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1、电工与电子技术基础,电气工程系 汤雨 Email: ,第一章 直流电路,本章内容,本章以直流电路为分析对象，着重讨论电路的基本知识、基本特性、基本定律以及电路的分析和计算方法，具体体现在： (1)基本知识：电路的作用和组成、基本物理量、电路状态、理想电路元件、参考方向等；(2)基本特性：元件的伏安特性；(3)基本定理：叠加定理、等效电源定理；(4)基本定律：KCL、KVL；(5)电路的分析和计算方法：支路电流法。,1.1-1.2 电路的作用和组成以及基本物理量,一、电路的作用和组成,由某些电气元器件为完成一定功能、按一定方式组合而成的电流通路。连续电流的通路必须是闭合的。,电路的定义,二、电路
2、的作用和组成,作用1：实现电能的输送和转换,作用2：实现信号的传递和处理,二、电路的基本物理量,电流,电流的定义 电荷的定向移动将形成电流,带电粒子(电子、离子)的有秩序运动将形成电流。,单位时间内穿过某一截面的电荷量，是电流强度的简称，用符号 表示,国家标准规定：不随时间变化的物理量用大写字母，而随时间变化的物理量用小写字母来表示。,对于直流电路(其电流方向不变，包括恒定和时变电流)，其电流用大写字母I来表示，I=Q/t,对于交流电路(其电流的大小和方向都随时间变化)，其电流用小写字母i来表示，i=dq/dt,电流的参考方向 任意规定的方向,电流的方向有实际方向和参考方向之分，其中实际方向为
3、正电荷运动的方向(或负电荷运动的相反方向)，参考方向可以任意假定。当参考方向与实际方向相同时，数值为正；当参考方向与实际方向相反时，数值为负,标注电流参考方向的方法,iab iba,问题的提出：在复杂电路中，如何判断某元件电流的实 际方向？请看下例：,电路简单时，电流的实际方向容易直接判断出；但当电路比较复杂时，其电流实际方向往往很难事先确定。,在解题前，先设定一个正方 向，并将其作为参考方向；,问题的解决：,(3)根据计算结果，进而判断实际方向： 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、定理，列出各物理量间相互关 系的方程
4、式，并计算出结果；,只有在参考方向选定之后，电流之值才有正负之分！,如上例，由如图I 的参考正方向,求得：,I0.292 A,从而判断出电流的实际方向向上。,参考方向一经指定并在图上标明后，在分析、计算过程中必须以此为准，不可改！,参考方向未标注，则算式及结果的正、负均无意义！,电位、电压和电动势,电位的定义 电场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点(零电位点)时所消耗的电能，称为该点的电位。即为该点与参考点之间的电压。在直流电路中电位用“V ”来表示，单位为伏特。,电位的计算 在计算电位时必须首先选定参考点，而且其选定具有任意性。,电路中某点的电位， 即为该点与参考点之间的电压。,“参考点
5、” “接地点”，即认为该点的电位为零。,“参考点” 零电位点或零点。,在计算电位时必须首先选定参考点。,参考点在电路中用符号“”表示。,例1：,有时，也可略去电源不画，只标出各端的电位值。,结论：,1)电位是所求点与参考点之间的电压；,2)参考点不同，则电位值不同（即各点电位是 相对的），而任意两点间的电压值却不变的 (即电压是绝对的)。,解：令VC0 ，则：,例3：分别计算开关S合上及断开时的VA?,解：S合上，电路如图：,则：,则：,例4：分别求出图A中S闭合和断开 时的Vb,解：S闭合时，,S断开时，,按回路abcda，有,例5：已知Uac=5V, Ubc=3V 。若选择 c点为参考点，
6、,则：Vc=0V, Va= Vc + Uac =5V, Vb= Vc + Ubc =3V,若选择b点为参考点?,对于某一给定的电路，对不同的参考点，虽然各点的电位不同，但任意两点间的电压值是不变的。,电压的定义 电路中任意两点间(a,b)的电压uab等于电场力将单位正电荷q 由a 点移至b 点所做的功,电压又称为电位降。电路中任意两点a、b的电压Uab等于这两点的电位之差,即UabVaVb,电压的实际方向为高电位指向低电位,标注电压参考方向的方法,(1) 极性表示法(又称参考极性),电压U的参考正方向“” “”,(2) 箭头表示法,此时，电压参考方向“电位降”,(3) 双下标表示法,Uab表示
7、电压参考方向由a指向b,电动势的定义,电源力将低电位(负极)的正电荷移到高电位 (正极)上,电动势是衡量电源力做功能力的 物理量。 直流电动势：E，单位：伏特(V),电动势的实际作用方向：在电源内部由低电位端 指向高电位端，即电位升的方向。EbaVaVb,Eba电源力把单位正电荷从 低电位的b 端经电源内 部移到高电位a端所做的功。,电场力把正电荷从高电位移向低电位,关联参考方向的定义,同一元件的参考方向取为一致，称为关联参考方向。,如下图亦可只标一个，另一个隐含为关联方向。,功率的定义,电流与电压的乘积，即每单位时间内电场力所作的功，称为电功率，用p 或P 表示,或,从而,又,单位：瓦(特)
8、W ； 量纲：WVA,对于直流电路，PUI,问题的提出： 某段电路具体是吸收还是产生功率，如何判断？,问题的解决： 方法一：按其电压与电流的实际方向判别： (1)若电压与电路方向关联(即电流由高电位点流向低电位点)，则电路吸收功率，为负载 (2)若电压与电路方向非关联(即电流由低电位点流向高电位点)，则电路发出功率，为电源,方法二：通过u、i 的参考方向关联与非关联的情况下，由p的实际值来决定,显然，p与u、i 关联否、 u、i 各自数值的正、负有关,例3：,a) P1U1I16212W,实际吸收12W,b) P2U2I2(1)22W,实际吸收2W,例3：,a) P1U1I16212W,实际吸收12W,b) P2U2I2(1)22W,实际吸收2W,负号：I3 的实际方向与图示相反,作业：书P29P30 1.2.1 1.3.1 1.5.1 1.5.2,
