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1、,电路的基本定律 与基本分析方法,本章教学基本要求,1)理解电路模型及理想电路元件(电阻、电感、电容、电压源和电流源)的电压-电流关系。2)理解电压、电流参考方向的意义。3)理解基尔霍夫定律，了解支路电流法、理解叠加定理和戴维宁定理。4)了解电功率和额定值的意义。 本章讲授学时: 10学时 自学学时: 30学时,本章主要内容,基本概念 基本定律及应用 基本分析方法 本章小结,电路的组成及作用(1),电路的概念,什么是电路(electric curcuit)？,手电筒电路,电源,电源,负载,负载,中间环节,中间环节,电源,负载,中间环节,电路,电路的组成及作用(2),电路的功能,1.实现电能的传
2、输与转换电力系统的电路,2.实现信号的传递与处理电子信号电路,信息 (载体)信号电路终端(去载体)-信息(电流或电压),信号(接受)-电路-信号(已经放大、去噪、合成),电路元件,常用理想元件种类无源元件,电荷 q,磁通 ,电压 u,电流 i,电阻元件,电容元件,电感元件,忆阻元件,除此之外，还有有源元件：电压源、电流源和受控源,电流(1),电流的概念电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。 电荷流动不仅有数量，也有方向。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真实方向）。,负电荷流向,q+,q-,电流(2),电流的符号和单位,电流的大小和方向都不随时间变化，称
3、为直流电流(Direct Current)，用I表示。,电流的大小和方向都随时间变化、称为交流电流(Alternating Current )，用i表示 。,直流,交流,电流(3),电流的符号和单位（续）,q 的单位：库仑（C ） t 的单位：秒（s） i 的单位：安培（A）,1kA（千安）=103A 1mA（毫安）=10-3A 1A（微安） =10-6A,电流(4),电流的参考方向 为了用代数量表示电流，事先规定一个方向为电流的正方向，称为电流的参考方向（假设的正方向）。电路中用箭头或者下标标示。,电流(5),电流的参考方向,i0,i0,iba0,uba 0,u0时 吸收功率当p 0时 发出
4、功率,2.非关联参考方向,必须加上负号！,电功率 (3),电源和负载的概念 若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。 若某元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源,P=UI,电功率 (4),例：由5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考方向采用关联参考方向，标在图上如下。,确定各元件的功率， 指出哪些是电源、哪些是负载？,电功率 (5),元件1,是负载,元件2,是负载,元件3,是电源,元件4,是负载,元件5,是电源,注意：,电路中所有元件的功率之和为 0 ！这一规则称为功率平衡原理。常用作对分析结果的检验准则。功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源发出的电能恰为负
5、载所消耗。,电气设备的额定值,额定值：电气设备的安全使用值 额定电流IN ：电气设备在长期连续运行或规定工作制下允许通过的最大电流。 额定电压UN ： 根据电气设备所用绝缘材料的耐压程度和容许温升等情况规定的正常工作电压。 额定功率PN ：电气设备在额定电压、额定电流下工作时的功率。 注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等于其额定值。,无源电路元件特性,电阻元件 电容元件 电感元件,电阻元件(1),电阻元件：电阻元件的特性由 u-i 平面上的一条曲线表示，,线性电阻元件,非线性电阻,电阻元件(2),理想（线性）电阻元件：只具有消耗电能这一种电磁性质（电阻性），如白炽灯、电炉等。,
6、R电阻值 电阻率 L导体长度 S导体横截面积,电阻元件(3),电阻元件的参数： R （值），单位欧姆（）,电阻在电路中的表示符号为：,电阻元件(4),电阻元件的电压电流关系欧姆定律,电阻元件(5),电阻元件上的功率关系,所以功率可表示为：,直流电路中，电压电流均用大写字母表示。,电阻元件(6),电阻元件上的能量关系,对直流而言,由于能量是时间的函数，所以，分析时常用功率而不考虑能量的关系。,电容元件(1),电容：电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上的电荷量 q 与两极板之间的电压 u 满足代数关系。用 q-u 平面上的一条曲线 fC(q, u)=0 描述。,非线性电容,线性电容元
7、件,当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电容。本课程中如无特别声明电容元件均指线性电容。,电容元件(2),电容元件的参数：C （容量），单位法拉（F），微法F(10-6F)和皮法 pF(10-12F)。,C,电容元件的符号,电容元件(3),电容元件的电压-电流关系伏安特性,动态元件,记忆元件,C,电容元件(4),电容元件的电压-电流关系伏安特性,电容器充电,电容器放电,直流相当于开路,电容元件(5),电容元件的功率与储能,C,功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身不消耗能量（无损）。,与电流无关,储能元件,以电场方式储存,电感：电感原型是空心线圈，线圈中的磁通量与流过线圈的电流
8、i 满足代数关系。用-i 平面上的一条曲线 fL(,i)=0 描述。,电感元件(1),非线性电感,线性电感元件,当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电感。本课程中如无特别声明电感元件均指线性电感。,电感元件的电压-电流关系伏安特性,电感元件(2),动态元件,记忆元件,电感元件的的功率与储能,电感元件(3),储能,功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身不消耗能量（无损）。,储能元件,以磁场方式储存,储能与电压无关,有源元件特性,理想电压源 理想电流源 实际电源,有源电路元件(1),理想（独立）电压源 若二端元件两端电压不随流过它的电流变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理
9、想（独立）电压源。 理想直流电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。,u=uS,不随电流变化,一般电压源符号,直流电压源或恒压源,有源电路元件(2),理想（独立）电压源的特点输出电压恒定，输出电流由外部负载决定；即：电压源的个重要特性是端电压在任何时刻都和流过的电流大小无关。理想电压源内部不消耗功率.,有源电路元件(3),理想（独立）电流源 若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）电流源。 理想直流电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。,符号,伏安特性,构成电路,不随电压变化,有源电路元件(4),理想（独立）电流源的特点输出电流恒定，输
10、出电压由外部负载决定；即：电流源的一个重要特性是输出电流在任何时刻都和电源两端的电压大小无关。理想电流源内部不消耗功率,有源电路元件(5),实际电压源模型 实际电压源（简称电压源）随着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电压源和一个内阻Ro串联来等效。,实际电压源模型,有源电路元件(6),实际电流源模型 实际电流源(简称电流源)可以用理想电流源与内阻并联来表示,当电流源两端电压愈大,其输出的电流就愈小.当实际电流源的内阻比负载电阻大得多时,往往可以近似地将其看作是理想电流源.,实际电流源模型,有源电路元件(7),两种电源模型的转换,电流源模型,电压源模型,电路的工作状态(1),负载不同：开
11、路、短路、负载状态。,开路工作状态空载,未接任何负载，端电流i=0 （开路）。 端口电压：称为开路电压，记作uOC 或 UOC,=UOC,电路的工作状态(2),短路工作状态,电路外接端直接用导线连接，端口电压 u=0 （短路）,端电流：称为短路电流，记作 iSC 或 ISC,ISC,电路的工作状态(3),负载工作状态,电路外接一定负载，电路中有电流流过，此时的状态称为负载状态。,负载,当电路中的电流等于额定电流时，叫做“满载”（额定状态）；,当电路中的电流大于额定电流时，叫做“过载”；,当电路中的电流小于额定电流时，叫做“欠载”。,电路的工作状态(4),电路在三种状态下各物理量的关系,例1 某
12、实际电压源的开路电压为UOC=10V，若外接负载电阻R=4欧时，电源的端电压U=8V，试计算此电源的内阻R0及E。,解,因为，UOC=10V,所以 ，E=10V,再由,例2 U=220V, I=-1A,图a,图b,电源,负载,图d,负载,电源,图c,例3 如图所示，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，求开关在不同位置时，电压表和电流表的读数各为多少？,解：,开关接“1”号位置，电路短路。,开关接“2”号位置，电路断路。,电压表读数为 0。,电流表中的短路电流为：,电压表读数为电源电动势的数值，即 2V 。,电流表中无电流通过,开关接“3”号位置，电路处于通路状态,电流表读数：,电压表读数：,或,基本定律及应用,基尔霍夫定律 电路中电位的计算,基尔霍夫定律,基尔霍夫定律是1845年德国物理学家G.R.Kirchhoff提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基本定律。 基尔霍夫定律包括两个：电流定律和电压定律。,
