作者：谷立新,齐俊平,郭燕
出版社：航空工业出版社
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电工电子技术试读：
编者的话
电工电子技术是理工科非电类专业的一门重要技术基础课，它具有技术性强、实用性强的特点。本书是以国务院《关于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》和教育部关于《高职高专教育基础课程教学基本要求》为依据编写的，它以培养技术应用型人才为根本任务，以基础知识、基本概念、基本定律为主要编写原则，以“必须”和“够用”为准则来选择和编写内容。
本书具有以下几个鲜明的特点。
1.本书以培养应用型工程技术人才为目标，实用性强，适合高职教育的特点。本书注重将理论讲授与实践训练相结合，以讲授基本技能和应用为主，易学易懂易上手。
2.本书在内容讲解中，对与后续课程联系不大及不必要的理论推导进行了较为合理的简化；在典型电路的分析中，对计算过程进行了弱化，尽量不做繁杂的理论推导，只给出定性或定量的结论。
3.本书共有二十个验证性基础实验和设计实验，在培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题能力的同时，可激发学生的创新思维和创新能力，同时还可锻炼学生的动手能力。
4.本书在每章前都有本章导读和本章学习目标，每章后都有本章小结和习题，从而为指导学生学习和检查学生学习效果提供便利。
5.书中标有*的内容供学生深入学习之用，教师可根据情况选讲。
总体而言，本书结构清晰、内容完整、重点突出、语言通俗易懂，在讲解上由浅入深、由易到难、循序渐进，具有较强的可读性。
本书可作为高职高专理工科相关专业的基础课教材。本书由谷立新、齐俊平任主编，由刘琳、劳胜领、董会锦、张新华任副主编。在编写本书的过程中，编者翻阅了大量有关电工电子技术的资料和教材，在此，对这些资料的作者和编者表示衷心的感谢。由于时间仓促，编写人员水平有限，书中不尽如人意之处在所难免，恳请广大读者批评指正。编者2011年8月
第1章 直流电路
【本章导读】电路是电工技术和电子技术的基础，它可分为直流电路和交流电路。本章将主要介绍直流电路中的定律及常用的电路分析方法。由于在辅以适当的数学工具后，这些定律及分析方法也可适用于正弦交流电路及其他各种线性电路，因此，直流电路是电路分析研究的基础。【本章学习目标】理解电路的组成及电路模型的概念掌握电流和电压的参考方向掌握电路的三种工作状态理解电阻元件、电感元件及电容元件的相关知识掌握电阻的串联与并联掌握电压源与电流源的等效变换掌握基尔霍夫电流定律和电压定律会应用支路电流法、叠加定理、戴维南定理、电压源和电流源的等效变换等方法求解电路
1.1 电路的基础知识
电路是电流的通路，它是由电源、负载和中间环节三部分按一定方式组合而成的。其中，电源是指能将其他形式的能量转换成电能并为电路提供能量的装置，如干电池、蓄电池及发电机等；负载是指可在电路中接收电能并将电能转换成其他形式的能量的设备，如电灯、电视机及电炉等；中间环节是指连接电源和负载的部分，如导线、开关及各种继电器等。
实际应用中，电路的种类繁多，形式和结构也各不相同，但就其作用而言，主要可概括为以下两方面：①
实现电能的传输、分配和转换。例如，照明电路中，电源通过导线将电能传递给电灯，电灯再将电能转换为光能和热能；②
实现信号的传递和处理。例如，电视机或收音机将接收到的电信号经过调频、滤波和放大等环节处理后，转换为图像和声音信号。1.1.1 电路模型
实际电路是由各种作用不同的电路元件组成的，而实际的电路元件在工作时的电磁性质往往比较复杂，大多数电路元件都具有多种电磁性质。因此，为了方便对实际电路进行分析和研究，通常将实际电路元件理想化（模型化），突出其主要电磁性质，忽略次要性质，近似看作理想电路元件。例如，电阻元件、电感元件和电容元件等都是理想电路元件。
由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。如图1-1所示，干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能量，故在电路模型中可用电动势E和内阻R串联表示；灯泡在通电流时，除0了具有消耗电能的性质（电阻性）外，还具有电感性，但由于其电感性很弱，可忽略不计，故在电路模型中可用一电阻元件R表示；导线的电阻很小，可忽略不计，故在电路模型中可看作是一无电阻的理想导体。本书所分析的电路都是电路模型。图1-1 电路模型1.1.2 电路的基本物理量
在分析各种电路之前，首先需介绍一下电路的基本物理量：电流、电压、电动势和功率。1.电流
在电场力的作用下，电荷有规则地定向移动就形成了电流。习惯上规定电流的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，它是客观存在的，称为电流的实际方向。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，简称电流，用i表示，即：
式中：dq——dt时间内通过导体横截面的电量，单位为C。
小写字母i表示电流随时间变化。大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示，于是，式（1-1）可写为：
在国际单位制中，电流的单位为安培（A）。常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA）。
在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实际方向，但在分析复杂电路时，往往很难判断电流的实际方向。因此，为了方便分析和计算，可以任意选定一个方向作为参考方向，如图1-2所示，若电流的实际方向与参考方向一致，则电流为正值；若电流的实际方向与参考方向相反，则电流为负值。
电流的参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示。例如，i表示电流的参考方向是从a指向b的。ab图1-2 电流的方向2.电压
在介绍电压之前，我们首先要了解一下电位的概念。在电路中任选一点作为参考点，则电场力把单位正电荷从某点移动到参考点所做的功称为该点的电位，用v（V）表示。
电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点间的电压，用u（U）表示，即：abab
式中：dw——电场力将dq的正电荷从a点移动到b点所做的功，单位为J。
习惯上规定电压的实际方向为由高电位（“＋”极性）端指向低电位（“－”极性）端，即电位降低的方向。因此，电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示，即：
在国际单位制中，电位和电压的单位相同，都为伏特（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。
电路中两点间的电压是不变的，而各点的电位则随参考点的不同而不同。因此，在研究同一电路系统时，只能选取一个电位参考点。
与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一个方向作为参考方向，如图1-3所示。若电压的实际方向与参考方向一致，则电压为正值；若电压的实际方向与参考方向相反，则电压为负值。图1-3 电压的方向
电压的参考方向可以用箭头表示，也可以用“＋”、“－”表示，还可以用双下标表示。
在分析计算电路时，必须首先标出电流、电压的参考方向。参考方向一经选定，在分析电路过程中就不能再变动，并以此标准进行分析计算，最后根据答案的正负来确定电流和电压的实际方向。本书中在电路图上所标出的电流和电压方向均为参考方向。
一般来说，同一段电路上电流和电压的参考方向彼此独立无关，可以各自选定。但为了方便分析，通常将电流和电压的参考方向选得一致，称为关联参考方向。这时，只需标出电流或电压中一个的参考方向即可。3.电动势
电动势是指电源内部的非电场力把单位正电荷由低电位b端移到高电位a端所做的功，用e（E）表示，即：
电动势的实际方向为由低电位端指向高电位端，即电位升高的方向，因此，电动势和电压的实际方向相反，如图1-4（a）所示。在开路情况下，电源电动势与电源两端的电压大小相等，方向相反，如图1-4（b）所示。图1-4 电动势4.功率
功率是指电能量对时间的变化率，也就是电场力在单位时间内所做的功，用p（P）表示，即：
在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W）。常用的功率单位为千瓦（kW）。日常生活中所说的1度电就是指功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即1kW·h。6
1度＝1kW·h＝3.6×10J
当元件中流过的电流与其两端电压在关联参考方向时，若p＝ui＞0，则说明流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是一致的，电场力对正电荷做了功，元件吸收功率；若p＝ui＜0，则说明流经元件的电流实际方向与元件两端电压的实际方向是相反的，一定有外力克服电场力做了功，元件发出功率。当元件中流过的电流与其两端电压在非关联参考方向时，上述结论正好相反。
电路元件在t～t时间内所消耗或提供的能量W为：0
直流时【例1-1】如图1-5所示直流电路中，U＝4V，U＝－8V，U＝6V，123I＝4A，求各电路元件吸收或发出的功率P、P、P，并求整段电路123的功率P。图1-5 例1-1图【解】对元件1，其电流和电压为关联参考方向，且P＝UI＝4×114＝16（W）＞0，所以，元件1吸收功率16W。
对元件2，其电流和电压为非关联参考方向，且P＝UI＝－8×422＝－32（W）＜0，所以，元件2吸收功率32W。
对元件3，其电流和电压为非关联参考方向，且P＝UI＝6×4＝3324（W）＞0，所以，元件3发出功率24W。
设吸收功率为正，发出功率为负，则整段电路的功率P为：P＝16＋32－24＝24（W）1.1.3 电路的工作状态
在电源与负载通过中间环节连接成电路后，电路可能处于通路、开路和短路三种不同的工作状态。下面以简单直流电路为例来分析这三种工作状态。1.通路工作状态
如图1-6所示，将开关合上，接通电源与负载，电路即处于通路工作状态，又称为有载工作状态。（1）电压与电流的关系
根据欧姆定律可知，电路中的电流I为：
电源的输出电压U为负载R两端的电压，由式（1-9）和欧姆定律可得：
由式（1-10）可知，电源的输出电压U小于电动势E，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降IR。电源的输出电压U与输出0电流I之间的变化关系称为电源的外特性，其外特性曲线如图1-7所示。图1-6 通路工作状态图1-7 电源的外特性曲线（2）功率与功率平衡
将式（1-10）各项同乘以电流I，可得：
式中：P——电源产生的功率，单位为W；E
P——电源的输出功率，单位为W；
P——电源内阻上所损耗的功率，单位为W。0
式（1-11）称为功率平衡式，它表明，整个电路的功率是平衡的，即由电源发出的功率等于电路各部分所消耗的功率之和。（3）电气设备的额定值及工作状态
为了保证电气设备的安全可靠和经济运行，制造厂规定了其在正常运行条件下的使用限额，称为额定值，如额定电压U、额定电流INN和额定功率P等。电气设备的额定值通常标在产品的铭牌或说明书N上。
电源设备的额定值一般包括额定电压U、额定电流I和额定容量NNS。其中，U和I是指电源设备安全运行所规定的电压和电流限NNN额；S＝UI，表征电源的最大允许输出功率。电源设备工作时不NNN一定总是输出规定的最大允许电流和功率，具体输出的电流和功率大小取决于所连接的负载。
负载的额定值一般包括额定电压U、额定电流I和额定功率NNP。对于电阻性负载，由于这三者与电阻R之间存在一定的关系，所N以它的额定值不一定会全部标出。
电气设备在额定值情况下的工作状态称为额定工作状态，又称为满载。此时，电气设备的使用是最经济合理和安全可靠的。电气设备超过额定值的工作状态称为过载。由于温度升高需要一定时间，因此，电气设备短时间过载时，不会发生损坏；但若过载时间较长，则会大大缩短电气设备的使用寿命，严重时甚至损坏电气设备。电气设备低于额定值的工作状态称为轻载。严重轻载时，电气设备就不能正常合理地工作，或不能充分发挥其工作能力。因此，过载和严重轻载都是应该避免的。【例1-2】一热水器的额定功率为800W，额定电压为220V，求该热水器的额定电流和电阻。若将其接在电压为110V的电路上，该热水器的输出功率为多少？【解】由可得其额定电流和电阻分别为：
若将其接在电压为110V的电路上，则该热水器的输出功率P为：2.开路工作状态
如图1-8所示，当开关断开时，电源未与负载接通，电路处于开
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]