1第一章直流讲义教材

,应用电工学,2,绪论,2.电工学的内容:学什么,1为什么学,3.怎么学,3,非电专业的技术基础课. 获得电工技术和电子技术 的基本理论、基本知识和基本技能。,电工技术：实现由机械化时代向电气化时代的转变,电子技术：促进了通信、控制、和计算机的迅速发展,1.为什么学？,5,电路理论部分:注意理论的严密和计算的精确。,电机、电器和电子技术：应用特性，用工程近似的分析方法,电子技术：注重概念的理解，计算少。 电子器件：了解它们的外部性能及应用。 数字电路：分析，画波形图。,各部分的特点:,3.How 如何学？,6,四个环节：,听课-动脑,预习+复习,作业-动笔,实验-动手,7,教 学 安 排：,应用电工学共64学时（4学分） 教学(48学时)； 实验(16学时)：实验楼，106室（电工实验室）,教材及参考书：,1、唐介 电工学（少学时）高教出版社 23.90元 2、秦曾煌电工学（上下册）高教出版社（图书馆借）,8,成 绩 评 定：,作业及考勤（20%）； 实验成绩（20%）； 期末考试（闭卷 60%）。,9,有关规定：,1、课前预习指定章节； 2、必须独立完成作业，严禁抄袭； 3、在每周的课前，课代表收本班作业，按学号顺序排好交上来。,10,第1章 直流电路 （Direct Current Circuit),1.1 电路的基本概念( basic concepts ),1.2 基尔霍夫定律( Kirchhoffs laws ),1.3 电路分析方法简介( methods of analysis),1.5 戴维宁定理( Thevenin-Norton Theorem ),1.4 叠加原理( Superposition Theorem ),11,3 负载,电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些 电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。,1 电源,一、电路的作用与组成,1）.电能的传输与转换（电力系统）,1.1 电路的基本概念( basic concepts ),1、电路的作用：,12,一、电路的作用与组成,2）.信号的传递与处理,1.1 电路的基本概念( basic concepts ),2、电路的组成：,1）电源(source) ：提供能量或信号（如：电池、发电机、信号源）；,2）连接导线(line) ：联通电路，输送电能；,3）负载(load)：将电量转换为非电量（如：电机、电灯、扬声器）。,1、电路的作用：,13,二、电路的模型（ circuit model）,1.1 电路的基本概念( basic concepts ),当有电流通过时：,L,实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。,例如：白炽灯 ( lamp ),电压电场储存电场能量 C,C,电流磁场储存磁场能量L,14,二、电路的模型,1.1 电路的基本概念( basic concepts ),工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素 而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件。,15,构造手电筒的电路模型,16,电路实体,电路模型,用理想电路元件组成的电路， 称为实际电路的电路模型。,二、电路的模型,17,电压（U）、电流（I）、电荷（Q）、磁通（）、 电功率（P）、电能量（W）等。 在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。,1). 电流 I (current)：,单位：A (安) ( Ampere，安培 ),2). 电压 U (voltage)：,单位：V (伏) ( Volt，伏特 ),1、电路中的主要物理量,三、电路中的参考方向(reference direction),1.1 电路的基本概念( basic concepts ),18,当数值过大或过小时， 常用十进制的倍数表示。,SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法： 符号 T G M k c m n p 中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮 数量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012,19,为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。,参考点的电位则为零，所以参考点也称为零电位点。,电位用 表示，单位与电压相同，也是V(伏)。,设c点为电位参考点，则 c = 0, a =Uac， b =Ubc， d =Udc,3). 电位 ：,20,5. 电功率,定义：单位时间内所转换的电能。,符号：P（直流电路）。 单位：W。,6. 电能 定义：在时间 t 内转换的电功率称为电能：W = P t 符号：W（直流电路）。 单位：J。 单位转换：千瓦时（kWh） 1 千瓦时为 1 度电，1 kWh3.6 106 J。,21,1.2 电路的状态,一、通路,I,S,电源这时的状态称 为有载或称电源处于负载状态。,22,二、开路,S1,S2,E,EL1,EL2,开路的特点：,I=0,I0,U 视电 路而定,电源这时的状态称为空载。,23,三、短路,S1,S2,电源短路,短路的特点：,U=0,U0,I 视电路而定,EL1,EL2,24,元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能。,参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。,1、电流的参考方向,1.3电路中的参考方向(reference direction),i 0,i < 0,电流方向的表示方法： i,25,2、电压的参考方向,参考方向 u,+,26,电压参考方向的三种表示方式：,(1) 用箭头表示：,(2) 用正负极性表示：,(3) 用双下标表示：,27,元件的 u，i 通常采用相一致的参考方向，称之为关联参考方向(是为了减少公式中负号) 。,关联参考方向,非关联参考方向,3. 关联参考方向,28,试判断下图中的三个元件,哪个是关联参考方向?,29,1.4 理想电路元件( ideal circuit elements）,理想电源元件,理想无源元件,理 想 电 压 源,理 想 电 流 源,电 阻 R,电 感 L,电 容 C,30,欧姆（Ohm）,Georg Simon Ohm (1789-1854) was the German physicist who in 1827 discovered the law that the current flow through a conductor is proportional to the voltage and inversely proportional to the resistance. Ohm was then a professor of mathematics in Cologne. His work was coldly received. The Prussian minister of education announced that a professor who preached such heresies was unworthy to teach science. Ohm resigned his post, went into academic exile for several years, and then left Prussia and became a professor in Bavaria.,一、理想无源元件,31,1) 电阻的外形图,potentiometers,电阻元件 ( resistor ),32,2). 符号,电压与电流的参考方向设定为 关联参考方向时：,3). 欧姆定律 (Ohms Law),u R i,若为非关联参考方向, 则,u R i, 公式必须和参考方向配套使用！,33,线性电阻的伏安特性曲线:,R tg , 线性电阻R 是一个与电压和电流无关的常数。,线性电阻元件的伏安特性为 一条过原点的直线,34,5). 电阻的开路与短路,当R=0，视其为短路。 i为有限值时，u=？,当R=，视其为开路。 u为有限值时，i=？,4). 电阻的功率,p吸 ui i2R u2 / R,35,6). 电阻的用途,1、限制电流； 2、分压； 3、电位器收音机中调节音量； 4、与其它元件构成滤波电路、移相电路等等。,36,二、理想电源元件 ( source ),1). 理想电压源：,特点：,(a) 电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关；,直流：US为常数,交流： uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint,电路符号:,电源两端电压为uS，其值与流过它的 电流 i 无关。,37,(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。,注意： 电压源不允许短路！,例：,若直流电源电压US=10V， # 对于R=1 的负载，则电流 I=U/R=10/1=10A; # 对于R=10 的负载，则电流 I=U/R=10/10=1A;,38,(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,直流：S为常数,交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint,2). 理想电流源：,电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压u 无关。,特点：,电路符号:,39,注意： 电流源不允许开路！,(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。,40,电源与负载的判别,1.根据电压、电流的实际方向判别,电源：U和I的实际方向为非关联方向，发出功率,负载：U和I的实际方向为关联方向，取用功率,例:,已知：UAB=3V, I = 2A,解：用方法1，在N上的电压和电流的实际方向相反，所以是发出功率，为电源,求：N的功率，并说明它是电源还是负载.,2.利用公式计算,是发出功率，所以是电源。,P=UI = (2)3= 6W,41,一 、几个名词：,1. 支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。 (b),2. 节点 (node): 三条及以上支路的连接点称为节点。( n ),3. 回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l ),b=3,1,2,3,a,b,l=3,n=2,1.2 基尔霍夫定律( Kirchhoffs laws ),42,二、基尔霍夫电流定律 （KCL）,电路中各支路的电流流向有两种，可任意设定一个参考方向。为清楚起见，统一令流入节点的支路电流为正，即其前取“ ” 。,i1 i2 + i3 i4 = 0,应用KCL的步骤： 1、先标定各支路电流的参考方向； 2、对节点列KCL方程。,i1+ i3 = i2 + i4,整理得：,列KCL方程：,在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。 即,43,电路如图1-1所示，元件所吸收的功率为（ ）。,即：1mA =3mA+I,I= -2mA,44,KCL可推广到一个封闭面：,2、对假想的大节点（闭合面）列KCL方程 :,i1,i2,1、设定待求支路电流的参考方向，并在图上画出；,3+4+ i1 6 = 0,i1 = 1A,对左边的节点列KCL 方程：,i2 = 13A,45,U4,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。, U = 0,U1+U2 U3 U4 + U5 =0,+,U5,U3,+,三、基尔霍夫电压定律 （KVL)：,1.2 基尔霍夫定律( Kirchhoffs laws ),46,根据 U = 0,KVL推广应用于假想的闭合回路,US+ IR UAB=0,UAB= US+ IR,或,根据KVL可列出：,UB,UA,UAB,UAB= UA UB,UA UB UAB=0,47,1、电路如图1-1所示，元件所吸收的功率为（ ）。,P = UI =（310+30）（1-3） = -120mW,解：,考点：1、KCL 2、KVL 3、元件的功率,48,、根据KCL、KVL，试确定电