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电工基础电工基础前前 言言本教材贯彻落实本教材贯彻落实“全国职业教育工作会议全国职业教育工作会议”精神，以精神，以“必须、必须、够用、实用、好用够用、实用、好用”为原则，克服理论课内容偏深、偏难的为原则，克服理论课内容偏深、偏难的弊端，根据高等职业技术教育教学改革的目的和要求，针对弊端，根据高等职业技术教育教学改革的目的和要求，针对高职高专生源的特点而编写。本教材的编写指导思想是：贯高职高专生源的特点而编写。本教材的编写指导思想是：贯彻党的教育方针，依据职业教育法的规定和国家职业彻党的教育方针，依据职业教育法的规定和国家职业标准的要求，更新教学内容，突出技能培训，强化创新能标准的要求，更新教学内容，突出技能培训，强化创新能力的培养，以培养具备较宽理论基础和复合型技能的人才，力的培养，以培养具备较宽理论基础和复合型技能的人才，使培养的人才适应科技进步、经济发展和市场的需要为目标。使培养的人才适应科技进步、经济发展和市场的需要为目标。其宗旨是：促职业教育改革，助技能人才培养。其宗旨是：促职业教育改革，助技能人才培养。在教材的编写过程中，注意反映新知识、新技术、新工艺和在教材的编写过程中，注意反映新知识、新技术、新工艺和新方法，体现科学性、实用性、代表性和先进性，正确处理新方法，体现科学性、实用性、代表性和先进性，正确处理了理论知识与技能的关系，注重培养学生的自学能力、分析了理论知识与技能的关系，注重培养学生的自学能力、分析下一页返回前前 言言能力、实践能力、综合应用能力和创新能力。书中各章附有能力、实践能力、综合应用能力和创新能力。书中各章附有丰富的思考题和习题，便于学生练习、掌握和巩固所学知识。丰富的思考题和习题，便于学生练习、掌握和巩固所学知识。教材的价值在于兼顾了学生学习理论知识与通过职业技能鉴教材的价值在于兼顾了学生学习理论知识与通过职业技能鉴定考试两种要求。定考试两种要求。本教材共分为七章，基本内容包括：电路的基础知识、简单本教材共分为七章，基本内容包括：电路的基础知识、简单电阻电路的分析、直流电路分析、动态电路、正弦交流电路、电阻电路的分析、直流电路分析、动态电路、正弦交流电路、耦合电路、三相电路。耦合电路、三相电路。本教材由丁学恭、楼晓春任主编，何丽莉、徐意任副主编。本教材由丁学恭、楼晓春任主编，何丽莉、徐意任副主编。其中，第一章、第七章由丁学恭编写；第二章、第三章、第其中，第一章、第七章由丁学恭编写；第二章、第三章、第四章和第六章由楼晓春编写；第五章由何丽莉编写。实验部四章和第六章由楼晓春编写；第五章由何丽莉编写。实验部分由陈晨编写。全书由丁学恭和徐意统稿。分由陈晨编写。全书由丁学恭和徐意统稿。上一页 下一页返回前前 言言本教材在编写出版过程中，查阅和参考了众多文献资料，得本教材在编写出版过程中，查阅和参考了众多文献资料，得到了许多教益和启发，同时得到了学校领导的重视和支持，到了许多教益和启发，同时得到了学校领导的重视和支持，参加教材编审的人员均为学校的教学骨干，保证了本教材的参加教材编审的人员均为学校的教学骨干，保证了本教材的编写能够按计划有序地进行，并为编好教材提供了良好的技编写能够按计划有序地进行，并为编好教材提供了良好的技术保证，在此向参考文献的作者和学校一并表示衷心的感谢。术保证，在此向参考文献的作者和学校一并表示衷心的感谢。虽然在主观上力求谨慎从事，但限于时间和编者的学识、经虽然在主观上力求谨慎从事，但限于时间和编者的学识、经验，疏漏之处，仍恐难免，恳请广大同行和读者不吝赐教，验，疏漏之处，仍恐难免，恳请广大同行和读者不吝赐教，以便今后修改提高。以便今后修改提高。上一页返回目目 录录 第一章第一章 电路的基础知识电路的基础知识第二章第二章 简单电阻电路的分简单电阻电路的分第三章第三章 直流电路分析直流电路分析第四章第四章 动态电路动态电路第五章第五章 正弦交流电路正弦交流电路第六章第六章 耦合电路耦合电路第七章第七章 三相电路三相电路第一章第一章 电路的基础知识电路的基础知识第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量第三节第三节 电路元件电路元件第四节第四节 欧姆定律欧姆定律第五节第五节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律实验一实验一 电路元件伏安特性测绘电路元件伏安特性测绘实验二实验二 基尔霍夫定律的验证基尔霍夫定律的验证第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识随着现代科技的日益进步，电能在人类社会的各个领域中得随着现代科技的日益进步，电能在人类社会的各个领域中得到了广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用，人们的日常到了广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用，人们的日常生活已经离不开电能。生活已经离不开电能。试想想，没有电的世界是一个什么样的世界？试想想，没有电的世界是一个什么样的世界？一、一个电路问题一、一个电路问题水流流过的路径称为河床或渠道，电路是电流流过的路径。水流流过的路径称为河床或渠道，电路是电流流过的路径。列举一些实际电路如列举一些实际电路如图图11 所示。为了明白电路理论包括哪所示。为了明白电路理论包括哪些内容，以汽车照明电路为例，如图些内容，以汽车照明电路为例，如图11（c）所示，蓄电）所示，蓄电池（池（12.6 伏）、左前灯（伏）、左前灯（5.25 欧）、右前灯（欧）、右前灯（5.25 欧）、欧）、连接导线和汽车底盘构成了汽车照明电路。当合上开关时，连接导线和汽车底盘构成了汽车照明电路。当合上开关时，下一页返回第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识电路中有电流通过，灯泡发光。我们说，蓄电池、灯泡、开电路中有电流通过，灯泡发光。我们说，蓄电池、灯泡、开关通过导线的连接就构成了一个电路。可以利用电路理论计关通过导线的连接就构成了一个电路。可以利用电路理论计算导线中的电流、电池输出的功率和流入每个前灯的能量。算导线中的电流、电池输出的功率和流入每个前灯的能量。蓄电池、小灯泡、导线、开关统称电路元器件。蓄电池、小灯泡、导线、开关统称电路元器件。二、电路的组成二、电路的组成图图11 所示的电路中，蓄电池为电路提供电能，称之为电源；所示的电路中，蓄电池为电路提供电能，称之为电源；灯泡将电能转化为光能，称之为负载，也称之为用电器；导灯泡将电能转化为光能，称之为负载，也称之为用电器；导线和开关起到传输电能和控制电能的作用，称之为电路的中线和开关起到传输电能和控制电能的作用，称之为电路的中间环节。间环节。上一页 下一页返回第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识1.电源电源电源为电路提供电能，电源内部进行从非电能到电能的转换。电源为电路提供电能，电源内部进行从非电能到电能的转换。常见的电源有干电池、蓄电池、发电机等，其中干电池是将常见的电源有干电池、蓄电池、发电机等，其中干电池是将化学能转换成电能，发电机是将机械能转换成电能。化学能转换成电能，发电机是将机械能转换成电能。2.负载（用电器）负载（用电器）负载（用电器）是将电能转换成其他形式能的装置。负载（用电器）是将电能转换成其他形式能的装置。常见的负载如灯泡、电炉、电动机等，其中灯泡是将电能转常见的负载如灯泡、电炉、电动机等，其中灯泡是将电能转换成光能和热能，电动机是将电能转换成机械能。换成光能和热能，电动机是将电能转换成机械能。上一页 下一页返回第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识试想想，如果我们的生活中没有用电器将会是什么样子？试想想，如果我们的生活中没有用电器将会是什么样子？3.导线导线提起导线，大家再熟悉不过了。导线是用来连接电路元件，提起导线，大家再熟悉不过了。导线是用来连接电路元件，起着传输、分配电能的作用。起着传输、分配电能的作用。导线不一定都是线的形状，手电筒筒壳内的金属片、印刷电导线不一定都是线的形状，手电筒筒壳内的金属片、印刷电路板上的铜膜等都是导线，常用的导线是铜导线、铝导线。路板上的铜膜等都是导线，常用的导线是铜导线、铝导线。4.开关开关开关在电路中用来控制电路的接通或断开，以保证电路的正开关在电路中用来控制电路的接通或断开，以保证电路的正常工作。开关在我们日常生活中使用得非常普遍，你可以列常工作。开关在我们日常生活中使用得非常普遍，你可以列举出身边各种各样的开关。举出身边各种各样的开关。上一页 下一页返回第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识电路中简单的中间环节可以仅由连接导线和开关组成，但复电路中简单的中间环节可以仅由连接导线和开关组成，但复杂的中间环节可以是一个庞大而复杂的控制系统。杂的中间环节可以是一个庞大而复杂的控制系统。三、电路模型三、电路模型图图11 是用电器的实物图形来表示的电路，其优点是直观，是用电器的实物图形来表示的电路，其优点是直观，但画起来很复杂，不便于分析和研究。因此，为了便于电路但画起来很复杂，不便于分析和研究。因此，为了便于电路的描述，总是把实际的电器抽象成为理想化的模型，用规定的描述，总是把实际的电器抽象成为理想化的模型，用规定的图形符号来表示。的图形符号来表示。图图11 所示电路中的蓄电池用电压源所示电路中的蓄电池用电压源US（12.6 伏）来代替，伏）来代替，灯泡用电阻元件灯泡用电阻元件R（5.25 欧）来代替，导线、底盘用理想导欧）来代替，导线、底盘用理想导线来代替，这样就构成与图线来代替，这样就构成与图11（c）所示汽车照明电路相）所示汽车照明电路相对应的电路模型，如对应的电路模型，如图图12 所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节 电路的基本认识电路的基本认识部分常用理想电路元件的图形符号及文字符号如部分常用理想电路元件的图形符号及文字符号如表表11 所示。所示。四、电路理论的实质四、电路理论的实质电路理论研究、分析的是什么问题呢？电路理论研究、分析的是什么问题呢？解决一个实际工程问题通常要四个步骤：第一，证实问题的解决一个实际工程问题通常要四个步骤：第一，证实问题的实际性；第二，问题建模；第三，分析模型；第四，将分析实际性；第二，问题建模；第三，分析模型；第四，将分析结果用于解决最初的物理问题。电路理论仅包括第三个步骤：结果用于解决最初的物理问题。电路理论仅包括第三个步骤：用已知的电路定律对电路模型进行定量的分析计算。用已知的电路定律对电路模型进行定量的分析计算。电路理论产生了电气工程学的语言电路理论产生了电气工程学的语言上一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量在图在图11（c）所示的汽车照明电路中，要分析灯泡为什么）所示的汽车照明电路中，要分析灯泡为什么会发光、灯泡的亮度与哪些因素有关等问题时，都将涉及电会发光、灯泡的亮度与哪些因素有关等问题时，都将涉及电路的基本物理量。路的基本物理量。电路的基本物理量包括电流、电压、电功率等，我们学习电电路的基本物理量包括电流、电压、电功率等，我们学习电工基础的基本任务就是分析和计算电路中的基本物理量。工基础的基本任务就是分析和计算电路中的基本物理量。一、电流一、电流1.电流的定义电流的定义电荷的定向运动形成电流，即电荷的定向运动形成电流，即电荷定向移动电荷定向移动电流电流下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量表示电流强弱的物理量称为电流，用表示电流强弱的物理量称为电流，用i(t)表示，定义为单位表示，定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量。设在时间内通过导体横截面的电荷量。设在t 时间内通过横截面时间内通过横截面S 的电荷量为的电荷量为q，则通过该截面的电流为，则通过该截面的电流为（11）若电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流。用若电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流。用大写的字母大写的字母I 表示，并有表示，并有（12）上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量式中，式中，Q 是在时间是在时间t 内通过导体横截面的电荷量。内通过导体横截面的电荷量。在国际单位制（在国际单位制（SI）中，电流的单位是安培，简称安（）中，电流的单位是安培，简称安（A）。）。对大电流以千安（对大电流以千安（kA）为单位，小电流以毫安（）为单位，小电流以毫安（mA）或微）或微安（安（A）为单位，其关系为）为单位，其关系为1 kA=103 A 1 mA=103 A1 A=106 A2.电流的参考方向电流的参考方向上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量我们知道我们知道“水往低处流水往低处流”，因此水流是有方向的，同样电流，因此水流是有方向的，同样电流也有方向。我们规定电流的实际方向为正电荷运动的方向。也有方向。我们规定电流的实际方向为正电荷运动的方向。但是，在电路分析中，电流的实际方向很难预先判断出来，但是，在电路分析中，电流的实际方向很难预先判断出来，而且有时实际的电流方向是不断变化的，因此很难在电路中而且有时实际的电流方向是不断变化的，因此很难在电路中标明电流的实际方向。如何解决这个问题呢？我们在电路中标明电流的实际方向。如何解决这个问题呢？我们在电路中引入人为假定的电流方向，称之为电流的引入人为假定的电流方向，称之为电流的“参考方向参考方向”。在在图图13 中选定某一个方向为电流的参考方向（图中用实线中选定某一个方向为电流的参考方向（图中用实线表示）。把电流看作代数量，若电流的实际方向与电流的参表示）。把电流看作代数量，若电流的实际方向与电流的参考方向一致，则电流为正值（考方向一致，则电流为正值（I0）；若电流的实际方向与）；若电流的实际方向与电流的参考方向相反，则电流为负值（电流的参考方向相反，则电流为负值（I0）。引入电流参）。引入电流参考方向后，根据电流的正负，就可以确定电流的实际方向。考方向后，根据电流的正负，就可以确定电流的实际方向。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量电流的参考方向是任意指定的，在电路中一般用箭头表示，电流的参考方向是任意指定的，在电路中一般用箭头表示，也可以用双下标表示，如也可以用双下标表示，如iab表示参考方向是由表示参考方向是由“a”指向指向“b”。参考方向是电路中一个重要的概念，学习时应注意以下两点：参考方向是电路中一个重要的概念，学习时应注意以下两点：（1）电流的参考方向是人为任意设定的，但一经设定就不得）电流的参考方向是人为任意设定的，但一经设定就不得改变；改变；（2）不标参考方向的电流没有任何意义。）不标参考方向的电流没有任何意义。小结：小结：（1）电荷的定向运动形成电流。）电荷的定向运动形成电流。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量（2）在电路中表示电流时，必须要同时知道参考方向和电流）在电路中表示电流时，必须要同时知道参考方向和电流值，电流值可为正，也可为负。值，电流值可为正，也可为负。例例11 如如图图14 所示，已知所示，已知I=5 A，若将参考方向改，若将参考方向改为为 I 的方向，则的方向，则I =？解解 因为因为 I=5 A，表明电路中电流的实际方向与参考方向，表明电路中电流的实际方向与参考方向相反，参考方向改为相反，参考方向改为I的方向时，电流的实际方向与参考方的方向时，电流的实际方向与参考方向相同，所以向相同，所以I=5 A思考题：取思考题：取I=5 A，重解该题。，重解该题。例例12 如如图图15 所示，试说明电流的实际方向。所示，试说明电流的实际方向。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量解解 图（图（a）中，）中，I1=6 A0 为正值，说明电流的实际方向为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从和参考方向相同，即从a 流到流到b。图（图（b）中，）中，I2=5 A0 为负值，说明电流的实际方向和为负值，说明电流的实际方向和参考方向相反，即从参考方向相反，即从d 流到流到c。图（图（c）中，未设定电流的参考方向，给出的）中，未设定电流的参考方向，给出的I3=2 A0 无无物理意义，无法判断实际电流的方向。物理意义，无法判断实际电流的方向。思考题：结合本例说明电流的参考方向与实际方向的相互关思考题：结合本例说明电流的参考方向与实际方向的相互关系。系。例例13 某导体在某导体在5 分钟内均匀通过分钟内均匀通过6 库仑的电荷量，求导体库仑的电荷量，求导体中流过的电流。中流过的电流。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量上一页 下一页返回思考题：试将该电流用毫安和千安来表示，并说明用哪一个思考题：试将该电流用毫安和千安来表示，并说明用哪一个单位来表示更合理？单位来表示更合理？二、电压和电位二、电压和电位1.电压电压我们知道水从高处流向低处是因为两点间有水压差，如我们知道水从高处流向低处是因为两点间有水压差，如图图16 所示。同样在电路中使电荷做定向运动形成电流的条件所示。同样在电路中使电荷做定向运动形成电流的条件是两是两点间具有电位差，称之为电压。点间具有电位差，称之为电压。第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量电压是衡量电场力移动电荷做功能力的物理量。我们规定：电压是衡量电场力移动电荷做功能力的物理量。我们规定：电场力把电场力把q 正电荷从正电荷从a 点移到点移到b 点所做的功为点所做的功为wab，则，则a、b 间的电压（用间的电压（用uab表示）为表示）为（13）大小和方向都不随时间变化的电压称为直流电压，用大小和方向都不随时间变化的电压称为直流电压，用Uab表表示，即示，即（14）上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量在国际单位制（在国际单位制（SI）中，电压的单位是伏特，简称伏（）中，电压的单位是伏特，简称伏（V）。）。对大电压以千伏（对大电压以千伏（kV）为单位，小电压以毫伏（）为单位，小电压以毫伏（mV）或微）或微伏（伏（V）为单位，其关系为）为单位，其关系为1 kV=103 V1 mV=103 V1 V=106 V电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，是电压降电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，是电压降的方向。与电流一样，为方便电路分析，需选定一个电压参的方向。与电流一样，为方便电路分析，需选定一个电压参考方向。若电压的实际方向与电压的参考方向一致，则电压考方向。若电压的实际方向与电压的参考方向一致，则电压为正值（为正值（U0）；若电压的实际方向与电压的参考方向相反，）；若电压的实际方向与电压的参考方向相反，则电压为负值（则电压为负值（U0）。在选定的电压参考方向下，根据电）。在选定的电压参考方向下，根据电压值的正负，就可以确定电压的实际方向。压值的正负，就可以确定电压的实际方向。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量电压参考方向可用箭头来表示，如电压参考方向可用箭头来表示，如图图17（a）所示；或用）所示；或用极性符号来表示，极性符号来表示，“+”表示高电位，表示高电位，“”表示低电位，如表示低电位，如图图17（b）所示；也可用双下标表示，）所示；也可用双下标表示，Uab表示表示“a”为高为高电位，电位，“b”为低电位，如图为低电位，如图17（c）所示。）所示。例例14 电阻电阻R 上的电压参考方向如上的电压参考方向如图图18 所示，已知所示，已知U1=5 V，U2=3 V，试说明电压的实际方向。，试说明电压的实际方向。解解 图（图（a）中，）中，U1=5 V0 为正值，说明电压的实际方向为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即从和参考方向相同，即从a 指向指向b；图（图（b）中，）中，U2=3 V0 为负值，说明电压的实际方向为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即从和参考方向相反，即从b 指向指向a。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量思考题：结合本例说明电压的参考方向与实际方向的相互关思考题：结合本例说明电压的参考方向与实际方向的相互关系。系。例例15 电荷量为电荷量为0.003 C的正电荷，在电场中从的正电荷，在电场中从a点移到点移到b点，电场力所做的功为点，电场力所做的功为0.06 J。试求。试求Uab=？电荷量为？电荷量为0.04 C 的正电荷从的正电荷从a 点移到点移到b 点，电场力所做的功是多少？点，电场力所做的功是多少？解解上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量思考题：如果将电荷量为思考题：如果将电荷量为0.04 C的正电荷从的正电荷从b点移到点移到a点时，点时，电场力所做的功又是多少？电场力所做的功又是多少？2.关联参考方向和非关联参考方向对一段电路或一个元件上关联参考方向和非关联参考方向对一段电路或一个元件上的电压参考方向和电流参考方向可以独立地加以任意指定。的电压参考方向和电流参考方向可以独立地加以任意指定。当电流、电压的参考方向选得一致时，则称之为关联参考方当电流、电压的参考方向选得一致时，则称之为关联参考方向，如向，如图图19（a）中的）中的I 和和U；反之称为非关联参考方向，；反之称为非关联参考方向，如图如图19（b）中的）中的I 和和U。一般来说，对负载采用关联参考方向，对电源采用非关联参一般来说，对负载采用关联参考方向，对电源采用非关联参考方向。考方向。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量3.电位电位如图如图110 所示，所示，测得距离海平面的海拔，两点间的海拔差测得距离海平面的海拔，两点间的海拔差称为高度。同样，可以将此方法运用到电路中。我们把电路称为高度。同样，可以将此方法运用到电路中。我们把电路中某点与参考点之间的电压差称为该点的电位。电路中中某点与参考点之间的电压差称为该点的电位。电路中a 点点的电位可表示为的电位可表示为Va，电位的单位和电压的单位一样，用伏，电位的单位和电压的单位一样，用伏（V）表示。）表示。电路中参考点（也可称为基准点）的电位为零，通常用字母电路中参考点（也可称为基准点）的电位为零，通常用字母“O”或符号或符号“”表示。参考点与电位的相互关系为：表示。参考点与电位的相互关系为：（1）电位参考点可以任意选择，参考点的电位为零。）电位参考点可以任意选择，参考点的电位为零。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量（2）电路中各点的电位为该点与参考点之间的电压差。）电路中各点的电位为该点与参考点之间的电压差。（3）参考点不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间）参考点不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电位差（电压）不变。的电位差（电压）不变。（4）在研究同一电路时，只能选取一个电位参考点。）在研究同一电路时，只能选取一个电位参考点。例例16 在在图图111 所示电路中，已知所示电路中，已知US1=10 V，US2=4 V，分别以，分别以c、a 为参考点，求为参考点，求a、b、c 各点的电位及各点的电位及ab 两两点之间的电压。点之间的电压。解解 电路中各点的电位是指该点对参考点的电压降。比参考点电路中各点的电位是指该点对参考点的电压降。比参考点高的电位为高的电位为“+”，比参考点低的电位为，比参考点低的电位为“”。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量（1）以）以c 点为参考点（点为参考点（Uc=0 V），），a、b、c点的电位为点的电位为Uc=0 VUa=US1=10 VUb=US2=4 VUab=Ua Ub=10 4=6 V（2）以）以a 点为参考点（点为参考点（Ua=0 V），），a、b、c点的电位为点的电位为Ua=0 VUb=US2 US1=410=6 VUc=US1=10 VUab=Ua Ub=0（6）=6 V上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量可见，参考点不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点可见，参考点不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电位差（电压）不变。参考点的选择原则上讲是任意的，间的电位差（电压）不变。参考点的选择原则上讲是任意的，但一经选定，在分析和计算过程中就不得改动。但一经选定，在分析和计算过程中就不得改动。思考题：根据本例求得的结果，试问是选用思考题：根据本例求得的结果，试问是选用a 点还是点还是b 点为点为参考点更为合理？参考点更为合理？三、电功与电功率三、电功与电功率电路是电流流过的路径，也是电能流动的路径。我们知道用电路是电流流过的路径，也是电能流动的路径。我们知道用电设备都有额定功率的限制：例如电设备都有额定功率的限制：例如100 瓦的灯泡当其长期输瓦的灯泡当其长期输出大于出大于100 瓦功率时，灯泡将烧毁。因此能量在电路中流动瓦功率时，灯泡将烧毁。因此能量在电路中流动时，必须计算其流动的时，必须计算其流动的“速度速度”即即功率。功率。上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量1.电功率电功率电功率简称为功率，定义为单位时间内电路吸收或释放的电电功率简称为功率，定义为单位时间内电路吸收或释放的电能，用能，用p(t)表示。在表示。在t 时间内，正电荷时间内，正电荷q 在电场力作用在电场力作用下，从下，从a 点移动到点移动到b 点所做的功为点所做的功为w，则有，则有由式（由式（11）和式（）和式（13）可得）可得 p(t)=u(t)i(t)（15）在直流电路中，电流、电压均为常量，故有在直流电路中，电流、电压均为常量，故有 P=UI （16）上一页 下一页返回第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量式（式（15）、式（）、式（16）是按电流和电压为关联参考方向表）是按电流和电压为关联参考方向表示的，如示的，如图图112（a）所示计算的电路消耗（或吸收）的功）所示计算的电路消耗（或吸收）的功率。若电流和电压为非关联参考方向，如图率。若电流和电压为非关联参考方向，如图112（b）所示，）所示，电路消耗（或吸收）的功率为电路消耗（或吸收）的功率为p(t)=u(t)i(t)（17）电路消耗的功率有以下几种情况：电路消耗的功率有以下几种情况：（1）p0，说明该段电路消耗功率为，说明该段电路消耗功率为p，为负载性质；，为负载性质；（2）p=0，说明该段电路不消耗功率，为导线性质；，说明该段电路不消耗功率，为导线性质；（3）p0）外接可变）外接可变电阻负载电阻负载RL，当，当RL=Req时，负载可获得最大功率，此最大时，负载可获得最大功率，此最大功率为功率为上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理当负载电阻与电路的输出阻抗相等时，称做阻抗匹配。由式当负载电阻与电路的输出阻抗相等时，称做阻抗匹配。由式（316）可知，负载电阻的阻值与负载电阻消耗的功率如）可知，负载电阻的阻值与负载电阻消耗的功率如图图329 所示。所示。3.最大传输功率的重要性最大传输功率的重要性最大传输功率在电子技术中是一个非常重要的概念。因为电最大传输功率在电子技术中是一个非常重要的概念。因为电子电路中的功率很小，注重的是如何将微弱信号尽可能地充子电路中的功率很小，注重的是如何将微弱信号尽可能地充分利用。例如，收音机的天线接收无线电波，这些信号是由分利用。例如，收音机的天线接收无线电波，这些信号是由相距很远的发射机发射，天线接收的功率是很微弱的。相距很远的发射机发射，天线接收的功率是很微弱的。上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理因此，收音机在接收无线电波时，要求要有尽可能大的功率。因此，收音机在接收无线电波时，要求要有尽可能大的功率。图图329 表明，若使得从天线接收的功率最大，设计时要求表明，若使得从天线接收的功率最大，设计时要求将接收电路的输入阻抗与天线的输出阻抗相匹配。将接收电路的输入阻抗与天线的输出阻抗相匹配。例例310 某功放为两个某功放为两个8 的喇叭分别提供的喇叭分别提供25 W 的功率。的功率。求此放大器为每个喇叭提供的电压是多少伏？求此放大器为每个喇叭提供的电压是多少伏？解解 喇叭的阻值为喇叭的阻值为8，并且音响系统在设计时喇叭与功放的，并且音响系统在设计时喇叭与功放的输出阻抗是匹配的。因此，每个通道的电路模型如输出阻抗是匹配的。因此，每个通道的电路模型如图图330 所示。所示。由最大功率传输定理可知由最大功率传输定理可知上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理解得解得UOC=28.3V喇叭两端的电压为喇叭两端的电压为思考题：如果在此音响系统中，选用的是思考题：如果在此音响系统中，选用的是16 的喇叭，试求的喇叭，试求每个喇叭的功率及电压。每个喇叭的功率及电压。例例311 如如图图331 所示电路中，已知所示电路中，已知UOC=24 V，Req=3，试求，试求RL分别为分别为1、3、9 时，负载时，负载上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理获得的功率及电源的效率获得的功率及电源的效率解解（1）当）当RL=1 时时上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理（2）当）当RL=3 时时上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理（3）当）当RL=9 时时上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理思考题：负载电阻的阻值不同时，负载功率与图思考题：负载电阻的阻值不同时，负载功率与图329 是否是否相符？负载电阻最大是否电源的效率也最高？相符？负载电阻最大是否电源的效率也最高？由例由例311 可以总结出以下几点：可以总结出以下几点：（1）当负载获得最大功率时，电源的效率只有）当负载获得最大功率时，电源的效率只有50%，也就，也就是说电源产生的功率有一半消耗在电源内部。是说电源产生的功率有一半消耗在电源内部。（2）电力系统的主要功能是传递电能，故要求尽可能地提高）电力系统的主要功能是传递电能，故要求尽可能地提高电源的效率，以便充分地利用能源，因而不要求阻抗匹配。电源的效率，以便充分地利用能源，因而不要求阻抗匹配。（3）电子电路的主要功能是传递信号，为了尽可能大地输出）电子电路的主要功能是传递信号，为了尽可能大地输出功率，并不注重信号源效率的高低。因此，在电子电路中要功率，并不注重信号源效率的高低。因此，在电子电路中要通过种种办法使负载与信号源之间实现阻抗匹配。通过种种办法使负载与信号源之间实现阻抗匹配。上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理四、诺顿定理四、诺顿定理美国工程师美国工程师E.L诺顿提出了与戴维南等效电路相类似的等效诺顿提出了与戴维南等效电路相类似的等效电路。电路。诺顿定理可表述为：线性含源电路对外电路的作用可等效为诺顿定理可表述为：线性含源电路对外电路的作用可等效为一个理想电流源和电阻的并联组合（电流源模型）。一个理想电流源和电阻的并联组合（电流源模型）。其中：电流源的电流为该含源电路的短路电流其中：电流源的电流为该含源电路的短路电流ISC；电阻为该；电阻为该含源电路的输出电阻含源电路的输出电阻Req。如。如图图332 所示。所示。例例312 用诺顿定理求用诺顿定理求图图333（a）所示电路中电流）所示电路中电流I。解解 先求取先求取4 电阻以外的其他部分的诺顿等效电路。电阻以外的其他部分的诺顿等效电路。上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理如图如图333（b）所示，根据叠加定理可求得电路短路电流为）所示，根据叠加定理可求得电路短路电流为如图如图333（c）所示，等效电阻为）所示，等效电阻为所以，诺顿等效电路如图所以，诺顿等效电路如图333（d）所示，可得）所示，可得上一页 下一页返回第五节第五节 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理思考题：将思考题：将6 电阻和电阻和3 电阻对换，对等效电阻电阻对换，对等效电阻Req有影有影响吗？再求电流响吗？再求电流I。诺顿等效电路与戴维南等效电路中诺顿等效电路与戴维南等效电路中3 个参数个参数UOC、Req、ISC之间的关系为之间的关系为UOC=ReqISC。因此，只要知道其中任意两个。因此，只要知道其中任意两个参数，就可以求出第三个参数。参数，就可以求出第三个参数。通常情况下，一个电路的戴维南等效电路与诺顿等效电路可通常情况下，一个电路的戴维南等效电路与诺顿等效电路可以同时存在，但不是所有的含源线性电路都有戴维南或诺顿以同时存在，但不是所有的含源线性电路都有戴维南或诺顿等效电路。当等效电路。当Req=0 时，戴维南等效电路成为一个电压源，时，戴维南等效电路成为一个电压源，此时对应的诺顿等效电路不存在；当此时对应的诺顿等效电路不存在；当Req=时，诺顿等效时，诺顿等效电路成为一个电流源，此时对应的戴维南等效电路不存在。电路成为一个电流源，此时对应的戴维南等效电路不存在。因此，因此，Req=0和和Req=是两种特殊情况，求解时要特别是两种特殊情况，求解时要特别注意。注意。上一页返回实验四实验四 叠加原理的验证叠加原理的验证一、实验目的一、实验目的验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。和齐次性的认识和理解。二、实验设备二、实验设备下一页返回实验四实验四 叠加原理的验证叠加原理的验证三、实验原理三、实验原理叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。和。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增大或线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增大或减小减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增大或减小的电流和电压值）也将增大或减小K 倍。倍。四、实验内容四、实验内容上一页 下一页返回实验四实验四 叠加原理的验证叠加原理的验证实验线路如实验线路如图图356 所示，用所示，用DGJ03 挂箱的挂箱的“基尔霍夫基尔霍夫定律定律/叠加原理叠加原理”线路。线路。（1）将两路稳压源的输出分别调节为）将两路稳压源的输出分别调节为12 V 和和6 V，接入，接入U1和和U2处。处。（2）令）令U1电源单独作用（将开关电源单独作用（将开关K1投向投向U1侧，开关侧，开关K2投向投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表表31。（3）令）令U2电源单独作用（将开关电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关投向短路侧，开关K2投投向向U2侧），重复实验内容侧），重复实验内容2的测量和记录，数据记入表的测量和记录，数据记入表31。上一页 下一页返回实验四实验四 叠加原理的验证叠加原理的验证（4）令）令U1和和U2共同作用（开关共同作用（开关K1和和K2分别投向分别投向U1和和U2侧），侧），重复上述的测量和记录，数据记入表重复上述的测量和记录，数据记入表31。（5）将）将U2的数值调至的数值调至+12 V，重复上述第，重复上述第3 项的测量并记项的测量并记录，数据记入表录，数据记入表31。（6）将）将R5（330）换成二极管）换成二极管IN4007（即将开关（即将开关K3投投向二极管向二极管IN4007 侧），重复侧），重复15 的测量过程，数据记入的测量过程，数据记入表表32。（7）任意按下某个故障设置按键，重复实验内容）任意按下某个故障设置按键，重复实验内容4 的测量的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。上一页 下一页返回实验四实验四 叠加原理的验证叠加原理的验证五、实验注意事项五、实验注意事项（1）用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压）用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，降时，应注意仪表的极