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1、1.5 电路 的等效变换,1.1 电路和电路模型,1.6 直流电路 中的几个问题,1.3 基尔 霍夫定律,第1章 电路的基本概念和基本定律,1.4 电压源 和电流源,1.2 电路的 基本物理量,本章的学习目的和要求,本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在学习中给予足够的重视。通过对本章学习，要求理解理想电路元件和电路模型的概念；进一步熟悉电压、电流、电动势和电功率等基本物理量的概念；深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的作用；初步理解和掌握基尔霍夫定律的内容及其应用；领会电路等效的概念和掌握电路等效的基本方法。,1.1 电路和电路模型, 电路的概念,由实际元器件构成的电流的通路称为电路。,1
2、、电路的组成及其功能,电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。, 电路的组成,1、电路的组成及其功能,电源,连接导线和其余设备为中间环节,负载, 电路的功能,1、电路的组成及其功能,电路可以实现电能的传输、 分配和转换。,电力系统中,电子技术中,电路可以实现电信号的传递、 变换、存储和处理。,2、电路模型,实体电路,负载,电源,开关,电路模型,电源,负载,中间环节,用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。, 理想电路元件,2、电路模型,电阻元件 只具耗能的电特性,电容元件 只具有储存电能的电特性,理想电压源 输出电压恒定，输出电流由它和负载共
3、同决定,理想电流源 输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。,电感元件只具有储存磁能的电特性,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。, 利用电路模型研究问题的特点,2、电路模型,1、电路模型是用来探讨存在于具有不同特性的、各种真实电路中共同规律的工具。,2、电路模型主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，集总参数电路中的元件上所发生的电磁过程都集中在元件内部进行，任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等、且元件端电压值确定。因此电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算。,3、电路分析基本理论中运用电路模型，其主要任务就是在寻求实际电路共有的一般规律、
4、探讨各种实际电路共同遵守的基本规律时带来方便。,检验学习结果,电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？,何谓理想电路元件？其中“理想”二字在实际电路的含义？,集总参数元件有何特征？,学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。,1、电流,1.2 电路的基本物理量, 电流的大小,稳恒直流情况下,1A=103mA=106A=109nA,单位换算, 电流的方向,习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。,电路图上标示的电流方向为参考方向，参考方向是为列写方程式提供依据的，实际方向根据计算结果来定。,2、电压
5、、电位和电动势,a,电位V是相对于参考点的电压。 参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IR,b,+ U ,电动势E只存在电源内部，其数值反映了电源力作功的本领，方向规定由电源负极指向电源正极,路端电压U。电压的大小反映了电场力作功的本领；电压是产生电流的根本原因；其方向规定由“高”电位端指向“低”电位端。, 三者的定义式,2、电压、电位和电动势,显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此它们的单位一样，都是伏特V。,电压等于两点电位之差：, 三者的区别和联系,Uab=VaVb,电源的开路电压在数值上等于电源电动势；,电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。,3、电功和电功
6、率, 电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。,单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】,若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KWh】,1度电的概念,1000W的电炉加热1小时,100W的灯泡照明10小时,40W的灯泡照明25小时, 日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电度表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。,W=UIt,3、电功和电功率, 单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小表征了设备能量转换的本领。,P=UI=I2R=U2/R,国际单位制：U
7、 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】。, 用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长期、安全工作条件下的最高限值，一般在出厂时标定。, 额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在220V电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热能；“220V、40W”的电灯，表明该灯在220V电压下工作时，1秒钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热能。, 关联和非关联,4、参考方向,关联参考方向,实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，其电压、电流方向应选取非关联参考方向；
8、假定某元件是负载时，其电压、电流方向应选取关联参考方向。,非关联参考方向, 关于参考方向的有关注意事项,4、参考方向,(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；,(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。,(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进 行，实际方向由计算结果确定。,(3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向，独立源上一般选取非关联参考方向。,(5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时，不可混为一谈。,仔
9、细理解下面的例题,图示电路，若已知元件吸收功率为20W，电压U为5V，求电流I。,解,图示电路，已知元件中通过的电流为100A，电压U为10V，电功率P。并说明元件性质。,解,元件吸收正功率，说明元件是负载。,例,例,想想、练练,电压、电位、电动势有何异同？,电功率大的用电器，电功也一定大，这种说法正确吗？为什么？, 电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算 电路提供方便和依据。,思考 回答, 在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？, 应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相 反”这几对名词的不同之处吗？, 应用参考方向时，“正、负” 指在参考方向下，电压电流数值前面的正
10、、负号，若参考方向下某电流为“2A”，说明其实际方向与参考方向相反，参考方向下某电压为“20V”，说明其实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方向下电路方程式各项前面的正、负符号； “相同”是指电压、电流参考方向关联，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。,1、几个常用的电路名词,1.3 基尔霍夫定律, 支路：一个或几个二端元件首尾相接中间无分岔， 使各元件上通过的电流相等。 （m）, 结点：三条或三条以上支路的汇集点。 （n）, 回路：电路中的任意闭合路径。 （l）, 网孔：不包含其它支路的单一闭合路径。,m=3,l=3,n=2,网孔=2,2、结点电流定律KCL, KCL定律的内容,任一
11、时刻，流入电路中任一结点上电流的代数和恒等于零。数学表达式为：,a,I1 + I2 I3 I4 = 0,通常规定以指向结点的电流取正，背离结点的电流取负。在此规定下，根据KCL可对结点 a列出KCL方程：,i = 0 （任意波形的电流）,I = 0 （稳恒不变的电流）,KCL的有关举例与讨论, 举例1,整理为 i1+ i3= i2+ i4,可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0,根据 i（t）= 0,可得KCL的另一种形式：i入= i出,KCL的推广应用,对图示电路的三个结点分别列KCL,即 I = 0,IA + IB + IC = 0,可见，在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和也恒等于
12、零。,IA = IAB ICA,IB = IBC IAB,IC = ICA IBC,把上述三式相加可得,KCL的推广应用,二端网络的两个对外引出端子，电流由一端流入、从另一端流出，因此两个端子上的电流数值相等。,只有一条支路相连时： i=0,IA = IAB ICA, 图示B封闭曲面均可视为广义结点，,KCL应用举例,i1 =i2,jA = j B,右封闭曲面可视为广义节点, 举例1,3、回路电压定律KVL,任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：U=0,基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。 回路电压定律依据“电位的单值性原理”，
13、其内容：,先标绕行方向,根据： U = 0,得：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0,R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1US4,电阻压降,可得KVL另一形式：IR=US,电源压升,KVL定律的第二种形式,根据电路图将各电压改写为：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,把上式加以整理：,KVL定律的推广应用,或写作,对假想回路列 KVL：,US IR U = 0,U = US IR,KVL定律的推广应用,UA UB UAB = 0,UAB = UA UB,对假想回路列 KVL：,或写作,KVL定律应用举例,
14、根据 U=0对回路#1列KVL方程,电阻压降,电源压升,即电阻压降等于电源压升,#1方程式也可用常用形式,对回路#2列KVL常用形式,KVL定律应用举例,此方程式不独立,省略！,对回路#3列KVL方程,图示电路KVL独立方程为,KVL方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带来一定方便。,基尔霍夫定律应用举例, 举例1：求图中电压U和电流I。,KCL：-3-1+2-I=0 I= -2A,VAR: U1=3I=3(-2)= -6V,KVL：U+U1+3-2=0 U=5V,解,基尔霍夫定律应用举例,解, 举例2：求图中电位Va。,Va=U1+3V=(4) 1+3=1V,U1
15、,检验学习结果,根据自己的理解说明什么是支路？回路？结点和网孔？,某电压或某电流得负值说明什么？,基尔霍夫两定律的推广应用如何理解和掌握？,1、理想电压源,1.4 电压源和电流源,理想电压源的定义,理想电压源的特点,能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。,恒压不恒流。US恒定，I由电源和外电路共同决定。,理想电压源的伏安特性,理想电压源的图符号,平行于电流轴的一条直线,理想电压源的开路与短路,开路,短路,理想电压源不允许短路！,理想电压源上的功率计算,关联参考方向下,P发=UI,非关联参考方向下,P发=UI,P吸=UI,P吸= UI,理想电压源的串联与并联,串联,US= USk,电压值相同的电
16、压源才能并联，且每个电源的电流不确定。,注意参考方向,US= US1 U S2,并联,2、理想电流源,理想电流源的定义,理想电流源的特点,能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。,恒流不恒压。IS恒定，U由电源和外电路共同决定。,理想电流源的伏安特性,理想电流源的图符号,平行于电压轴的一条直线,理想电流源的开路与短路,开路,短路,理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电 流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！,因此，理想电流源不允许开路！,光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。,理想电流源的开路与短路,开路,短路,理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电 流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！,因此，理想电流源不允许开路！,光电池、稳流三极管一般可视为实际电流
