电工与电子技术1、电路基本慨念和基本定律

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1、第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算本章要求本章要求: :1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2. 2. 理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3. 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状

2、态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；4. 4. 会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(1) (1) 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放 大 器扬声器话筒1. 1. 电路的作用电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线2. 2. 电路的电路的组成部分组成部分电源: 提供 电能的装置负载: 取用 电能的装

3、置中间环节：传递、分 配和控制电能的作用发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 .输电线1. 21. 2 电路模型电路模型手电筒的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，从而构成与实际电路相对应的电路模型。R+RoES +UI电池导线灯泡开关理想电路元件主要有 电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等 。手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES +UI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

4、路的通断 。1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向( (定义定义) )1. 1. 电路基本物理量的电路基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、 V(2) (2) 参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：Uab 双下标电压：(1) (1) 参考方向参考方向IE+_在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。Iab 双下标2. 2. 电路基本物理量

5、的电路基本物理量的参考方向参考方向aRb箭 标abRI 正负极性+ abUU+_箭 标U电动势：箭 头双下标正负号+ E -EEbaababE=U+ E -U实际方向与参考方向一致，电流(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。(3)(3) 实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；例：若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；若 U= 5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。1

6、.41.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取 U、I 参考方向相同（关联参考方向） 。U = I R U U = = IRIR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)I2A1.5 电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通 电源与负载电流与 电压关系负载端电压U = IR特征:1.5.1 1.5.1

7、 电源有载工作电源有载工作IR0RE UI或 U = E IR0电源的外特性EUI0aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率P为:功率有无正负？如果U I方向不一 致结果如何？ 电源和负载功率关系电源和负载功率关系U = E IRoUI = EI IRoP = PE P负载 取用 功率电源 产生 功率内阻 消耗 功率IR0RE UI 电源与负载的判别电源与负载的判别U、I 关联参考方向， P =UI 若P 0，负载；P 0，电源。 注意：U,I必须是针对所研究的电路部分。U、I 非关联参考方向， P = -UI 若P

8、0，负载；P 0，电源。 例: 在下图中,方框代表电源或负载.已知 U=220V,I=-1A,试问那些方框是电源,哪 些是负载?+ U - U + U - U +I I II电源电源负载负载总结E+_U+_I 电源 负载 aRb 简单的实例电路 电源：电流总是从正极流出回到该电源的负极； 电气设备的额定值与实际值电气设备的额定值与实际值 额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载( (轻载轻载) )： I IN ，P PN ( (设备易损坏设备易损坏) )额定工作状态： I = IN ，P = PN ( (经济合理安全可靠经济合理安全可靠)

9、)1. 额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力。 例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W 例某电路中的一段支路含有电源,如图,支路电 阻R =0.6,测得该有源支路的端电压为 230V,电路中的电流I=5A,试求:(1)此有源支 路的电动势;(2)此有源支路在电路中属于电 源性质还是负载性质?解:R + E _+U_I (1)U= -IR+ EE =U+RI=233V(2)此支路向外电路提供电能,属于电 源的性质. P =UI=230X5W特征:开关 断开1.5.21.5.2 电源开路电源开路I = 0电源端电压

10、 ( 开路电压 ) 负载功率U = U0 = EP = 0IRoRE U0电源外部端子被短接1.5.31.5.3 电源短路电源短路特征:电源端电压电源端电压 负载功率负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大） U = 0 PE = P = IR0P = 0IR0RE U例题若某电源开路电压是20V，其短路电流是40A 试问电源电动势和内阻各为多少？1. 61. 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支(同一电流)。一条支路流过一个电流，称为支路电流。 结点结点( (节点）：节点）：三条或三条以上支路的联接点。回路：回路：由支路

11、组成的闭合路径。 网孔：网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3baE2R2R3R1 E1123几个概念例例1 1：支路：支路：abab、bcbc、caca、 （ 共共6 6条）条）回路：回路：abdaabda、abcaabca、 adbcaadbca （共（共7 7 个）个）结点结点：a a、 b b、c c、d d ( (共共4 4个）个）网孔：网孔：abdabd、 abcabc、bcdbcd（共（共3 3 个）个）a ad db bc cE E + +GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IGGI I1 1I I3 3 I I1.6.11.6.1

12、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( (KCLKCL定律定律) )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。或: = 0I1I2I3baE2R2R3R1 E1对结点 a： I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。I=0 在任一瞬时，一个节点上电 流的代数和为零（规定方向）。 若规定正方向向着节点的电 流取正号，则背着节点的电流取 负号。电流定律可以

13、推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一 假设的闭合面。假设的闭合面。2 2推广推广I =?例:广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各 段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。1.6.21.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL定律定律) )1 1定律定律即： U = 0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行 一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和 。对回路1：对回路2：E1 = I1 R1

14、+I3 R3E2 = I2 R2+I3 R3或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3baE2R2R3R1 E112基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL） 反映了电路中任一反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。U=0 在任一瞬时，沿任一回路循行方 向一周，回路中各段电压的代数和为 零（规定方向） 。若规定电压为电位降时取正号， 则电位升时取负号。1列方程前标注回路循行方向；电位升 = 电位降E2 =UBE + I2R2 U = 0I2R2 E2 + UBE = 02. 开口电压可按回路

15、处理(推广推广)注意：1对回路1： E1 UBEE+B+R1+E2R2I2_例：例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0应用 U = 0列方程adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3 I基尔霍夫基尔霍夫电流定律和电压定律具有普遍 适用性，不论是线性电路还是非线性电 路，也不论是直流电路还是交流电路，它 是普遍适用的。在应用KCL、KVL列式子时，要先在 电路图中标明电压、电流和电动势的参考 方向，因为式子各项前的正负号是与它们 的参考方向相关的。而电流或电压本身在 正方向选定之后也有正值与负值之分。因此，式中有两套正负号。1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记为“ “V VX X” ” 。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。1. 1. 电位的概念电位的概