一：直流电路

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1、电工电子技术基础,主讲 贾 绪制作 贾 绪 2014年1月,1.1 电路的作用及组成,电路或称网络，就是把一些电器设备或元件，按其所要完成的功能，用一定方式连接而成的电流通路。,1.1.1 电路的组成,电源: 提供电能的装置,负载: 取用电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,1.组成：电路由电源、负载和中间环节（包括开关、导线、控制电器及保护电器等）组成。,直流电源: 提供能源,信号处理：放大、调谐、检波等,负载,信号源: 提供信息,电源：将非电形态的能量转换为电能的供电设备。如：蓄电池、发电机和信号源等。,2.各部分作用,中间环节：沟通电路、输送电能、控制电器设备和保障用电安全。

2、如：导线、开关、熔断器、继电器等。,负载：将电能转换成非电形态能量的用电设备。如：电动机、照明灯、信号灯等。,1.1.2 电路的作用,1.实现能量的传输和转换,照明电路和动力电路,照明电路,动力电路,2.实现信号的传递和转换,测温电路,传感器电路和通讯电路,通讯电路,1.1.3 电路模型,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,例：手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,手电筒的电路模型,电池,导线,灯泡,开关,电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro；,灯泡主要具有

3、消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；,筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,实际电路元件的物理性质：,有电能的产生、消耗，电场能量和磁场能量的储存。,表13列出部分国际单位制的单位，称为SI单位。,电路的工作状态1.通路2.断路（开路）3.短路,目录页,前一页,电路的三种工作状态,1.通路,目录页,前一页,1.4 电源有载工作、开路与短路,1)电压与电流,1.4.1 电源有载工作,当电源内阻 Ro R 时，则U E ，表明当电流(负载)变动时电源的

4、端电压变动不大，这说明它带负载能力强。,电源输出的功率,电源产生的功率,内阻损耗的功率,在一个电路中，电源产生的功率和负载取用的功率以及内阻上所损耗的功率是平衡的。,2 )功率与功率平衡,1.5 电源有载工作、开路与短路,3)电源与负载的判别,U 和 I 取非关联参考方向，若P = UI 0，电源； 若P = UI 0，负载。,U 和 I 取关联参考方向，若P = UI 0，负载； 若P = UI 0，电源。,方法一：根据 U 和 I 的实际方向判别,方法二：根据 U 和 I 的参考方向判别,电源：U和I 的实际方向相反，电流从“+”端流出， 发出功率；,负载：U和I 的实际方向相同，电流从“

5、+”端流入， 取用功率。,1.5 电源有载工作、开路与短路,4) 额定值与实际值,额定值：电气设备的额定电压、额定电流和额定功率及其他标准使用规定值称为电气设备的额定值。分别用UN、IN、PN表示。,制造厂在制定产品的额定值时，要全面考虑使用的经济性、可靠性及寿命等因素，特别要保证设备的工作温度不超过规定的容许值。,使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。,1.5 电源有载工作、开路与短路,2.断路（开路）,目录页,前一页,当开关断开时，电源处于开路(空载)状态，不输出电能，其特征如下：,1.4.2 电源开路,电源端电压 （ 即开路电压）等于电源电动势,负载功率为零,开路电流为

6、零,1.5 电源有载工作、开路与短路,3.短路,目录页,前一页,1.4.3 电源短路,电源端电压为零,负载功率为零,电源产生的电能全被内阻所消耗,短路电流（很大）,短路通常是一种严重事故，应该尽力预防,1.5 电源有载工作、开路与短路,当电源的两端被短接时，其特征如下：,练习与思考,1.4.4 如图，方框代表电源或负载。已知 U = 220V，I= -1A，试问哪些方框是电源，哪些是负载？,解：,(a)图 P = UI = 220(-1) = -220W 0，,负载,(c)图 P = -UI = 220(-1) = 220W 0，,负载,(d)图 P = UI = 220(-1) = -220

7、W 0，,电源,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.1 电路,观察图1.1可以得到以下结论,电流所流过的路径称为电路。它是为了某种需要由电工设备或元件按一定方式组合起来的。,电路的基本组成包括：电源、负载、导线及开关。,电源：将非电能形态的能量转换成电能的供电设备。如发电机、电池等。,负载：将电能转换成非电能形态能量的用电设备。如电动机、照明灯等。,连接导线：传递信号、传输电能。,实际应用中，电路还必须有一些辅助设备，如控制电路通、断的开关及保障安全用电的熔断器等。,1.1 电路,电路图中几种常见器件的图形符号及文字符号,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.1电流,电流的定义：电路中带电粒

8、子有规则地定向移动形成电流。,规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.1电流,电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向，称为参考方向，在电路中用箭头标出。求解电路时应根据假定的电流参考方向进行。如果电流值为正，表示电流的实际方向与参考方向一致；如果电流值为负，表示实际方向与参考方向相反，如图1.2所示。,电路图中标注的电流方向通常都是参考方向，参考方向可以任意规定。,图1.2 电流的方向,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.1电流,电流既是一种物理现象，又是一种表示带电粒子定向运动强弱的物理量。,电流的大小等于通过导体横截面积的电荷量与通

9、过这些电荷量所用时间的比值。,电流的单位是安(A)；毫安(mA)、微安(A),1 A = 103 mA = 106 A,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.1电流,电流对负载的作用和效应如表1.2所示,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.2电位与电压,1.电位,空间中的每一点都有一定的高度，电路中的每一点都有一定的电位。,电位的表示方法：用字母V表示，不同点的电位用字母V加下标表示，如VA。,计算电位时应指定一个参考点，规定参考点的电位为0，原则上零电位点是可以任意指定的。,在实际应用中，对于强电的电路，以大地为参考点，用符号表示；在弱点中以装置的外壳或底板为参考点，用符号表示。,1.2

10、电路的常用基本物理量,1.2.2电位与电压,2.电压,电压的定义：电路中A、B两点之间的电位差称为电压。,电压的方向：规定由高电位点（标“”）指向低电位点（标“”）。,电压（电位）的单位：国际单位制为伏特（用V表示），常用的还有毫伏（mV）、微伏（V）。,图1.3 电压及电动势的方向,1.2 电路的常用基本物理量,例1.1 如图1.4所示，求分别以C点和A点为参考点时，A、B、C三点的电位以及UAB 。,结论：参考点选择不同，电位也不同，但两点之间的电压不变，即电位与参考点有关，而电压与参考点无关。,图1.4 例1.1附图,1.2 电路的常用基本物理量,1.2.3电动势,电动势的定义：在电源内

11、部，非静电力将正电荷从电源负极移到正极所做的功 W与其电量 Q 之比称为电动势，用 E 表示，即,E 的单位是伏(V)W的单位是焦(J) Q 的单位是库(C),电动势的方向：规定从电源负极指向电源正极即非静电力移动正电荷方向，如图1.5所示。,图1.5 带电源的电路示意图,总结结论,电流与电压、电阻的关系：,一、保持电阻不变时，电流与电压成正比。,二、保持电压不变时，电流与电阻成反比。,思考与拓展：如何用图像法来描述这个规律，请同学们课后用教材14-9图描述出来。,欧姆定律,欧姆定律,欧姆定律：一段导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。,欧姆定律的公式形式：,I,=

12、,U,_,R,注意：,2.公式中各物理量的对应性,1.公式中单位的统一性,3.公式的扩展性,1A,=,1V,_,欧姆（G.S.Ohm,17871854）是德国物理学家。他在物理学中的主要贡献是发现了后来以他的名字命名的欧姆定律。欧姆的研究，主要是在18171827年担任中学物理教师期间进行的。现在我们看到欧姆定律的公式那么简单，却不要忘记欧姆当时为了,信息窗,解决这一难题，付出了艰辛的劳动，当时的实验条件很差，那些测量电流的仪器和电阻值不同的导体，都要自己设计制造。他能够完成这些精细的制作和精确的实验，主要得益于强烈的好奇心、执着的探究精神。,公式的对应性,欧姆定律,U 、R、I必须对应的是同

13、一段电路（同一个元件）同一状态的电压、电阻、电流。例如：,R,U,I,R灯,U灯,I灯,欧姆定律,公式的扩展性,U=IR,主要用于已知电压和电流求电阻.,_,主要用于已知电流和电阻求电压.,拓展：能否说电压与电流成正比呢？,拓展：能否说电阻与电压成正比，与电流成反比呢？,例1：某同学用一只电流表跟一只灯泡串联，灯泡正常发光时电流表示数为0.28A，再用电压表测量灯泡两端电压为220V，试计算灯泡正常发光时的电阻。,已知：U=220V,I=0.28A求：R.,解：根据欧姆定律的变形公式得,答：灯丝正常发光时的电阻值是786欧姆,1：一只阻值为 的电阻，接在15V的电源上时，流过的电流为_A；若电

14、源电压变为10V，电阻的阻值为_，流过电阻的电流为_A.,0.15,0.1,I=U/R=15/100=0.15,电阻是导体本身所具有的性质，与电压，电流无关,I=U/R=10/100=0.1,2：下列说法中正确的是:( )A.导体两端的电压越大，导体的电阻就越大。B.导体中通过的电流越大，导体的电阻就越小C.在电压一定时，通过导体的电流越小，导体的电阻就越大。D.以上说法均不对。,C,反馈练习,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.1电阻,导体对电流阻碍作用的大小用电阻表示。,在温度不变的条件下，电阻R与导体的长度l成正比，与导体的横截面积A成反比，即,为比例系数，称为电阻率，单位是欧米（m）,

15、电阻率与导体的材料和温度有关。导体的电阻率 107 m，半导体的电阻率在106 m和107 m之间。,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.1电阻,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.1电阻,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.2常用电阻元件,图1.7 常见电阻元件的外形,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.2常用电阻元件,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.2常用电阻元件,图1.8 色环标记表示电阻参数,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.3欧姆定律,1. 欧姆定律：由实验可知，电阻元件中的电流与电阻两端的电压成正比，与其电阻值成反比。,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.3欧姆定律,2. 电阻元件的电流、电压关系,图1.9 电阻的电流、电压关系特性,1.3 电阻元件与欧姆定律,1.3.4线性电阻和非线性电阻,如果电阻是固定值，遵循欧姆定律，这样的电阻称为线性电阻，它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数，否则就是非线性电阻。,