-Iba3）无特殊说明，电流、电压均为带有正负号的参考量，不指明参考方向谈正负毫无意义。参考方向一经选定不能随意变动。,有关参考方向的注意事项：1）电流、电压的方向客观存在，参考方,关联参考方向与非关联参考方向 对某一段电路或某一元件，若选择电流、电压参

6、考方向一致，称关联参考方向；如不一致，称非关联参考方向。,如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。,关联参考方向与非关联参考方向 如果采用关联方向,电位概念：在电路中，任选一点为参考点，则某一点到参考点之间的电压，称作该点的电位。用V表示。单位同电压单位。,四、电位,选O点为参考点，Va=UaoVo=0，参考点也叫零电位点,对上图，有：Va=Uao，Vb=Vbo，Uab=Uao+Uob=Uao-Ubo=Va-Vb,结论：两点间的电压等于两点间的电位差。所以电压也叫电位差。亦可知电压方向是高电位指向低电位。,电位概念：在电路中，任选一点为参考点，则某一点到参考点之间的,选用不同的参考点，各点电位

7、的数值不同，但任意两点之间的电压不随参考点的改变而变化。,参考点的选择：电力系统，常以大地，电子设备，常选机壳。,选用不同的参考点，各点电位的数值不同，但任意两点之间的电压不,电动势概念：电源力将单位正电荷从电源的负极移动到正极所做的功，称为电源的电动势。电动势方向：电源负极指向电源正极。电动势的实际方向与电压实际方向相反单位：同电压，伏特（V）,五、电动势,电动势概念：电源力将单位正电荷从电源的负极移动到正极所做的,直流电源：电动势的大小和方向不随时间变化的电源。E表示其电动势。一般符号：,电池类直流电源符号：,注意：当不考虑电源内阻，电源电动势大小与电源端电压大小相等。,当方向相反：,当方

8、向相同：,退出,直流电源：电动势的大小和方向不随时间变化的电源。E表示其电动,1.3 电功率与电能,功率概念：单位时间内电源力或电场力所做的功称为电功率，简称功率。,单位：瓦特（W），千瓦（kW），毫瓦（mW)1kW=103W 1mW=10-3W,功率与电压电流的关系：,一、电功率,直流电路功率：P=UI,1.3 电功率与电能功率概念：单位时间内电源力或电场力所做的,二端网络概念：电路中，对外只有两个端钮的一段电路两种情况：1）接受功率：二端网络端口电压电流方向相同，该网络接受功率为负载；2）发出功率：二端网络端口电压电流方向相反，该网络发出功率为电源。,电源：U和I的 实际方向相反，电流 从

9、端流出，发出功率 负载：U和I的实际方向相同，电 流从端流入，吸收功率,负载有时指用电设备，有时指功率。,二端网络概念：电路中，对外只有两个端钮的一段电路电源：U和I,电压电流关联方向时：P=UI,电压电流非关联方向时：P=UI,P0时接受功率，P0时发出功率。,功率与电流、电压的关系：,电压电流关联方向时：电压电流非关联方向时：P0时接受功率，,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,概念：在一段时间内电场力做功的总和称为电能，用W表示。直流电路：W=Pt=UIt电能单位：焦耳（J)，实用用千瓦时（kWh)1kWh=1000W3600s=3.6106J=1度,二、电能,概念：在一段时间内

10、电场力做功的总和称为电能，用W表示。二、电,退出,退出,电阻概念：导体或半导体对电流的阻碍作用称为电阻。电阻元件的特性：流过电流生热，消耗电能。电阻元件：理想的二端元件，其电压、电流方向总一致，不断消耗电能。简称为电阻。符号：R表示其阻值。线性电阻元件：电压与电流的大小成正比的电阻。否则为非线性电阻元件。线性电路：由线性元件组成的电路。否则为非线性电路。,1.4 电阻元件与欧姆定律,一、电阻元件,电阻概念：导体或半导体对电流的阻碍作用称为电阻。1.4 电阻,线性电阻元件伏安特性：,电阻：,电导：,电阻单位：欧姆（），千欧（k）;兆欧（M）1 k=103；1 M=103k=106,电导单位：西门

11、子（西），符号S。,线性电阻元件伏安特性：UIo电阻：电导：电阻单位：欧姆（）,当U、I 取关联参考方向相同时，,U、I 取非关联参考方向时，,说明：式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；,U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同，即取关联参考方向。,U=I R,U=IR,对于线性电阻元件，,二、欧姆定律,以上两式皆为欧姆定律式,当U、I 取关联参考方向相同时，U、I 取非关联参考方向时，,电阻功率：,三、电阻元件的功率,电阻实际应用：电热设备，如电热水器、电熨斗、电烤箱、电炉等,电阻是耗能元件，按电压电流关联参考方向，,退出,电阻功率：三、

12、电阻元件的功率电阻实际应用：电热设备，如电热水,1.5 电路的三种状态,一、工作状态,R0、UO分别为电源内阻和端电压，RL为负载电阻。开关S处于1位置，电路处于工作状态,电气设备的额定值：为了保证电路的正常工作，厂家对其生产的电气设备的工作电压、电流、功率等都规定了一个正常的使用值，称为电气设备的额定值。又称为铭牌值。,1.5 电路的三种状态一、工作状态R0、UO分别为电源内阻和,电气设备的工作状态：电气设备在实际使用时其电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。满载电气设备工作在额定值。过载电气设备超过额定值使用。轻载电气设备低于额定值使用。,额定值的表示：PN、UN、IN,对于电阻

13、：,电气设备的工作状态：额定值的表示：PN、UN、IN对于电阻：,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,二、电源开路,当开关S处于2位置，电路处于开路状态。,三、电源短路,当开关S处于3位置，电路处于短路状态。,短路电流很大，应避免短路，用短路保护，低压供电系统，用熔断器（保险丝）保护,退出,二、电源开路 当开关S处于2位置，电路处于开路状态,1.6 基尔霍夫定律,支路、节点、回路、网孔,支路：电路中具有两个端钮且通过同一电流，由一个或几个元件串联而成的分支。,节点：3条或3条以上支路的联接点。,回路：电路中任意闭合的路径。网孔：内部不含支路的回路。,该图中含有五条支路、三个节点、六个回

14、路、三个网孔,1.6 基尔霍夫定律支路、节点、回路、网孔支路：电路中具有两,一、基尔霍夫电流定律（KCL）,对于电路中任意一个节点，在任意瞬时，流进的总电流等于流出的总电流。,汇集于电路任意节点的各支路电流的代数和等于零。,表述一,表述二,可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。,一、基尔霍夫电流定律（KCL）对于电路中任意一个节点，在任意,对节点a,对节点a,KCL不仅用于节点，还适用于假想的封闭面。,例：列出下图中封闭面大节点的KCL方程,解：取流入为正,将以上三式相加：I1I2I3 0,节点a I1I4+I60,节点b I2I4I50,节点c I3I5I60,K

15、CL的推广：,KCL不仅用于节点，还适用于假想的封闭面。例：列出下图中封闭,二、基尔霍夫电压定律（KVL）,表述,任一瞬时，电路中任意回路内各元件电压的代数和等于零。,先选绕行方向，回路内元件电压参考方向与绕行方向一致时取正（或负）号，相反时取负（或正）号。,二、基尔霍夫电压定律（KVL）表述任一瞬时，电路中任意回路内,例：列出下图中闭合回路的KVL方程。,例：列出下图中闭合回路的KVL方程。,KVL用于闭合回路，也可推广应用到假想的闭合回路。,例：列出下图的KVL方程,KVL的推广：,KVL用于闭合回路，也可推广应用到假想的闭合回路。例：列出下,不能直接判断各支路电流方向的电路称为复杂电路。

16、,支路电流法,复杂电路,当电路各电源电压、电阻已知，以支路电流为未知量，列出独立的KCL和KVL方程，联立求解方程组，求得各支路电流。,一个具有b条支路、n个节点的电路，根据KCL可列出（n1）个独立的节点电流方程式，根据KVL可列出b(n1)个独立的回路电压方程式。,不能直接判断各支路电流方向的电路称为复杂电路,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,即：,即：,解得：,退出,解得：退出,1.7 电阻的串联与并联,为了满足实际电路的需要，经常将电阻串联或并联。,一、电阻的串联,几个电阻依次相连，通过同一电流。,1.7 电阻的串联与并联 为了满足实际电路的需,几个电阻串联可用一个等效电阻代

17、替。,等效电阻,等效条件：相同外加电压作用下通过的电流相等，等效电阻又叫总电阻。,串联电阻的总电阻等于各电阻之和。,几个电阻串联可用一个等效电阻代替。等效电阻等效条件：相同外加,分压关系,在电阻串联电路中，各电阻上的电压与其电阻值成正比。,电压关系式为分压公式，其中电阻比为分压比。,分压关系在电阻串联电路中，各电阻上的电压与其电阻值成正比。电,二、电阻的并联,几个电阻连接在同一对节点上，各电阻承受同一电压。,等效电阻（总电阻）,二、电阻的并联 几个电阻连接在同一对节点上，各电阻承受同一,两个电阻并联时,上式表明：电阻并联时，总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即总电导等于各电导之和。,分流关

18、系,并联电阻应用：电流表量程扩大及分流电路,两个电阻并联时上式表明：电阻并联时，总电阻的倒数等于各并联电,三、电阻的混联,既有串联又有并联的电阻连接方式称为电阻的混联。,混联电路计算步骤,1）首先搞清楚各电阻的串并联关系，按照从后向前的所谓“倒推法”求出电路的总电阻。2）求出总电流。3）利用分流或分压公式求出各电阻的电流或电压。,三、电阻的混联既有串联又有并联的电阻连接方式称为电阻的混联。,退出,退出,1.8两种电源及其等效变换,一、理想电源元件,1.理想电压源,1.8两种电源及其等效变换一、理想电源元件特点：输出电压不随,2.理想电流源,特点：输出电流不随输出电压的变化而变化，即输出电流恒定

19、。理想,3.实际电源,3.实际电源特点：输出电压随输出电流的增大而降低。,二.电压源与电流源的等效变换,或,实际电源：存在内阻，可用理想电源元件和电阻组合表示。电压源模型：理想电压源Us和内阻Ro串联；电流源模型：理想电流源Is和内阻Ro并联。,二.电压源与电流源的等效变换或实际电源：存在内阻，可用理想电,注意极性：电流源IS的流出端与电压源US的“+”端为同一端。,理想电压源US是电压源模型中内阻R0为零特例；理想电流源IS是电流源中内阻R0为无穷大特例。理想电源元件不存在等效互换问题。,注意极性：电流源IS的流出端与电压源US的“+”端为同一端。,解：设定R3上电流方向如图。,退出,解：设

20、定R3上电流方向如图。退出,1.9 节点电压法,对于只具有两个节点的复杂电路，当各支路电源、电阻已知时，可先利用节点电压公式求得两节点间的电压，再应用KVL或欧姆定律求得各支路电流的方法叫节点电压法。,1.9 节点电压法对于只具有两个节点的复杂电路，当各支路电源,弥尔曼定理：,各理想电压源方向与节点电压方向一致取正，反之取负；各IS的参考方向与节点电压相反取正，反之取负。,弥尔曼定理：各理想电压源方向与节点电压方向一致取正，反之取负,退出,退出,1.10 叠加定理,在几个电源共同作用的线性电路中任一支路的电流或电压，等于各个电源单独作用时在该支路上产生的电流或电压的代数和。这就是叠加定理。,说

21、明：当某一独立源单独作用时，其他独立源置零。,1.10 叠加定理在几个电源共同作用的线性电路中任一支路的电,应用叠加定理的步骤,分别作出仅由一个电源单独作用时的分电路图。对各分电路计算每一支路的电流或电压叠加电流或电压,注意事项：1、电流或电压的参考方向2、对线性电路的电流或电压叠加，但不能叠加功率,应用叠加定理的步骤分别作出仅由一个电源单独作用时的分电路图。,解：各电源单独作用时如图：,将对应电流叠加得：,退出,解：各电源单独作用时如图：将对应电流叠加得：退出,1.11 戴维南定理,戴维南定理概念：任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，都可以用一个理想电压源和一个电阻串联的电路模型来等效替

22、代，该理想电压源的电压等于原有源二端网络的开路电压UOC，电阻等于线性有源二端网络去源后变成无源二端网络的等效电阻Ro。,说明：当去源时，,1.11 戴维南定理戴维南定理概念：任何一个线性有源二端网,应用戴维南定理的步骤,将待求支路移去，得有源二端网络，并求出开路电压将所得有源二端网络去源得无源二端网络，求等效电阻作出戴维南等效电路接上待求支路计算待求量。,应用戴维南定理的步骤将待求支路移去，得有源二端网络，并求出开,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,匹配概念,负载获得最大功率条件：,匹配：当电路中负载电阻等于电源内阻时，负载上获得功率最大，此时，称电路达到匹配。,匹配概念负载获得最

23、大功率条件：匹配：,电路匹配时的功率为,电路的效率 负载功率与电源功率的比值,当电路匹配时，负载与内阻上消耗的功率相等，此时，电路的效率只有50%。,1）在电力系统中，由于输送的功率很大，必须减少内阻上的功损耗，电路不希望工作在匹配状态。2）在电子电路中，由于信本身功率很小，而要求负载获得尽可能大的功率，所以电子电路通常工作在匹配状态。,应用,电路匹配时的功率为电路的效率 负载功率与电源功率的,退出,退出,一、电路及电路模型电流流经的路径称为电路。电路理论研究的是电路模型，简称电路图。二、电路的基本物理量1）电流：表示电流大小的量是电流强度，简称电流。规定正电荷的运动方向为电流的方向。2）电压

24、：标明电场力做功能力大小的量是电压。电压、电流的参考方向是为了便于分析技术电路人为假定的，是电路理论的重要概念。3）电位：电路中某点对参考点的电压称为该点的电位。电路中两点间的电压等于两点的电位差。电压的方向由高电位指向低电位。4）电动势：表明电源力做功能力大小的量，其方向由电源的负极指向正极。5）电功率：表明电源力或电场力做功快慢的量。6）电能：表明电源力或电场力做功多少的量。三、电阻元件电阻元件是一个消耗电能的理想二端元件。电压与电流大小成正比关系的电阻元件称为线性电阻元件，简称电阻。四、基本定律1）欧姆定律：对于线性电阻，两端的电压与通过的电流成正比。当U、I为关联参考方向时，U=RI。

25、2）基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律I=0，基尔霍夫电压定律U=0,小 结,一、电路及电路模型小 结,五、电路的分析计算方法1）电阻的串联与并联。电阻串联时，总电阻等于各电阻之和，各电阻上的电压及功率与电阻成正比；电阻并联时，总电导等于各电导之和，各电阻上的电流及功率与电阻成反比。2）支路电流法。支路电流法是求复杂电路的基本方法。它是以支路电流为未知量，列出独立的KCL、KVL方程，方程数等于支路数，解方程组求出各支路电流。3）两种电源模型及其等效变换。实际电压源模型是一个理想电压源与一个内阻相串联的电路形式，实际电压源的内阻越小越接近理想电压源；实际电流源模型是一个理想电流源与一个内阻相并联的

26、电路形式，一个电院的内阻越大越接近理想电流源。两种电源模型可以等效互换。两种理想电源模型不存在等效互换问题。4）节点电压法。（弥尔曼定理只适合于两个节点的电路）5）叠加定理。分析线性电路重要方法。6）戴维南定理。适合于复杂电路只求一条支路电压或电流。,退出,五、电路的分析计算方法退出,习题一,习题一,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,电工学(第二版)0电工学目录1直流电路课件,退出,退出,