电路的基本概念与基本定律 (2)精选课件.ppt

电工技术关于电路的基本概念与基本定律关于电路的基本概念与基本定律(2)1第一页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁2第第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1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 电路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律欧姆定律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 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算第二页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁3本章要求本章要求本章要求本章要求: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向的意义；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向的意义；二、理解电路的基本定律并能正确应用；二、理解电路的基本定律并能正确应用；三、了解电路的有载工作、开路与短路状态，三、了解电路的有载工作、开路与短路状态，三、了解电路的有载工作、开路与短路状态，三、了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；四、会计算电路中各点的电位。四、会计算电路中各点的电位。第第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第三页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁41.1 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、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 2.实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒一、电路的作用一、电路的作用 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成的。备或电路元件按一定方式组合而成的。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第四页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁5二、电路的二、电路的组成部分组成部分组成部分组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第五页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁6直流电源直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息二、电路的二、电路的组成部分组成部分组成部分组成部分放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。由激励所产生的电压和电流称为响应。第六页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁71.2 电路模型电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模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组合型化，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相对应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。的电路模型。例：手电筒例：手电筒R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。元件和电源元件等。第七页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁8手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能的主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数性质，是电阻元件，其参数电阻电阻R；筒体筒体用来联接电池和灯用来联接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。第八页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁91.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 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一、电路基本物理量的实际方向一、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动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)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低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V第九页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁102.参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IE+_ 在分析与计算电路时，对电在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。量任意假定的方向。Iab 双下标双下标二、电路基本物理量的参考方向二、电路基本物理量的参考方向aRb箭箭 标标abRI正负号正负号+abU U+_第十页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁11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；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。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：在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。若若 I=5A，则电流从，则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I=5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a。abRIabRU+若若 U=5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U=5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 b 指向指向 a。第十一页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁121.4 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I 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：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；U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。电阻单位电阻单位:M、K、U=I R U=IRIR第十二页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁13解：解：对图（对图（a）有，）有，U=IRRU6V+I2AR+U6V I2A例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻并求电阻R。（a）（b）对图（对图（b）有，）有，U=IR第十三页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁14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。IUo 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路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。电压与电流的比值为常数。线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。第十四页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁151.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载电源与负载负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:1.5.1 电源有载工作电源有载工作IRoR EU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IRo电源的外特性电源的外特性EUI0 当当 R Ro oR R 时，则时，则U E，表明当，表明当负载变化时，电源的端电压变化不负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。大，即带负载能力强。第十五页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁16 开关闭合开关闭合,接通接通电源与负载电源与负载负载端电压负载端电压U=IR 特征特征特征特征:1.5.1 电源有载工作电源有载工作IRoR EU 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IRoUI=EI I2RoP=PE P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率 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电流和功率率增加增加。第十六页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁17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 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P=UI 0，电源电源。1.1.根据根据根据根据 U、I 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 U、I I 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：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，（发出功率）（发出功率）；负载：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“+”端流入，端流入，（吸收功率）（吸收功率）。第十七页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁18电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备的安全使用值电气设备的安全使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载(轻载轻载)：I IN，P IN，P PN (设备易损坏设备易损坏设备易损坏设备易损坏)额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠)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。例：例：灯泡：灯泡：UN=220V，PN =60W电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W 第十八页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁19特征特征:开关开关 断开断开1.5.2 电源开路电源开路I=0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U=UO=EP=01.1.开路处的电流等于零；开路处的电流等于零；I =02.2.开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR EUO 第十九页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁20 特征特征:电源外部端子被短接电源外部端子被短接1.5.3 电源短路电源短路IRoR EU 电源端电压电源端电压负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大）U=0 PE=P=IROP=01.1.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.2.短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征:I+U有有源源电电路路第二十页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁21 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。(a(a和和b)b)回路：回路：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 23 3第二十一页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁22例例1 1：adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3 3I支路：支路：ab、ac、ad、bc、bd、cdcd（共（共（共（共6条）条）结点：结点：a、b、c、d d (共共4个）个）个）个）回路：回路：abda、abcaabca、bcdbbcdb、adbca、abcda、abdca abdca、adca（共（共7 个）个）个）个）网孔：网孔：abda、abcaabca、bcda（共（共（共（共3 个）个）第二十二页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁231.6.1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCLKCL定律）定律）1.定律定律定律定律 即：即：即：即：入入=出出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。的电流。实质：实质：电流连续性体现。电流连续性体现。或或:=0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a：I1+I2=I3或：或：I1+I2I3=0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一结点反映了电路中任一结点反映了电路中任一结点反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。处各支路电流间相互制约的关系。处各支路电流间相互制约的关系。处各支路电流间相互制约的关系。第二十三页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁24 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面（高斯面）。设的闭合面（高斯面）。2.2.推广推广推广推广I=?例例:广义结点I=0IA+IB+IC=02+_+_I5 1 1 5 6V12VABCIAIBICI1I2I3第二十四页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁25在方法二中出现两套正、负号在方法二中出现两套正、负号 式前的正负号由式前的正负号由I 流入还是流出结点确定；流入还是流出结点确定；U U、I 值本身的正负说明实际方向与参考方向之值本身的正负说明实际方向与参考方向之间的关系。间的关系。在使用在使用KCL时，必须选定电流的参考方向，必要时还时，必须选定电流的参考方向，必要时还需假设流入（出）为正需假设流入（出）为正注意第二十五页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁26 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。电压的代数和恒等于零。1.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)1.1.定律定律即：即：U=0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2：E1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或：或：I1 R1+I3 R3 E1=0 或：或：I2 R2+I3 R3 E2=0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。路中各段电压间相互制约的关系。第二十六页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁271列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；电位升电位升=电位降电位降 E2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 E2+UBE=0E1UBEE+B+R1+E2R2I2_2应用应用 U=0列方程时，列方程时，项前符号的确定：项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：1 1对回路对回路1：第二十七页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁28例：例：对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 I6 R6=0I4 R4 E+I3 R3=0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0应用应用 U=0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+E=0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第二十八页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁291.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记为“V VX X”。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。一、电位的概念一、电位的概念 电位的计算步骤电位的计算步骤电位的计算步骤电位的计算步骤:1.1.任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；2.2.2.2.标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；3.3.3.3.计算各点至参考点间的电压即为各点的电位计算各点至参考点间的电压即为各点的电位计算各点至参考点间的电压即为各点的电位计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。第二十九页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁30二、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：解：设设 a为参考点，为参考点，即即Va=0VVb=U=Uba=106=60VVc=Uca=420=80 VVd=Udada=65=30 V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0VV Va=Uabab=106=60 VVc=Ucb=E E1=140 V=140 VVd=Udb=E2=90 V20 5 bca4A6 10AE290V E1140V6A dUab=106=60 VUcb =E1=140 VUdb=E2=90 VUab=106=60 V106=60 VUcb=E E1 1=140 VUdb =E2=90 V第三十页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁31 结论：1.1.电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；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，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图+90V20 5+140V6 cdbca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d第三十一页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁32例例例例1:1:图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA(练习与思考练习与思考1.7.3)解解:（1）当开关当开关 S S 断开时断开时（2）当开关闭合时，电路当开关闭合时，电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V 。2K+6VA2K SI I2 2I I1 1（a）2K A+I I1 12K I I2 26V（b）电流在闭合路径中流通第三十二页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁33例2：电路如下图所示，（电路如下图所示，（1 1）零电位参考点在哪里？画电路）零电位参考点在哪里？画电路）零电位参考点在哪里？画电路）零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。（图表示出来。（图表示出来。（图表示出来。（2 2）当电位器）当电位器RP的滑动触点向下滑动时，的滑动触点向下滑动时，A、B B两点的电位增高了还是降低了？两点的电位增高了还是降低了？(练习与思考练习与思考1.7.2)1.7.2)A+12V12VBRPR1R212V-12V BARPR2R1I解：（解：（1）电路如左图，）电路如左图，零电位参考点为零电位参考点为+12V电电源的源的“”端与端与端与端与12V12V电源电源的的“+”+”端的联接处。端的联接处。当电位器当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电的滑动触点向下滑动时，回路中的电流流 I 减小，所以减小，所以减小，所以减小，所以A电位增高、电位增高、B点电位降低。点电位降低。（2）V VA A=IR1 1+12 V VB =IR2 12第三十三页，本课件共有34页电工技术电子信息学院 甄 洁感感谢谢大大家家观观看看第三十四页，本课件共有34页