电路基本概念

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1、第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.4 欧姆定律,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,本章要求: 1.理解电压与电流参考方向/实际方向； 2. 能正确运用电路基本定律（KVL、KCL）； 3. 了解电路的三种状态（有载工作状态、开路状态与短路状态），理解电功率和额定值的使用； 4. 会计算电路中各点的电位。,第1章 电路的基本概念与基本定律,习题（第26页） 1.5.2 1.5.81.6.1 1.6.21.7.1 1.7.3 1.7.4 1.7.5,1.1 电路的

2、作用与组成部分,(1) 实现电能的传输、分配与转换（电工技术）,(2)实现信号的传递与处理（电子技术）,1. 电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电路元件按一定方式组合而成。,2. 电路的组成部分,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,直流电源: 提供能源,负载,信号源: 提供信息,2.电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,中间环节： 放大、调谐、检波等,1. 2 电路模型,手电筒的电路模型,为了便于分析, 一般要抓住主要因素，将实际器件理想化，从而构成与实际电路相对

3、应的电路模型，简称电路。,例：手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,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,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。,开关用来控制电路的通断。,电压和电流的方向,实际方向 参考方向,参考方向在分析计算电路之前，事先人为假定的方向，以便列写计算公式。,1.3 电压和电流的参考方向,1.3 电压和电流的参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,1. 电路基本物理量的实际方向,问题 在复杂电路

4、中难于判断元件中物理量的实际方向，如何解决？,(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正方向）；,(3) 求解上述表达式，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) 根据参考方向，列出物理量间的关系表达式；,解决方法,(2) 参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1) 参考方向,在分析与计算电路时，对电量事先任意假定的方向。,2. 电路基本物理量的参考方向,注意：电路图中的方向均为参考方向。,为什么要事先设定方向？欧姆公式为例,若电流(或电压)值为正值，实际方向与参考方向一致； 若电流(或电压)值为负值，实际方向与

5、参考方向相反。,(3) 实际方向与参考方向的关系,I = 0.28A,I = 0.28A,例: 电路如图所示。,2.8V, 2.8V,1.4 欧姆定律,U、I 参考方向相同时,U、I 参考方向相反时,表达式中的正负号由U、I 之间的方向关系确定；,电路中的方向都是参考方向。,U、I 之间的参考方向相同，称为关联参考方向。,U = I R,U = IR,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 = IR,电流的参考方向 与实际方向相反,电压与电流参 考方向相反,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，

6、它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1.5 电路的三种状态,开关闭合, 接通电源与负载,负载端电压,U = IR,1. 电压电流关系,1.5.1 电源有载工作,(1) 电流的大小由负载决定。,(2) 在电源有内阻时，I U 。,或 U = E IR0,当 R0 0 时，则U E ， 当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,开关闭合,接通电源与负载。,负载端电压,U = IR,1.5.1 电源有载工作,所以， E = U +IRo,EI = UI + I2Ro,PE = P+ P,负载 消耗 功率,电源 产生 功率,内阻

7、 消耗 功率,(3) 电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念: 负载增加指负载电流和负载功率增加(电压一定)。,1. 电压电流关系,2. 功率与功率平衡,3. 电源与负载的判别,根据 U、I 的实际方向判别,电源：U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，（元器件发出功率）,负载：U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。（元器件吸收功率）,相关的习题见26页1.5.2,例: 已知:电路中U=220V，I=5A，内阻R01= R02= 0.6。,求: (1) 电源的电动势E1和负载的反电动势E2 ；(2) 说明功率的平衡关系。,解：(1) 对于电源U= E1-U1= E1-IR01即

8、E1= U +IR01 = 220+50.6=223VU= E2+U2= E2+IR02即 E2= U -IR01 = 220-50.6 = 217V,(2)由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02等号两边同时乘以 I，则得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02 代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+ 5+52 0.61115W=1085W+15W+15W。,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其 额定值，要能够加以区别。,相关的习题为26页的1.5.4 1.5.7 额定电压、额定功率通常并不是实际所使

9、用的数值，额定电压、额定功率通常只用于求得电气设备的电阻， 电阻在额定和非额定状态下才是不变的。,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P IN ，P PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),特征:,开关 断开,1.5.2 电源开路,1. 开路处的电流等于零；I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,电源外部端子被短接,1.5.3 电源短路,1.短路处的电压等于零；U = 0 2.短路处的电流 I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,1. 6 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。一

10、条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、 （共6条）,回路：abda、abca、 adbca （共7 个）,结点：a、 b、c、d (共4个）,网孔：abd、 abc、bcd（共3 个）,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 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。,或: = 0,对结点 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互

11、制约的关系。,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。,2推广,I =?,例:,I = 0,IA + IB + IC = 0,广义结点,或者，在这一闭合方向上各局部电压（电位降）的代数和等于零。 U = 0,1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,从回路中任一点出发，沿回路循行一周（顺时针或逆时针），则在这个方向上电位升=电位降和。,对回路1：,对回路2：,I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,I2 R2+I3 R3 E2 = 0,代数和：若局部电压方向与循行方向相同，则前面取“+”,1列方程前标注回路循行方向；, U = 0I2R2 E2 + UBE = 0,2应

12、用 U = 0列方程时，项前符号的确定：局部压降与循行方向一致，则取正号，相反就取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,应用 U = 0列方程,基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路,UUAUBUAB=0 或 UABUAUB,EURI0 或 UERI,注,列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或 电动势的参考方

13、向。,解,由基尔霍夫电压定律可得,（1）UABUBCUCDUDA=0即 UCD2V,（2）UABUBCUCA0即 UCA1V,解,应用基尔霍夫电压定律列出EBRBI2UBE0 得 I20.315mA,EBRBI2R1I1US0 得 I10.57mA,应用基尔霍夫电流定律列出 I2I1IB0得 IB0.255mA,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，

14、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。,以b点作为参考点，则：,a点电位:-12V,n点电位:5+(-12)=-7V,m点电位:3V,于是,即 Unm=Vn-Vm=-7-3=-10V,由欧姆定律得： RUnmI （-10）（-2） 5 ,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 Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd =

15、 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，参考点的不同，电路中 各点的电位也不同；,(2) 两点间的电位差（电压值）是固定的， 与参考点的选取无关。,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（悬空点与电源点）,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,例2：,电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？（板书）,解：（1）电路如左图。,当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。,（2） VA = IR1 +12VB = IR2 12,解,I（VAVC）（R1R2）6（9）（10050） 1030.1mA,