電工基礎(chǔ)課程概況考試課,卷面成績占90%，平時(shí)成績占10%。理論教學(xué)：56學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課：8學(xué)時(shí),4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，2學(xué)時(shí)/次。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：21B教學(xué)樓四樓西側(cè)40學(xué)時(shí)第1章電路模型和電路定律

1.1電路與電路模型1.2電流電壓及其參考方向1.3電功率和能量1.4電阻元件1.5電容元件1.6電感元件1.7電壓源和電流源1.8受控源1.5基爾霍夫定律學(xué)習(xí)要點(diǎn)

熟練掌握電壓、電流的參考方向和功率，理解參考電位的含義掌握電路中電位的表示方法熟練掌握基本電路元件、獨(dú)立源和受控源的定義與性質(zhì)熟練掌握基爾霍夫定律。

目錄

研究和分析發(fā)生在電路中的各種物理過程和電磁現(xiàn)象。每一種實(shí)際的電路設(shè)備或器件都可能同時(shí)發(fā)生幾種電磁現(xiàn)象。

為實(shí)現(xiàn)某一功能由一些電器設(shè)備或元件聯(lián)接組成的供電流流通的路徑。1.1電路與電路模型

一、電路：二、電路的作用三、電路的組成1、實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換——2、對(duì)電信號(hào)進(jìn)行傳遞和處理——試舉例試舉例四、電路分析

電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)（包括聯(lián)接導(dǎo)體、控制和保護(hù)設(shè)備及裝置）三大部分組成。

一個(gè)或多個(gè)兩端元件首尾相連串接形成一段沒有分叉的電路，稱為支路。目錄五、電路模型

把實(shí)際電路用足以反映其電磁性質(zhì)的一些理想電路元件的組合代替，構(gòu)成電路模型(circuitmodel)

。六、理想元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電路稱為電網(wǎng)絡(luò)，簡稱網(wǎng)絡(luò)。

具體電器設(shè)備的精確建模，需要做大量實(shí)驗(yàn)測量。本課程不做深入研究

，只對(duì)模型電路展開分析研究。八、描述電路的幾個(gè)基本術(shù)語是某些電路器件在一定條件下的理想化模型。它們都是這些器件在一定條件下的理想化模型。

七、網(wǎng)絡(luò)1、支路：平面網(wǎng)絡(luò)中沒有被其它支路穿過的回路稱為網(wǎng)孔，它是電路中較為特殊的回路。將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接導(dǎo)線（理想導(dǎo)線）任意拉長或縮短，使其可以展開在平面上，并且所有支路均互不交叉，則稱該網(wǎng)絡(luò)為平面網(wǎng)絡(luò)，否則為非平面網(wǎng)絡(luò)。電路中3條或3條以上支路的交匯點(diǎn)，稱為節(jié)點(diǎn)。2、節(jié)點(diǎn)：3、回路：5、網(wǎng)孔：目錄4、平面網(wǎng)絡(luò)：電路中由若干條支路組成的閉合路徑，稱為回路。電源或信號(hào)源的電壓或電流，起推動(dòng)電路工作的作用。目錄6、激勵(lì)cause：7、響應(yīng)effect：由激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流.1.2電流、電壓及其參考方向一、電流i單位：電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。是矢量方向：大小：目錄正電荷運(yùn)動(dòng)方向。單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量千安、安培、毫安、微安。表示方式：由矢量的性質(zhì)可知：目錄①在電路圖中用箭頭表示。如圖所示：i1

。②在文字中以下標(biāo)的形式表示，如：iab

。電流是矢量，求解電路中的電流時(shí)，既要求出數(shù)值，又要求出方向。簡單的電路中電流的方向可以直觀判斷出。但較復(fù)雜的電路往往不能直觀判斷。而且在交流電路中，電流、電壓的方向又是隨時(shí)間不斷變化的，參考方向：任意假設(shè)的方向，以便簡化計(jì)算，今后只需求解其數(shù)值。當(dāng)電路矢量（電壓、電流）的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，取“+”值，參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，取“-”值。二、電壓單位:

千伏、伏特、毫伏、微伏。電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓，在數(shù)值上等于把單位正電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)電場力所做的功。目錄表示:

箭頭、極性、角標(biāo)順序。電位：電路中任一點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移動(dòng)到電路中電位參考點(diǎn)電場力所做的功。a點(diǎn)電位用ua表示。參考點(diǎn)電位為0。

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓=兩點(diǎn)的電位差目錄若uab=5V，那么ub–ua=？va=?vb=？思考：電動(dòng)勢：電源內(nèi)部的非電場力。數(shù)值上等于電源內(nèi)部力將單位正電荷從電源負(fù)極推向正極所作的功。電動(dòng)勢只存在于電源內(nèi)部，方向由低電位指向高電位。數(shù)值與電壓相等。E=Uab注意：U=?目錄關(guān)聯(lián)參考方向：在某一具體元件或支路上，電壓、電流的參考方向一致。非關(guān)聯(lián)參考方向：在某一具體元件或支路上，電壓、電流的參考方向相反。思考：（1）若A元件是電阻，u、i會(huì)怎樣？（2）若A元件是電源，u、i會(huì)怎樣？目錄

電路變量的大小寫規(guī)則習(xí)慣上，表示電路中電壓、電流、功率等物理量時(shí)，用大寫的英文字母表示直流量、恒定值或統(tǒng)計(jì)量；用小寫英文字母表示變量或瞬時(shí)值。 大寫——直流量、恒定量 小寫——時(shí)變量、瞬時(shí)值要養(yǎng)成良好的書寫習(xí)慣！目錄

注意：1.3、電功率與能量功率：某元件在單位時(shí)間內(nèi)電能的變化量（吸收/釋放）?！?/p>

標(biāo)量單位：兆瓦、千瓦、瓦特、毫瓦（W），

1MW=103KW=106W=109mW目錄？如何體現(xiàn)能量的吸收或釋放？規(guī)定：關(guān)聯(lián)參考方向下：p=ui非關(guān)聯(lián)參考方向下：p=-ui若計(jì)算結(jié)果p>0表示元件確實(shí)吸收電能，

p<0表示元件釋放電能。t0~t時(shí)間段內(nèi)能量變化：1－4圖中各方框代表某一電路元件，在圖示參考方向下求得各元件電流、電壓分別為（1）指出各電流、電壓的實(shí)際方向；（2）計(jì)算各元件吸收的功率，并驗(yàn)證所得解答是否滿足功率守恒。P1=―u1i1=―6×5=―30WP2=u2i1=1×5=5WP3=u3i2=5×3=15WP4=u4i3=―8×(―2)=16WP5=―u5i3=―(―3)×(―2)=―6W∑P吸收=P2+P3+P4==∑P釋放=

P1+P5

若已知A元件上電壓u=+5V，流過1A電流，問：當(dāng)A是電阻時(shí)，電流i=?，功率p=？；A是電源時(shí)，電流i=?，功率p=？求得的功率，p＞0，p＜0各代表什么含義？目錄思考：元件上電壓、電流有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。特性可用u~i平面上的一條曲線來表示的二端元件

伏安關(guān)系——u、i之關(guān)系將電能轉(zhuǎn)換成熱能、光能等形式的能量且不能再逆轉(zhuǎn)回來的電路器件或用電特性用電阻元件(resistor)來表示

1.4電阻元件1、定義：2、特性描述：3、單位：線性電阻：伏安特性非線性電阻：功率：而且：電阻在電路中是消耗功率的元件。目錄單位：西門子（S）4、電導(dǎo)：歐姆定律：功率：？思考：舉例說出幾種實(shí)際的電阻器，它的額定參數(shù)都有什么？什么含義？目錄歐姆定律及功率計(jì)算的擴(kuò)展歐姆定律：u=Ri

歐姆定律：u=—Ri功率:p=ui

功率:

p=—ui

關(guān)聯(lián)參考方向下：非關(guān)聯(lián)參考方向下：u、i＞0代表參考方向與實(shí)際方向一致；u、i＜0代表參考方向與實(shí)際方向相反；p＞0代表元件吸收電能；p＜0代表元件釋放電能。！例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，

P=UI=2×1=2W，P>0，吸收2W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=2×(－1)=－2W，P<0，產(chǎn)生2W功率。（c）非關(guān)聯(lián)方向，P=－UI=－(－2)×(－1)=－2W，P<0，產(chǎn)生2W功率。目錄思考題：如圖，三個(gè)電路元件構(gòu)成閉合回路，電壓表和電流表的極性如圖所示，觀察到電流表正偏轉(zhuǎn)指示2A，用電壓表的正負(fù)表筆分別測量元件兩端的電壓，接于ab兩端指針反偏，指示4V，接于bc兩端指針正偏，指示9V

，接于cd兩端指示近似0V，接于da兩端反偏，顯示5V，問1、2、3元件在電路中各起什么作用？目錄1.5電容元件是實(shí)際電容器的理想化模型，它反映了電壓引起電荷聚集和電場能量儲(chǔ)存這一物理過程和電磁現(xiàn)象。

1、定義：元件上電壓與電荷量有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，特性可用q~u平面上的一條曲線來表示的二端元件。2、特性描述：庫伏關(guān)系——q、u之關(guān)系。線性電容： 非線性電容：庫伏特性線性電容電壓、電流關(guān)系3、電容的單位：一般認(rèn)為初始時(shí)刻t0=0，如果電容初始電壓為零，即u(t0)=u(0)=0記憶元件動(dòng)態(tài)元件實(shí)際電容元件上的電壓不會(huì)發(fā)生躍變4、功率：5、能量變化：電容上存儲(chǔ)的能量與電容電壓建立的過程無關(guān)，只與電容在所考察時(shí)刻電壓的平方成正比。目錄思考：（1）電容工作的物理過程。（2）實(shí)際電容器的耐壓是什么含義？）儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能：電容本身是個(gè)無能量元件，t0→-∞時(shí)，u(-∞)=0例已知某電容元件的電容C=1mF，加在其上的電壓的波形如圖，試畫出其電流波形,并計(jì)算在t1=4ms和t2=5ms時(shí)電容元件的儲(chǔ)能。

如果上題中電流波形如圖，試問其電壓波形？設(shè)電容初始電壓為零。

思考：t∈[0~4ms]t∈[4~5ms]t=4ms=4×10-3s時(shí)，u=20V元件儲(chǔ)存的磁場能量與電流有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，特性可以用f~i平面上的一條曲線來表示的二端元件。

韋安關(guān)系——f、i之關(guān)系。1.6電感元件3、單位：目錄1、定義：伏安關(guān)系為什么？是實(shí)際電感線圈的理想模型。反映電流產(chǎn)生磁場和磁場能量儲(chǔ)存的物理過程和電磁現(xiàn)象。2、特性描述：補(bǔ)充：電路中電感元件的電磁關(guān)系1、單匝線圈（空芯）電流i流過線圈產(chǎn)生磁通Φ。Φ、i成正比，比例系數(shù)由空氣的磁導(dǎo)率和線圈的幾何結(jié)構(gòu)決定。F=Ki由楞次定律法拉第定律當(dāng)i增加時(shí)→Φ

增加產(chǎn)生感生電動(dòng)勢e以阻礙電流。e阻礙注意感生電勢的方向當(dāng)i減小時(shí)e如何？2、螺線圈（空芯），N為線圈匝數(shù)定義：磁鏈Y

=

F，則：Y=

Ki=Li什么情況下目錄4、功率：5、能量：也稱：儲(chǔ)能元件。儲(chǔ)能：動(dòng)態(tài)元件記憶元件實(shí)際電感元件上的電流不可以躍變！為什么？例：電感元件如圖所示，已知電感量L=0.2H,其初始電流i(0)=0A，電感中電流波形如圖所示，求電感兩端電壓的表達(dá)式，并做出波形。目錄思考：如果電感元件上的電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向呢？1.7電壓源和電流源電源分為獨(dú)立電源（independentactiveelement）和受控源（dependentactiveelement

）兩類獨(dú)立電源又分獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源兩種，是實(shí)際電壓源、實(shí)際電流源的理想化模型。理想電源特性：無內(nèi)耗1、獨(dú)立電壓源——簡稱電壓源1）定義：能夠?qū)ν馓峁┐_定的電壓的二端元件——獨(dú)立電壓源，簡稱電壓源。2）符號(hào)：正弦交流電壓源——

uS(t)是時(shí)間的正弦函數(shù)，俗稱交流電源。目錄恒壓源——uS(t)為恒定值，uS(t)=US，即理想直流電壓源。零值電壓源——uS(t)=0，零值電壓源相當(dāng)于短路。3）常用電壓源模型：uS(t)=04）特性描述：電源兩端對(duì)外輸出的u~i關(guān)系——稱電源的外特性。5）實(shí)際電壓源：外特性方程u=US-R0iR0為內(nèi)阻。恒壓源外特性曲線實(shí)際直流電壓源外特性曲線流過電壓源的電流是任意的，由外電路決定。

電壓源不可以短路??！有內(nèi)阻。2、獨(dú)立電流源——簡稱電流源1）定義：能夠?qū)ν馓峁┐_定電流的二端元件——獨(dú)立電流源，簡稱電流源。目錄3）常用電流源模型：電源電流iS(t)為恒定值時(shí)——恒流源、理想直流電流源。iS(t)是時(shí)間的正弦函數(shù)時(shí)——正弦電流源、交流電流源。電流源的電流iS(t)=0時(shí)——零值電流源；零值電流源相當(dāng)于開路。2）符號(hào)：iS(t)=0電流源兩端的電壓是任意的，由外電路決定。

電流源不可以開路！！4）特性描述：外特性。5）實(shí)際電流源：向外電路提供電流時(shí)會(huì)有內(nèi)部損耗。u=(IS-i)RS

=ISRS-iRS恒流源外特性3實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源的等效互換外特性u(píng)=ISRS-iRS外特性u(píng)=US-R0i等效條件注意對(duì)外作用方向一致！！1.8

受控源是某些電子器件的理想化模型，是一個(gè)4端元件。受控源也分為受控電壓源和受控電流源兩類1、受控電壓源——與獨(dú)立電壓源一樣，向外電路提供電壓，只是其電壓大小受控制變量控制。壓控壓源VCVS流控壓源CCVS控制端口輸出端口r-轉(zhuǎn)移電阻m-控制系數(shù)2、受控電流源——在電路中的作用與獨(dú)立電流源相同，只是其參數(shù)大小受控制變量控制。壓控流源VCCS流控流源CCCS控制端口輸出端口b-控制系數(shù)g-轉(zhuǎn)移電導(dǎo)受控源舉例含受控源電路的簡單畫法

電路中沒有獨(dú)立源只有受控源可以工作嗎？不可以！練習(xí)識(shí)別如下電路中的電源元件是電壓源還是電流源100V4uo10W40W20W120Vuoio2io80W80W100V0.2uo2A10W50Wuoio4io10W40W100V4uo10W40W20W120Vuoio2io80W集中參數(shù)電路與分布參數(shù)電路集中參數(shù)元件：元件的尺寸<<工作電磁波的波長，元件的電磁過程是集中在元件內(nèi)部進(jìn)行的，電流通過元件的時(shí)間相對(duì)于電流的變化周期可以忽略不計(jì)，即在任一時(shí)刻，流出二端元件一端的電流恒等于流入元件另一端的電流。由集中參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集中參數(shù)電路。分布參數(shù)元件：元件的最大線性尺寸與周圍傳播的電磁波波長相當(dāng)時(shí)，電路參數(shù)的分布性會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生影響?？紤]分布參數(shù)特性的電路稱為分布參數(shù)電路——本課程不討論。電磁波在空氣中傳播速度約為3.0×108m/s，直流電波長為∞，50Hz交流電波長約為6000km。200MHz波長1.5m，10GHz波長3cm。1.9基爾霍夫定律——在集中參數(shù)電路中目錄圖中有支路：節(jié)點(diǎn)：回路：網(wǎng)孔：3條2個(gè)3個(gè)2個(gè)1、基爾霍夫電流定律（KCL）任一時(shí)刻，對(duì)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，流入該節(jié)點(diǎn)的電流總和應(yīng)該等于流出該節(jié)點(diǎn)電流的總和。用于確定連接在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的所有支路的電流關(guān)系.例如：在上圖中的a點(diǎn)有

表述方式二：對(duì)任一電路中的任一節(jié)點(diǎn)，如果定義流入該節(jié)點(diǎn)的電流為正值，流出該節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)值，則：流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和恒等于零。即：推論：任意瞬間，通過電路中任意閉合面的電流代數(shù)和恒等于零。如圖所示，有目錄三、基爾霍夫電壓定律（KVL）

任一時(shí)刻，從回路的任意一點(diǎn)出發(fā)，按順時(shí)針或逆時(shí)針方向沿著回路繞行一周，則在該方向上的電位升之和應(yīng)等于電位降之和。該定律可以用來確定回路中各段支路上的電壓關(guān)系。

如圖，選取逆時(shí)針繞行方向，有：目錄表述方式二：任意時(shí)刻，任意回路中沿回路繞行一周，回路中各元件上電壓降（升）的代數(shù)和恒為零。如圖電路，①列出A、B節(jié)點(diǎn)的KCL方程；②列出各回路的KVL方程。IIIIII其它節(jié)點(diǎn)、回路的方程呢？推廣應(yīng)用：基爾霍夫電壓定律不僅僅適用于閉合回路，還可以在開口電路中使用。如圖，應(yīng)用KVL可以得到下式