电工电子技术基础(直流电路)课件

第一章第一章 电路的基本概念、电路的基本概念、定律和分析方法定律和分析方法l 重点重点：1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律2.2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性4.4.等效电路变换和二端网络等效电路变换和二端网络5.5.戴维南定理与叠加定理戴维南定理与叠加定理1.1.电路的组成及作用电路的组成及作用 为了便于分析电路为了便于分析电路,将实际电路模型化，用反映其电磁性质的理想电将实际电路模型化，用反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。电路模型。5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。注意电路元件有三个特征：电路元件有三个特征：1.1.只有两个端子；只有两个端子；2.2.可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述；3.3.不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。+US+_IS电路模型的建立电路模型的建立：用理想电路元件及其组合模拟实际电路元器件。：用理想电路元件及其组合模拟实际电路元器件。灯泡灯泡导线导线电池电池开关开关实际电路实际电路电路模型电路模型例：手电筒实际电路与电路模型示例。例：手电筒实际电路与电路模型示例。手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。2.2.电路的主要物理量电路的主要物理量 物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向 电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电功率电功率P P (消耗消耗、供给供给)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA、A、mA、A能量的变化及方向能量的变化及方向kV、V、mV、VkW、W、mW、W(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：(1)(1)参考方向参考方向参考方向参考方向I 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标 电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_+R0E3V注意：注意：参考方向选定后参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流电流(或电压或电压)值为值为正值正值；(3)(3)实际方向与实际方向与实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系I=0.28A 电动势电动势为为E=3V方向由负极方向由负极指向正极指向正极；U+R0E3V 电流电流 I 参考方向参考方向与实际方向相同，与实际方向相同，I=0.28A,由由 流向流向。电压电压 U 的参考方的参考方向与实际方向相同向与实际方向相同,U=2.8V,方向由方向由 指向指向；2.8VI =0.28A+R0E3VU+电流电流 I 的参考方的参考方向与实际方向相反，向与实际方向相反，I=-0.28A,由由 流向流向。电压电压U的参考方的参考方向与实际方向相反向与实际方向相反,U=2.8V;即即:U=U 2.8V 实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，流，流(或电压或电压)值为值为负值负值。U、I 参考方向相同时参考方向相同时U U、I I 参考方向相反时参考方向相反时参考方向相反时参考方向相反时RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：(1)式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；(2)U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向 之间的关系。之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U=I R U U=IRIRiu0电阻元件可分为线性或非线性电阻元件可分为线性或非线性电阻元件可分为线性或非线性电阻元件可分为线性或非线性,两类。两类。两类。两类。电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一条曲线来描述：平面上的一条曲线来描述：伏安伏安特性特性3.3.电路基本元件及其伏安特性电路基本元件及其伏安特性3.23.2 电阻元件电阻元件电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。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，它表示该遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(Ohm)G 称为电导，单位称为电导，单位：S(Siemens)解解:对图对图(a)有有,U=IR 例例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i(R i)i i2 R -u2/Rp u i i2R u2/Rl 功率功率Rui+-表明Rui-+实际电阻器实际电阻器l电路符号电路符号3.2 3.2 电压源电压源l定义定义i+_其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。l理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源直流电压源的伏安关系的伏安关系例例Ri-+外电路外电路电压源不能短路！电压源不能短路！0其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号3.3 3.3 电流源电流源l 定义定义u+_l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。关；与它两端电压方向、大小无关。电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流源的直流电流源的伏安关系伏安关系0例例Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下下光光电电子被激发产生一定值的电流等。子被激发产生一定值的电流等。实际电流源的产生：实际电流源的产生：l 电流源的功率电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；u+_吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+开关闭合开关闭合,接通电源与负载接通电源与负载负载端电压负载端电压U=I R 1.电压电流关系电压电流关系电源有载工作电源有载工作(1)电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。(2)在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E I R0电源的外特性电源的外特性EUI0 当当 R R0 0R R 时，则时，则U U E E ，表明当，表明当负载变化时，电源的端电压变化负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。不大，即带负载能力强。R0ER+I负载端电压负载端电压负载端电压负载端电压U=I R或或 U=E I RoU I=E I I2 RoP=PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。R0ER+I 1.电压电流关系电压电流关系 2.功率与功率平衡功率与功率平衡 电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别 U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=U I 0，电源电源；P=U I 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=U I 0，负载负载；P=U I 0，电源电源。(1)(1)根据根据根据根据 U U、I I 的的的的实际方向判别实际方向判别实际方向判别实际方向判别(2)(2)根据根据根据根据 U U、I I 的的的的参考方向判别参考方向判别参考方向判别参考方向判别电源：电源：（发出功率）（发出功率）U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出；端流出；负载：负载：（吸收功率）（吸收功率）U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。例例:已知已知:U=220V，I=5A，内阻，内阻R01=R02=0.6。求求:(1)电源的电动势电源的电动势E1和负载的反电动势和负载的反电动势E2；(2)说明功率的平衡关系。说明功率的平衡关系。R01E1UI+R02E2+解：解：(1)U=E1-U1=E1-IR01 E1=U+IR01 =223V U=E2+U2=E2+IR02 E2=U-IR01=217V (2)E1=E2+IR01+IR02 等号两边同时乘以等号两边同时乘以 I，则则 E1 I=E2 I+I2R01+I2R02代入数据有代入数据有 1115W=1085W+15W+15W。4.4.电路的等效变换电路的等效变换 任何一个复杂的电路任何一个复杂的电路,向外引出两个端钮，且向外引出两个端钮，且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端网络则称这一电路为二端网络 (或单口网络或单口网络)。无无源源无无源源一一端端口口ii4.1 4.1 二端网络二端网络电路特电路特点点4.2 4.2 电阻串联电阻串联(a)各电阻顺序连接，流过同一电流各电阻顺序连接，流过同一电流 (KCL)；(b)总电压等于各串联电阻的电压之和总电压等于各串联电阻的电压之和 (KVL)。+_R1R n+_u ki+_u1+_unuRk等效等效+_R1Rn+_u ki+_u1+_unuRku+_Re qi+_uR1R2+-u1+-u2i串联电阻的分压串联电阻的分压 电压与电阻成正比，因此串联电阻电路电压与电阻成正比，因此串联电阻电路可作分压电路。可作分压电路。例例两个电阻的分压：两个电阻的分压：表明电