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1、电路与电子技术多媒体教案 CIRCUITS & ELECTRONICS,广东工业大学应用物理学院,电工电子教研室,电工与电子技术,教材：电工学 上下册 高等教育出版社 秦曾煌 主编,主讲人： 王涛（应用物理学院）,学习电工电子技术的目的是： 1掌握工程技术人员必须具有的基本理论、基本知识和基本技能。 2为学习专业课程、从事工程技术工作和进一步钻研新技术打下基础。 为了学好本课程，下面对学习方法提几点建议：1上课时专心听讲并积极思考。 2课后及时复习并仔细阅读教科书，在弄清物理概念的基础上再去完成作业。 3每学完一个部分(例如电路、电机等)以后，可把学过的内容做一总结对比，找出它们之间的相互联系
2、和本质区别。,电路的基本概念与基本定律,第一章,1.1电路的组成与电路模型 1.2 电功率、电能和电流的热效应,1.3 电源有载工作、开路和短路 1.4欧姆定律、基尔霍夫定律 1.5 电路中各点电位的计算,1.1电路的组成与电路模型,电路是电流的通路。由电源、负载和中间环节等电路元件或设备组成。实现电能的传输和转换;或信号的传递和处理。,1.1.1 电路的组成,负载,电源,开关,负载,信号源,中间环节,1.1.2 电路的基本物理量,电流、电压、电位、电动势和电功率,1. 电流,-单位时间(s：秒)内通过某一导体横截面的电荷量Q（C : 库仑)，称为电流I（A:安培）。,若为恒定电流时,2. 电
3、压,-电场力将单位正电荷（1C）从A点移至B 点所做的功(1J)即为a b两点之间的电压(1V)。,3. 电位,-电路中某点的电位就是该点到电路参考点之间的电压。记作Va, 参考点一般为零电位点Vo 。则,4. 电动势,-用以描绘电源力将单位正电荷从负极移至正极所做的功。,R 2,5. 电功率,单位时间内电流所做的功，简称 功率。,对于电阻负载：,单位为瓦特（W）：,即，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:,6. 电能,电流在一段时间时间内所做的功，单位为焦耳(J)。,当电能单位为“千瓦小时”（kWh) 称为“度”：,1度1 kWh
4、36105J,电流通过负载时，若电能完全转换成热能，则在t 时间内，负载所发出的热量等于所耗用的电能。,7. 电流的热效应,1卡4.817焦耳,1.2 电功率、电能和电流的热效应,1.3 电路分析中的物理量参考方向(假设正方向),问题的提出：在复杂电路中难于判断元 件中物理量实际方向，电路如何求解？,电流方向 AB？,电流方向 BA？,解决方法:,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。,(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；,1.1.3
5、电压和电流的参考方向,实际正方向 (实际方向):物理中对电量规定的方向。,假设正方向（参考方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。,(从电源内部）,1.3 电压和电流的参考方向,物理量正方向的表示方法,物理量正方向的表示方法,电压与电流同向（关联方向),箭头： 电压与电动势反向,例,已知：E=2V, R=1 问： 当Uab分别为 3V 和 1V 时， IR=?,E,R,a,b,解：,(1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示；,(2) 列电路方程：,(3) 数值计算,（结果为正,实际方向与参考方向一致）,（结果为负,实际方向与参考方向相反）,(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向
6、”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(2) 在以后的解题过程中，注意一定要先设定“参考方 向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列 方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,例,假设: 与 的方向一致,假设: 与 的方向相反,（为关联方向）,（为非关联方向）,P = UR IR,P = UR IR,(3) 为了避免列方程时出错，习惯上把同一个元件上 I 与 U 的方向 按相同 的参考方向假设（即U 与 I 为关联参考方向）。,1.5.1 通路-电源带负载工作,负载 RL 两端电压 U = IRL 由上两式得 U = E - I r0,由欧姆定律 可得,1. 电
7、压与电流, 1.5 电路的工作状态（通路、开路与短路）,2. 功率与功率平衡,上式两边乘以 I, 得,功率平衡问题,则元件吸收功率,起负载作用.,3. 如何判断电路元件是电源（起电源作用）产生功率，还是负载（起负载作用）消耗功率？,则元件发出功率,起电源作用.,若元件的U与I的实际方向相反，电流从端流出:,若元件的U与I的实际方向相同，电流从端流入:,小结：,若电流的实际方向从元件的正极流出，该元件发出功率，起电源作用。,若电流的实际方向从元件的正极流入， 该元件吸收功率，起负载作用。,（1）求电源的电动势E1和负载的反电动势E2; （2）并说明功率的平衡 。,例1.5.1,解：,（1）求电动
8、势E1;,据含源支路欧姆定律，得,电流的实际方向从端流出: E1是电源，供电。,（2）求电动势E2;,据含源支路欧姆定律，得,电流的实际方向从端流入: E2是负载，充电。,(3)说明功率的平衡,由(2)代入(1)得：,两边同乘以I 得：,P15,1.5.2 电源开路(空载),当 开关断开时,相当于RL为无穷大。I = 0U = Uo = EP =UI= 0,电源短路时,相当于RL为零。 U = 0 I = Is = E / ro P =UI= 0 , PE= P = I2ro,1.5.3 电源短路,例1.3.4,若电源的开路电压Uo=12V，其短路电流IS=30A，该电源的电动势和内阻各为多少
9、？,解,电源的电动势,电源的内阻,利用电源（网络）的开路电压和短路电流，可求出其电动势和内阻。,P18,注意：用欧姆定律列方程时，一定要标明参考方向。,I 和U 参考方向相同（关联),I 和U 参考方向相反 (非关联）, 1.4 欧姆定律,1. 电阻电路欧姆定律,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻。,例1.4.1,分别求图a、b、c和d的电阻R。,解,图a：关联方向,图b：非关联方向,图c：非关联方向,图d：关联方向,P12,1.6 基尔霍夫定律（克希荷夫定律）,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。,支路：ab、ad、 . （共6条）,回路：abda、
10、 bcdb、 .（共7 个）,结点：a、 b、 . (共4个）,The Kirchhoffs laws,1.6.1 基尔霍夫电流定律 Kirchhoffs Current Law (KCL),KCL的依据：电流的连续性。,或：, I = 0,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I3=I2,I=0,KCL的扩展,I=?,KCL的扩展,I1 I2+ I3= 0,3式相加，得S封闭面的电流代数和,I1 + I3= I2,1.6.2 基尔霍夫电压定律 (KVL) Kirchhoffs Voltage Law,例如： 回路 a-d-c-a,或：,KVL也适合开口电路。,I,对右开口回路，据KV
11、L, 有,对左回路，据KVL, 有,即,得,对结点据KCL, 有,得,1.7 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，记为“VX” 。通常设参考点的电位为零。,1. 电位的概念,电位的计算步骤:(1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2) 标出各电流参考方向并计算；(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2. 举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 设 a为参考点， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V V
12、d =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点的电位VA,解: (1)当开关S断开时,(2) 当开关闭合时,电路如图（b）,电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。,电流 I1 = I2 = 0， 电位 VA = 6V 。,电流在闭合 路径中流通,第一章,待 续,
