电工电子学课件

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1.1 电路的基本概念
1. 电路的组成和作用
由电阻、电感、电容、电源等部件（component）和晶体管等 器件（device）按预期目的连接构成的电流的通路
例1 路灯
例2 个人电脑
能量的传输、分配与转换
功能
共性 建立在同一电路理论基础上
信息的传递与处理
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2. 电路模型
开关
电 池
导线
• 用箭头表示 —— 箭头的指向为电流的参考方向
i
A
B
• 用双下标表示 —— 如 iAB , 电流的参考方向由A指向B
iAB
A
B
③ 为什么要引入参考方向 ？
(a) 复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向
Fra Baidu bibliotek
？
中间支路电流的实际方向无法确定，为分析方便， 只能先任意标一方向（参考方向），根据计算结果 ，才能确定电流的实际方向。
集总条件 实际电路的尺寸远小于使用时其最高工作频率所对应的
波长 d
注意
• 采用集总电路模型意味着不考虑电路中电场与磁场的相互作用， 不考虑电磁波的传播现象，认为电能的传送是瞬时完成的
• 集总假设为本课程的基本假设，以后所述的电路基本定律、定理 等均是以该假设为前提成立的
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几种基本的集总参数元件：
答：
B
A 电压、电流参考方向非关联
B 电压、电流参考方向关联
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3. 电位
取恒定电场中的任意一点（0点），设该点的电位为零，称0点为参考点， 则电场中一点A到0点的电压uA0称为A点的电位，记为A ，单位是V(伏)。
示例
A
10Ω
+
30V _
D
10Ω
电路如图所示，求A、B、C、D各点的电位。
B 解： ① 确定参考点 设C点为电位参考点，则 C = 0
1. 电流（Current）
① 电流 带电粒子的定向运动形成电流
电流的大小用电流强度表示
i(t)
def
lim
q
dq
t0 t dt
单位：安培
符号：A （Ampere）
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② 电流的参考方向（reference direction） 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 元件（导线）中电流流动的实际方向只有两种可能：
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(b) 实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。标出参考方向 ，再加上与之配合的表达式，才能表示出电流的大小和实际方向。
i
i Im sin t
t
0 T/2
T
当 0tT2 , i0 当 T2tT , i0
电流实际方向与参考方向相同 电流实际方向与参考方向相反
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2. 电压（Voltage）
· 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 （包括方向和符号）， 在计算过程中不得任意改变。
• 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式
Us
Rs
R Us
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4. 电压和电流的参考方向
电路中的主要物理量
电压（voltage） 电流（current） 电荷（charge） 磁链（flux linkage） 能量（energy） 功率（power）
在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率
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电工学
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Chapter 1 电路的基本定律与分析方法
本章要点： 1. 电压、电流的参考方向 2. 电路元件特性 3. 基尔霍夫定律 4. 支路电流法、节点电压法 5. 叠加定理、戴维宁定理
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1.1 电路和电路模型 1.2 基尔霍夫定律 1.3 电阻元件及其串联与并联 1.4 电源的两种模型及其等效变换 1.5 支路电流法 1.6 节点电压法 1.7 叠加原理 1.8 戴维宁定理
A A
B
B
参考方向 任意选定的一个方向即为电流的参考方向
i 参考方向
A
B
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电流的参考方向与实际方向的关系
i
A
参考方向 B
实际方向
i>0
i
A
参考方向 B
实际方向
i<0
示例
i 参考方向
i 参考方向
+ 实际方向
10V
10Ω
_
+ 实际方向
10V
10Ω
_
i ＝ 1A
i ＝ －1A
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电流参考方向的两种表示方式：
+
u
参考方向
+
u
+ 实际方向
u> 0
实际方向
+
u<0
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示例
+ 10V _
+
u
_
1
10Ω
+ 10V _
u 1 10Ω
+ _
u 1 = 10V
u 1 = － 10V
电压参考方向的三种表示方式：
• 用正负极性表示 —— 由正极指向负极的方向为电压（降）的参考方向
• 用箭头表示 —— 箭头指向为电压（降）的参考方向
10BASE-T wall plate
建模 灯泡
开关
+
U
_
s
电池
RL
Rs
灯泡
导线
理想电路元件 有某种确定的电磁性能的理想元件
电路模型
反映实际电路部件的主要电磁性质 的理想电路元件及其组合
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3. 集总参数电路 由集总参数元件构成的电路
集总参数元件
假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行
Lumped parameter element
10Ω
② 求解其他各点电位
A = uAC= 20V
C
B = uBC= 10V
D = uDC= －10V
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A
10Ω
+
30V _
D
10Ω
B 设D点为电位参考点，D = 0
A = uAD= 30V
10Ω
B = uBD= 20V
C
C = uCD= 10V
小结 · 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向
① 电压 单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功 w 的大小
def
u
dw
dq
单位：伏特 符号：V（Volt）
② 电压（降）（voltage drop）的参考方向
复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实 际电路问题的分析计算带来困难。
电压的参考方向与实际方向的关系
参考方向
• 用双下标表示 —— 如 uAB , 由A指向B的方向为电压（降）的参考方向
+u
u
uAB
A
BA
BA
B
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③ 关联参考方向
元件或支路的u ， i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之， 称为非关联参考方向。
+u
+u
i
关联参考方向
i
非联参考方向
示例
i
+
Au
_
电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两 部分电路，电压电流参考方向是否关联？
电阻元件（Resistor）：表示消耗电能的元件 电感元件（Inductor）：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件（Capacitor）：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件（Independent Source）：表示各种将其它形式的能量
转变成电能的元件 注意
• 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示