2023年电工基础教案 电工基础教案第一章(五篇)

电工基础教案 电工基础教案第一章篇三

湖南铁道职业技术学院 《电工基础》电子教案

第1章电路的基本概念与基本定律 1．1 电路和电路模型

1.2 电路的基本物理量及相互关系 1．3 电阻、电容、电感元件及其特性 1.4 电路中的独立电源 1.5 基尔霍夫定律

1．6 电阻、电感、电容元件的识别与应用 1．1 电路和电路模型

案例1．１ 手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图1.1所示。

它由四部分组成：

(1)干电池，它将化学能转换为电能；(2)小电珠，它将电能转换为光能；

(3)开关，通过它的闭合与断开，能够控制小电珠的发光情况；(4)金属容器、卷线连接器，它相当于传输电能的金属导线，提供了手电筒中其它元件之间的连接 1．1．1 电路

电路是由若干电气设备或元器件按一定方式用导线联接而成的电流通路。通常由电源、负载及中间环节等三部分组成。

电源是将其它形式的能量转换为电能的装臵，如发电机、干电池、蓄电池等。

负载是取用电能的装臵，通常也称为用电器，如白炽灯、电炉、电视机、电动机等。中间环节是传输、控制电能的装臵，如连接导线、变压器、开关、保护电器等。

实际电路的结构形式多种多样，但就其功能而言，可以划分为电力电路（强电电路）、电子电路（弱电电路）两大类。

电力电路主要是实现电能的传输和转换。电子电路主要是实现信号的传递和处理。1．1．2电路模型 1．电路模型

由电路元件构成的电路，称为电路模型。电路元件一般用理想电路元件代替，并用国标规定的图形符号及文字符号表示。

2．电路元件

为了便于对电路进行分析和计算，将实际元器件近似化、理想化，使每一种元器件只集中表现一种主要的电或磁的性能，这种理想化元器件就是实际元器件的模型。

理想化元器件简称电路元件。

实际元器件可用一种或几种电路元件的组合来近似地表示。1.2 电路的基本物理量及相互关系 1． 电流

（1）电流的大小 电荷的有规则的定向运动就形成了电流。

长期以来，人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。电流的大小用电流强度（简称电流）来表示。电流强度

idqdt在数值上等于单位时间内通过导线某一截面的电荷量，用符号i表示。则：

式中dq为时间dt内通过导线某一截面的电荷量。大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流，采用大写字母i表示，则

iqt电流的单位是安培（简称安），用符号a表示。

（2）电流的实际方向与参考方向

电流不但有大小，而且还有方向。在简单电路中，如图1．3所示，可以直接判断电流的方向。即在电源内部电流由负极流向正极，而在电源外部电流则由正极流向负极，以形成一闭合回路。

为了分析、计算的需要，引入了电流的参考方向。

在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向就称为电流的参考方向，有时又称为电流的正方向。当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值。反之，若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。这样，电流的值就有正有负，它是一个代数量，其正负可以反映电流的实际方向与参考方向的关系。

电流的参考方向一般用实线箭头表示，如图1．5（a）表示；也可以用双下标表示，如图1．5（b），其中，iab表示电流的参考方向是由a点指向b点。

2、电压

（1）电压的大小

电路中a、b两点间电压，在数值上等于将单位正电荷从电路中a点移到电路中b点时电场力所作的功，用uab表示，则：

uabdwabdq并规定：电压的方向为电场力作功使正电荷移动的方向。

大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压，简称直流电压，采用大写字母u表示，如a、b两点间的直流电压为：

uabwabq电压的单位为伏特（v），常用的单位为千伏（kv）、毫伏（mv）、微伏（μv）。

（2）电压的实际方向与参考方向

分析、计算电路时，也要预先设定电压的参考方向。当电压的参考方向与实际方向相同时，电压为正值，当电压的参考方向与实际方向相反时，电压为负值。电压的参考方向既可以用正（+）、负（-）极性表示，如图1．6（a），正极性指向负极性的方向就是电压的参考方向；也可以用双下标表示，如图1．6（b），其中，uab表示a、b两点间的电压参考方向由a指向b。

（3）关联参考方向与非关联参考方向 如果电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称之为关联参考方向；

如果电流的参考方向与电压的参考方向不一致，则称之为非关联参考方向。3．电功率与电能

单位时间内电场力所作的功称为电功率，简称为功率。

pquuit用上式计算电路吸收的功率时，若电压、电流的参考方向关联，则等式的右边取正号；否则取负号。当p>0，表明元件吸收功率；当p<0，表明该元件释放功率。

电能就等于电场力所作的功，单位是焦耳（j）。

ｗ＝pt

例1．1图1．9中，用方框代表某一电路元件，其电压、电流如图中所示，求图中各元件吸收的功率，并说明该元件实际上是吸收还是发出率？

解：（1）电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率

p= ui= 5×3 = 15w＞0 元件实际上是吸收功率。

（2）电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率

p=-ui=-5×3 =-15w＜0 元件实际上是发出功率。

（3）电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率

p= ui=（-5）×3 =-15w＜0 元件实际上是发出功率。

（4）电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率

p=-ui=-（-5）×3 = 15w＞0 元件实际上是吸收功率。

1．3 电阻、电容、电感元件及其特性

案例1．２单相异步电动机属于感性负载，它常用于功率不大的电动工具（如电钻、搅拌器等）和众多的家用电器（如洗衣机、电风扇、抽油烟机等），图1.１１是吊扇的电气原理图。其中，la、lb分别是单相异步电动机（m）的工作绕组、起动绕组；电容c是起动电容，它与起动绕组lb串联；s是开关；电感l是调速电抗器。二端元件：分为无源元件和有源元件。

1．3．1 电阻元件及欧姆定律 1．电阻元件的图形、文字符号

电阻器通常就叫电阻，在电路图中用字母“r”或“r”表示。电阻器的si（国际单位制）单位是欧姆，简称欧，通常用符号“ω”表示。

电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型，是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。

电阻元件的倒数称为电导，用字母g表示，即

g1r电导的si单位为西门子，简称西，通常用符号“s”表示。2．电阻元件的特性

电阻元件的伏安特性，可以用电流为横坐标，电压为纵坐标的直角坐标平面上的曲线来表示，称为电阻元件的伏安特性曲线。在工程上，还有许多电阻元件，其伏安特曲线是一条过原点的曲线，这样的电阻元件称为非线性电阻元件。如图1．1４所示曲线是二极管的伏安特性，所以二极管是一个非线性电阻元件。

3.欧姆定律

无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件功率为：

在电阻电路中，当电压与电流为关联参考方向时，欧姆定律可用下式表示：

iur当选定电压与电流为非关联方向时，则欧姆定律可用下式表示：

iur无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件功率为：

2urpirr2r上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、电流的参考方向无关。因此，电阻元件又称为耗能元件。1．3．2 电容元件

1.电容元件的图形、文字符号

电容器又名储电器，在电路图中用字母“c”表示，电路图中常用电容器的符号如图1．16所示。

电容器的si单位是法拉，简称法，通常用符号“f”表示。2．电容元件的特性 当电压、电流为关联参考方向时，线性电容元件的特性方程为：

icdudtdudt若电压、电流为非关联参考方向，则电容元件的特性方程为：

icc的单位为法拉，简称法(f)。电容元件有隔直通交的作用。在u、i关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为：

puicududt在t时刻，电容元件储存的电场能量为：

w（ct）12cu（t）2电容元件是一种储能元件。

在选用电容器时，除了选择合适的电容量外，还需注意实际工作电压与电容器的额定电压是否相等。如果实际工作电压过高，介质就会被击穿，电容器就会损坏。1．3．3 电感元件

1.电感元件的图形、文字符号

电感线圈简称线圈，在电路图中用字母“l”表示，电路图中常用线圈的符号如图1．18所示。

在一个线圈中，通过一定数量的变化电流，线圈产生感应电动势大小的能力就称为线圈的电感量，简称电感。电感常用字母“l”表示。

电感的si单位是亨利，简称亨，通常用符号“h”表示。2．电感元件的特性

当电压、电流为关联参考方向时，线性电感元件的特性方程为：

uldidtdidt若电压、电流为非关联参考方向，则电感元件的特性方程为：

ull的单位为亨利，简称亨(h)。

在u、i关联参考方向下，线性电感元件吸收的功率为：

puilididt在t时刻，电感元件储存的磁场能量为：

w（lt）12li（t）21.4 电路中的独立电源

案例１.３蓄电池是一种常见的电源，它多用于汽车、电力机车、应急灯等，图1.20是汽车照明灯的电气原理图。其中，ra、rb是一对汽车照明灯；s是开关；us是12v的蓄电池。凡是向电路提供能量或信号的设备称为电源。

电源有两种类型，其一为电压源，其二为电流源。电压源的电压不随其外电路而变化，电流源的电流不随其外电路而变化，因此，电压源和电流源总称为独立电源，简称独立源。

1.4.1 电压源 1．理想电压源

理想电压源简称为电压源，是一个二端元件，它有两个基本特点：

（1）无论它的外电路如何变化，它两端的输出电压为恒定值us，或为一定时间的函数us(t)。

（2）通过电压源的电流虽是任意的，但仅由它本身是不能决定的，还取决于外电路。

电压源在电路图中的符号如图1．21所示。直流电压源的伏安特性如图1．22所示。

2．实际电压源

实际的直流电压源可用数值等于us的理想电压源和一个内阻ri相串联的模型来表示，如图1．23（a）所示。实际直流电压源的端电压为： u=us-ur=us-iri 例1．4图1．24所示电路，直流电压源的电压us=10v。求：（1）r=∞时的电压u，电流i；

（2）r=10ω时的电压u，电流i；（3）r→0ω时的电压u，电流i。

解：（1）r=∞时即外电路开路，us为理想电压源，故 u=us=10v 则： iuus0rr（2）r=10ω时，u=us=10v 则：

iuus10a1arr10uusrr（3）r→0ω时，u=us=10v 则：

i1.4.2 电流源

1．理想电流源

理想电流源简称为电流源，是一个二端元件，它有两个基本特点：（1）无论它的外电路如何变化，它的输出电流为恒定值is，或为一定时间的函数is（t）。（2）电流源两端的电压虽是任意的，但仅由它本身是不能决定的，还取决于外电路。

电流源在电路图中的符号如图1．25所示。直流电流源的伏安特性如图1．26所示。2．实际电流源

实际直流电流源的输出电流为：

iis1uri'实际的直流电流源可用数值等于is的理想电流源和一个内阻ri„相并联的模型来表示，如图1．27（a）所示。实际直流电流源的伏安特性，如图1．27（b）所示。

例1．5 图1．28所示电路，直流电流源的电流is=1a。求：（1）r →∞时的电流i，电压u；（2）r=10ω时的电流i，电压u；（3）r=0ω时的电流i，电压u。解：（1）r→∞时即外电路开路，is为理想电流源，故

i=is=1a 则

uir

（2）r=10ω时，i=is=1a则：uirisr110v10v（3）r=0ω时，i=is=1a则:uirisr10v0v 1.4.3 电源的等效变换

电源的电路模型有电压源模型和电流源模型，如图1．29所示。

在图1．29（a）电路中，有：u=us-iri 式中，us为电压源的电压。

在图1．29（b）电路中，有：

iis1u'ri整理得 ： u=isri – iri

式中，is 为电流源的电流。

实际电压源和实际电流源若要等效互换，其伏安特性方程必相同，则其电路参数必须满足条件：

ri= ri ；

us=is ri

在进行等效互换时，电压源的电压极性与电流源的电流方向参考方向要求一致，也就是说电压源的正极对应着电流源电流的流出端。

应用电源等效互换分析电路时还应注意这样几点：（1）电源等效互换是电路等效变换的一种方法。

（2）有内阻ri的实际电源，它的电压源模型与电流源模型之间可以互换等效；理想的电压源与理想的电流源之间不便互换。（3）电源等效互换的方法可以推广运用。例1．6 已知us1=4v，is2=2a，r2=1.2ω，试等效化简图1．30所示电路。

解：在图1．30（a）中，把电流源is2与电阻r2的并联变换为电压源us2与电阻r2的串联，电路变换如图1．30（b），其中

us2r2is2122v24v

在图1．30（b）中，将电压源us2与电压源us1的串联变换为电压源us，电路变换如图1．30（c），其中

us =us2+us1=（24+4）v=28v 1.5 基尔霍夫定律

1、支路

将两个或两个以上的二端元件依次连接称为串联。电路中的每个分支都称作支路。

2、节点

电路中3条或3条以上支路的连接点称为节点。

3、回路

电路中的任一闭合路径称为回路。

4、网孔

平面电路中，如果回路内部不包含其它任何支路，这样的回路称为网孔。因此，网孔一定是回路，但回路不一定是网孔。1.5.1 基尔霍夫电流定律

kcl定律指出：对电路中的任一节点，在任一瞬间，流出或流入该节点电流的代数和为零。即： i(t)0

在直流的情况下，则有：i0 通常把上两式称为节点电流方程，简称为kcl方程。

通常规定，对参考方向背离节点的电流取正号，而对参考方向指向节点的电流取负号。

例如，图1．33所示为某电路中的节点a，连接在节点a的支路共有五条，在所选定的参考方向下有：-i1+i2+i3-i4+i5=0 kcl定律不仅适用于电路中的节点，还可以推广应用于电路中的任一假设的封闭面。即在任一瞬间，通过电路中的任一假设的封闭面的电流的代数和为零。

例1．8已知i1=3a、i2=5a、i3=-18a、i5=9a，计算图1．35所示电路中的电流i6及i4。

解：对节点a，根据kcl定律可知：-i1-i2+i3+i4=0 则：i4=i1+i2-i3=（3+5+18）a=26a

对节点b，根据kcl定律可知：-i4-i5-i6=0 则：i6=-i4-i5=（-26-9）a=-35a 例1．9已知i1=5a、i6=3a、i7=-8a、i5=9a，试计算图1．36所示电路中的电流i8。

解：在电路中选取一个封闭面，如图中虚线所示，根据kcl定律

可知：-i1-i6+i7-i8=0 则：i8=-i1-i6+i7=（-5-3-8）a=-16a 1.5.2 基尔霍夫电压定律

kvl定律指出：对电路中的任一回路，在任一瞬间，沿回路绕行方向，各段电压的代数和为零。即：u(t)0

在直流的情况下，则有：u0

通常把上两式称为回路电压方程，简称为kvl方程。

应当指出：在列写回路电压方程时，首先要对回路选取一个回路“绕行方向”。通常规定，对参考方向与回路“绕行方向”相同的电压取正号，同时对参考方向与回路“绕行方向”相反的电压取负号。

例如，图1．37所示为某电路中的一个回路abcda，各支路的电压在选择的参考方向下为u1、u2、u3、u4，因此，在选定的回路“绕行方向”下有：u1+u2-u3-u4=0 kvl定律不仅适用于电路中的具体回路，还可以推广应用于电路中的任一假想的回路。即在任一瞬间，沿回路绕行方向，电路中假想的回路中各段电压的代数和为零。

例1．10 试求图1．39所示电路中元件3、4、5、6的电压。

解：在回路cdec中，u5=ucd+ude=[-（-5）-1]v=4v 在回路bedcb中，u3=ube+ued+udc =[3+1+（-5）]v=-1v 在回路debad中，u6=ude+ueb+uba=[-1-3-4]v=-8v 在回路abea中，u4=uab+ube=（4+3）v=7v 1.5.3 支路电流法

支路电流法是以支路电流变量为未知量，利用基尔霍夫定律和欧姆定律所决定的两类约束关系，建立数目足够且相互独立的方程组，解出各支路电流，进而再根据电路有关的基本概念求解电路其它响应的一种电路分析计算方法。例如，图1．40所示电路有6条支路、4个节点，选定的各支路电流的参考方向均标注在图中，且各支路电流变量分别用i1、i2、i3、i4、i5、i6表示。由kcl定律，可以列写出三个独立节点电流方程：

节点a： i1-i3+i4=0 节点b：-i1-i2+i5=0 节点c： i2+i3-i6=0 由kvl定律，可以列写出独立回路电压方程： 网孔abda-us1+r1i1+r5i5-r4i4=0 网孔dbcd-r5i5-r2i2+us2-r6i6+us6=0 网孔adca r4i4-us6+r6i6+r3i3+us3=0 由此就可以求解出6条支路的电流，从而可以获得电路中的其它响应。

对于一个具有n个节点，b条支路的电路，利用支路电流法分析计算电路的一般步骤如下：

(1)在电路中假设出各支路（b条）电流的变量，且选定其的参考方向，并标示于电路中。

(2)根据kcl定律，列写出（n-1）个独立的节点电流方程。(3)根据kvl定律，列写出l=b-（n-1）个独立回路电压方程。(4)联立求解上述所列写的b个方程，从而求解出各支路电流变量，进而求解出电路中其它响应。

例1．11图1．41电路中，us1=130v、us2=117v、r1=1ω、r2=0.6ω、r=24ω，试用支路法求各支路电流。

解：这个电路的支路数b=

3、节点数n=

2、网孔数l=2，选定各支路电流参考方向标在图中，并设各为i1、i2、i。列一个节点的kcl方程和两个网孔的kvl方程：

解：这个电路的支路数b=

3、节点数n=

2、网孔数l=2，选定各支路电流参考方向标在图中，并设各为i1、i2、i。列一个节点的kcl方程和两个网孔的kvl方程： 对节点a：-i1-i2+i=0 对回路ⅰ：i1-0.6i2=-117+130 对回路ⅱ：0.6i2+24i=117 解之得：i1=10a，i2=-5a，i=5a 1．6电阻、电感、电容元件的识别与应用 1．6．1电阻元件的识别与应用 1．电阻元件的识别

(1)电阻的分类、特点及用途

电阻的种类较多，按制作的材料不同，可分为绕线电阻和非绕线电阻两大类。

另外还有一类特殊用途的电阻，如热敏电阻、压敏电阻等。(2)电阻的类别和型号随着电子工业的迅速发展，电阻的种类也越来越多，为了区别电阻的类别，在电阻上可用字母符号来标明，如图1．43所示。

(3)电阻的主要参数电阻的主要参数是指电阻标称阻值、误差和额定功率。

1）标称阻值和误差

国家规定出一系列的阻值做为产品的标准，这一系列阻值就叫做电阻的标称阻值。

最大允许偏差值除以该电阻的标称值所得的百分数就叫做电阻的误差。

2）电阻的额定功率

这个不致于将电阻烧坏的最大功率值就称为电阻的额定功率。

(4)电阻的规格标注方法

1）直标法直标法是将电阻的类别及主要技术参数直接标注在它的表面上，如图1．45(a)所示。

2）色标法色标法是将电阻的类别及主要技术参数用颜色(色环或色点)标注在它的表面上，如图1．45(b)所示。

色标法是在电阻元件的一端上画有三道或四道色环(图)，紧靠电阻端的为第一色环，其余依次为第二、三、四色环。第一道色环表示阻值第一位数字，第二道色环表示阻值第二位数字，第三道色环表示阻值倍率的数字，第四道色环表示阻值的允许误差。

2．电阻元件的应用

（1）电阻器、电位器的检测

电阻器的主要故障是：过流烧毁，变值，断裂，引脚脱焊等。电位器还经常发生滑动触头与电阻片接触不良等情况。1）外观检查

对于电阻器，通过目测可以看出引线是否松动、折断或电阻体烧坏等外观故障。

对于电位器，应检查引出端子是否松动，接触是否良好，转动转轴时应感觉平滑，不应有过松过紧等情况。

2）阻值测量

通常可用万用表欧姆档对电阻器进行测量，需要精确测量阻值可以通过电桥进行。

（2）电阻器和电位器的选用方法

1）电阻器的选用

应从类型、阻值及误差、额定功率三个方面进行选取。2）电位器的选用

电位器结构和尺寸以及阻值变化规律两个方面进行选择。1．6．2电容元件的识别与应用 1.电容元件的识别

（1）电容的分类、特点及用途 电容器是电信器材的主要元件之一，在电信方面采用的电容器以小体积为主，大体积的电容器常用于电力方面。

电容器基本上分为固定的和可变的两大类。（2）电容的类别和型号

电容的类别，可在电容上用字母符号来标明，如图1．46所示。

（3）电容的主要参数

电容的主要参数是指额定工作电压、标称容量和允许误差范围、绝缘电阻。

1）额定工作电压

在规定的温度范围内，电容器在线路中能够长期可靠地工作而不致被击穿所能承受的最大电压(又称耐压)。

有时又分为直流工作电压和交流工作电压（指有效值）。2）标称容量和允许误差范围

为了生产和选用的方便，国家规定了各种电容器的电容量的一系列标准值，称为标称容量，也就是在电容器上所标出的容量。

根据不同的允许误差范围，规定电容器的精度等级。电容器的电容量允许误差分为五个等级：00级、0级、ⅰ级、ⅱ级、ⅲ级。

3）绝缘电阻

电容器绝缘电阻的大小，说明其绝缘性能的好坏。当电容器加上直流电压u长时间充电之后，其电流最终仍保留一定的值，称为电容器的漏电电流i，这时绝缘电阻r为

rui（4）电容的规格标注方法 电容的规格标注方法，同电阻元件一样，有直标法和色标法两种。

1）直标法将主要参数和技术指标直接标注在电容器表面上。2）色标法与电阻元件的色标法相同。2．电容元件的应用（1）电容器的检测

电容器的主要故障是：击穿、短路、漏电、容量减小、变质及破损等。

1）外观检查

观察外表应完好无损，表面无裂口、污垢和腐蚀，标志清晰，引出电极无折伤；对可调电容器应转动灵活，动定片间无碰、擦现象，各联间转动应同步等。

2）测试漏电电阻

用万用表欧姆档（r×100或r×1k档），将表笔接触电容的两引线。刚搭上时，表头指针将发生摆动，然后再逐渐返回趋向r＝∞处，这就是电容的充放电现象（对0.1μf以下的电容器观察不到此现象）。指针的摆动越大容量越大，指针稳定后所指示的值就是漏电电阻值。

3）电解电容器的极性检测

电解电容器的极性标记无法辨认时，可根据正向联接时漏电电阻大，反向联接时漏电电阻小的特点来检测判断。交换表笔前后两次测量漏电电阻值，测出电阻值大的一次时，黑表笔接触的是正极。

4）可变电容器碰片或漏电的检测 万用表拨到r×10档，两表笔分别搭在可变电容器的动片和定片上，缓慢旋动动片，若表头指针始终静止不动，则无碰片现象，也不漏电；若旋转至某一角度，表头指针指到0ω，则说明此处碰片，若表头指针有一定指示或细微摆动，说明有漏电现象。（2）电容器的选用方法

1）选择合适的型号根据电路要求进行选择。2）合理确定电容器的容量和误差

电容器容量的数值，必须按规定的标称值来选择。3）耐压值的选择

电容器耐压值一般选用为实际工作电压两倍以上。4）注意电容器的温度系数，高频特性等参数 1．6．3电感元件的识别与应用 1．电感元件的识别（1）电感的分类、特点及用途

按功能来分，有高频阻流圈、低频阻流圈、调谐线圈、滤波线圈、提升线圈、稳频线圈、补偿线圈、天线线圈、振荡线圈及陷波线圈等。

按结构来分，有单层螺旋管线圈、蜂房式线圈、铁粉芯或铁氧体芯线圈、铜芯线圈等。（2）电感线圈的主要参数

电感线圈的主要参数有两项：电感量l品质因数q。1）电感量l 线圈的电感量l也称为自感系数或自感，是表示线圈产生自感应能力的一个物理量。当线圈中及其周围不存在铁磁物质时，通过线圈的磁通量与其中流过的电流成正比，其比值称为电感量。

2）品质因数q 线圈的品质因数q是表示线圈质量的一个物理量。它是指线圈在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。即

qlr2flr3）分布电容

线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩（有屏蔽罩时）间、线圈与磁芯、底板间存在的电容，均称为分布电容。

分布电容的存在使线圈的q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。2．电感元件的应用

（1）在使用线圈时应注意不要随便改变线圈的形状、大小和线圈间的距离，否则会影响线圈原来的电感量。尤其是频率越高，圈数越少的线圈。

（2）线圈在装配时互相之间的位臵和其它元件的位臵，要特别注意，应符合规定要求，以免互相影响而导致整机不能正常工作。

（3）可调线圈应安装在机器的易于调节的地方，以便调整线圈的电感量达到最理想的工作状态。

电工基础教案 电工基础教案第一章篇四

课题1－3电阻

教学目标了解电阻的概念和电阻与温度的关系，掌握电阻定律。

教学重点电阻定律

教学难点r与u、i无关；温度对导体电阻的影响。

教学过程及内容

一． 组织教学准备教案，检查出勤情况

二．复习提问

1、什么是电流？

2、电流的计算公式

三．新课讲解

第三节 电阻

一、电阻

1．导体对电流所呈现出的阻碍作用。不仅金属导体有电阻，其他物体也有电阻。

2．导体电阻是由它本身的物理条件决定的。

例：金属导体，它的电阻由它的长短、粗细、材料的性质和温度决定。

3．电阻定律：在保持温度不变的条件下，导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，并与导体的材料性质有关。

rl s

4． 结论：电阻率的大小反映材料导电性能的好坏，电阻率愈大，导电性能愈差。

导体：＜10-6 m

绝缘体：＞107m

半导体：10-6m＜ ＜107m

二、电阻与温度的关系

1．温度对导体电阻的影响：

(1)温度升高，自由电子移动受到的阻碍增加；

(2)温度升高，使物质中带电质点数目增多，更易导电。随着温度的升高，导体的电阻是增大还是减小，看哪一种因素的作用占主要地位。

2．一般金属导体，温度升高，其电阻增大。少数合金电阻，几乎不受温度影响，用于制造标准电阻器。

3．超导现象：在极低温（接近于热力学零度）状态下，有些金属（一些合金和金属的化合物）电阻突然变为零，这种现象叫超导现象。

ο4．电阻的温度系数：温度每升高1c时，电阻所变动的数值与原来电阻值的比。若温

度为t1时，导体电阻为r1，温度为t2时，导体电阻为r2，则



即 r2r1 r1(t2t1)

r2r1 [1(t2t1)]

οο例：一漆包线（铜线）绕成的线圈，15c时阻值为20，问30c时此线圈的阻值r

为多少？

四．课堂练习

五．课堂小结

六．布置作业 教材习题第4大题第(3)题。

电工基础教案 电工基础教案第一章篇五

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第一章 电路的基本概念和基本定理

第一节 电路和电路模型

学习目标：掌握电路的作用和构成及电路模型的概念。

1-1手电筒电路

电路和电路模型基本概念 1.电路特点：

电路设备通过各种连接所组成的系统，并提供了电流通过途径。2.电路的作用： 图 1-1 电路模型

(1)实现能量转换和电能传输及分配。(2)信号处理和传递。

3． 电路模型：理想电路元件：突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件；把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路。即为实际电路的电路模型；

例图 1-1 ：最简单的电路——手电筒电路 ．电路的构成：电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。（1）电源：把其他形式的能转换成电能的装置及向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。

（2）负载：把电能转换成为其它能的装置也就是用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。

（3）导线：把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。（4）控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器等。

第二节、电路的基本物理量

学习目标： http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 掌握电路基本物理量的概念、定义及有关表达式，了解参考方向内涵及各物理量的度量及计算方法。

重点：各物理量定义的深刻了解和记忆。一：电流、电压及其参考方向 1．电流

(1)定义：带电粒子的定向运动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度。

(2)电流单位：安培(a)，1a ＝ 10³ma ＝ 10^6μa，1 ka ＝ 10³ a(3)电流方向：规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。电流的大小和方向不随时间的变化而变化为直流电，用i表示，方向和大小随时间的变化而变化为交流电，用i表示。任意假设的电流流向称为电流的参考方向。（4）标定：在连接导线上用箭头表示，或用双下标表示。

约定：当电流的参考方向与实际方向一致时i >0，当电流的参考方向与实际方向相反时i <0，(5)电流的测量：利用安培表，安培表应串联在电路中，直流安培表有正负端子。2.电压

(1)定义：电场力把单位正电荷从电场中a点移到b点所做的功，称其为a点到b点间的电压。用uab表示。或任意两点间的电位差称为电压。

(2)电压单位：伏特（v），1v ＝ 10³mv ＝ 10^6 μ v，1kv ＝ 10³ v(3)电压方向：规定把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压的方向不随时间的变化而变化为直流电压 uab，方向和大小都随时间的变化而变化为交流电压u ab。任意假设的电压方向称为电压的参考方向。

（4）标定：可以采用以下几种方式来表示参考方向，可以用“+”高电位端、“－”低电位端来表示；可以用双下标表示；可以用一个箭头表示，当参考方向与实际方向一致时u> 0，当参考方向与实际方向相反时u <0。http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛

（5）电压的测量：利用伏特表，伏特表应并联在电路中，直流伏特表有正负端子。3.参考方向

（1）定义：任意假设电压、电流的方向称为参考方向。参考方向可任意标定，方向标定后，电流、电压、电动势之值可正可负；计算结果存在两种情况： ①“＋” 说明参考方向与真实方向相同； ②“－” 说明参考方向与真实方向相反。注意：①选定参考方向后，不再更改

②计算结果的正、负只与图中参考方向结合起来才有物理意义。

（2）关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。在进行功率计算时，p＝ui;非关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向不一致。在进行功率计算时，p＝-ui。

如果假设u、i参考方向一致，则当计算的p>0时,则说明u、i的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。当计算的p<0时,则说明u、i的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。所以，从p的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。二：电位

电位定义：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。

电路中的电位是相对的，与参考点的选择有关，某点的电位等于该点与参考点间的电压。电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位差。即uab=va-vb。所以电压是绝对的，其大小与参考点的选择无关；但电位是相对的，其大小与参考点的选择有关。三：电动势

定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，用e表示。电动势与电压有相同的单位。http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 按照定义，电动势e及其端纽间的电压u的参考方向选择的相同，则e=-u;如选择的相反，则e=u.四：功率与电能 1.功率

(1)定义 : 单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功。

dw = u(t)dq，dq = i(t)dt ∴ p(t)= u(t)i(t)(w)(2)功率单位：瓦特(w)(3)功率方向：提供、消耗

（4）功率的测量：利用功率表。2.能量

(1)定义：在 t 1 时间内，电路所消耗的电能。

(2)能量单位：焦耳(j)，电能的常用单位为度，１度＝１千瓦×１小时(3)能量方向：吸收、释放功率

例 1-1 ： 有一个电饭锅，额定功率为 1000w，每天使用 2 小时；一台 25 寸电视机，功率为 60w，每天使用 4 小时；一台电冰箱，输入功率为 120w，电冰箱的压缩机每天工作 8 小时。计算每月（30 天）耗电多少度？ 解：（1kw×2h＋0.06kw×4h＋0.12kw×8h）×30天 ＝（2度＋0.24度＋0.96度）×30＝52度 答 : 每月耗电 52度

作业：p6: 1-2-2，1-2-3 1-2-4

第三节 电阻元件和欧姆定律

学习目标：

掌握电阻定律和欧姆定律

重点： 1 ．电阻的特性； 2 ．欧姆定律。http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛

一、电阻元件

（1）定义：阻碍导体中自由电子运动的物理量，表征消耗电能转换成其它形式能量的物理特征。

（2）电阻单位：欧姆（ω），1m ω＝ 10^3 k w =10^ 6 ω。（3）电阻的分类：根据其特性曲线分为线形电阻和非线形电阻。①线性电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。r = 常数； ②非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。如上图

（4）电阻定律：对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，还与材料的导电能力有关。

或

其中

为电阻率，为电导率。

（5）电导：表示元件的导电能力，是电阻的倒数，用 g 表示，单位为西门子（s）。

（6）电阻与温度的关系：

① ptc 电阻材料：正温度系数较大，具有非常明显的冷导体特性，可用来制作小功率恒温发热器。

② ntc 电阻材料：负温度系数较大，具有非常明显的热导体特性，可用来制作热敏电阻。

二、欧姆定律：反映电阻、元件上电压和电流约束关系 ．描述：对于线形电阻元件，在任何时刻它两端的电压与电流成正比例关系，即

或 http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。2 ．功率的计算公式：根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为： ．表达：在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向，如图 下图（b）和（c）欧姆定律的表达式为：

或。

例 1-2 ：运用欧姆定理解上图中的电阻为 6 ω，电流为 2a，求电阻两端的电压 u。

解： 图（a）关联 u ＝ i r ＝ 2a × 6 ω＝ 12v 图（b）非关联 u ＝－ i r ＝－ 2a × 6 ω＝－ 12v，图（c）非关联 u ＝－ i r ＝－ 2a × 6 ω＝－ 12v 计算结果图（a）电压是正值，说明图（a）中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图（b）、（c）电压为负值，说明图（b）、（c）中的电压实际方向与所标的参考方向相反。

第四节：电压源和电流源

学习目标：

1．掌握电压源和电流源的概念。2．掌握电压源和电流源的等效转换。重点： 电压源和电流源的等效转换。难点： 电压源和电流源的等效转换。

把其它形式的能转换成电能的装置称为有源元件，可以采用两种模型表示，即电压源模型和电流源模型。

一、电压源 http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 1．理想电压源（恒压源）

（1）符号：

（2）特点：无论负载电阻如何变化，输出电压即电源端电压总保持为给定的us或us(t)不变，电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻为 0。

例 1-3 ： 如图 1-5:u s =10v 解：如图 1-5 电压源 则当 r 1 接入时 ： i =5a

当 r 1、r 2 同时接入时： i =10a(3)特性曲线

2．实际电压源

（1）符号： http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛（2）特点：由理想电压源串联一个电阻组成，r s称为电源的内阻或输出电阻，负载的电压 u =us–irs，当rs=0时，电压源模型就变成恒压源模型。

（3）特性曲线

二、电流源

1．理想电流源（恒流源）

(1)符号:

(2)特点：无论负载电阻如何变化，总保持给定的is 或i s(t)，电流源的端电压由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻无穷大。例 1-4 ： 如图 1-6:i s =1a 则:当r =1ω 时，u =1v，r =10ω时，u =10v（3）特性曲线 图1-6 电流源

2．实际电流源 http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛（1）符号：

（2）特点：由理想电流源并联一个电阻组成，负载的电流为 i = i s – u ab / r s，当 内阻 r s = ∞ 时，电流源模型就变成恒流源模型。（3）特性曲线：

3．恒压源和恒流源的比较

三、电压源与电流源的转换

1．特性：电压源可以等效转换为一个理想的电流源i s 和一个电阻r s 的并联，电流源可以等效转换为一个理想电压源u s 和一个电阻r s 的串联。即转换公式：u s =r s *i s 2．注意：

（1）转换前后u s 与i s 的方向，i s 应该从电压源的正极流出。http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛

（2）进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换，r s 不一定是电源内阻。

（3）恒压源和恒流源不能等效互换。

（4）恒压源和恒流源并联，恒流源不起作用，对外电路提供的电压不变。恒压源和恒流源串联，恒压源不起作用，对外电路提供的电流不变。

（5）与恒压源并联的电阻不影响恒压源的电压，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；与恒流源串联的电阻不影响恒流源的电流，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；但在计算功率时电阻的功率必须考虑。（6）等效转换只适用于外电路，对内电路不等效。例 1-5 ：如图 1-7 图 1-7 电流源的转换

例 1-6 ： 如图 1-8

图 1-8 电压源的转换

i= 1a http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 例 1-7 ： 如图 1-9

图 1-9 电压源的转换

第五节：电路的工作状态

学习目标：了解电路的工作状态：有载（满载、轻载、过载）、开路、短路 重点和难点：各状态特点和电路各物理量所表现的特性。一．开路

电源与负载断开，称为开路状态 , 又称空载状态。

特点：开路状态电流为零，负载不工作 u ＝ ir ＝ 0，而开路处的端电压 u 0 ＝ e。二．短路：

电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。

特点：u=0,i s =u s /r s ,p rs =i 2 r s，p =0。短路电流 i s ＝ u s / r s 很大，如果没有短路保护，会发生火灾。短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。三．额定工作状态：

电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。当电路工作在额定情况下时的电路有载工作状态称为额定工作状态。

特点 u ＝ ir ＝ e － ir 0，有载状态时的功率平衡关系为：电源电动势输出的功率 p s ＝ u s i s，电源内阻损耗的功率 p rs ＝ i²r s http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 负载吸收的功率 p ＝ i 2 r ＝ p s － p rs，功率平衡关系 p s ＝ p ＋ p rs。

用电设备都有限定的工作条件和能力，产品在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值称为额定值。电源设备的额定值一般包括额定电压un、额定电流in和额定容量s n。使用值等于额定值为额定状态；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。

第六节 基尔霍夫定理

学习目标： 1 ．掌握 基尔霍夫的两个定律。重点和难点： 基尔霍夫的电压定律和电流定律。

一． 与拓扑约束有关的几个名词

支路 : 电路中没有分支的一段电路。

节点 : 三条或三条以上支路的汇集点，也叫节点。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。

回路 : 电路中任一闭合路径都称回路。

图1-10 网孔 : 回路平面内不含有其它支路的回路叫做网孔。

如图 1-10 ：支路有 3 条，结点有 a、b 共 2 个，回路有 3 个，网孔有 2 个。如图 1-11 ：支路有 6 条，结点有 a、b、c、d 4 个，回路有 8 个，网孔有 3 个。http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛

图1-11 图1-12

二、基尔霍夫电流定律： 又叫节点电流定律，简称 kcl

1．描述：电路中任意一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和，等于流出节点的电流之和。或：在任一电路的任一节点上，电流的代数和永远等于零。基尔霍夫电流定律依据的是电流的连续性原理。如图 1-12 2．公式表达：σ流入=σ流出，σi= 0。当用第二个公式时，规定流入结点电流为正，流出结点电流为负。

例图1-12 ：对于节点 a，一共有五个电流经过：可以表示为

i 1 + i 3 = i 2 + i 4 + i 5

或 i 1 +(-i 2)+ i 3 +(-i 4)+(-i 5)= 0 3．广义结点：基尔霍夫电流定律可以推广应用于任意假定的封闭面。对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，该结点称为广义结点。即流进封闭面的电流等于流出封闭面的电流。如图1-13

图 1-13 图1-14 如图 1-14 ：

或

又如图 1-14 ： i 1 + i 2i 3 = 25-16 = 9ma b 点： i 2 = i 5 + i 6 i 5 = i 2-i 6 = [9-(-4)] = 13ma c 点： i 4 = i 3 + i 6 i 6 = i 44ma 结果得出 i 6 的值是负的，表示 i 6 的实际方向与标定的参考方向相反。

三、基尔霍夫电压定律：又叫回路电压定律，简称kvl

1．描述：在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中各个元件上电压的代数和等于零。或各段电阻上电压降的代数和等于各电源电动势的代数和。2．公式表达：σ u ＝ 0 或σ ri= σ u s http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛

图 1-17 3 ．注意：常用公式σ ri= σ u s 列回路的电压方程：（1）先设定一个回路的绕行方向和电流的参考方向 看图1-17（2）沿回路的绕行方向顺次求电阻上的电压降，当绕行方向与电阻上的电流参考方向一致时，该电压方向取正号，相反取负号。

（3）当回路的绕行方向从电源的负极指向正极时，等号右边的电源电压取正，否则取负。

例 1-9 ：试列写图1-17各回路的电压方程。对回路 1 ： 对回路 2 ： 对回路 3 ：

图 1-18 4 ．基尔霍夫电压定律的推广：基尔霍夫电压定律不仅可以用在网络中任一闭合回路，还可以推广到任一不闭合回路中。如对于图1-18 网孔1即是一个不闭合的回路，把不闭合两端点间的电压列入回路电压方程，则其电压方程可以写为：，则 , 由此总结出任意两点之间的电压，其中r 上的电压和 u s 上的电压的规定与前面的规定是http:// 电子发烧友 http:// 电子技术论坛 一样的。对于网孔2这个不闭合的回路来求，则

注意：电路中任意两点间的电压是与计算路径无关的 ,是单值的，所以,基尔霍夫电压定律实质是两点间电压与计算路径无关这一性质的具体表现。

例 1-10 ： 如图 1-19 已知 u 1 =1v，i 1 =2a，u 2 =-3v，i 2 =1a，u 3 =8v，i 3 =-1a，u 4 =-4v，u 5 =7v，u 6 =-3v 求 u ab 和 u ad 及各段电路的功率并指明吸收发出功率。

图1-19 解： u ab =u ac + u cb =-u 1 +u 2 =６ w<0（产生）p 3 =u 3 i 1 =16w>0（吸收）p 4 =u 4 i 2 =” ；方程右边为独立电流源的代数和，当电流源的正方向指向该节点时取 “+”，反之取 “ － ”。节点电压方程的一般表达形式为： 自导 ×本节点电压 + 电流之和。

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