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1、会计学1工学大学课程电子电工技术杨静生主编工学大学课程电子电工技术杨静生主编 学好本课程，应注意抓好四个主要环节：学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作听课与笔记、作业与复习、自学与互学。业与复习、自学与互学。第1页/共127页 理解电流、电压参考方向的问题；理解电流、电压参考方向的问题；掌握克希荷夫定律及其具体应用；了掌握克希荷夫定律及其具体应用；了解电气设备额定值的定义；熟悉电路解电气设备额定值的定义；熟悉电路在不同工作状态下的特点；深刻理解在不同工作
2、状态下的特点；深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点的电位。熟悉掌握支路电流法、中各点的电位。熟悉掌握支路电流法、叠加原理，戴维南与诺顿定理的运用。叠加原理，戴维南与诺顿定理的运用。理解电桥电路。理解电桥电路。第2页/共127页单元目录单元目录1.1 1.1 电路的组成及基本概念电路的组成及基本概念电路的组成及基本概念电路的组成及基本概念 1.2 1.2 电路变量及其参考方向电路变量及其参考方向电路变量及其参考方向电路变量及其参考方向 1.3 1.3 电路基本定律电路基本定律电路基本定律电路基本定律 1.4 1.4 电路的工作状态电路的工作状态电路的工作
3、状态电路的工作状态 1.5 1.5 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件 1.6 1.6 电路的等效变换及应用电路的等效变换及应用电路的等效变换及应用电路的等效变换及应用 1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算 1.8 1.8 支路电流法支路电流法支路电流法支路电流法1.9 1.9 叠加原理叠加原理叠加原理叠加原理1.10 1.10 戴维南与诺顿定理戴维南与诺顿定理戴维南与诺顿定理戴维南与诺顿定理1.11 1.11 电桥电路电桥电路电桥电路电桥电路第3页/共127页1 1电路与
4、电路模型电路与电路模型电路与电路模型电路与电路模型1)1)电路的定义电路的定义电路的定义电路的定义：由实际元器件构成的电流的通路。由实际元器件构成的电流的通路。由实际元器件构成的电流的通路。由实际元器件构成的电流的通路。2)2)电路的组成：电路的组成：电路的组成：电路的组成：电源：电源：电路中的电源主要提供电能或电信号。电能可电路中的电源主要提供电能或电信号。电能可以由其他形式的能量转换而来，也可以由交流以由其他形式的能量转换而来，也可以由交流电转换成为直流电。另外，将某种电能转换为电转换成为直流电。另外，将某种电能转换为特殊需要的电能装置也称为电源特殊需要的电能装置也称为电源第4页/共127
5、页负载：负载：在电路中接收电能与电信号的设备。如电动在电路中接收电能与电信号的设备。如电动机、电灯等。机、电灯等。中间环节：中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件，如连接导线、开关设备、测量设备护部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。以及各种继电保护设备等。第5页/共127页电源负载实体电路电路模型负载电源开关连接导线SRL+UI中间环节US+_R0中间环节第6页/共127页电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作
6、用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动电动机电机电炉炉.输电线输电线第7页/共127页3)3)电路的分类：电路的分类：电路的分类：电路的分类：信号的产生和处理电路；信号的产生和处理电路；功率功率(或能量或能量)的产生和处理电路的产生和处理电路;各种物理量的测量电路、放大电路、声音、图像或文字各种物理量的测量电路、放大电路、声音、图像或文字处理电路处理电路各种整流电路、变频电路、逆变电路及直流变换电路等各种整流电路、变频电路、逆变电路及直流变换电路等属于后者属于后者第8页/共127页4)4)电路模型：电路模型：电路模型：电路模型：实际电路器件品种繁多，其电磁特性实际电
7、路器件品种繁多，其电磁特性多元多元而而复杂复杂，采取采取模型化处理可获得有意义的分析效果。模型化处理可获得有意义的分析效果。白炽灯的电路白炽灯的电路模型可表示为：模型可表示为：R 消耗电消耗电能能的的电电特性可用特性可用电阻电阻元件元件表征表征产生产生磁场磁场的电的电特性可用特性可用电感电感元件元件表征表征由于白炽灯中耗能由于白炽灯中耗能的因素大大于产生的因素大大于产生磁场的因素，因此磁场的因素，因此L 可以忽略。可以忽略。白炽灯电路白炽灯电路白炽灯电路白炽灯电路第9页/共127页 理想电路元件理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其是实际电路器件的理想化和近似，其电特性电特性单一单一、确
8、切确切，可定量分析和计算。可定量分析和计算。为了便于进行分析，常常在一定条件下对实际电路为了便于进行分析，常常在一定条件下对实际电路器件加以理想化，抽象出反映单一电磁性质的理想化电器件加以理想化，抽象出反映单一电磁性质的理想化电路元件，路元件，简称理想元件简称理想元件 由由这这些些理理想想元元件件组组合合而而成成的的电电路路为为实实际际电电路路的的电电路路模模型型，电电路路理理论论研研究究的的对对象象是是电电路路模模型型而而不不是是实实际际电电路路，习惯上将习惯上将电路模型电路模型简称为简称为电路电路第10页/共127页RC+US电阻元件电阻元件只具耗能的电特性电容元件电容元件只具有储存电能的
9、电特性理想电压源理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L电感元件电感元件只具有储存磁能的电特性IS理想电路元件分为无源和有源两大类无源二端元件无源二端元件 有源二端元件有源二端元件 第11页/共127页 必必须须指指出出，电电路路在在进进行行上上述述模模型型化化处处理理时时是是有有条条件件的的：实实际际电电路路中中各各部部分分的的基基本本电电磁磁现现象象可可以以分分别别研研究究，并并且且相相应应的的电电磁磁过过程程都都集集中中在在电电路路元元件件内内部部进进行行。这这种种电电路路称称为为集中参数集中参数元件的电路。元件的电
10、路。集中参数元件的特征集中参数元件的特征集中参数元件的特征集中参数元件的特征1.电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。如如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。2.任任何何时时刻刻从从集集中中参参数数元元件件一一端端流流入入的的电电流流恒恒等等于于从从它它另另一一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。工工程程应应用用中中，实实际际电电路路的的几几何何尺尺寸寸远远小小于于工工作作电电磁磁波波的的波波长长，因因此此都都符符合合模模型型化化处
11、处理理条条件件，均均可可按按集集中中假假设设为为前前提提，有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。第12页/共127页5)理想电压源理想电压源 电压源模电压源模电压源模电压源模型型型型由上图电路可得由上图电路可得由上图电路可得由上图电路可得:U U=E IR E IR0 0 若若若若 R R0 0=0=0理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源 :U U E ER RL LR R0 0+-E EU U+电电压压源源是是由由电电动动势势E和和内内阻阻R0 串联的电源的电路模型。串联的电源的电路模型。若若若若 R R0 0 R RL L，
12、I I I IS S ，可近似认为是理想电流源。，可近似认为是理想电流源。，可近似认为是理想电流源。，可近似认为是理想电流源。U U0 0=I IS SR R0 0 电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性I IU U理理理理想想想想电电电电流流流流源源源源OOI IS S电流源电流源I IR RL L电流源模型电流源模型电流源模型电流源模型R R0 0U UR R0 0U UI IS S+第16页/共127页理想电流源理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定IS 理想电流源的内阻理想电流源的内阻 R0(相当于开路相当于开路)，因此内部不能分流，输出的电流值恒，因此内
13、部不能分流，输出的电流值恒定。定。实际电流源的内阻总是有限值，因实际电流源的内阻总是有限值，因此当负载增大时，内阻上分配的电流必此当负载增大时，内阻上分配的电流必定增加，从而造成输出电流随负载的增定增加，从而造成输出电流随负载的增大而减小。即实际电流源的外特性也是大而减小。即实际电流源的外特性也是一条稍微向下倾斜的直线。一条稍微向下倾斜的直线。第17页/共127页理想电流源的外理想电流源的外特性特性0I IU电流源模型的外电流源模型的外特性特性0I IUU+_RLR0ISI电流源模型第18页/共127页柴油机组柴油机组汽油机组汽油机组蓄电池蓄电池 各种形式的电源设备图各种形式的电源设备图干电池
14、干电池第19页/共127页2 2电路变量及其参考方向电路变量及其参考方向 电路中的主要物理量有电路中的主要物理量有电流、电压、功率和能量，电流、电压、功率和能量，在电路分析计算中经常用到的变量是在电路分析计算中经常用到的变量是电流电流和和电压电压 1)电流及参考方向电流及参考方向 电电流流是是由由电电荷荷定定向向运运动动形形成成的的。为为了了表表达达电电流流的的强强弱弱，规规定定了了电电流流强强度度这这一一物物理理量量。如如图图导导体体中中的的电电流流电电流流强强度度是是指指在在电电场场的的作作用用下下，单单位位时时间间内内通通过过导导体体某某一一横横截截面面的的电电量量。若若在在dt时时间间
15、内内，通通过过导导体体某某一一截截面面S的的电电量量为为dq，则电流强度为：，则电流强度为：i dqdt=（1-1）大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：第20页/共127页I Q t=（1-2）电流的国际单位制是安培电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫，较小的单位还有毫安安【mA】和微安和微安【A】等，它们之间的换算关系为：等，它们之间的换算关系为：1A=101A=103 3mA=10mA=106 6A=10A=109 9nAnA 在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常以
16、正电荷移动的方向规定为电流的通常以正电荷移动的方向规定为电流的参考参考参考参考正方向。正方向。第21页/共127页导体中的电流导体中的电流 第22页/共127页 参考方向参考方向参考方向参考方向可以人为选定。在分析、计算过程中，可以人为选定。在分析、计算过程中，可以人为选定。在分析、计算过程中，可以人为选定。在分析、计算过程中，若电流的实际方向和参考方向一致，电流的值为正；若电流的实际方向和参考方向一致，电流的值为正；若电流的实际方向和参考方向一致，电流的值为正；若电流的实际方向和参考方向一致，电流的值为正；若电流的实际方向和参考方向相反，则电流的值为若电流的实际方向和参考方向相反，则电流的值
17、为若电流的实际方向和参考方向相反，则电流的值为若电流的实际方向和参考方向相反，则电流的值为负。在假定了电路中电流的参考方向后，就可以根负。在假定了电路中电流的参考方向后，就可以根负。在假定了电路中电流的参考方向后，就可以根负。在假定了电路中电流的参考方向后，就可以根据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，如图据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，如图据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，如图据电流强度的正负值来判断电流的实际方向，如图所示。所示。所示。所示。电流的参考方向和实际方向电流的参考方向和实际方向(a)I0；(b)I0 第23页/共127页直流恒压情况下直流恒压情况下2)2)电压及
18、参考方向电压及参考方向 高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：注意：注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。从工程应用的角度来讲，电路从工程应用的角度来讲，电路中中电压是产生电流的根电压是产生电流的根本原因本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：第24页/共127页 电压的国际单位制是伏特电压的国际单位制是伏特V，常用的单位还有毫伏，常用的单位还有毫伏mV
19、和千伏和千伏【KV】等，换算关系为：等，换算关系为：1V=101V=103 3mV=10mV=103 3KVKV 电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向方向由由由由高电位指向低电位，因此电压又称作电压降高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。第25页/共127页习惯上，人们把习惯上，人们把习惯上，人们把习惯上，人们把电位下降的方向规定为电压的方电位下降的方向规定为电压的方电位下降的方向规定为电压的方电位下降的方向规定为电压的方向，可以用向，可以用向，可以用向，可以用+、-号表示，也可以用箭头表示。号表示，也可以用箭头表示。号表示，也可以用箭
20、头表示。号表示，也可以用箭头表示。在复杂电在复杂电在复杂电在复杂电路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电压的路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电压的路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电压的路中，某元件的电压实际方向难以确定，可引用电压的参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考方向是参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考方向是参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考方向是参考方向这个概念来帮助分析电路。电压的参考方向是为了分析和计算方便而假定的电路中某元件或者某段电为了分析和计算方便而假定的电路中某元件或者某段电为了分析和计算方便而假定的电路中某元件或者某段电为了分
21、析和计算方便而假定的电路中某元件或者某段电路的电压方向。若在计算结果中，电压的值为正，则参路的电压方向。若在计算结果中，电压的值为正，则参路的电压方向。若在计算结果中，电压的值为正，则参路的电压方向。若在计算结果中，电压的值为正，则参考电压方向与实际电压方向一致；若电压的值为负，则考电压方向与实际电压方向一致；若电压的值为负，则考电压方向与实际电压方向一致；若电压的值为负，则考电压方向与实际电压方向一致；若电压的值为负，则参考电压方向与实际电压方向相反。在下图（参考电压方向与实际电压方向相反。在下图（参考电压方向与实际电压方向相反。在下图（参考电压方向与实际电压方向相反。在下图（a a a a
22、）所示）所示）所示）所示的电压参考方向下的电压参考方向下的电压参考方向下的电压参考方向下,计算得到的电压结果计算得到的电压结果计算得到的电压结果计算得到的电压结果U0U0U0U0；在图；在图；在图；在图（b b b b）所示的电压参考方向下，计算得到的电压结果）所示的电压参考方向下，计算得到的电压结果）所示的电压参考方向下，计算得到的电压结果）所示的电压参考方向下，计算得到的电压结果U0U0U0U0。第26页/共127页电压的参考方向和实际方向图电压的参考方向和实际方向图 第27页/共127页在电路分析中电压的参考方向有三在电路分析中电压的参考方向有三种表示方式种表示方式正负号正负号u_+ab
23、Uab (表示电压的参考方向由表示电压的参考方向由a指向指向b）双下标双下标箭头箭头uab+-RI123第28页/共127页3)3)电压电流的关联参考方向电压电流的关联参考方向如如如如图图图图所所所所示示示示，电电电电路路路路中中中中，若若若若电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流的的的的参参参参考考考考方方方方向向向向一一一一致致致致时时时时，称称称称为为为为关关关关联联联联参参参参考考考考方方方方向向向向，也也也也称称称称关关关关联联联联正正正正方方方方向向向向；若若若若电电电电压压压压和电流参考方向不一致时，称为非关联参考方向。和电流参考方向不一致时，称为非关联参考方向。和电流参考方向
24、不一致时，称为非关联参考方向。和电流参考方向不一致时，称为非关联参考方向。图图 电压和电流方向的关系电压和电流方向的关系(a)(a)电压和电流为关联参考方向；电压和电流为关联参考方向；(b)(b)电压和电流为非关联参考方向电压和电流为非关联参考方向 第29页/共127页假设正方向（参考方向）假设正方向（参考方向）在分析计算时，对电路人为规定的方向。在分析计算时，对电路人为规定的方向。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？问题的提出问题的提出电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR第30页/共12
25、7页(1)(1)在解题前先任意设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先任意设定一个正方向，作为参考方向；(2)(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；代数表达式；(3)(3)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：假设正方向（参考方向）的应用假设正方向（参考方向）的应用结论！结论！若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。第31页/共127页实际正方向：实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理
26、中对电量规定的方向。正方向正方向物理量物理量单位单位电流电流I正电荷移动的方向正电荷移动的方向A,kA,mA,A电动势电动势E电源驱动正电荷的方向电源驱动正电荷的方向低电位低电位高电位高电位V,kV,mV,V电压电压U电位降落的方向电位降落的方向高电位高电位低电位低电位V,kV,mV,V第32页/共127页 在在电电路路图图上上预预先先标标出出电电压压、电电流流的的参参参参考考考考方方方方向向向向，目目的的是是为为解解题题时时列列写写方方程程式式提提供供依依据据。因因为为，只只有有参参考考方方向向标标定定的的情情况况下下，方程式各电量前的正、负号才有意义。方程式各电量前的正、负号才有意义。为什
27、么要在电路图中预先标出参考方向？为什么要在电路图中预先标出参考方向？I+USR0RI第33页/共127页 设参考方向下设参考方向下US=100V，I=5A，则说明电源电，则说明电源电压的实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实压的实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。际方向与图中所标示的参考方向相反。参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量的出，而电量的真实方向真实方向是以计算结果和参考方向二者共是以计
28、算结果和参考方向二者共同确定的。同确定的。第34页/共127页1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？2.应应用用参参考考方方向向时时，你你能能说说明明“正正、负负”、“加加、减减”及及“相相同同、相相反反”这这几几对对词词的的不不同同之之处吗？处吗？电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算电路提供方便和依据。电路提供方便和依据。思考思考思考思考 回答回答回答回答第35页/共127页 应用参考方向时应用参考方向时，“正、负正、负”是指在参考方向下，是指在参考方向下，电压、电流数值前面的正负号，如某电流为
29、电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“5A5A”，说明其实际方向与参考方向说明其实际方向与参考方向相反相反，某电压为，某电压为“100V100V”，说明该电压实际方向与参考方向，说明该电压实际方向与参考方向一致一致；“加、减加、减”指指参考方向下电路方程式中各量前面的参考方向下电路方程式中各量前面的加、减号加、减号；“相同相同”是指电压、电流为是指电压、电流为关联参考方向关联参考方向，“相反相反”指的是电指的是电压、电流参考方向压、电流参考方向非关联非关联。第36页/共127页3 3 电路基本定律电路基本定律1)电路结构名词：电路结构名词：分析与计算电路的基本定律，为分析与计算电路的基本定律
30、，为分析与计算电路的基本定律，为分析与计算电路的基本定律，为欧姆定律，克希荷欧姆定律，克希荷欧姆定律，克希荷欧姆定律，克希荷夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律和夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律和夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律和夫定律，焦耳定律。克希荷夫定律分为电流定律和电压定律。电压定律。电压定律。电压定律。a)a)如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电路，如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电路，如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电路，如图电路中通以相同的电流且没有分支的一段电路，称为支路。支路中通过的电流称为支路电流。如图称为支路。支路中通过的电
31、流称为支路电流。如图称为支路。支路中通过的电流称为支路电流。如图称为支路。支路中通过的电流称为支路电流。如图的电路中共有的电路中共有的电路中共有的电路中共有bafebafe、bebe、bcdebcde三条支三条支三条支三条支路。路。路。路。第37页/共127页b)b)电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节点。电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节点。电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节点。电路中三条或者三条以上的支路的连接点称为节点。如图电路中有如图电路中有如图电路中有如图电路中有b b、e e两个节点。两个节点。两个节点。两个节点。c)c)电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的
32、电路称为电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的电路称为电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的电路称为电路中任意一条或者多条支路组成的闭合的电路称为回路。如图中的回路。如图中的回路。如图中的回路。如图中的abefaabefa回路、回路、回路、回路、bcdebcdeb b回路、回路、回路、回路、abcdefaabcdefa回路。回路。回路。回路。d)d)网孔：其中不包含其它支路的单一闭合路径。网孔：其中不包含其它支路的单一闭合路径。网孔：其中不包含其它支路的单一闭合路径。网孔：其中不包含其它支路的单一闭合路径。bafea、beb、bcdeb第38页/共127页支路、节点和回路示意图支路、节点和回路
33、示意图 第39页/共127页例例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6 6条条条条4 4个个个个网孔：？个7 7个个个个有几个网眼有几个网眼就有就有几个网孔几个网孔a ab bc cd dI3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_电路中的独立结点数为电路中的独立结点数为n-1n-1个，独立回路数个，独立回路数=网孔数。网孔数。第40页/共127页 基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。基尔霍夫电流定律是将物理学中的基尔霍夫电流定律是将物理学中的“液体流
34、动的液体流动的连续性连续性”和和“能量守恒定律能量守恒定律”用于电路中，它指出：用于电路中，它指出：任一时刻，流入任一结点的电流的代数和恒等于零任一时刻，流入任一结点的电流的代数和恒等于零任一时刻，流入任一结点的电流的代数和恒等于零任一时刻，流入任一结点的电流的代数和恒等于零。数学表达式：数学表达式：1)克希荷夫电流第一定律克希荷夫电流第一定律(KCL)：第41页/共127页I1I2I3I4aI1+I2 I3 I4=0 若以若以指向指向结点的电流为结点的电流为正正，背离背离结点结点的电流为的电流为负负，则根据则根据KCL，对结点，对结点 a 可以写出：可以写出：（直流电路的电流）（直流电路的电
35、流）（任意波形的电流）（任意波形的电流）0 0=S=SIi第42页/共127页克希荷夫电流定律示例图克希荷夫电流定律示例图 第43页/共127页 就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数和等就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数和等就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数和等就是在任意一时刻，一个节点上电流的代数和等于零。于零。于零。于零。根据式根据式根据式根据式(2)(2)(2)(2)，规定了电流的参考方向，即流，规定了电流的参考方向，即流，规定了电流的参考方向，即流，规定了电流的参考方向，即流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。由入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。由入节点的电流取
36、正号，流出节点的电流取负号。由入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。由于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是负于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是负于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是负于这个参考方向的规定，有时计算出来的电流是负值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方向值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方向值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方向值，这是由于规定的电流参考方向和电流实际方向不一致造成的。不一致造成的。不一致造成的。不一致造成的。对于上图所示的节点对于上图所示的节点b，可得下式，可得下式:也可以写成也可以写成:即即:(1)(2)(3)第44页/共
37、127页例：例：例：例：i1i4i2i3整理为：整理为：i1+i3=i2+i4可列出KCL：i1 i2+i3 i4=0=出入的另一种形式：可得ii KCL第45页/共127页解：解：求左图示电路中电流求左图示电路中电流i i1 1、i i2 2。例：例：例：例：i1i2+10+(12)=0 i2=1A 4+7+i1=0 i1=3A 7A4Ai110A-12Ai2其中其中i i1 1得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。第46页/共127页克希荷夫电流定律的推广克希荷夫电流定律的推广I=?I1I2I3例例例例例例例例I I1 1+I+I2 2=I=I3
38、3I=I=0 0IU2+_U1+_RU3+_RRR广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。广义节点第47页/共127页2)克希荷夫电流第二定律克希荷夫电流第二定律(KVL)：克希荷夫电压定律是用来确定回路中各段电压之克希荷夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。间关系的电压定律。回路电压定律依据回路电压定律依据“电位的单值性原理电位的单值性原理”，它指，它指出：出：任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压
39、的代数和恒等于零。数学表达式为：段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：U U U U=0=0=0=0第48页/共127页然后根据：然后根据：U =0I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4可得可得KVL另一形式：另一形式：IR=US电阻压降电阻压降电源压升电源压升先标绕行方向先标绕行方向第49页/共127页根据根据 U=0对回路对回路#1
40、#1列KVL方程电阻压降电阻压降#1#2例例电源压升电源压升#3即电阻压降等于电源压升即电阻压降等于电源压升此方程式不独立此方程式不独立省略！省略！省略！省略！对回路对回路#2列列KVL常用形式常用形式对回路对回路#3列列KVL方程方程I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2#1#1方程式也可用常用形式方程式也可用常用形式 KVL方程式的常用形式，是方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方程把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带来一定式两边，显然给解题带来一定方便。方便。图示电路图示电路KVL独立方程为独立方程为第50页/共127页KVL 推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想
41、的闭合回路或写作或写作对假想回路列对假想回路列 KVLKVL：USI IUR+_+_ABCUA+_UAB+_UB+_UA UB UAB=0UAB=UA UB US IR U=0U=US IR对假想回路列对假想回路列 KVL：或写作或写作第51页/共127页3)欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时参考方向相同时U、I 参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；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值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常
42、取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U=I R U U=IRIR第52页/共127页解：解：对图对图(a)有有,U=IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第53页/共127页电路端电压与电流的关系称为伏电路端电压与电流的关系称为伏安特性。安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电
43、阻的概念：线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。常数常数即：即：=IUR 第54页/共127页4)焦耳定律焦耳定律 电阻将所吸收的电能转换为热能，这种能量转换关电阻将所吸收的电能转换为热能，这种能量转换关系，所以称为焦耳定律系，所以称为焦耳定律 在单位时间在单位时间t t内，正电荷内，正电荷q q通过电阻通过电阻R R由由a a点移到点移到b b点点电场力所作的功电场力所作的功根据欧姆定律：根据欧姆定律：a)电能电能第55页/共127页 日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：量纲：1度度=1KWh=1
44、KVAh式中单位：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功时，电功W为焦耳为焦耳【J】1 1度电的概念度电的概念1000W的电炉加热的电炉加热1小时；小时；100W的电灯照明的电灯照明10小时；小时；40W的电灯照明的电灯照明25小时。小时。第56页/共127页aIRUb设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U,流入此部分电路的电流流入此部分电路的电流为为 I，则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:P=U I功率的概念功率的概念单位单位:W,kW,mW负载负载若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向一致实际方向一致,则该元件则该元件吸
45、收功率吸收功率,为为负载负载;电源电源若元件上的电压为若元件上的电压为 U 和电流为和电流为 I的的实际方向相反实际方向相反,则该元件则该元件发出功率发出功率,为为电源电源。第57页/共127页电路功率电路功率:功率平衡功率平衡根据能量守恒，电路产生的总功率等于消耗的总功根据能量守恒，电路产生的总功率等于消耗的总功率，可知率，可知 电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的的电灯表明在电灯表明在1秒钟内该灯可将秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热的电能转换成光能和热能；电机能；电机1000W表明它在一秒钟内可将表明它在一秒钟内可将1000J
46、的电能转换的电能转换成机械能。成机械能。第58页/共127页根据根据 电压和电流的实际方向电压和电流的实际方向判断器件的性质，或是判断器件的性质，或是电源电源，或是或是负载负载。当元件上的当元件上的U U、I I 的实际方向一致，则此元件消耗电功的实际方向一致，则此元件消耗电功率，率，为为负载负载。实际方向相反，则此元件发出电功率，实际方向相反，则此元件发出电功率，为电源为电源。电流和电压的电流和电压的实际方向实际方向根据根据参考方向参考方向和和计算结果计算结果的正、负得到。的正、负得到。结结 论论第59页/共127页4.电路的工作状态电路的工作状态 电电源源和和负负载载不不能能任任意意连连接
47、接，如如果果连连接接不不当当，会会造造成成电源或负载损坏，因此必须知道电源和负载的额定值。电源或负载损坏，因此必须知道电源和负载的额定值。a)有载工作状态有载工作状态(通路通路)电电路路在在不不同同的的工工作作条条件件下下，会会有有不不同同的的状状态态，具具有有不不同同的的特特点点。下下面面以以直直流流电电路路为为例例，分分别别讨讨论论电电路路的的三种工作状态。三种工作状态。当当电电源源与与负负载载接接通通，电电路路中中有有电电流流流流动动，电电路路的的此种状态称为通路，电源的此种状态称为有载状态。此种状态称为通路，电源的此种状态称为有载状态。第60页/共127页负载电阻负载电阻+-SER0R
48、LIU电源电源电源电动势电源电动势电源内阻电源内阻电路电流电路电流:电源端电压电源端电压:如图所示，当开关如图所示，当开关s s闭合时闭合时第61页/共127页电源外特性电源外特性:IUE0电源端电压电源端电压U U和输出电流和输出电流I I的关系的关系电源外特性的斜率与电源外特性的斜率与R0有关，有关，R0越越小，斜率越小。小，斜率越小。R0 RL时，时，U 随负载的变动很小，随负载的变动很小，受负载的影响很小，电源带负载能受负载的影响很小，电源带负载能力强力强第62页/共127页b）电源开路）电源开路+-SER0IU0I=0U=U0=EP=0(空载，空载，RL=)第63页/共127页c)c
49、)电源短路电源短路U=0+-ER0ISU外电路被短路外电路被短路(RL=0)电源短路容电源短路容易烧坏电源，易烧坏电源，因此电源使因此电源使用中通常接用中通常接入入熔断器熔断器P=0(输出功率输出功率)PE=I2 R0(电源消耗的功率电源消耗的功率)第64页/共127页5)电气设备的额定值电气设备的额定值 电气设备电气设备长期、安全长期、安全工作条件下的工作条件下的正确使用时的技正确使用时的技术数据术数据称为额定值。电气设备的额定值是根据设计、材料称为额定值。电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。电电器器设设备备
50、的的额额定定值值主主要要有有额额定定电电压压、额额定定电电流流、额额定定功功率率和和额额定定温温升升(温温升升是是指指在在规规定定的的冷冷却却方方式式下下高高出出周周围围介介质的温度，周围介质温度定位质的温度，周围介质温度定位40),下标为下标为“N”。第65页/共127页 通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值，当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。值，当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。用电器额定工作时的电压叫额定电压，电流为