电工学--电路的基本知识

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1、第第1 1章章 电路的基本知识电路的基本知识1.2 1.2 电路分析中的若干规定电路分析中的若干规定 1.3 1.3 电阻、电感和电容电阻、电感和电容 1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.6 1.6 电路中电位的计算电路中电位的计算1.1 1.1 电路及电路及其模型其模型1.1 1.1 电路及其模型电路及其模型1. 1. 电路的组成与功能电路的组成与功能电路就是电流流通的路径，它是由一些元件或设备组成 的，是能够传输电能、转换电能或者能够采集电信号、传 递和处理电信号的有机整体。图1-1 荧光灯电路图 系统系统是由若干互相关联的单元或设备

2、组成，是由若干互相关联的单元或设备组成， 并用来达到某种目的的有机整体。并用来达到某种目的的有机整体。图图1-11-1啊、图啊、图1-21-2所示的电路可视为系统。所示的电路可视为系统。图图1-2 1-2 半导体收音机电路的框图半导体收音机电路的框图 1. 1. 电路的电路的组成与功能组成与功能1. 1. 电路的电路的组成与功能组成与功能图图1-3 1-3 用电桥构成的温度检测系统用电桥构成的温度检测系统图图1-4 1-4 系统的框图表示系统的框图表示对一个电气系统而言，电源（或信号源）对一个电气系统而言，电源（或信号源） 的作用称为的作用称为激励激励，由激励引起的结果（如某，由激励引起的结果

3、（如某 个元件上的电流、电压）称之为个元件上的电流、电压）称之为响应响应。2. 2. 电路模型电路模型+ -U US SI IS S电阻图1-5 电路的基本模型电感 电容电压源 电流源电路模型是将实际电路中的各种元件按其主要物理性 质分别用一些理想电路元件来表示时所构成的电路图。理想电路元件是指只进行某一种能量转换的元件。1.2 1.2 电路分析中的若干规定电路分析中的若干规定1. 1. 关于电路参数及变量的文字符号关于电路参数及变量的文字符号电路的参数 影响电路响应 的电路结构因素大写斜体字母R 、L、 C电路分析中的 变量恒定直流量大写斜体字母U、I、P时变量小写斜体字母u、i、p数学模型

4、电路参数与变量 组成的代数方程或 微分方程大写或小写U=RI u=Ri单位单字母大写正体字母A 、 V复合字母第一字母大写， 后续字母小写Hz、Wb2. 2. 电流、电压的参考方向电流、电压的参考方向a)b)图图1-6 1-6 U U、I I、E E的的实际方向实际方向与与参考方向参考方向图图图图1-6 a)1-6 a)中电流、电压、电动势的方向可根据物理学中电流、电压、电动势的方向可根据物理学 中的定义直接标出。而中的定义直接标出。而在图在图1-6 b)1-6 b)中中则不能确定电流是则不能确定电流是 否从电源的正极流出，必须做具体的计算。否从电源的正极流出，必须做具体的计算。基本物理量的基

5、本物理量的实际方向实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位单 位kA 、A、mA、 A低电位 高电位kV 、V、mV、 VkV 、V、mV、 V2. 2. 电流、电压的参考方向电流、电压的参考方向实际方向：物理学中定义的电流、电压方向。 参考方向：人为假设的电流、电压方向。电流：Ubd 双下标电压：Ibd 双下标箭 标bdRI5正负极性+ bdU52. 电流、电压的参考方向(a) (a) 参考方向的表示方法参考方向的表示方法(b) (b) 参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系实际方向与参考方向一致，电流(

6、或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。若 I = -5A，则电流从 b 流向 a ；例：abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；注意：在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 2. 2. 电流、电压的参考方向电流、电压的参考方向(c) (c) 关联关联参考方向参考方向关联关联参考方向参考方向：电流、电压参考方向一致电流、电压参考方向一致U、I 参考方向相同U U、I I 参考方向相反参考方向相反RU+IRU+IU = I R U U = = IRIR关联 参考方向非关联 参考方向2. 2. 电流、电压的参考方向电流、

7、电压的参考方向通常取 U、I 参考方向相同。解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有, U = IRRU 6V+2AR+U 6VI(a)(b)I2AU、I 参考方向不同，（非关联参考方向） P = -UI ，p= -ui；3. 3. 功率计算的规范化方法功率计算的规范化方法U、I 参考方向相同，（关联参考方向） P =UI （平均功率），p=ui （瞬时功率）；1).1). 元件功率计算表达式元件功率计算表达式2).2). 电源和负载的判别电源和负载的判别a）按上式计算，P 0，负载； P 0，电源。 b）根据U、I的实际方向判别电流从元件实

8、际“+”极流入，负载；电流从元件实际“+”极流出，电源；解：（解：（1 1）选定各电流、电压参考方）选定各电流、电压参考方 向标于图中向标于图中, ,则则例1：已知蓄电池充电电路如图所示，Us=20V，求当蓄 电池端电压U2=12V时的充电电流 I 和各元件功率，设电阻R= 2 。I（2 2）由图可知，电压源）由图可知，电压源Us与电流I为非关 联参考方向，其余元件为关联参考方向。电源功率 Ps=-UsI= -20V4A= -80W(0负载)电阻功率 PR= URI= 8V4A= 32W(0负载)例2：电路如图所示，U1=14V， I1=2A， U2=10V， I2= 1A， U3=-4V，

9、I4=-1A，求各方框电路中的功率，并说明 是吸收功率还是发出功率。U1I11234I4I2U2U3 解：各方框电路的功率为：功率平衡方框1发出功率，其余吸收功率1.3 1.3 电电阻、电感和电容阻、电感和电容伏-安特性： u=R i （u，i关联）iuRiuui线性电阻非线性电阻电路符号伏-安特性曲线： 1. 1. 电阻元件电阻元件无源电路元件单位： （欧） （Ohm，欧姆）当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：符号 T G M k c m n p中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮数量 1012 109 106 103 102 103 106

10、 109 1012 功率关系:说明电阻总是吸收功率，是负载，是耗能元件即时性：电压电流都可以发生跃变 额定值：表示电气设备正常工作条件和工作能力的值额定状态：实际值额定值。不要过载或欠载itOt0utOt0电路符号ui L 电感L的定义：单位电流产生的磁链即为自感系数，简称自感或电感 单位为H, mH, Heui线性电感：韦安曲线为直线，Lconst，如空心线圈。非线性电感：韦安曲线非直线，Lconst，如铁心线圈。磁链2、电感元件电磁感应定律 感应电动势阻碍电流 变化，且其大小与电 流变化快慢有关对于线性电感伏安关系当 (直流) 时,电压与电流的变化率成正比，电感是动态元件说明1：ui伏-安

11、关系： 电压电流关系 （u，i关联参考方向下）e在直流电路中，电感相当于短路.伏安关系的另一种形式说明2：电感元件中t时刻电流与以往各时刻的电压都有关系， 电感元件具有记忆功能，是记忆元件（电能 磁场能）0时，吸收能量，电能0时，吸收能量，电能2s时，u0V，解：由图可知，u为分段函数，求i应分段积分0t 1s时，u1V，1t 2s时，u-2V，则i（1）0.5A例如图所示为2H电感上的电压波形， 求电流i并画波形i（0）0i/At/s02 -0.5本例目的：熟悉元件的伏安关系，体会元件的记忆功能 电感 L电容 C电阻 Ru，i均可跃变i不能跃变u不能跃变元件电压电 流关系参数 定义能量耗能元

12、件储能元件储能元件其他电阻R短路（u0）开路（i0）直流特性无源元件特性小结 伏安特性:（外特性）模型：电动势E串联内阻RouUIRou +-E 工作分析RL，即空载，I=0,U=ERLE伏安特性曲线:0IN,不允许IUO1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源 一、电压源：为外电路提供电压E理想特点：输出电压U不变，其值恒等于电动势。 即 U E； 电源电流I由外电路决定。IE+_URou越小,斜率越小Rou= 0，特性曲线与横轴I平行此时的电压源为理想电压源 或恒压源，模型为：实际电压源由恒压源与内阻串联而成IUOUIRou +-E当R1 R2 同时接入时： I=10AIE+_abUa

13、b设: E=10V，求外电路改变时的电流I和电压Uab 例当R1接入时 ： I=5A当IS=1A的电流源接入时：I=-1A电压UabE不变2R1R2 2Is本例目的：熟悉并体会恒压源的特点 ISROiUI模型：电激流IS并联内阻Roi伏安特性（外特性）工作分析RL0，短路，IIS,U=0RL外特性曲线:RL，空载，0UN不允许UocUIO二、电流源：为外电路提供稳定电流Is特点：输出电流I不变， 其值恒等于电激流 即 I Is ； 输出电压U由外电路决定。Roi越大,曲线越陡Roi= ，特性曲线与纵轴平行此时的电流源为理想电流源 或恒流源，模型为：实际电流源由恒流源与内阻并联而成理想UIOab

14、IUab IsISROiUIR=10 时， U =10 V当R=1 时， U =1 V设: IS=1 A例 IUIsR当又有E=5V的电压源接入时，U=E=5V电流IIS不变E本例目的：熟悉并体会恒流源的特点 10V+-2A2I讨论题3A哪 个 答 案 对A72210A5210=+=II开关S闭合后图示各电压电流有无变化，如何变化？Is不变,则I1不变，U1不变R1abU3R2U2U1SR3I1E+_Is例S闭合后：R2与R3并联，其等效电阻减小，故U2 减小U3U1+U2 也减小各量如何变化?常用电源例基尔霍夫定律是电路分析的基本定律，包括基尔霍夫电流定律（Kirchhoffs Curren

15、t LawKCL），反映电路中支路电流间的约束关系。基尔霍夫电压定律（Kirchhoffs Voltage LawKVL），反映电路中某回路中电压间的约束关系。1.5 基尔霍夫定律+baR2+-R3R1 Us1-R4Us2cdI6I1I2I3I4I5名词注释：结点（node）：三个或三个以上支路的联结点支路（branch）：电路中每一个分支回路（loop）：电路中任一闭合路径网孔（Net）：未被支路分割的回路ac，ab，dba，bacdaabda ，bcdbabda，bcdb网孔均是回路，而回路不一定是网孔。共6条共4个共7条共3个1 1定律定律即即: : 入入= = 出出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。 实质: 电流连续性的体现。电流连续性的体现。