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1、,中国矿业大学（北京）,电工学（上册）电工技术,主讲教师：高彦 Tel: ,1.1 电路的作用与组成部分1.2 电路模型1.3 电压与电流的参考方向1.4 欧姆定律1.5 电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算,第1章 电路的基本概念和基本定律,目录,基本要求,了解电路模型及理想电路元件的意义理解电压、电流参考方向的意义理解电路基本定律并能正确应用了解电源的有载工作、开路与短路状态，并能理解电功率和额定值的意义掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法,1.1 电路的作用与组成部分,电路是由某些电气元件按一定方式连接起来的总体，它提供了电流流通的路径。
2、,电路主要由电源、负载和中间环节三部分组成。,1.定义:,2.组成:,返回,例如：手电筒电路,电源,中间环节,负载,* 一般不希望中间环节产生能量或 信号的转换,返回,返回,1.2 电路模型,2. 常见的理想电路元件,返回,3. 手电筒的电路模型,电源,中间环节,负载,电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。,返回,S,1.3 电压和电流的参考方向,1. 定义：,在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，我们把单位时间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。,i = dq/dt,大小和方向都随时间改变的叫交流 用i 表示，大小和方向都
3、不随时间改变的叫直流 用I 表示。,返回,一、电流及其参考方向,2. 单位：,1安培（A）=1000毫安(mA) 1毫安(mA)=1000微安(A),4. 参考方向 ：在分析和计算电路时往往任意选 定某一方向作为电流的正方向，也称参考方 向。,返回,二、电压及其参考方向,* 参考方向与实际方向的关系 在规定的参考方向下，若计算结果： I 0 参考方向与实际方向一致， I 0 参考方向与实际方向一致， U 0 参考方向与实际方向相反。,返回,a,b,a,b,I,I,U,U,关联,非关联,E,U,I,非关联,返回,1.4 欧姆定律,通常流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比如图所示，对于线性电阻，当
4、其上电压与电流选取关联的参考方向时，下式右端取正号，反之取负号。这是电路中欧姆定律的一般形式。,电阻的单位是欧姆，有时还用到千欧和兆欧，它们之间的换算关系为,由上式可见，当所加电压u一定时，电阻R越大，则电流i越小显然，电阻具有对电流起阻碍作用的的物理性质。 例题（见书P11),1.5 有载工作、开路与短路,有载工作状态 开路 短路,返回,一、有载工作状态,R,R0,U,U,S,I,图中S闭合I=E/(R0 +R)U=I RU = E I R0,1. 电压与电流,返回,E,把上式两端各项乘以电流I，则得功率平衡式 UI=EI-R0I2另 P=PE-P那么PE是电源产生的功率， P是电源内阻上损
5、耗的功率，P是电源输出的功率。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,返回,根据电压和电流的实际方向，即U和I的参考方向与实际方向是否一致，可以确定某一元件是电源还是负载。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“+”端流入，取用功率,3. 电源与负载的判别,返回,电气设备在额定状态下工作是最佳状态，称为满载。在额定电压下，电气设备通过的电流高于额定电流称为过载，低于额定电流称为轻载。,4. 额定值与实际值 为了安全可靠地工作，各种电气设备承受的电压，允许通过的电流及消耗的功率都有一个
6、限额，这个限额称为电气设备的额定值。UN IN PN,返回,1.5.2 电源开路 ( S断开 ) I = 0 U = 0 P = 0 U0 = US,R,R0,U,US,S,I,返回,例1、有一直流电源，额定功率PN4.4kW，额电压UN220V，内阻RS0.25，负载电阻为R，求:(1)电源的额定电流IN及电源电压US；(2)额定工作状态下的负载电阻R；(3)负载发生短路时的电流IS。,S,I,US,R0,R,+,U,返回,电源电压:USU+INRS220V+20A0.25 225V,(2)额定工作状态下的负载电阻:,返回,1.6 基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律（KCL) 基尔霍夫电压定律
7、（KVL),返回,几个概念支路: 电路中的每一分支叫做支路。一个支路通 过同一个电流。节点: 由三条或三条以上的支路相连接的点叫 做节点。回路:电路中的任一闭合路径叫做回路。,图中有6个节点,纯属失误,图中有4个节点,图中有6条支路,图中有8条支路,图中有3个回路,图中有7个回路,你犯了严重错误,不好意思又错了,聪明的脑瓜,OK！,恭喜你!,一、基尔霍夫电流定律(KCL),返回,对于电路中的任一节点，在任一瞬间流入节点的电流之和一定等于流出该节点的电流之和。(第一定律),如图： I1 I2 I3,对电路中的任一节点，在任一瞬间，该节点上电流代数和等于零。 I 如图I1 I2 I3 ,规定流入节
8、点的电流取正,流出节点的电流取负。,Ii Io,返回,推广：适用于封闭面,IB,IC,IE,IB IC IE满足晶体管电流分配关系,返回,例1、标出图中未知电流大小。,2A8A,3A,3,4,6A,1A,5A,返回,二、基尔霍夫电压定律(KVL) 在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零，即 U与绕向一致的电压取正，反之取负。,返回,R1,U1,U2,I1,I2,US1,US2,a,U1US1US2U2 = 0I1 R1US1US2I2 R20,在电路中任意回路绕行方向上电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和 US IR,规定 与绕行方向一致的电压取正，反之取负。,US1
9、 US2 I1 R1 I2 R2,返回,推广: 适用于开口电路 U开=U,说明：上述两定律适用于任何变化的电压和电流。,例1、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：S打开时，Uab=？ S闭合时，I3=？,1、S打开，I3=0 UR3=0,E1+Uab+E3E2= 0 Uab=(714+16)V=9V,2、S闭合，Uab=0E1+E3E2 + I3R3= 0I3=(E1E3 + E2) R3 =99A=1A,返回,例2、求图中的U2。 I3 = 0（开路）,I1,U110V,U2,R2 2,E2,E1,R1,R3 5,4,4V,2V,I1=(104)/
10、(R1+R2)=1A,U2=E2+ I1 R1 +E1=6V,I3 = 0（开路） I2 = 0,I2,I3,U1=I1(R1+R2)+E1,返回,例3、电路如图，试用基尔霍夫定律求Ix和Ux。,解:根据基尔霍夫定律,对节点a:I1+1A4A=0,I1=3A,对节点b:2AI1I2=0,I2=1A,根据基尔霍夫电压定律,设绕行方向为顺时针，则,5I2Ux 10=0,Ux =15V,4A,10V,2A,1A,3A,5,I1,Ux,Ix,a,b,c,d,I3,对节点c: I2+I33A=0 I3=4A,对节点d: 1AI3Ix0 Ix5A,返回,1.7 电路中电位的概念及计算,电 位 电源的习惯画
11、法,返回,一、电 位 电路中某点的电位等于该点到参考点之间的电压，参考点就是零电位点。,Ve=0I=9/9A=1AVa=5VVb=5V2V=3VVc=5V6V= 1VVd=4VUab=2V,返回,e,5V,4V,a,b,c,d,3,2,4,若参考点选在d点，则：Va = 9VVb = 7VVc = 3VVd = 0VVe = 4VUab = 2V,电路中某点的电位与参考点的选择有关，而任意两点之间的电压与参考点的选择无关。,返回,二、电路中电源的习惯画法 与参考点相联的一端不画，另外一端标出极性，写出电位值，如下图所示。,返回,e,5V,4V,a,b,c,d,3,2,4,返回,5k,+12V,
12、5k,S,10k,B,A,例1、求S闭合和断开时A B点的电位。,S打开时VA=VB=12VS闭合时VA=VB=(12/15)5V=4V,解：,返回,例2、求图中S闭合和打开两种情况下a点的电位。,a,12V,+ 12V,S,4k,26k,2k,S打开: I=(12+12)/32mA=0.75mAVa=(I26+12)V=7.5V S闭合: I=12/30mA=0.4mAVa=4kI=1.6V,解：,返回,例3、电路如图，已知:US1=8V，US2=16V，R1=2，R2=4，R3=6，求电路中a、b和c点的电位。,解:US1和R1支路中无电流; US2、R2和R3组成闭合回路，在图示的电流电压参考方向下,b,a,c,R3,R2,R1,US1,US2,+ , +,返回,C点为参考点，Vc=0,
