电工学第1章直流电路.

目录电工学A第1章直流电路第2章正弦交流电路第3章三相交流电路第5-6章电气自动控制第7章半导体二极管第10章组合逻辑电路第4章一阶电路第11章时序逻辑电路第9章集成运算放大器第8章晶体管放大电路2课程序言一、使用教材《电工学》（多学时）刘曼玲主编中国水利水电出版社二、实验教材《电路与电子技术实验教程》张静秋主编中南大学出版社三、参考著作《电工学》（第七版）秦曾煌主编高等教育出版社四、教学中心网址课程讲授主要内容之一电工技术电路基础电气控制技术直流电路与电路方法（定理）正弦交流电路与串联谐振继电接触控制线路三相交流电路与安全用电变压器及其应用三相异步电动机简介18学时4学时常用低压控制电器一阶动态电路的分析4课程讲授主要内容之二电子技术模拟电子技术数字电子技术半导体二极管与应用基本放大电路计数器及其应用集成运算放大器逻辑代数门电路与组合逻辑电路12学时10学时触发器与时序逻辑电路晶体三极管习题课与复习8学时5六、主要教学环节习题尽可能独立完成作业，并及时上交。不缺课、不迟到、不早退！积极思维，紧跟老师讲课思路，第一时间弄清基本概念、分析方法、解题思路与技巧。课堂教学实验务必在每一次实验之前充分预习，并写出预习报告！熟悉每次实验需用到的仪器、仪表、实验电路板及实验箱等的使用，力争独立、快速、完整完成各次实验内容。实验教材：《电路与电子技术实验教程》主编张静秋1、实验2线性有源二端网络等效参数测定（第7?周）实验（共6次）的进程安排2、实验5阻抗的并联与功率因数的提高（第9?周）3、实验6串联谐振电路的研究（第10?周）4、实验11单管放大电路的研究（第14?周）八、实验预定的网址：、实验20门电路功能测试及其应用（第17?周）5、实验14运算电路分析与设计（第16?周）7《电工学I》习题册的购买（以班为单位集体购买！）单价：4元/本(严禁复印，否则平时成绩记0分！)购买时间:第？周星期六上午8:00—11:30、下午14:00—17:00第？周星期六上午8:00—11:30、下午14:00—17:00购买地点:新校区综合实验楼301＃经办人员：谢平凡老师电话：[phone]实验报告纸（以班为单位集体购买！）单价：0.3元/张（严禁复印！）（本课程每人购买6张即可）购买时间:星期？上午9:00—11:00购买地点:新校区综合实验楼320＃经办人员：姜锡老师电话：8887671813873168186《电路与电子技术实验教程》的购买（以班为单位集体购买！）单价：20元/本(严禁复印，否则实验成绩至少降一个等级！)购买时间:第周星期六上午8:00—11:30、下午14:00—17:00第周星期六上午8:00—11:30、下午14:00—17:00购买地点:新校区综合实验楼301＃经办人员：谢平凡老师8成绩评定期末考试60%平时成绩40%实验25%作业15%考勤成绩构成1.1电路和电路模型1.2电路的基本物理量1.3电路基本元件1.4电路的工作状态1.5基尔霍夫定律1.6电阻电路的等效变换1.7支路电流法1.9叠加定理第1章直流电路1.10戴维宁定理第1章学习要点1.电流与电压的参考方向。2.电路元件及使用。3.计算方法：基尔霍夫定律、支路电流法、叠加定理、戴维南定理、弥尔曼公式（结点电压法）——贯穿全书的计算方法。1.1电路和电路模型（1）从器件上定义：电气元件和电子元件的集合。（2）从电流角度定义：电流的通路。2.电路的作用：（1）电能的传输和转换。（2）信号的传递和处理。3.电路的组成（三部分）：电源+中间环节+负载1.1.1电路(circuits)的定义实际电路是由电气器件相互联接而构成的电流的通路。如手电筒电路：1.实际电路1.1.2电路模型2.理想电路元件为了便于分析计算，将实际元件理想化，当各种实际器件的尺寸远小于电路正常工作所对应的电磁波波长时，可将它们所反映的物理现象分别用理想电路元件代替。理想电路元件：电阻、电容、电感、独立电源(电压源、电流源)、受控源（四种)。一个实际器件在某种条件下都可以找到它的模型。有些模型由一种理想元件构成，有些模型用几种理想元件来构成。3.电路模型(简称电路）由理想元件代替实际电路器件组成的电路叫电路模型。应当注意电路元件与实际器件两者之间不完全等同，如电阻器、电容器、线圈、晶体管等，在一定的工作条件下，根据实际器件的主要物理功能，可按不同的精确度用电路元件以及它们的组合来模拟。一般可以用电路元件及它们的组合来模拟。下图就表示了在不同条件下，同一实际器件可能要用不同的电路模型来模拟。实际电感元件在不同应用条件下的模型高频低频15电路中的参考方向1、问题的提出：在复杂电路中，支路或元件的电流（包括电压）的方向该如何确认呢？这是一个必须事先解决的问题。考虑到二端元件的实际电流只有两种可能，于是，我们不妨假定一个方向作为电流的方向。这就是参考方向的来由。162）参考方向：在分析电路前，对电流、电压事先假定的正方向1）电流及电压正方向的约定：电流：正电荷运动的方向电压：高电位端（+）→低电位端（-）例：IIaabb二者一致取正值:I0两者相反取负值:I0注意：在解题过程中，一定要事先假定“正方向”，即在电路中先标明元件的参考方向，再以此为依据列写相应的方程。172、参考方向与关联参考方向：1）、电流参考方向的表示：i②双下标表示①箭头表示iabab2）、电压参考方向的表示：u③“+，-”表示①箭头表示uabab②双下标表示u+-ii★★★★★★181)理论上参考方向可以任意设定。2)但为了分析方便，常假定电流和电压的参考方向一致，这样设定的参考方向称之为关联参考方向，反之则称为非关联参考方向。i+-u关联参考方向i+-u非关联参考方向RuiRui3、电流与电压的关联参考方向3)采用关联参考方向时，所有公式前均取正号！1.2电路的基本物理量1.2.1电流及其参考方向2.电流的参考方向AB（1）用箭头表示，如右图；如iAB=2A，说明参考方向与实际方向一致；dtdqi1.电流（又叫电流强度）单位时间内通过的电量，即：正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。（2）用双下标表示，如iABiAB=-2A，说明参考方向与实际方向相反。i1.2.2电压和电压的参考方向2.电压的参考方向AB(1)用箭头表示；如uAB=2V，说明参考方向与实际方向一致；dqdwuu电压的实际方向：高电位指向低电位。1.电压单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：uAB=-2V，说明参考方向与实际方向相反。(2)用双下标，如uAB；(3)用正负符号。3.关联参考方向ABiuABiu在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。(a)关联(b)非关联22IUS＋－＋E－＋－ULUS表示电源的端电压，UL是指负载的电压。电源中的非电场力将单位正电荷从电源负极移至电源正极时所转换而来的电能称为电源的电动势。符号：E或e，单位：V。电动势的实际方向：由低电位指向高电位。↑↓1.2.3电动势(electromotiveforce—e.m.f)参考方向参考点—一般选大地点或公共点，也称为地。电位—电场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点时所消耗的电能.参考点电位—VR=0V电压—两点的电位差，用U表示。如Uab=Va-Vb注意：1.电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的电压。2.参考点选得不同，电位不同，但两点之间的电压值是不变的。1.2.4电路中电位的概念及计算1.2.5电功率和能量一、能量)(dqdwu)()(10tqtqudqwdtdqittdttituw0)()(电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量单位为焦耳（J）。根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W求得为：二、功率dtdwp)()(titup电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。ttdttituw0)()(1)定义：功率是单位时间内所做的功，即：IEUS＋－＋－＋－UL3）功率的定义式：P=UI4）电源产生的功率：PE=EI5）电源输出的功率：P=USI=UIS6）负载取用的功率：PL=ULIL2）代号：P（直流电路）电功率的定义式：直流电路:电路元件功率的判断负载UL:电压与电流实际方向关联，吸收功率，在电路中消耗电能IUS＋－＋－UL1、按实际方向的关联状态判断电源US:电压与电流实际方向非关联，发出（释放、提供）功率，在电路中提供电能。结论：元件吸收还是发出功率的电气特征在于其电压与电流的实际方向是否关联（即是否一致）。27①按关联参考方向判断时：公式是如果P0，该元件吸收功率，消耗能量，起负载作用；如果P0，该元件发出功率，提供能量，起电源作用。②按非关联参考方向判断时：公式为如果P0，该元件吸收功率，消耗能量，起负载作用；如果P0，该元件发出功率，提供能量，起电源作用。2、按实际的功率判断UIPUIP28例：如图所示电路中，各元件电压和电流的参考方向均已设定。已知：U1=7V,U2=3V,U3=4V,U4=8V,U5=4V,I1=2A,I2=-1A,I3=-1A,求各元件消耗或向外发出的功率。1U1+_I135I2I324U2U3U4U5++++____解：元件1：为关联参考方向P1=U1I1=7×2=14w0,吸收功率,属于负载。元件2：为非关联参考方向，P2=-U2I1=-3×2=-6w0,发出功率,属于电源元件3：为关联参考方向,P3=U3I2=4×(－1)=－4w0,发出功率,属于电源。接上页：已知：U4=8V,U5=4V,I3=-1A,求各元件消耗或向外发出的功率。1U1+_I135I2I324U2U3U4U5++++____解：元件4：为关联参考方向P4=U4I3=8×(－1)=－8w0发出功率,属于电源。元件5：为非关联参考方向P5=-U5I3=-4×(－1)=4w0,吸收功率,属于负载。负载吸收功率总和：P1+P5=14+4=18w重要结论：集总电路服从（遵守）功率守恒原理电源提供功率总和：P2+P3+P4=6+4+8=18w电流的大小和方向不随时间发生变化的电流则称为直流。用大写字母（Ｕ、I）表示。2.交流(AC)：AlternatingCurrent电流的大小和方向随时间发生变化的电流则称为交流。用小写字母（u、i）表示。交流电流和电压的有效值、最大值也用大写字母表示。1.直流(DC)：DirectCurrent1.3电路基本元件（理想）理想电路元件1、无源元件：电阻、电容、电感；2、有源元件：独立电源（电压源、电流源）；受控源(4种)。实际器件的模型一个实际器件在某种条件下都可以找到它的模型。有些模型由一种理想元件构成，有些模型用几种理想元件来构成。ABuiR2、伏安特性(VAR)—满足欧姆定律：Riu电压单位为伏特，电流单位为安培，则电阻R单位为欧姆。GuiRG1G为电导，单位为西门子（S）。欧姆定律在非关联参考方向情况下：RiuGuior1、电阻符号为：uABiR特殊地，R=0,元件短路；R=∞,元件(断路)开路1.3.1理想无源元件一、电阻元件（两种符号）I(A)U(V)o线性电阻元件的伏安特性3、电阻消耗的功率电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。电阻消耗的功率根据电压和电流是否关联进行定义。在关联参考方向下p=ui=i2R0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。在非关联参考方向下p=-ui=-i2R0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。4、电阻图片线绕电阻碳膜电阻可变电阻（电位器）压敏电阻功率电阻34±10%10－2银±5%10－1金999白10510410310