第1章电路基本概念

《第1章电路基本概念》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章电路基本概念（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第1章电路基本概念第1章电路基本概念第一章第一章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 1.2 电路模型电路模型1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向后一页后一页1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算返回返回前一页前一页本章内容本章内容: :第1章电路基本概念后一页后一页本章要求本章要求: :一、理解电压与电流参考方向的意义一、理解电压与电流参考方

2、向的意义二、能正确应用电路的基本定律二、能正确应用电路的基本定律三、了解电路的三种状态及额定值的意义三、了解电路的三种状态及额定值的意义四、会计算电路中某点的电位四、会计算电路中某点的电位前一页前一页第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律返回返回第1章电路基本概念 1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 1.1. 实现电能的传输、转换与分配实现电能的传输、转换与分配电电池池灯灯泡泡后一页后一页前一页前一页一、电路的作用一、电路的作用返回返回6.3KV35KV610KV发电机升压变压器降压变压器配电变压器380/220V电能用户第1章电路基本概念2.2

3、.实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理1.1 1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电路电路: :电流的通路。电流通过的途径。电流的通路。电流通过的途径。第1章电路基本概念二、电路的二、电路的组成部分组成部分前一页前一页 后一页后一页中间环节：传递、分中间环节：传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用返回返回电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置电电池池灯灯泡泡S第1章电路基本概念前一页前一页 后一页后一页放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒直流电源直流电源直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号

4、处理：放大、检波等放大、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息二、电路的二、电路的组成部分组成部分负载大小的概念负载大小的概念: 负载增加指负载取用的功率增加。负载增加指负载取用的功率增加。返回返回第1章电路基本概念电源和信号源的区别注意激励激励：信号源或电源的电流、电压。响应响应：在激励的作用下，电路中各部分产生 的电流、电压。电路分析电路分析：在已知电路结构和元件参数的情 况下，研究电路的激励与响应之 间关系的方法或过程。作用不同数量等级不同三个基本概念：三个基本概念：第1章电路基本概念1.2 1.2 电路模型电路模型R+RoE-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电

5、池池导线导线S 为了便于用数学方法分析电路，一般要将实际电路为了便于用数学方法分析电路，一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，用足以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。相对应的电路模型。前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念常见电路元件常见电路元件1.电阻元件：耗能元件，将电能电阻元件：耗能元件，将电能转换成为非电能转换成为非电能(热能热能)的元件。的元件。R2.电容元件：储存或释放电能的电容元件：储存或释放电能的元件，反应的是电场效应。元件，反

6、应的是电场效应。C3.电感元件：储存或释放磁能的电感元件：储存或释放磁能的元件，反应的是磁场效应。元件，反应的是磁场效应。L4.电源元件：将非电能转换成电电源元件：将非电能转换成电能的元件。能的元件。-+E-+E不同性质的元件用不同的参数描述不同性质的元件用不同的参数描述第1章电路基本概念说明：说明：2.集总电路：每一元件所具有的电磁规律发生在元件的内部，此元件被视为一个“点”，故一个元件或电路从一端流进的电流必等于从另一端流出的电流，这样的元件称为“集总元件”，由集总元件组成的电路称为“集总电路”。1.理想化模型的电路元件有两个外接端子，称“两端元件”，或“一端口元件”；第1章电路基本概念1

7、.3 电路的基本物理量和参考方向电路的基本物理量和参考方向1.电流电流一、基本物理量：一、基本物理量：前一页前一页后一页后一页返回返回单位时间内通过导体截面的电量。单位时间内通过导体截面的电量。单位：安培，单位：安培，A 毫安，毫安，mA 千安，千安，kA电流是带电粒子在电场力或外力的作用下作定向运电流是带电粒子在电场力或外力的作用下作定向运动形成的。动形成的。第1章电路基本概念2.电位和电压电位和电压电位：单位正电荷在电场中某点所具有的电位：单位正电荷在电场中某点所具有的 电位能，称为该点的电位。电位能，称为该点的电位。单位：伏特，单位：伏特，V 毫伏，毫伏，mV 千伏，千伏，kV某点的电位

8、的大小与该点上是否放置电荷无关。某点的电位的大小与该点上是否放置电荷无关。电压：电路中两点的电位差。单位同电位。电压：电路中两点的电位差。单位同电位。电压反应了单位正电荷在这两点上的电位能的差值。第1章电路基本概念3.电动势电动势电动势：将单位正电荷从电源的负端移到电动势：将单位正电荷从电源的负端移到 电源的正端，外力所做的功。电源的正端，外力所做的功。单位：伏特，单位：伏特，V 毫伏，毫伏，mV 千伏，千伏，kV电压和电动势都反映了单位正电荷上能量的变化，电压和电动势都反映了单位正电荷上能量的变化，但电源的电动势是由外力对电荷做功但电源的电动势是由外力对电荷做功(电荷上的能量电荷上的能量增加

9、增加)，电压是指电荷上的电场力对外做功，电压是指电荷上的电场力对外做功(电荷上电荷上的能量下降的能量下降) 。第1章电路基本概念 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。物理量物理量单单 位位实实 际际方方 向向电流电流IA 、 mA 、A正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势 EV、kV、mV、V电位升高的方向电位升高的方向(低电位低电位 高电位高电位) 电压电压U、V、kV、mVV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)二、实际方向：二、实际方向：第1章电路基本概念电源电动势的极性与端电压极性的关系：电源电动势的极性与端电压极性的关系： 电动势的方向在电

10、源的内部，由负至正电动势的方向在电源的内部，由负至正; 电压的方向在电源的外部，由正至负。电压的方向在电源的外部，由正至负。 大小相同，方向不同。大小相同，方向不同。两者反映的内容不同：两者反映的内容不同： 电动势是指电源内部外力做功的能力；电动势是指电源内部外力做功的能力； 电压是指电源外部电场力做功的能力。电压是指电源外部电场力做功的能力。 都反映了都反映了A点电位高于点电位高于B点的事实。点的事实。a+_U+Eb第1章电路基本概念2 2、参考方向的表示方法参考方向的表示方法abIR电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：+正负号正负号abUI 1 1、参考方向参考方向+_U+EaRb

11、在分析计算电路时，在分析计算电路时，对电量任意假定的方向。对电量任意假定的方向。箭标箭标Iab 双下标双下标三、参考方向三、参考方向( (正方向正方向) )前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念实际方向与参考方向一致，电流实际方向与参考方向一致，电流(或电压或电压)值为正；值为正；实际方向与参考方向相反，电流实际方向与参考方向相反，电流(或电压或电压)值为负。值为负。3 3、实际方向与、实际方向与参考方向的关系参考方向的关系注意：注意： 只有在选定参考方向后，电流只有在选定参考方向后，电流(或电压或电压) 值才有正值才有正负之分。负之分。 abIR例：例：若若 I = 5A ，则实

12、际方向与参考方向一致；，则实际方向与参考方向一致；若若 I =5A ，则实际方向与参考方向相反。，则实际方向与参考方向相反。前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念4 4、关于参考方向的几点说明、关于参考方向的几点说明(1).(1).参考方向可以任意假定，但尽量与真实方向一致，参考方向可以任意假定，但尽量与真实方向一致，且一旦假定后，在解题过程中不得随意变更。且一旦假定后，在解题过程中不得随意变更。(2).(2).在电路的某个元件中，电流的真实方向不随时在电路的某个元件中，电流的真实方向不随时间变化而变化的电流，叫直流。反之叫间变化而变化的电流，叫直流。反之叫“交流交流”。在交流电中

13、也有参考方向，在电压或电流的瞬时值在交流电中也有参考方向，在电压或电流的瞬时值由函数来反应其方向及大小随时间变化而变化的规由函数来反应其方向及大小随时间变化而变化的规律时，该参考方向确定计时的起点（初相位）。律时，该参考方向确定计时的起点（初相位）。第1章电路基本概念除非特别说明都应选择关联参考方向，故电压和电除非特别说明都应选择关联参考方向，故电压和电流的参考方向只需标出一个，另一个也具有相同的流的参考方向只需标出一个，另一个也具有相同的参考方向。参考方向。abURI关联参考方向关联参考方向U非关联参考方向非关联参考方向-+EIE(3).(3).关联与非关联参考方向关联与非关联参考方向关联参

14、考方向：电流的参考方向与电压或电动势的关联参考方向：电流的参考方向与电压或电动势的参考方向一致。参考方向一致。非关联参考方向：电流的参考方向与电压或电动势非关联参考方向：电流的参考方向与电压或电动势的参考方向相反。的参考方向相反。第1章电路基本概念(4)(4)在电路中若某元件上的电流的实际方向与该元件在电路中若某元件上的电流的实际方向与该元件上电压上电压( (电位降电位降) )的实际方向一致则该元件为电阻。的实际方向一致则该元件为电阻。反之为电源，即电流方向为电位升的方向时为电源反之为电源，即电流方向为电位升的方向时为电源元件。元件。或说为：在选择关联参考方向时，某元件上的或说为：在选择关联参

15、考方向时，某元件上的UI0时为负载；时为负载；UI0，故，故U、I的正负决定了的正负决定了W的正负：的正负：当当U，I取关联参考方向时：取关联参考方向时：UI0 ，正电荷的运动方向与电场的方向一致，电荷上的能量下，正电荷的运动方向与电场的方向一致，电荷上的能量下降，电场力对外做功。降，电场力对外做功。W0，该元件消耗能量，为负载；，该元件消耗能量，为负载；UI0 ，正电荷的运动方向与电场的方向相反，电荷上的能量上，正电荷的运动方向与电场的方向相反，电荷上的能量上升，外力克服电场力做功。升，外力克服电场力做功。W0，该元件产生能量为电源。，该元件产生能量为电源。当当U，I取非关联参考方向时：取非

16、关联参考方向时：与上述情况相反与上述情况相反第1章电路基本概念单位时间内电场力所做的功称为电功率，简称功率单位时间内电场力所做的功称为电功率，简称功率关联参考方向时：关联参考方向时：P=W/t=UIt/t=UI 单位：瓦特单位：瓦特(w)，千瓦，千瓦(kw)非关联参考方向时：非关联参考方向时：P=W/t=-UIt/t=-UI 单位：瓦特单位：瓦特(w)，千瓦，千瓦(kw)电功的单位：焦耳电功的单位：焦耳(J)、千焦、千焦(KJ)第1章电路基本概念1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向一致时，参考方向一致时，U = I R（关联参考方向）（关联参考方向）U、I参考方向相反时，参考方向相

17、反时， U =IR（非关联参考方向）（非关联参考方向）IRU+IRU线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性VCR为通过坐标原点的直线为通过坐标原点的直线IUo前一页前一页 后一页后一页返回返回（关联参考方向）（关联参考方向）第1章电路基本概念例例: 根据图中所标电流根据图中所标电流I、电压、电压U和电动势和电动势E的的 参考方向，写出求解电流参考方向，写出求解电流I的表达式。的表达式。IRo+ -EU+ -（a）IRo+ -EU+ -（b）IRo+ -EU+ -（c）解：解：（b）（c）（a） 一段含源电路求电一段含源电路求电流时正负号的选择流时正负号的选择: 当当E、U与电与电 流流 I 参考

18、方向相同取正，参考方向相同取正，反之取负。反之取负。 一段含源电路求电一段含源电路求电流时正负号的选择流时正负号的选择: 当当E、U与电与电 流流 I 参考方向相同取正，参考方向相同取正，反之取负。反之取负。前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念电导的概念电导的概念:若电阻的大小仅与导体的材质和截面积有关，与其若电阻的大小仅与导体的材质和截面积有关，与其上是否通过电流或所加电压的大小无关的电阻叫线上是否通过电流或所加电压的大小无关的电阻叫线性电阻。否则叫性电阻。否则叫“非线性电阻非线性电阻”电阻中的功率：电阻中的功率：1.关联参考方向：关联参考方向：电导的单位为：西门子，电导的单位

19、为：西门子，S电阻的单位为：欧姆，电阻的单位为：欧姆，k ，M 第1章电路基本概念2.非关联参考方向：非关联参考方向：不论取何种参考方向：电阻上的功率总是大于不论取何种参考方向：电阻上的功率总是大于零，即电阻是一个耗能元件。零，即电阻是一个耗能元件。由欧姆定律可知：当由欧姆定律可知：当I=0时，时，U=0；当；当U=0时，时，I=0。即电阻元件是一个非记忆元件。即电阻元件是一个非记忆元件。P10，1.3.11.3.3; P12,例例1.4.24第1章电路基本概念1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路两种电源：独立电源；受控电源两种电源：独立电源；受控电源一、电源一、电

20、源(简介简介) )1.独立电源独立电源独立地向外提供能量，提供的电压或电流不独立地向外提供能量，提供的电压或电流不受外部参数控制，只由电源本身决定。受外部参数控制，只由电源本身决定。A.电压源电压源(恒压源恒压源)在任何情况下，都能提供稳定的电源电压。在任何情况下，都能提供稳定的电源电压。稳定：按某种规律变化。稳定：按某种规律变化。第1章电路基本概念电压源的三种形式：电压源的三种形式：+恒压源恒压源Us+时变电压源时变电压源Us(t)+理想电池理想电池Us电压源输出的电压与外电路无关，而其中通过电压源输出的电压与外电路无关，而其中通过的电流的大小由外部负载决定。的电流的大小由外部负载决定。RL

21、=0 is 电源短路电源短路RL is 0 电源开路电源开路0RL is=Us/RL 电源有载电源有载恒压源外特性恒压源外特性IU第1章电路基本概念B.电流源电流源(恒流源恒流源)在任何情况下，都能提供稳定的电流的电源。在任何情况下，都能提供稳定的电流的电源。电流源的二种形式：电流源的二种形式：恒流源恒流源Is时变电流源时变电流源Is(t)电流源输出的电流的大小与外电路无关，但其电流源输出的电流的大小与外电路无关，但其两端的电压只由外部负载决定。两端的电压只由外部负载决定。实际的电源可用实际的电源可用电压源串联电阻电压源串联电阻或或电流源并联电流源并联电阻电阻进行等效进行等效.UI恒流源伏安特

22、性恒流源伏安特性第1章电路基本概念RoR EUI 开关闭合开关闭合负载电流负载电流电源产生电源产生的功率的功率 电源内部电源内部消耗的功率消耗的功率负载端电压负载端电压U = IR 特征特征:负载功率负载功率 ( 电源输出功率电源输出功率 )二、电源有载工作二、电源有载工作电源外特性电源外特性IUE前一页前一页后一页后一页返回返回 负载上何时获负载上何时获得最大功率得最大功率?PL=I2RL=E/(R0+RL)2RL=E2RL/ (R0+RL)2分子为分子为0时时,负载获得最大功率负载获得最大功率RL=R0负载获得的最大功率为电源功率的一负载获得的最大功率为电源功率的一负载获得的最大功率为电源

23、功率的一负载获得的最大功率为电源功率的一半半半半! ! ! !效率效率效率效率? ?第1章电路基本概念元件性质的判别：元件性质的判别：U、I参考方向不同参考方向不同 UI 0，电源；，电源；UI 0，负载。，负载。 U、I参考方向相同参考方向相同 UI 0，负载；，负载；UI 0，电源。，电源。 1.根据根据U、I参考方向和计算出的电流电压的极性判别参考方向和计算出的电流电压的极性判别2.根据根据U、I实际方向判别实际方向判别U、I实际方向相反，电流从正端流出，电源。实际方向相反，电流从正端流出，电源。（发出功率）（发出功率）U、I实际方向相同，电流从正端流入，实际方向相同，电流从正端流入，负

24、载负载。（吸收功率）（吸收功率）前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念额定值与实际值额定值与实际值额定值额定值: 电器设备的安全使用值电器设备的安全使用值电器设备的三种运行状态电器设备的三种运行状态欠载（轻载）：欠载（轻载）：（不经济）（不经济）过载（超载）：过载（超载）：（设备易损坏）（设备易损坏）额定工作状态：额定工作状态：（经济合理（经济合理安全可靠）安全可靠）1. 额定值是电气设备额定的工作条件。额定值是电气设备额定的工作条件。2. 额定值是电气设备的工作能力。额定值是电气设备的工作能力。如：如：灯泡：灯泡：电阻：电阻： 注意注意:前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路

25、基本概念特征特征:电源端电压电源端电压 ( 开路电压开路电压 )负载功率负载功率RoR EUI 开关断开开关断开三、三、电源开路电源开路前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念 特征特征:电源端电压电源端电压负载功率负载功率电源功率电源功率短路电流短路电流RoR EUI 四、电源短路四、电源短路前一页前一页 后一页后一页返回返回第1章电路基本概念 1. 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：电路中通过同一电流的每一个分支。支路：电路中通过同一电流的每一个分支。ba E2R2 R3R1E1I1I3I2dc前一页前一页 后一页后一页返回返回无源支路；含源支路无源支路；含源支路非支路非支路:

26、:不含任何耗能元件或电源的短接线不含任何耗能元件或电源的短接线S第1章电路基本概念结点：三条或三条以上支路的联接点。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合回路。回路：由支路组成的闭合回路。网孔：其内部不含支路的回路。网孔：其内部不含支路的回路。a E2R2 R3R1E1I1I3I2dcb第1章电路基本概念例：支路例：支路?结点结点?回路回路?网孔网孔?支路：支路：ab、bc、ca （共（共6条）条）回路：回路：abda、abcda （共（共7 个）个）结点结点：a、 b、c、d (共共4个）个）bI6E5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-网孔：网孔

27、：abda、bcdb （共（共3 个）个）前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念一、基尔霍夫电流定律（一、基尔霍夫电流定律（KCL定律定律）u1定律定律 即：即： 入入= 出出 或或: = 0I1I2I3I4例例: 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。或流向任一结点的电流的代数和等于零。或流向任一结点的电流的代数和等于零。 实质：电流连续性体现。实质：电流连续性体现。或：或：跳转跳转前一页前一页后一页后一页返回返回（结点电流定律）（结点电流定律）我不是我不是我不是我不是黑洞黑洞黑洞黑洞! !第1章电路基本概念广义结

28、点广义结点 电流定律可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律可以扩展到电路的任意封闭面。I =?2推广推广I = 0_RE2E3E1+_RR1R+_+I例例:前一页前一页 后一页后一页返回返回第1章电路基本概念 在任一瞬间，回路中沿任意回路循行在任一瞬间，回路中沿任意回路循行 方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)a+-E2R2+ -bR3R1E1I1I3I2dc1定律定律即即 U = 0或：或： E = I R跳转跳转前一页前一页后一页后一页返回返回(回路电压定律回路电压定律)第1章电路基本概念1列

29、方程前标注回路循行方向列方程前标注回路循行方向 E2 =UBE + I2R2 UBE = E2 I2R2E1+B+-R1+-E2R2EUBEI2_2正负号选择：（正负号选择：（ I R = E） 当当 E、I 的参考方向与回路绕向相同取正，的参考方向与回路绕向相同取正， 当当 E、I 的参考方向与回路绕向相反取负。的参考方向与回路绕向相反取负。3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：前一页前一页后一页后一页返回返回第1章电路基本概念在绕行方向上电压降之和恒等于零。在绕行方向上电压降之和恒等于零。或在绕行方向上电压降的代数和等于电位升的代数和。或在绕行方向上电压降的代数和等于

30、电位升的代数和。在图中：回路在图中：回路：E1=I1R1+I3 R3 回路回路：-E2=-I3 R3+(-I2) R2 回路回路：E1-E2= I1R1 +(-I2) R2a E2R2 bR3R1E1I1I3I2dc列出图中的列出图中的KVL方程方程第1章电路基本概念回路回路方程方程+回路方程回路方程 ,得：得：E1-E2= I1R1 +(-I2) R2 与回路与回路方程同方程同三个方程中，由任意两个方程都可得到第三个方程三个方程中，由任意两个方程都可得到第三个方程,即只有即只有两个独立的方程。两个独立的方程。任意两点之间的电压与所取回路和通过的路径无关。任意两点之间的电压与所取回路和通过的路

31、径无关。上图中：按回路上图中：按回路1有：有：由回路由回路公式知：公式知：E1- I1R1 = E2 -I2 R2兄弟啊！咱俩彼此，彼此！按回路按回路2有：有：第1章电路基本概念1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中的某点相对于参考点的电压。电位：电路中的某点相对于参考点的电压。注意：电位用单下标，记为：注意：电位用单下标，记为：“VX” 。一、电位的概念一、电位的概念计算步骤计算步骤: : 1. 1.任选参考点，设其电位为零。任选参考点，设其电位为零。 2.2.标出各电流参考方向并计算。标出各电流参考方向并计算。 3.3.以零电位参考点为准，逐点计算各点电位

32、。以零电位参考点为准，逐点计算各点电位。前一页前一页 后一页后一页返回返回第1章电路基本概念二、举例二、举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位Va、 Vb、Vc、Vd。解：设解：设 Va = 0 0 VVb =106 =106 =6060 VVc = 420 = 80420 = 80 VVd = 65 = 3065 = 30 V设 Vb= 0 0 Vca20 4A6 10A E290V E1db5 6A140VVa = 106 = 60= 106 = 60 VVc = E1 = 140140 VVd = E2 = 9090 V前一页前一页 后一页后一页返回返回第1章电路基本概念 结论：结论：1.1.电位值是相对的，参考点选取的不同，电路电位值是相对的，参考点选取的不同，电路 中其它各点的电位也将随之改变；中其它各点的电位也将随之改变；2.电路中两点间的电压值是固定的，不会因参电路中两点间的电压值是固定的，不会因参 考点的不同而改变，考点的不同而改变， 即与零电位参考点的即与零电位参考点的 选取无关。选取无关。u简化电路图简化电路图20 5 +140V+90V6 cdca20 4A6 10A E290V E1db5 6A140V前一页前一页 后一页后一页返回返回