《电路基础 第2版 教学课件 ppt 作者 田淑华 第1章 电路的基本概念和基本元件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路基础 第2版 教学课件 ppt 作者 田淑华 第1章 电路的基本概念和基本元件（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章,电路的基本概念和基本元件,1.1电路与电路模型,1.1.1电路,电路是由各种电气设备和元器件按一定 方式联接而成、为电流提供流通路径的 总体。,电路,的作用,1.电能的传输、转换和分配,2.信号的传输和处理,电路的,组成部分,电源,负载,中间环节,提供电路工作时所需要的电能或信号,将电能转换为他形式的能量的设备,连接电源和负载并对电路的工作状态进行控制,思考:指出在该电路，分别属于电源、负载和 中间环节的元件。,图为由电池、导线电键以及灯泡组成的照明电路,1.1.2 电路模型,为了便于对电路进行分析，需要 对各种 实际元件或电器设备加以近似化、理想 化，在一定条件下忽略其次要性质，从
2、而可以抽象出能表征元件主要性质的、 具单一电磁特性的元件理想元件。,每一种理想元件的电磁特性都可以用数 学的方法来精确地描述。,元件可以根据其与外部电路连接的端钮数， 分为二端元件和多端元件。,二端元件与外部电路有两个连接端钮。,多端元件与外部电路有两个以上的连接端钮。,方框代表元件,几种常见理想元件及其电路符号,电流源,电阻元件,电感元件,电压源,电容元件,电压源,由理想元件构成的电路称为电路模型。在电路 模型中，用理想元件及其组合来代表实际电路 中相应的元件和设备的电磁特性。,1.2 电路的基本物理量,1.2.1 电流,电荷的定向移动称 为电流。,形成电流的移动电荷既可以是带正电也 可以带
3、负电。通常规定正电荷定向移动 的方向为电流的方向。,电流的大小用电流强度表示。设在 dt 时间内通 过导体横截面的电荷为dq，则电流强度i定义为,在IS中，电流的单位是安培（A），另外还有毫安 (mA)、微安(A)等较小的辅助单位，它们之间的换 算关系是,1A=1000mA 1mA=1000A,如果电流的大小方向均不随时间变化，则 为一常数，这种电流为直流电流。直流电流通 常用大写字母 I 表示，即：,大小和方向随时间而变化电流称为变动电流。,1.2.2 电压,设在某一时刻t，有正电荷dq在电场力的作用下 沿任意路径从a点移动至b点，电场力做功为dw， 则定义,为a、b 两点间在时刻 t 的电
4、压。,由此可见，改变计算电压起、讫点的顺序，电压 要改变一个负号。,若正电荷 dq 从b点沿任意路径移回至 a点，则电 场力做功dw=- dw，于是根据前述定义，b、a 两 点间在时刻 t 的电压 u为,电压的方向规定为正电荷受电场力作用的方向。因 此，当电流沿电压方向流过时，电场力做正功。,在IS中，电压的单位是伏特（V），另外还有千伏 (kV)、毫伏(mV)等较小的辅助单位，它们之间的换 算关系是,1kV=1000V 1V=1000mV,若电压的大小方向均不随时间变化，则 为一 常数，这种电压称为直流电压。直流电压通常用 大写字母 U 表示，即：,大小和方向随时间而变化的电压称为变动电压。
5、,1.2.3 电位,电路中各点对于某一选定的参考点的电压 称为各点的电位。电位通常用字母 表示。,例如在右图中，若选c点为参 考点，则a、b两点的电位分别 为,根据前述电位差和电压的关系。,由此可见，电路中两点之间的电位差等于该两 点之间的电压。,电位与参考点的选取有关， 当参考点改变时， 电路中各点的电位也相应改变，但是两点之间 的电压不变。另外，参考点本身的电位等于0。,1.2.4 电流与电压的参考方向,在进行电路分析、计算时，必须先对假定待求 电流和电压的方向。这个假定的电流和电压的 方向就称为参考方向。,电压参考方向还可以用“参考极性”的标注方法。在假设为高电位端标以“ + ”号，低电
6、位端标以“”号。,参考方向一般用箭头直观地标注在电路中相应位置。,原则上，电压与电流的参考方向可以任意假定。 但通常假定两者的参考方向一致。这种情况称为 “关联参考方向”,电压与电流的参考方向一致。这种情况称为“关联参考方向” 。,在假定的参考方向下若得到的电流或电压解为正 值，则说明其的实际方向与参考方向一致；反之 则说明其实际方向与参考方向相反。,1.2.5电功与电功率,设在dt 时间内有正电荷dq沿电场力的作用方向通 过两端电压为u的元件，则根据电压的定义可知电 场力做的功为,电流通过电路元件时，电场力要做功，同时发生 电能与其他形式能量的转换。,dw=udq=uidt,电功率是表示电路
7、做功快慢的物理量。它定义为电 功对时间的变化率：,在关联参考方向下，若：,p0，说明电流与电压的实际方向相同，有电能转 变成其他形式的能，习惯上称电路吸收功率。,p0，说明电流与电压的实际方向相反，有其他形 式的能转变成电能，习惯上称电路发出功率。,在t1至 t2 时间间隔内电场力做的功为,w 值正负的含义与前述电功率p 值正负的 含义相同。,1.3电阻元件,1.3.1电阻器,电阻器是利用金属材料对电流具有阻碍作用的 特性而制成的电热元件。当电流通过电阻器时 有电能转变为热能。,在实际使用中，电阻器还可能表现出其他一些 微弱的电磁现象，如利用线绕电阻会出现微弱 的电感现象等。,电阻元件是在忽略
8、了实际电阻器的一些微弱的电 磁现象的基础上，突出其对电流呈现阻力、消耗 电能这一特征而抽象出来的理想二端元件。,电阻元件电路符号如右图所示：,1.3.2 电阻元件,若电阻元件两端的电压 u，通过元件的电流为i， 则比值 u / i称为元件的电阻，用字母 R表示。,在不至引起混淆的情况下，电阻元件也简称为电 阻。因此，“电阻”一词以既可以指电阻元件，又 可以指该元件的参数。,R是电阻元件本身的性质决定的一个参数。R越大 ，说明在 u 相同的情况下通过元件的电流i越小， 亦即对电流的阻碍越大。,如果R为常数，即i与u成正比，则称电阻元件为 线性的，否则就是非线形的。,在IS中，电阻的单位是欧姆（）
9、。此外还有千 欧（k）和兆欧（M）等辅助单位。它们之 间的换算关系是,1M=1000k 1k=1000,在电路分析中，把元件两端的电压 u与通过元件 的电流 i 的关系，称为元件的伏安特性。,在关联参考方向下，线性电阻的伏安特性可以表 示为,u = R i,线性电阻的伏安特性图象在 u i 平面上是一条通 过原点的直线。而非线性电阻的由于其R值不为常 数，所以伏安特性图象呈现为曲线。,线性电阻,非线性电阻,1.3.3 电阻元件的电功率,由于R0，u 与 i 的实际方向相同，故 p 0。即 电阻元件在电路中总是处于吸收电功率的状态， 所吸收的电能被转换热能。所以电阻元件是一个 耗能元件。,在关联
10、参考方向况下，电阻元件吸收的功率为,p = u i= i 2 R = u2 / R,1.4电容元件,1.4.1电容器,电容器是由一对相互靠近中间充以绝缘介质的导 体（通常称极板）构成。电容器的作用是储存电 场能量。,在实际使用中，电容器两极 板之间的介质要消耗电能， 而且介质中存在着漏电流。,绝缘介质,金属导体,电容元件是在忽略了实际电容器消耗电能以及 存在漏电流等非主要的电磁现象的基础上，突 出其储存电场能量这一特征而抽象出来的二端 理想元件。,电容元件的电路符号如图所示：,1.4.2电容元件,设电容两极板间的电压为 u，极板上的正电荷量为 q，则比值 q / u称为元件的电容，用字母 C
11、表示。,C 是由电容元件本身的性质决定的一个参数。C 值越大，说明在 u 相同的情况下元件储存的电荷 q 越多，亦即储存的电场能量也越多。,在不至引起混淆的情况下，电容元件也简称为 电容。因此，“电容”一词以既可以指电容元件， 又可以指该元件的参数。,如果C为常数，即q与u成正比，则称电容元件为 线性的，否则就是非线性的。,在SI中， C的单位是法拉（F）。另外电容还有 微法（F）和皮法（pF）等辅助单位。它们之 间的换算关系为,1F=106F 1F=106 pF,1.4.3 电容元件的伏安特性,(关联参考方向),任一时刻通过电容元件的电流与该时刻电感元件两 端的电压的变化率成正比。若电压的变
12、化率等于零 （如直流电流），则通过元件的电流为零，元件相 当于短路。因此电容元件在电路中具有“通交流隔 直流”的作用。,在时刻t电容的功率为,1.4.4 电容元件的功率和储能,对上式从-到t进行积分，可得到t时刻电容的储能,电容在时刻 t 的储能取决于该时刻的电压。,1.5电感元件,1.5.1电感器,电感器是由导线绕制而成的线圈构成。电感器 的作用是聚集磁场、储存磁场能量。,在实际使用中，构成电感器的线圈具有一定的 电阻，同时在线圈各匝之间还存在着微弱的电 容。,电感元件是在忽略了实际电感器的线圈电阻以 及线圈各匝之间的微弱的电容等一些非主要的 电磁现象的基础上，突出其储存磁场能量这一 特征而
13、抽象出来的二端理想元件。,电感元件的电路符号如图所示：,1.5.2电感元件,设通过电感元件的电流 i，电流在元件线圈内产生 的磁链为，则比值/ i称为元件的电感。电感 常用字母L表示。,L是由电感元件本身的性质决定的一个参数。L 越大，说明在 i 相同的情况下穿过元件的磁链 越多，亦即元件储存的磁场能量也越多。,如果L为常数，即与i成正比，则称电感元件 为线性的，否则就是非线形的。,在不至引起混淆的情况下，电感元件简称为电 感。因此，“电感”一词既可以指电感元件，又 可以指该元件的参数。,在SI中， L的单位是亨利（H）。此外电感还有 毫亨（mH）和微亨（H）等辅助单位，它们 之间的换算关系为
14、,1H=1000mH 1mH=1000H,1.5.3 电感元件的伏安特性,任一时刻电感元件两端的电压与该时刻通过元件电 流的变化率成正比。若电流的变化率等于零（如直 流电流），则元件两端的电压为零，元件相当于短 路。因此电感元件具有“通直流隔交流”的作用。,(关联参考方向),在时刻t电感的功率为,1.5.4 电感元件的功率和储能,对上式从-到t进行积分，可得到t时刻电感的储能,电感在时刻 t 的储能取决于该时刻的电流。,1.6独立电源,1.6.1电压源,端电压为一恒定值或者按照某一确定的规律 随时间变化而与输出电流无关的电源称为电 压源。它是从实际电源中抽象出来的理想二 端元件。,电压源的电路图符号如图所示：,若端电压为恒定值，则称为直流电压源。,下图为直流电压源的伏安特性图象。,1.6.2电流源,输出电流为一恒定值或者按照一确定的规律 随时间变化而与端电压无关的电源称为电流 源。若输出电流为恒定值的称为直流电流源。 电流源也是从实际电源中抽象出来的理想二 端元件。,电流源的电路图符号如图所示：,若输出电流为恒定值，则称为直流电流源。,下图为直流电流源的伏安特性图象。,
