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1、1,电工电子技术基础,sss,第1章 直流电路,2,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,3,1.1 电路和电路模型,1.1.1 实际电路的组成和作用,4,电路是电流的流通路径, 它由以下三部分组成 (1)电源:电路中提供电能或信号的器件 (2)负载:电路中吸收电能或输出信
2、号的器件 (3)中间环节:起连接电源和负载作用的元器件,电路的组成,电路的作用,电路的作用可以概括为以下两个方面 (1)实现电能的传输和转换 (2)实现信号的传递和处理,5,1.1.2 电路模型,实际电路,电路模型,6,表1.1常用的几种理想电路元件及其图形符号,7,1.2 电路的基本物理量,1.2.1 电流及其参考方向,1.带电粒子(电子、离子等)有规则的定向运动, 称为电流。用符号i 表示, 即,2. 电流的实际方向为正电荷运动方向。,8,3. 当电流的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流
3、电流, 常用英文小写字母i表示。,9,5. 在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。电流的方向一般用箭头表示,也可用双下标表示.,4. 单位是安培, 符号为A。常用的有千安(kA), 毫安(mA), 微安(A)等。,10,电路分析中的正方向(参考方向),问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向,电路如何求解?,电流方向 AB?,电流方向 BA?,11,(1) 在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;,解决方法,(3) 根据计算结果确定实际方向:若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律
4、、定理,列出物理量间相互关系的代数表达式;,12,式中, q为由a点移动到b点的电荷量, Wab为移动过程中电荷所减少的电能。 2. 电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向, 电压的SI单位是伏特, 符号为V。 常用的有千伏(kV)、毫伏(mV)、 微伏(V)等。,13,3. 当电压的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电压。 直流电压常用英文大写字母表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电压, 称为交流电压, 常用英文小写字母表示。,14,. 在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电压的参考方向或正方向。电压的方向一般用“”“”表示,也可用双下标表示或箭头表示.当电流与电压的参考方
5、向一致时,称为关联方向,否则为非关联方向,15,有时把电路中任一点与参考点(规定电位能为零的点)之间的电压,称为该点的电位。也就是该点对参考点所具有的电位能。某点的电位用V加下标表示(例如,Va表示a点的电位),单位与电压相同,用伏特(V)表示。参考点的电位为零可用符号“”表示。电路中两点间的电压与参考点的选择无关,而电位随参考点(零电位点)选择的不同而不同。,16,1.2.3 功 率,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为:,17,在 U、 I 正方向选择一致的前提下,,“吸收功率”(负载),“发出功率”(电源),若 P = UI
6、0,若 P = UI 0,18,当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致,此部分电路消耗电功率,为负载。,所以,从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质, 或是电源,或是负载。,结 论,在进行功率计算时,如果假设 U、I 正方向一致。,当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反,此部分电路发出电功率,为电源。,19,20,图示电路为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P。 ,21,解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联, 故 P1=U1I=44=16W (接受16W
7、)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联, 故 P2=U2I=(-8)4=-32W (接受32W)P3=U3I=64=24W (发出24W)整个电路的功率P, 设接受功率为正, 发出功率为负, 故 P=16+32-24=24W,22,1.3.1 电阻元件 R,(常用单位:、k、M ),1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.电阻,电流通过导体时要受到阻碍作用,反映这种阻碍作用的物理量称为电阻,用R表示。在电路图中常用理想电阻元件来反映物质对电流的这种阻碍作用。电阻元件的图形符号如图所示。,23,线性电阻,非线性电阻,2.电阻元件的电压、电流关系,24,电阻元件上电流和电压的实际方向总是
8、一致的,因此,只有电压与电流为关联方向欧姆定律才成立。如图 (a)所示。,电压与电流为非关联方向时,则欧姆定律应用下式表示:如图(b)所示,25,3.电阻的串联与并联,(1)电阻的串联,电流:流过各电阻的电流相同,即I1=I2=I3=In=I 电压:电路两端的总电压等于各个电阻两端电压之和,即U=U1+U2+U3+Un 等效电阻:电路的等效电阻等于各串联电阻之和,即R=R1+R2+R3+Rn 功率:电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和,即P=P1+P2+P3+Pn=(R1+R2+R3+Rn)I2 =RI2,26,如图所示的分压器中,已知输入电压U=120V,d是共公接点,R1=R2=R
9、3=20K,求输出电压Ucd和Ubd。,解:电路中的总电阻和总电流为R=R1+R2+R3=60k,Ucd=R3I=201032103=40VUbd=(R2+R3)I=401032103=80V,27,(2)电阻的并联 电流:电路中的总电流等于各电阻中的电流之和,即I=I1+I2+I3+In 电压:各个电阻两端的电压相同,即U1=U2=U3=Un=U 等效电阻:电路等效电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和,即,功率:电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和,即,28,并联电阻中,各电阻流过的电流与电阻值成反比,即,两个电阻的并联,如图所示, 有关系等效电阻,支路电流,上式为两个电阻并联的分流公式
10、,经常使用。,29,(3)电阻的混联 电路中电阻元件既有串联,又有并联的连接方式,称为混联,如图所示。对于混联电路的计算,只要按串、并联的计算方法,一步步将电路化简,最后就可求出总的等效电阻。,30,求图1.17(a)所示电路ab间的等效电阻Rab,其中R1=R2=R3=2,R4=R5=4。,31,解 将图1.17(a)根据电流的流向进行整理。总电流分成三路,一支路经R4到b点另两支路分别经过R5、 R1和R2到达c点,电流汇合后经R3到b点,故画出等效电路图1.16(b)。由等效电路可求出ab间的等效电阻,即R12=R1+R2=2+2=4R125=R5R12=,R1253=R125+R3=2
11、+2=4Rab=R1253R4=,32,3 电感和结构参数的关系,33,1 .电容元件的基本概念(1). 电容元件是一个理想的二端元件,(2). 电容的SI单位为法拉, 符号为F; 1 F=1 CV。常采用微法(F)和皮法(pF)作为其单位。,34,2 电容和结构参数的关系,35,R、L、C 元件小结,理想元件的特性 (u 与 i 的关系),L,C,R,注意:以上关系均为电流和电压为关联方向,36,实际元件的特性可以用若干理想元件来表示,参数的影响和电路的工作条件有关。,37,U为直流电压时,以上电路等效为,注意 L、C 在不同电路中的作用,38,1.4.1电压源,1. 电压源是一个理想二端元
12、件。电压源具有两个特点: (1) 电压源对外提供的电压u(t)是某种确定的时间函数, 不会因所接的外电路不同而改变, 即u(t)=us(t)。 (2) 通过电压源的电流i(t)随外接电路不同而不同。常见的电压源有直流电压源和正弦交流电压源。,1. 电压源、电流源及其等效变换,39,电压源电压波形,2.电压为零的电压源相当于短路。 3.由图1.10(a)知, 电压源发出的功率为 p0时, 电压源实际上是发出功率; p0时, 电压源实际上是接受功率。,40,1.电流源也是一个理想二端元件,电流源有以下两个特点:(1) 电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数, 不会因外电路不同而改变,
13、 即i(t)=is, is是电流源的电流。 (2) 电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。 2.如果电流源的电流is=Is (Is是常数), 则为直流电流源。3.电流为零的电流源相当与开路。,1.4.2 电流源,41,电流源及直流电流源的伏安特性,4.电流源发出的功率为,p0, 电流源实际是发出功率; p0, 电流源实际是接受功率。,42,理想电压源与理想电流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定, 外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定, 外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变 -I 的大小、方向均 由外电路决定,端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向
14、均由外电路决定,43,计算图 1.13 所示电路中电流源的端电压U1, 5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1, P2, P3。,44,电流源的电流、电压选择为非关联参考方向, 所以 P1=U1Is=132=26W (发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向, 所以 P2=102=20W (接受)电压源的电流、 电压选择为关联参考方向, 所以 P3=23=6W (接受),解,45,等效互换的条件:对外的电压电流相等。,I = I Uab = Uab,即,1.4.3 实际电源两种模型的等效变换,46,等效互换公式,则,47,48,等效变换的注意事项,49,注意转换前后 Us与 Is
15、 的方向,(2),50,(不存在),(4) 进行电路计算时,恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO不一定是电源内阻。,51,如图所示电路,求电流I.,52,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,53,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,54,1.5 基尔霍夫定律,1.5.1 述语,55,1 支路:电路中至少有一个电路元件且通过同一电流的路径称为支路,图中共有5条支路,分别是ab、bd、cd、ac、ad。bc之间没有元件,不是支路。 2节点:电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。图中共有3个节点,分别是节点a、节点b和节点d。因为bc不是一条支路,所以b、c实际上是一个节点。 3. 回路:电路中的任一闭合路径称为回路。图中共有7条回路,分别是abda、bcdb、abca、abcda、acbda、acdba、acda。4. 网孔:电路中无其他支路穿过的回路称为网孔。图中共有3个网孔,分别是abda、bcdb、abca。,