电工电子第1章直流电路(XXXX)

课程名称：电工和电子技术I两学期总学时：112（其中实验学时：32）总学分：7任课教师：郜志峰课程性质：理工科相关专业必修的技术基础课本学期学时：56（其中实验学时：16）学分：3.5本课程的主要任务：1、掌握电路基本理论及分析电路的基本方法；3、掌握基本电子线路的工作原理和基本分析方法；4、培养独立操作和熟练使用电工仪表，电子仪器的基本能力。2、理解常用半导体器件、电机和电器设备的基本结构和特性；课程名称：电工和电子技术I两学期总学时：112（其中实验学时：32）总学分：7任课教师：郜志峰课程性质：理工科相关专业必修的技术基础课本学期学时：56（其中实验学时：16）学分：3.5本课程的地位、作用和任务：在人类社会生活的各个领域，电工电子技术所起的作用无可替代。在其他学科领域，电工电子技术的应用十分广泛。“电工学”课程的作用与任务是：通过本课程的学习，获得电工电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工电子技术的基本应用和发展概况，为今后学习各理工科专业和从事技术工作奠定相关的基础。课程名称：电工和电子技术I两学期总学时：112（其中实验学时：32）总学分：7任课教师：郜志峰课程性质：理工科相关专业必修的技术基础课本学期学时：56（其中实验学时：16）学分：3.5本课程包含的主要内容：下学期所学的“电工和电子技术II”课程主要包括数字电子技术、电机与控制2大部分内容。本学期所学的“电工和电子技术I”课程主要包括电路理论、模拟电子技术2大部分内容。“电工和电子技术”两学期的课程主要包括电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电机与控制4大部分内容。电路的暂态分析（第2章）集成运算放大器（第3章）交流放大电路（第2章）《电路和电子技术（上）》电路的基本概念和分析方法（第1章）正弦交流电路（第3章）电路原理模拟电路半导体器件（第1章）“电工和电子技术I”课程包含内容和所用教材：《电路和电子技术（下）》三相交流电路（第4章）时序逻辑电路（第6章）组合逻辑电路（第5章）数模、模数转换(第7章)PLD技术及其应用(第8章)数字电路电源技术（第4章）《电路和电子技术（下）》模拟电路“电工和电子技术II”课程包含内容和所用教材：第7章电工与电子系统《电机与控制》第1章磁路第2章变压器第3章三相异步电动机第4章其它类型电动机第5章电动机的电器控制第6章可编程序控制器原理及应用“电工和电子技术II”课程包含内容和所用教材：参考书：1、秦曾煌，电工学（上、下册），高等教育出版社2、王鸿明，电工技术和电子技术，清华大学出版社4、刘全忠，电子技术（电工学Ⅱ），高等教育出版社作业要求：1、在认真复习的基础上，独立完成作业。(用作业纸)3、按指定的班级交作业,上课时在教室交。2、作业要书写整洁，图要标绘清楚，数据要有单位。3、姚海彬，电工技术（电工学Ⅰ），高等教育出版社5、李燕民，温照方，郜志峰，电工和电子技术学习指导，北京理工大学出版社7、杨素行，模拟电子技术基础简明教程，高教出版社6、李瀚荪，电路分析基础（上、下册），高教出版社1、实验1.1电工测量第6周地点：理学楼102室、301室、302室、404室要求：1、认真阅读《实验教程》，做好实验预习；2、进实验室前要写出《实验（预习）报告》。2、实验1.3.2RC电路的暂态过程(仿真)第7周3、实验1.4.1交流电路的频率特性第10周4、实验1.5单相交流电路（强电实验）第11周5、实验1.6三相交流电路（强电实验）第12周6、实验2.1.1电压放大电路(硬件实验)第13周7、实验2.2集成运算放大器的应用(一)第14周2015年春季学期实验安排实验教材：李燕民《电工和电子技术实验教程》第二版8、实验2.3集成运算放大器的应用(二)第15周第1章电路的基本概念和分析方法1.1电路的基本概念1.2理想电路元件1.3基尔霍夫定律1.5叠加原理1.4电路的一般分析方法1.10含受控源电路的分析1.8电源模型的等效变换1.6无源二端网络的等效变换1.7电阻星形联接与三角形联接的等效变换1.9戴维宁定理和诺顿定理1.11非线性电阻电路的分析1.12电气设备和元器件的额定值教学大纲不要求内容1.1电路的基本概念负载电源中间环节(1)能量的传输与转换发电机升压变压器输电线降压变压器电灯电动机1.1.1电路的作用与组成(2)信号的传递与处理放大器话筒扬声器信号源负载话筒把声音（信息）电信号扬声器把电信号声音（信息）1.1为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。i实际的电路是由一些起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时RRL消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁场能量（电感性）忽略L1.1.2电路模型1.11.1.2电路模型1.1电池负载连接导线实际电路电路模型SUR–+R0开关用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。电路分析理论所研究的对象都是由理想电路元件组成的实际电路的电路模型。对电路进行分析计算时，不仅要算出电压、电流值的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。但是，在电路中各处电位的高低、电流的方向等很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能确定。为此引入参考方向的概念。习惯上规定电压的实际方向为：由高电位端指向低电位端；电流的实际方向为：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；电动势的实际方向为：在电源内部由低电位端指向高电位端。1.1.3电压和电流的参考方向1、电压、电流的实际方向电压、电流的参考方向：当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为正，反之则为负值。例如：图中（1）若I=3A，则表明电流的实际方向与参考方向相同；在电路图中所标电压、电流、电动势的方向，一般均为参考方向。电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用极性“+”、“–”外，还用双下标Uab或箭头表示。任意假定。1.1.3电压和电流的参考方向2、电压、电流的参考方向R–+R0IU–+Uabab（2）若I=–3A，则表明电流的实际方与参考方向相反。ER+–UI注意:(1)电路图中标注的均为参考方向.(2)参考方向一经选定,电压和电流均为代数量.(3)解题时,要将待求的电压和电流的参考方向在电路图上标示出来,否则计算结果没有意义.电压、电流实际方向与参考方向相同为正值，相反为负值例如：E=3V，若假定电路中U的参考方向为上“+”下“–”，则U=3V或UAB=3VAB例如：E=3V，若假定电路中U的参考方向为上“–”下“+”，则U=–3V或UBA=–3V+–1.1.3电压和电流的参考方向3、关联参考方向在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设它两端电压的参考极性（方向），两个都可任意假定，而且彼此独立无关。但是，为方便起见，通常引入关联参考方向。关联参考方向的规定：电流由高电位流向低电位。关联参考方向iu+-ab非关联参考方向iau+-b电流参考方向与电压参考方向一致。表达式图A中U、I参考方向相同U=–IR图B、C中U、I参考方向相反图B中若I=–2A，R=3，则U=–(–2)×3=6V电流的参考方向与实际方向相反图A或图BRUI+–IRU+–+–图CRUI电压与电流参考方向相反表达式U=IR注意:电路分析的定律和公式是在规定参考方向下得到的，参考方向改变，公式也要作相应变化。例如欧姆定律若在dt时间内，由a点转移到b点的正电荷为dq，且由a到b为电压降u，则正电荷失去的能量为dw=u•dqp(t)0时，电路元件吸收功率p(t)0时，电路元件放出功率4、功率功率p(t)=dw/dt=udq/dt=uiiu+-ab在关联参考方向下p(t)=ui在非关联参考方向下p(t)=–uip(t)0时，电路元件吸收功率p(t)0时，电路元件提供功率4、功率iu+-ab在关联参考方向下p(t)=ui在非关联参考方向下p(t)=–uiiu+-ab无论是关联参考方向还是非关联参考方向1.2理想电路元件理想电路元件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为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下，常忽略实际电气部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它抽象为理想电路元件。理想电路元件是指只显示单一电磁现象，并且可以用数学方法精确定义的电路元件。为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下，常忽略实际电气部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它抽象为理想电路元件。理想电路元件是指只显示单一电磁现象，并且可以用数学方法精确定义的电路元件。常见的理想电路元件是电阻、电感、电容、理想电压源、理想电流源。电阻元件：只表示消耗电能的元件．电容元件：只表示储存电场能量的元件．电感元件：只表示储存磁场能量的元件．1.2理想电路元件线性电阻：电阻的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线。欧姆定律u=Ri电压电流关系VCR(voltagecurrentrelation)元件约束线性电阻对原点对称且具有双向性。电导G=1/R，单位：西门子(S)对于线性电阻，在关联参考方向下1.2.1电阻元件伏安特性u=Riu0i电阻的功率正电阻的电压电流的真实方向总是一致的，所以p总是大于零的，正电阻是耗能元件。RURIIUP22===×直流iu+-ab在关联参考方向下p(t)=ui在非关联参考方向下p(t)=–ui电容元件电感元件q(t)=CuC(t)(t)=LiL(t)pC(t)=uC(t)iC(t)pL(t)=uL(t)iL(t)tiLuddLL=tuCiddCC==ttuLtiti0d)(1)()(L0LL=ttiCtutu0d)(1)()(C0CC)(21)(2LLtiLtw=)(21)(2CCtuCtw=+uL-iLLiCC+uC-1.2.2电容元件和电感元件1、理想电压源在电路中，能够提供一个定值电压的电源称为理想电压源,直流理想电压源又称为恒压源。1.2.3电源元件电路符号特点：两端电压为一定值US电流由外电路决定直流理想电压源及伏安特性曲线USRLIbU+_+_aU=USI=US/RLU=USOI/AU/V1.2uS+_1、理想电压源1.2.4电源元件特点：当内阻R0一定时，电压U随电流增加而降低。实际电源的电压源模型及伏安特性曲线U=USOI/AU/VIbUR0RL+_+_aUSU=US–R0IIS=R0US1.22、理想电流源在电路中，能够提供一个定值电流的电源称为理想电流源,直流理想电流源又称为恒流源。1.2.4电源元件电路符号特点：电流为一定值IS两端电压由外电路决定直流理想电流源及伏安特性曲线I=ISU=ISRLI=ISOI/AU/VRLIbU+_aIS1.2iS2、理想电流源1.2.4电源元件实际电源的电流源模型及伏安特性曲线ISOI/AU/VI=IS–U/R0RLIbU+_aISR0U0=ISR01.2电源模型的等效变换关系仅对外电路而言，其内部则是不相等的。一个实际电源，可以用恒压源与电阻的串联或恒流源与电阻的并联作为模型。US=ISRP内阻改并联IURP+–ISRPUIS=USRS内阻改串联注意US与IS的方向电源模型的等效变换IbUSURS+_+_aU=USIRSU=ISRPIRPRS=RP注意1.8PSRUII=理想电源元件的两种工作状态(1)起电源作用当恒压源或恒流源的电压和电流的实际方向与下图中的参考方向相同时，它们输出电功率，起电源作用。+_+_USU=定值I+_ISUI=定值恒压源恒流源+_(2)起负载作用当恒压源或恒流源的电压或电流的某一个的实际方向与上图中的参考方向相反时,它们取用电功率,起负载作用.U例：若图(a)和(b)电路中的电流和电压均为正值，试判断电路中的电源是起电源作用还是起负载作用。R1+–R2RL+–U2U1I(a)R1+–R2+–U2U1RLI(b)解：因电流和电压均为正值，故它们的实际方向均与参考方向相同。图(a)中的两个电源均起电源作用，图