《电路基础电子教案 教学课件 作者 王慧玲 第1章 基本概念和基本定律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路基础电子教案 教学课件 作者 王慧玲 第1章 基本概念和基本定律（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录 第1章电路的基本概念和基本定律 第2章直流电阻性电路的分析 第3章正弦交流电路 第4章三相正弦电路 第5章互感耦合电路 第6章谐振电路 第7章非正弦周期电流电路 第8章线性动态电路分析 第9章二端口网络 第10章磁路与铁心线圈电路 第1章电路分析的基本概念和基本定律 教学内容电路和电路模型的概念 电路的基本物理量 电阻 电源元件的概念 教学要求1 理解电路和电路模型的概念 2 熟练掌握电流 电压 电位和电功率的概念 3 掌握电阻 电源元件的概念 教学重点和难点重点 电流 电压的参考方向及关联参考方向和电功率的计算 难点 电路发出和吸收功率的判断 1 1电路和电路模型 电路 由电器元件按一
2、定方式连接起来的总体 为电流流通提供了路径 一 电路 实际电路 实际电路视频或图片 实现能量的转换和传输 实现信号的传递和处理 电路的作用 前者如电力供电电路 电器设备的控制电路等 后者如通信电路 测量电路等 理想电路元件 将实际元 器件加以理想化 在一定条件下忽略其次要电磁性质 用足以表征其主要电磁性质的理想化的电路元件来表示 二 电路模型 例如 电阻元件 R 消耗电能电感元件 L 储存磁场能量电容元件 C 储存电场能量电源元件 US或IS 产生电能 电路模型 由理想电路元件组成的电路 手电筒电路模型 电路模型 电路图分为 原理图 装配图 电路模型图 前两种用于工程中安装 检修和调试 后者用
3、于电路分析 原理图 只表示线路的接法 图形符号见表1 1 装配图 除表示电路的实际接法外 还画出有关部分的装置与结构 反映出电路的几何尺寸和各元件实际形状 电路模型图 由理想电路元件通过一定的连接构成的图 电路元件符号见表1 2 关于电路图 1 2电路的基本物理量 一 电流 国际单位制 SI 中 电流的单位为安培 A 1 定义 带电粒子的定向移动称为电流 其大小用电流强度表示 电流强度 单位时间内通过导体某一横截面的电荷量 即 单位换算 2 方向实际方向 规定为正电荷的移动方向 参考方向 人为规定 二者关系 i 0 相同 i 0 相反 电流参考方向与实际方向关系 如图 电流参考方向的表示 在电
4、路图中 元件的电流参考方向一般用箭头表示 在文字叙述时也可用电流符号加双下标表示 如iab 它表示电流由a流向b 并有iab iba 如图 1 定义 单位正电荷由电路的a点移到b点所获得或失去的能量 称为a b两点间的电压 即 二 电压 国际单位制 SI 中 电压的单位为伏特 V 单位换算 2 方向实际方向 若电荷从a b为失去能量时 方向为a b 且a为 b为 即a点为高电位 b点为低电位 所以电压的实际方向为从高电位指向低电位 参考方向 人为规定 二者关系 u 0 相同 u 0 相反 电压参考方向与实际方向关系 如图 在电路图中 电压的参考方向可以用 极性表示 还可以用双下标表示 如下图所
5、示 并有uab uba 电压参考方向或极性的表示 电压电流的参考方向关系有4种 3 电压电流的关联参考方向 分两类 1 一致方向称为关联参考方向 2 不一致方向称为非关联参考方向 a 关联参考方向 b 关联参考方向 c 非关联参考方向 d 非关联参考方向 说明 1 选用哪一种 原则上任意 习惯上 无源元件取一致方向 有源元件取不一致方向 2 u i参考方向一经确定 计算过程中不得改变 3 电路图中标出的方向均为参考方向 例1 1如图所示 电路中电流或电压参考方向已选定 已知 I1 5A I2 5A U1 10V U2 10V 试指出电流或电压的实际方向 I1 0 I1的实际方向与参考方向相同
6、电流I1由a流向b 大小为5A I2 0 I2的实际方向与参考方向相反 电流I2由b流向a 大小为5A U1 0 U1的实际方向与参考方向相同 电压U1由a指向b 大小为10V U2 0 U2的实际方向与参考方向相反 电压U2由b指向a 大小为10V 关于参考方向几点说明 1 电流 电压的实际方向是客观存在的 而参考方向是人为选定的 2 当电流 电压的参考方向与实际方向一致时 电流 电压值取正号 反之取负号 3 分析计算每一电流 电压时 都要先选定其各自参考方向 否则计算得出的电流 电压正负值是没有意义的 4 电路中某一支路或某一元件上的电压与电流的参考方向的选定 可以选一致的参考方向 称关联
7、参考方向 也可选择不一致的参考方向 称非关联参考方向 1 定义 取电路中某一点为参考点 则电路中点a到参考点的电压称为a点的电位 表为Va 电位的单位与电压的单位相同 三 电位 电压与电位的关系 方向 电位的参考方向规定为从某点指向参考点 说明 电位是可正 可负的 例如 V 0 表示 点电位高于参考点电位 说明 参考点的选择是任意的 参考点的电位为零 工程上常选大地或机壳为参考点 如图所示 以电路中的O点为参考点 则有Va Ua0 Vb Ub0 电位表示图 对于任意一个二端元件 如下图中的元件A 当正电荷在电场力作用下 从元件A的电压 极端 经元件移到电压 极端 即从高电位端移到低电位端 这时
8、 电场力对正电荷做了功 该元件吸收了电能 如图a所示 四 电功率 元件吸收和发出能量 相反 正电荷从元件A的电压 极经元件移到电压的 极 是外力克服电场力做了功 该元件发出了电能 如图b所示 元件吸收和发出能量 单位换算 2 电功率 国际制 SI 中 功率的单位为瓦特 简称瓦 W 定义 单位时间内元件吸收或发出的电能为该电路的功率 用p表示 即 u i方向与p的关系 1 u i取关联参考方向时 p ui p 0为吸收功率 p0为吸收功率 p 0为发出功率 所以 从P的正或负可以区分元器件的性质 或是电源 或是负载 例1 2某电路中的一部分如图所示 三个元件中流过相同电流I 1A U1 2V 1
9、 求元件a的功率P1 并说明是吸收还是发出功率 2 若已知元件b吸收功率为12W 元件c发出功率为10W 求U2 U3 P1 U1I 2 1 W 2W 0 说明元件a发出功率2W 1 对于元件a U1 I为关联参考方向 2 元件b的U2 I为关联参考方向 且吸收功率 则P2为正值 即P2 U2I 12W 所以U2 12 1 12V 3 元件c的U3 I为非关联参考方向 且发出功率 则P3为负值 即P3 U3I 10W 所以U3 10V 小结 1 实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模型来表示 2 电流 电压均有实际方向和参考方向之分 后者原则上可任意规定 同一支路二
10、者参考方向有关联参考方向和非关联参考方向之分 一般无源元件取前者 有源元件取后者 3 判断元件吸收还是发出功率 应先根据其电压 电流参考方向是否关联来正确地表达功率运算式 然后由算出的结果进行判断 教学内容电阻和电阻元件的概念 电压源和电流源的概念 教学要求1 了解线性电阻和非线性电阻的概念 掌握欧姆定律 会计算电阻元件的功率 2 掌握理想电压源 理想电流源的特点 3 初步掌握受控源的概念 教学重点和难点重点 理想电压源 理想电流源的特点 欧姆定律 难点 对电源特点的理解 1 3电阻元件 一 电阻 物体对电流的阻碍作用称为电阻 单位欧姆 换算关系 1M 106 1k 103 物体对电流的传导作
11、用称为电导 单位西门子 S 电阻与电导的关系 材料的电阻率 因材料的不同而不同 二 电阻元件 1 线性电阻与非线性电阻 欧姆定律的表示和记忆 2 欧姆定律 线性电阻的电压电流关系 也称元件约束 注意 应用欧姆定律时 要注意电压 电流的参考方向 取关联参考方向时 i u R 若取非关联参考方向 i u R 电阻元件吸收的功率为 电阻的功率 由于P大于 N 该电阻将烧毁 可见 要使该电阻正常工作 外加电压不能超过20V 1 根据欧姆定律 电流 2 电阻功率 则 例1 3某一电阻元件为10 额定功率PN 40W 1 当加在电阻两端电压为30V时 该电阻能正常工作吗 2 若要使该电阻正常工作 外加电压
12、不能超过多少伏 1 4电源元件 1 电压源 理想电压源简称电压源 其特点是 它两端的电压是一个定值Us或是一定的时间函数us t 与流过它的电流无关 而流过它的电流由与之相联接的外电路共同确定 电压源模型及直流电压源的外特性图 电压源不能短路 实际直流电压源模型及其外特性图 可见 实际电压源的内阻越小 其特性越接近于理想电压源 2 电流源 理想电流源简称电流源 其特点是 它向外输出的电流是定值Is或是一定的时间函数is t 而与它的端电压无关 它的端电压由与之相联接的外电路确定 电流源模型及直流电流源的外特性图 电流源不能开路 实际直流电流源模型及其外特性 可见 实际直流源的内电导越小 内部分
13、流越小 其特性就越接近理想电流源 流过电压源的电流I 1A 电压源的电压 电流为关联参考方向 其功率PU USI 3I 3 1W 3W 0 吸收 例1 4电路如图所示 分析电路各元件的功率 电流源的端电压U 3V 电流源的电压 电流为非关联参考方向 其功率PI UIS USIS 3 1W 3W 0 发出 关联方向 表示电源发出功率 表示电源吸收功率 表示电源吸收功率 表示电源发出功率 说明 关于电源的功率 非关联方向 电源吸收功率 说明此电源在该电路中是负载 或许此时在进行充电 电源发出功率 说明此电源在该电路中是为电路提供电能的电源 3 受控源 受控电压源的电压和受控电流源的电流不是独立的
14、而是受电路中某个电压或电流控制的 四种受控源的图形符号下如图所示 线性受控源输出特性 VCVS u2 u1VCCS i2 gu1CCVS u2 ri1CCCS i2 i1 三极管的输入电阻 受控源实际上是有源器件的电路模型 如晶体管 电子管 场效应管 运算放大器等 例1 5图示电路为VCCS 已知I2 2U1 电流源的Is 1A 求电压U2 先求出控制电压U1 从左方电路可知 故有 小结 1 元件电阻是耗能元件 理想电压源和理想电流源是产生能量的元件 受控源的电压或电流不是独立的 而是受电路中某个电压或电流控制的 2 欧姆定律u Ri 3 电源特点 理想电压源的电压恒定不变 电流随外电路而变化
15、 理想电流源的电流恒定不变 电压随外电路而变化 实际电源的电路模型有两种 实际电压源和实际电流源 它们分别为理想电压源和电阻串联组成 理想电流源和电阻并联组成 教学内容1 基尔霍夫电压和电流定律 2 电路的工作状态 3 电路中电位分析 教学要求1 熟练掌握基尔霍夫定律的应用和计算 2 了解电路三种状态的特点 3 掌握电路中电位分析方法 教学重点和难点重点 基尔霍夫定律的应用及电位分析方法 难点 对基尔霍夫定律的物理本质的认识 1 5基尔霍夫定律 一 几个有关的电路名词 结点 三个或三个以上支路的联结点 支路 电路中每一个分支 回路 电路中任一闭合路径 网孔 内部不含支路的回路称为网孔 网络 一
16、般把较复杂的电路称为网络 支路 ab ad 共6条 回路 abda abcda 共7个 结点 a b 共4个 网孔 abda bcdb 共3个 内容 任一时刻在电路的任一节点上 所有支路电流的代数和恒等于零 即 二 基尔霍夫电流定律 I 0 规定流出节点的电流为正 流入的为负 整理为 对图示电路 对节点a有 KCL实际上是电流连续性原理在电路节点上的体现 也是电荷守恒定律在电路中的体现 表明 在任一时刻 流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和 即 i入 i出 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面 基尔霍夫电流定律的扩展 I 0 I 三 基尔霍夫电压定律 内容 在任一时刻 沿任一回路各段电压的代数和恒等于零 即 U 0 与绕行方向一致时 该电压取 号 反之取 号 整理得 表明 在任一时刻 在任一闭合电路中 所有电阻电压的代数和等于所有电压源电压的代数和 写成一般形式 IR Us 列方程时 若流过电阻的电流参考方向与绕行方向一致时 该电阻电压前面取 号 反之取 号 若电压源方向与绕行方向相反 该电压源取 号 反之取 号 开口电路 基尔霍夫电压定律的扩展 例1 7某电路中的一个回路
