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1、电工电子技术第一章电工电子技术第一章基本概念与基本定律基本概念与基本定律第1页，本讲稿共39页215 15 十月十月十月十月 2022 2022 电工电子技术电工电子技术电工电子技术电工电子技术是一门研究电能在技术领域中应用是一门研究电能在技术领域中应用是一门研究电能在技术领域中应用是一门研究电能在技术领域中应用的的的的技术基础课技术基础课技术基础课技术基础课，它包括：，它包括：，它包括：，它包括：电工技术电工技术电工技术电工技术和和和和电子技术电子技术电子技术电子技术两部分。两部分。两部分。两部分。电工技术：电工技术：电路理论：电路理论：直流、交流、暂态、非正弦。直流、交流、暂态、非正弦。磁
2、路和电机：磁路和电机：变压器、电磁铁、变压器、电磁铁、三相异步电动机及控制。三相异步电动机及控制。电子技术：电子技术：模拟电子线路：模拟电子线路：半导体器件、分离件放大器、半导体器件、分离件放大器、集成运放、电源集成运放、电源数字电路：数字电路：各种门电路、组合电路、各种门电路、组合电路、时序电路及时序电路及555的应用电路。的应用电路。第2页，本讲稿共39页315 15 十月十月十月十月 2022 2022 电工学是研究电工学是研究电工技术电工技术和和电子技术电子技术的理论和应的理论和应用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有基础性、应用性基础
3、性、应用性和和先进性先进性。基础基础是指基本理论、基本知识和基本技能。是指基本理论、基本知识和基本技能。应用应用是指课程内容要理论联系实际，建立是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。重视实验技能的训练。先进性先进性是指电工学课程内容和体系随着电是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新。工技术和电子技术的发展应不断更新。第3页，本讲稿共39页415 15 十月十月十月十月 2022 2022 1785 1785年库仑确定了电荷间的相互作用力，年库仑确定了电荷间的相互作用力，年库仑确
4、定了电荷间的相互作用力，年库仑确定了电荷间的相互作用力，电荷的概念开始有了定量的意义。电荷的概念开始有了定量的意义。电荷的概念开始有了定量的意义。电荷的概念开始有了定量的意义。18261826年欧姆发现了欧姆定律。年欧姆发现了欧姆定律。年欧姆发现了欧姆定律。年欧姆发现了欧姆定律。18311831年法拉第发现了电磁感应定律。年法拉第发现了电磁感应定律。年法拉第发现了电磁感应定律。年法拉第发现了电磁感应定律。18341834年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。年雅可比制造出第一台电动机。18641864年麦克斯韦提出了电磁波理论。年麦克斯韦提出了电磁
5、波理论。年麦克斯韦提出了电磁波理论。年麦克斯韦提出了电磁波理论。1888 1888年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了麦克斯韦提出了电磁波理论。麦克斯韦提出了电磁波理论。麦克斯韦提出了电磁波理论。麦克斯韦提出了电磁波理论。1895 1895年意大利和俄国分别进行了通信实验，年意大利和俄国分别进行了通信实验，年意大利和俄国分别进行了通信实验，年意大利和俄国分别进行了通信实验，从而为无线电技术的发展开辟了道路。从而为无线电技术的发展开辟了道路。从而为无线电技术的发展开辟了道路。从而为无线电技术的发展
6、开辟了道路。第4页，本讲稿共39页515 15 十月十月十月十月 2022 2022未来的发展是未来的发展是未来的发展是未来的发展是量子工学量子工学量子工学量子工学 18831883年爱迪生发现了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。年爱迪生发现了热电效应。19041904年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。年弗莱明发明了电子二极管。19481948年贝尔实验室发明了晶体管。年贝尔实验室发明了晶体管。年贝尔实验室发明了晶体管。年贝尔实验室发明了晶体管。1958 1958年生产出集成电路（到现在已经是超大年生产出集成电路（到现在已经是
7、超大年生产出集成电路（到现在已经是超大年生产出集成电路（到现在已经是超大规模集成电路）。现在的集成电路线宽是规模集成电路）。现在的集成电路线宽是规模集成电路）。现在的集成电路线宽是规模集成电路）。现在的集成电路线宽是0.3um0.3um，可望达到，可望达到，可望达到，可望达到0.01um0.01um（3030个原子的宽度）。个原子的宽度）。个原子的宽度）。个原子的宽度）。第5页，本讲稿共39页615 15 十月十月十月十月 2022 2022 2 2、上课注意听讲，下课要看除教材外的、上课注意听讲，下课要看除教材外的、上课注意听讲，下课要看除教材外的、上课注意听讲，下课要看除教材外的其它参考书
8、及做适当的习题。解题前，要对所其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标清楚。习题
9、做在本子上，要书写整洁，图要标绘清楚，答数要注明单位。绘清楚，答数要注明单位。绘清楚，答数要注明单位。绘清楚，答数要注明单位。1 1、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。、重点放在物理概念和基本分析法。3 3、要重视实践技能的培养。、要重视实践技能的培养。、要重视实践技能的培养。、要重视实践技能的培养。第6页，本讲稿共39页715 15 十月十月十月十月 2022 2022第一部分第一部分 电路理论电路理论 电电路路理理论论就就是是研研究究电电路路基基本本规规律律的的一一门门学学科科，它它是是一一门门具具有有丰丰富富内内容容的的学学科科
10、，它它的的理理论论和方法，在其它领域也得到了和方法，在其它领域也得到了广泛的应用。广泛的应用。已已知知输输出出输输入入的的条条件件，求元件参数和电路结构。求元件参数和电路结构。电路理论：电路理论：电路分析电路分析：电路综合电路综合：已知电路结构、元件参数，已知电路结构、元件参数，求电路中的电流、电压和求电路中的电流、电压和功率。功率。第7页，本讲稿共39页815 15 十月十月十月十月 2022 2022下面我们看一个例题，下面我们看一个例题，USRRLILU US SR+RR+RL LU US1S1-U-US1S1?不会求的原因是不会求的原因是电路中出现了两个回电路中出现了两个回路，我们对电
11、路结构路，我们对电路结构的约束关系不了解，的约束关系不了解，所以不会求。所以不会求。求图示电路中的电流。求图示电路中的电流。US2R2第8页，本讲稿共39页915 15 十月十月十月十月 2022 20221-1 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分一、电路的组成一、电路的组成1电路：电路：电电池池负负载载开关开关电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。电流流通的路径称为电路。2组成：组成：（1 1）电源：提供能量。）电源：提供能量。）电源：提供能量。）电源：提供能量。（2 2）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。）负载：消耗能量。（
12、3 3）中间环节：连接电源和负载）中间环节：连接电源和负载）中间环节：连接电源和负载）中间环节：连接电源和负载的导线及控制元件。的导线及控制元件。的导线及控制元件。的导线及控制元件。第9页，本讲稿共39页1015 15 十月十月十月十月 2022 2022（1）电能的传输与转换。）电能的传输与转换。3作用发电机升压变压器降压变压器用户负载如：输配电电路。如：输配电电路。第10页，本讲稿共39页1115 15 十月十月十月十月 2022 2022（2）信息的传输与处理。）信息的传输与处理。放大器话筒扬声器如：各种信息处理电路等。如：各种信息处理电路等。E111A.EXE第11页，本讲稿共39页1
13、215 15 十月十月十月十月 2022 20221-2 1-2 电路的模型电路的模型 所谓所谓电路模型电路模型就是指一个就是指一个实际元件实际元件在在特定的特定的条件下条件下，所表现的，所表现的主要的主要的电磁特性电磁特性，而忽略其次，而忽略其次要因素，如要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我们等。这种表示的参数，我们称为称为集总参数集总参数。电池负载开关开关+-ER0UR 实际电路都是由一些实际电路都是由一些实际的元器件实际的元器件所组成。所组成。在分析电路时，我们要对实际电路建立在分析电路时，我们要对实际电路建立数学模型数学模型电路模型电路模型。E111B第12页，本讲稿共39页13
14、15 15 十月十月十月十月 2022 20221-3 1-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向+-ER0UR+-E1R1R-+E2R2I II I电流的实际方向为正电荷的运动方向。电流的实际方向为正电荷的运动方向。（1）为什么要引入参考方向？）为什么要引入参考方向？a）复杂电路很难确定电流的实际方向。）复杂电路很难确定电流的实际方向。b）交流电路中，电流本身就是交变的。）交流电路中，电流本身就是交变的。（2）参考方向的选择：）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和原则上是任意的，实际和 电压的参考方向一起选。电压的参考方向一起选。（3）参考方向的表示方法：）参考方向的表示方法：a）箭
15、头；）箭头；b）双下标。）双下标。（4）电流正负的意义：）电流正负的意义：E112AE112D负负表示参考方向和实际方向相反。表示参考方向和实际方向相反。正正表示参考方向和实际方向一致。表示参考方向和实际方向一致。第13页，本讲稿共39页1415 15 十月十月十月十月 2022 2022-4Vc)正负号。正负号。电压和电动势的参考方向5V4IL+-Uab11A4V-1Aa)箭头；箭头；b)双下标；双下标；那么，在一个电路中，电流和电压的参考方那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应该向应该怎样选择怎样选择呢？呢？E112B第14页，本讲稿共39页1515 15 十月十月十月十月 2022
16、20223 3）伏安特性曲线。）伏安特性曲线。）伏安特性曲线。）伏安特性曲线。线性电阻为一直线。线性电阻为一直线。线性电阻为一直线。线性电阻为一直线。1-4 1-4 欧姆定律欧姆定律 U=RIU=RI，它是电阻元件的约束方程，也是它是电阻元件的约束方程，也是它是电阻元件的约束方程，也是它是电阻元件的约束方程，也是我们分析电路的主要的理论依据。我们分析电路的主要的理论依据。我们分析电路的主要的理论依据。我们分析电路的主要的理论依据。I（A）U（V）0 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这流过电阻的电流与电阻两端的
17、电压成正比，这就是就是就是就是欧姆定律欧姆定律欧姆定律欧姆定律。U-+IU+-I使用时应注意：使用时应注意：使用时应注意：使用时应注意：1 1）U=RIU=RI为关联方向得出的；为关联方向得出的；为关联方向得出的；为关联方向得出的；2 2）U=U=-RIRI为非关联方向；为非关联方向；为非关联方向；为非关联方向；欧姆定律是德国物理学家欧姆定律是德国物理学家乔治乔治欧姆欧姆在在1826年发现的年发现的（1787年年1854年）年）E112EE113AE113B第15页，本讲稿共39页1615 15 十月十月十月十月 2022 20221-5 1-5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短
18、路本节主要讨论电路中本节主要讨论电路中电流、电压电流、电压和和功率功率方面的内容。方面的内容。1.5.1 电源有载工作电源有载工作R0EURabcd+-IR0EURabcd+-I 所谓有载工作状态，是指电源与负载相所谓有载工作状态，是指电源与负载相连通，构成一个电流的回路。连通，构成一个电流的回路。E电动势电动势U端电压端电压R0电源内阻电源内阻R负载负载E114A第16页，本讲稿共39页1715 15 十月十月十月十月 2022 20221、电压与电流、电压与电流 电源的伏安特性是指电源对电源的伏安特性是指电源对外供电时，其外供电时，其端电压端电压U和流过其和流过其中中电流电流I的关系。此种
19、关系也称的关系。此种关系也称电源的外特性。电源的外特性。U=E-R0IUI0E电源的外特性曲线理想电源的外理想电源的外特性曲线特性曲线U=ER0EURabcd+-I第17页，本讲稿共39页1815 15 十月十月十月十月 2022 20222功率及功率平衡功率及功率平衡因为：因为：U=E-R0I所以各项同乘电流后可得功率平衡式：所以各项同乘电流后可得功率平衡式：可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗的功率是平衡的。R0EURabcd+-I式中：式中：P为电源输出功率；为电源输出功率；PE为电源产生功率；为电源产生功率；P为内阻损耗的功率。为内阻损耗的功率。PE=P+P功率的单位是瓦特（功率的单
20、位是瓦特（W W）或千瓦（）或千瓦（KWKW）。）。U U =E=E -R-R0 0I I P=PP=PE E-P P I I I I I I第18页，本讲稿共39页1915 15 十月十月十月十月 2022 20223、电源与负载的判别方法元件I+-UP=UI关联方向关联方向0电源电源0负载负载元件I-+U非关联方向0电源电源0负载负载第19页，本讲稿共39页2015 15 十月十月十月十月 2022 2022例题例题5V4I+-Uab11A4VER0RU0试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。解：解：第20页，本讲稿共39页2115 15 十月十月
21、十月十月 2022 2022 （5）当）当R=RO时，电源输出功率为最大（最时，电源输出功率为最大（最大功率传输）。大功率传输）。几点注意事项：（1）功率与电压的平方成比，即电压增大）功率与电压的平方成比，即电压增大1倍，倍，P增大增大4倍。倍。（2）P=UI为关联方向的关系式。为关联方向的关系式。（3）在关联方向下功率大于）在关联方向下功率大于0为耗能，小为耗能，小于于0为放能（为放能（电源与负载的判别电源与负载的判别）。）。（4）对于独立电路来说）对于独立电路来说P0。第21页，本讲稿共39页2215 15 十月十月十月十月 2022 20224 4额定值与实际值额定值与实际值额定值与实际
22、值额定值与实际值 通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大小。定于负载的大小。定于负载的大小。定于负载的大小。既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小
23、，是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。各种电气设备的各种电气设备的电压、电流及功率电压、电流及功率都有一个额定都有一个额定值，值，额定值额定值是是标明设备在给定条件下能正常工作而规标明设备在给定条件下能正常工作而规定的正常允许值。定的正常允许值。UN额定电压额定电压IN额定电流额定电流PN额定功率额
24、定功率E114A第22页，本讲稿共39页2315 15 十月十月十月十月 2022 2022特征特征1.5.2电源开路（引伸为支路电流为零）R0EURabcd+-II=0P=0U=E=U0（开路电压）（开路电压）E114B第23页，本讲稿共39页2415 15 十月十月十月十月 2022 2022 特征特征1.5.3 电源短路电源短路R0EURabcd+-IU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I2，P=0短路通常是一种严短路通常是一种严重事故，应该尽力重事故，应该尽力预防。预防。第24页，本讲稿共39页2515 15 十月十月十月十月 2022 20221-61-6基尔霍夫基尔霍夫定律定律（
25、德国物理学家）除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，还有基尔霍夫还有基尔霍夫电流定律电流定律(KCL)和和电压定律电压定律(KVL)。基。基尔霍夫电流定律应用于尔霍夫电流定律应用于结点结点，基尔霍夫电压定律应用，基尔霍夫电压定律应用于于回路回路。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第25页，本讲稿共39页2615 15 十月十月十月十月 2022 20225网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。网络：指较多元件组成的较为复杂的电路。1.6.1 名词解释+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd 1支路：电路中由一个或多个元件首尾相接构支路
26、：电路中由一个或多个元件首尾相接构成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。成的无分支电路称为支路（流过同一电流）。2结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。结点：三条及三条以上支路的交叉点称为结点。3回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。4网孔：内部不包含支路的回路。网孔：内部不包含支路的回路。E115A第26页，本讲稿共39页2715 15 十月十月十月十月 2022 20221定义：在任一时刻，任一结点上的所有支定义：在任一时刻，任一结点上的所有支 路电流的代数和恒为零。路电流的代数和恒为零。即即I=0；或；或 I入入=I出出 1.6.2 KCL（电
27、流定律）I1+I2-I3=0或-I1-I2+I3=0也可写成：I1+I2 =I3 （入）（出）2 2注意正负号的取法注意正负号的取法注意正负号的取法注意正负号的取法（两套符号）（两套符号）（两套符号）（两套符号）+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第27页，本讲稿共39页2815 15 十月十月十月十月 2022 20223推广到广义结点上使用，任一闭合面。IAIBICIABIBCICAABCIC=ICA-IBC将三式相加得：将三式相加得：IA+IB+IC=0或或 I=0IA=IAB-ICAIB=IBC-IABIA+IB+IC=0【证明证明】第28页，本讲稿共39页2915 15 十月
28、十月十月十月 2022 2022图图示示电电路路中中，已已知知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求求I2，I3和和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例题解：解：I3=I1I5=116=5（mA)I2=I3I4=512=7（mA)I6=I1I2=11(7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)第29页，本讲稿共39页3015 15 十月十月十月十月 2022 20224物理意义：物理意义：KCL是电流的连续是电流的连续 性的体现，也是能量守衡的体现。性的体现，也是能量守衡的体现。5KCL对各支路电流施加了约束，对各支路电流施加了约束，而与支路元件的性质无关。而
29、与支路元件的性质无关。qq2q1第30页，本讲稿共39页3115 15 十月十月十月十月 2022 20221定定义义：在在任任一一时时刻刻，沿沿任任一一回回路路内内所所有有支支路路或或元件元件电压降电压降的代数和的代数和恒为零恒为零。1.6.3 KVL（电压定律）E=U 2表达式表达式 U=0 +-E1E2R2R1R3I1I2I3cabdE1=I1R1+I3R3E2=I2R2+I3R3E1=I1R1I2R2+E2第31页，本讲稿共39页3215 15 十月十月十月十月 2022 2022例题：电路如图所示，已知电路如图所示，已知UAB=5V，UBC=4V，UDA=3V。试求：（。试求：（1）
30、UCD；（；（2）UCA+-UABUDAUCDUBCABCD+-UCA解：解：（2）ABCA不是闭合回不是闭合回路，也可应用路，也可应用KVL求解。求解。（1）UAB+UBC+UCD+UDA=05+（4）+UCD+（3）=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=0UCA=1V第32页，本讲稿共39页3315 15 十月十月十月十月 2022 2022 （1）列KVL前，要首先选定回路绕行方向，然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取正，否则取负。（3）KVL对闭合回路中各支路电压施加了约对闭合回路中各支路电压施加了约束，束，它与元件性质无关。它与元件性质无关。3讨论U=E（2）KVL的另一种表达
31、式。的另一种表达式。此时注意正负号的取法。此时注意正负号的取法。4绕行方向的选择：原则上是任意。第33页，本讲稿共39页3415 15 十月十月十月十月 2022 2022KCL和和KVL是在实验的基础上得是在实验的基础上得出的，是分析电路的理论基础，它出的，是分析电路的理论基础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的和欧姆定律一起构成了电路分析的两个两个基本依据基本依据。局部约束方程：局部约束方程：U=RI整体约束方程：整体约束方程：KCL和和KVL第34页，本讲稿共39页3515 15 十月十月十月十月 2022 2022 提到电位必须有参考点，在电路中，参考提到电位必须有参考点，在电路中，参考
32、点选的不同时，电路中各点电位不同，但任意点选的不同时，电路中各点电位不同，但任意两点间的电位差不变。两点间的电位差不变。+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V例如：例如：电路如图所示，如选电路如图所示，如选D或或B为参考点，为参考点，求各个电位及电位差。求各个电位及电位差。E116A第35页，本讲稿共39页3615 15 十月十月十月十月 2022 2022+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V解：（解：（1）选选D为参考点则：为参考点则：UAC=VA-VC=50V（2）选）选B为参考点则：为参考点则：UAB=VA-VB=80V结论：选结论：选D或或B时，各
33、点电位变了，时，各点电位变了，但任意两点之间电位差不变。但任意两点之间电位差不变。VD=0VVA=140VVB=106=60VVC=90VUAB=VA-VB=80VVB=0V；VA=80V；VC=30V；VD=-106=-60V；UAC=VA-VC=50V第36页，本讲稿共39页3715 15 十月十月十月十月 2022 2022204A6A10AABDC56+140V+90V电路电路化简化简电路化简电路化简E116B+-E1E2204A6A10AABDC56140V90V第37页，本讲稿共39页3815 15 十月十月十月十月 2022 2022例：电路如图所示，求开关S闭合和断开两种情况下的VA的电位。解：AS+12V10K10K（2）当）当S闭合时闭合时 （1）当S断开时VA=12V VA=0V E116C第38页，本讲稿共39页3915 15 十月十月十月十月 2022 2022作业2：作业作业1：P121.3.1，1.3.2第39页，本讲稿共39页