电路的串并联.ppt

薛鹏骞讲授 电路与磁路电路与磁路课程为电子信息工程、通信工程、课程为电子信息工程、通信工程、自动化、电气工程及其自动化、信息安全等电类专科自动化、电气工程及其自动化、信息安全等电类专科专业的专业的专业技术基础课专业技术基础课，是所有专科，是所有专科“强电专业强电专业”和和“弱电专业弱电专业”的的必修课必修课。它的学习基础是它的学习基础是数学、物理数学、物理；它本身又是电类专；它本身又是电类专科专业的科专业的后续专业课的基础后续专业课的基础。在整个电气信息类专科。在整个电气信息类专科专业的人才培养方案和课程体系中起着专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后承前启后的重的重要作用。要作用。1、电路与磁路电路与磁路课程性质及地位课程性质及地位引言：引言：电路与磁路电路与磁路课程理论严密，逻辑性强，对培课程理论严密，逻辑性强，对培养学生的辨证思维能力，树立理论联系实际的科学养学生的辨证思维能力，树立理论联系实际的科学观点，提高学生观点，提高学生分析问题和解决问题的能力分析问题和解决问题的能力，对于，对于培养学生的培养学生的实践能力实践能力、创新能力创新能力都将起到重要作用。都将起到重要作用。电路与磁路电路与磁路课程的任务是：通过本课程的学课程的任务是：通过本课程的学习，使学生掌握电路与磁路的习，使学生掌握电路与磁路的基本理论基本理论、分析计算、分析计算的的基本方法基本方法和进行实验的和进行实验的基本技能基本技能，并为后续课程，并为后续课程学习准备必要的电路与磁路知识。学习准备必要的电路与磁路知识。2、电路与磁路电路与磁路课程的任务课程的任务3、课时与选用教材：、课时与选用教材：本课程理论讲授本课程理论讲授80学时，在专科第学时，在专科第2学期学期开设。开设。选用由蔡元宇主编的选用由蔡元宇主编的高教出版社出版的教育高教出版社出版的教育部规划教材。部规划教材。4、实验课独立设置：、实验课独立设置：在在电气实验技术电气实验技术课程中完成相应实验内容。课程中完成相应实验内容。5、学习方法：、学习方法：弄清概念弄清概念熟练习题熟练习题加强实践加强实践反复记忆反复记忆6、参、参考考书书：电路分析基础电路分析基础李华中主编李华中主编电电路路邱关源主编邱关源主编电路原理电路原理江泽佳主编江泽佳主编电路分析基础电路分析基础李翰逊主编李翰逊主编7、教学手段、教学手段讲授与课堂练习相结合讲授与课堂练习相结合板书与电子课件相结合板书与电子课件相结合作业与单元总结相结合作业与单元总结相结合提问与期中测验相结合提问与期中测验相结合第三章正弦电流电路第三章正弦电流电路第四章第四章耦合电感和谐波电路耦合电感和谐波电路第五章第五章三相电路三相电路第六章第六章二端口网络二端口网络第七章第七章非正弦周期电流电路非正弦周期电流电路第八章第八章非线性电阻电路非线性电阻电路第九章第九章磁路和铁心线圈电路磁路和铁心线圈电路8、电路与磁路电路与磁路课程讲授内容课程讲授内容第一章电路的基本概念和基本定律第一章电路的基本概念和基本定律第二章第二章电阻电路电阻电路第十章第十章线性电路过渡过程的时域分析线性电路过渡过程的时域分析第一章电路的基本概念和基本定律 电路电路是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的连接起来的电流通路电流通路。1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型内容提要内容提要1.电路和电路的主要物理量及其参考方向；2.独立电源、受控源和电阻元件；3.欧姆定律、基尔霍夫定律。一一.电路电路第一章电路的基本概念和基本定律电路的组成电路的组成 电源电源:提供电能或提供电能或发出电信号的设备发出电信号的设备负载负载:消耗消耗电能或电能或接收电信号的装置接收电信号的装置中间环节中间环节：电源和电源和负载中间的连接部分负载中间的连接部分用符号表示电路中用符号表示电路中的实物的实物电路模型电路模型第一章电路的基本概念和基本定律电路的作用电路的作用 实现电能的产生、传输、分配与转换（实现电能的产生、传输、分配与转换（实现电能的产生、传输、分配与转换（实现电能的产生、传输、分配与转换（强电强电强电强电）降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线实现信号的传递与处理（实现信号的传递与处理（实现信号的传递与处理（实现信号的传递与处理（弱电弱电弱电弱电）放大器放大器扬声器扬声器话筒话筒第一章电路的基本概念和基本定律二二.理想电路元件理想电路元件 组成电路的实际电气器件往往比较复杂，其电磁性能组成电路的实际电气器件往往比较复杂，其电磁性能的表现可能是多方面交织在一起的。的表现可能是多方面交织在一起的。为研究方便将实际器件加以为研究方便将实际器件加以理想化理想化，即只考虑起主，即只考虑起主要作用的某些电磁现象，而将其它现象忽略。要作用的某些电磁现象，而将其它现象忽略。电阻元件电阻元件：只表示消耗电能的元件。只表示消耗电能的元件。电感元件电感元件：反映电路周围存在着磁场而可以储存磁场反映电路周围存在着磁场而可以储存磁场能量的元件。能量的元件。电容元件电容元件：反映电路及其附近存在着电场而可以储存反映电路及其附近存在着电场而可以储存电场能量的元件。电场能量的元件。集总参数元件集总参数元件：每一种元件只表示每一种元件只表示一种基本电磁现象一种基本电磁现象。在任何时刻，从具有两个端钮的理想元件在任何时刻，从具有两个端钮的理想元件的某一端钮的某一端钮流入的电流恒等于流入的电流恒等于从从另一端钮另一端钮流出的电流流出的电流，电流可以是时间函数，但不，电流可以是时间函数，但不是空间尺度函数。并且元件两个端钮间的是空间尺度函数。并且元件两个端钮间的电压值电压值也是也是完全确定完全确定的。的。第一章电路的基本概念和基本定律 由由理想化理想化的的集总元件及其组合集总元件及其组合来描述实际电路，构成来描述实际电路，构成电路的模型，简称电路的模型，简称电路电路。三三.电路模型电路模型 四四.有关电路的一些名词有关电路的一些名词 串联和并联串联和并联：一些二端元件一些二端元件成串相连成串相连、中间没有分支、中间没有分支时称为时称为串联串联；一些二端元件的；一些二端元件的两个端钮分别连在一起两个端钮分别连在一起时称时称为为并联并联。支路和结点：支路和结点：一个或几个二端元件串联成的一个或几个二端元件串联成的分支分支作为一条作为一条支路支路。三条或三条以上支路的三条或三条以上支路的连接点连接点称为称为结点结点。如上图。如上图有有3条支路，两个结点（条支路，两个结点（a，b）。）。回路和网孔回路和网孔：由一条或几条支路组成的由一条或几条支路组成的闭合路径闭合路径称称为为回路回路。平面电路图中，在回路内部平面电路图中，在回路内部不另含有不另含有支路的回路支路的回路称为称为网孔网孔。如上图有。如上图有3个回路，个回路，2个网孔。个网孔。123第一章电路的基本概念和基本定律1.2 1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量一一.电流及其参考方向电流及其参考方向电流电流：带电粒子的有秩序运动形成电流。带电粒子的有秩序运动形成电流。交流（交流（ACAC）：）：直流（直流（DCDC）：）：方向：规定方向：规定正电荷正电荷运动的方向为电流的方向（运动的方向为电流的方向（实际方向实际方向）。）。电流的电流的SISI单位：单位：安（培），安（培），符号：符号：A A。第一章电路的基本概念和基本定律 含义含义：如果：如果1 1秒内通过导体横截面的电量是秒内通过导体横截面的电量是1 1库仑（库仑（C C），），则该导体中的电流为则该导体中的电流为1 1安（安（A A）。）。常用单位常用单位：毫安（：毫安（mAmA），），微安（微安（AA）。）。换算关系换算关系：电流的参考方向电流的参考方向：任意规定任意规定某一方向作为电流数值为某一方向作为电流数值为正的方向正的方向。参考方向表示符号参考方向表示符号：箭头，如图箭头，如图(a)。双下标，如图（双下标，如图（c）。第一章电路的基本概念和基本定律 参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系：选定参考方向后，计：选定参考方向后，计算结果若电流为算结果若电流为正正，则电流实际方向与参考，则电流实际方向与参考方向一致方向一致；若；若电流为电流为负负，则电流实际方向与参考，则电流实际方向与参考方向相反方向相反。二二.电压、电位、电动势及其参考方向电压、电位、电动势及其参考方向电压电压：电路中电路中a a、b b两点间的电压为单位正电荷在两点间的电压为单位正电荷在电场力电场力的作用下由的作用下由a a点转移到点转移到b b点时点时减少的电势能减少的电势能，即，即。方向方向：电压的方向是：电压的方向是电位降低电位降低的方向。的方向。电压的电压的SISI单位单位：伏（特），伏（特），符号：符号：V V。常用单位常用单位：千伏（：千伏（kVkV），），毫伏（毫伏（mVmV）。）。换算关系换算关系：第一章电路的基本概念和基本定律电位电位：若任取若任取一点一点o o作为参考点，则由某点作为参考点，则由某点a a到参考点到参考点o o的电压的电压 称为称为a a点的电位，用点的电位，用 表示表示。电压与电位的关系电压与电位的关系：a a、b b两点间的电压等于这两点电位两点间的电压等于这两点电位 之差，即之差，即 电位的电位的SISI单位：单位：伏（特），伏（特），符号：符号：V V。第一章电路的基本概念和基本定律 当电压和电动势的量值与方向都不随时间而变化时，当电压和电动势的量值与方向都不随时间而变化时，称为称为直流电压直流电压和和直流电动势直流电动势，分别用符号，分别用符号和和表示。表示。方向及表示形式方向及表示形式：电位升高电位升高的方向。常用正（的方向。常用正（+）极性表示电源的高电位，用负（极性表示电源的高电位，用负（-）极性表示其低电位。）极性表示其低电位。电动势的电动势的SISI单位：单位：伏（特），伏（特），符号：符号：V V。电动势电动势：单位正电荷在单位正电荷在电源力电源力的作用下转移时的作用下转移时增加的电增加的电能能，用符号，用符号 表示，即表示，即 电压参考方向及表示形式电压参考方向及表示形式：用正（用正（+），负（），负（-）极性表示；极性表示；箭头表示；箭头表示；双下标表示双下标表示。第一章电路的基本概念和基本定律 注意：注意：参考方向是假想正方向，参考方向一经规定，在参考方向是假想正方向，参考方向一经规定，在整个分析计算过程中就必须以此为准，不能变动。整个分析计算过程中就必须以此为准，不能变动。不标参考方向不标参考方向的电流或电压是的电流或电压是没有意义没有意义的。的。参考方向可以任意规定参考方向可以任意规定而不影响计算而不影响计算实际结果实际结果。电流和电压参考方向可以分别独立地规定。电流和电压参考方向可以分别独立地规定。当元件的电流与电压参考方向一致时，称为当元件的电流与电压参考方向一致时，称为关联关联参考方向参考方向，反之，则为，反之，则为非关联参考方向非关联参考方向。第一章电路的基本概念和基本定律三三.电功率和电能电功率和电能电功率（功率）电功率（功率）：电能转换的速率，即电能转换的速率，即 功率的功率的SISI单位：单位：瓦（特），瓦（特），符号：符号：W W。含义含义：元件端电压为：元件端电压为1V1V，通过电流为通过电流为1A1A时，则该元件时，则该元件吸收吸收功率为功率为1W1W。常用单位常用单位：兆瓦（：兆瓦（MWMW），），千瓦（千瓦（kWkW），），毫瓦（毫瓦（mWmW）。）。换算关系换算关系：因为：直流时直流时元件吸元件吸收功率收功率（电压与电流关联方向时）（电压与电流非关联方向时）第一章电路的基本概念和基本定律电能电能 从从 到到 时间内，电路吸收的电能（量）为时间内，电路吸收的电能（量）为直流时直流时 电能的电能的SISI单位：单位：焦（耳），焦（耳），符号：符号：J J。含义含义：1 1焦等于功率为焦等于功率为1W1W的用电设备，在的用电设备，在1s1s内消耗的电内消耗的电能。实用上还采用能。实用上还采用千瓦小时千瓦小时（1kWh=11kWh=1度）度）作为电能的单位。作为电能的单位。第一章电路的基本概念和基本定律例例：图为直流电路，：图为直流电路，求各元件吸收或提供的功率求各元件吸收或提供的功率 并计算整个电路的并计算整个电路的功率。功率。解解：元件：元件1 1电压、电流为关联参电压、电流为关联参考方向，故考方向，故元件元件2 2、3 3电压、电流为非关联参电压、电流为非关联参考方向，故考方向，故整个电路的功率为整个电路的功率为（吸收吸收）（吸收吸收）（发出发出）（吸收吸收）第一章电路的基本概念和基本定律1.3 1.3 基尔基尔霍夫定律霍夫定律一一.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchhoff(Kirchhoffs current law/KCL)s current law/KCL)i=0内容内容：在集总参数电路中，任何时刻流入或流出任一：在集总参数电路中，任何时刻流入或流出任一结点（结点（广义结点广义结点）的所有支路电流的代数和等于零，即的所有支路电流的代数和等于零，即(a)由由KCLKCL得图（得图（a a）电流关系为电流关系为 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处反映了电路中任一结点处各各支路电流间相互制约支路电流间相互制约的关系。的关系。第一章电路的基本概念和基本定律 KCLKCL的推广的推广 电流定律可以推广应用于电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭包围部分电路的任一假设的闭合面。即合面。即任何时刻，任何时刻，对于一个对于一个封闭面封闭面流入或流出的电流代数流入或流出的电流代数和等于零。和等于零。由由KCLKCL的推广的推广得图（得图（b b）电流关系为电流关系为二二.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(Kirchhoff(Kirchhoffs voltage law/KVL)s voltage law/KVL)内容内容：在集总参数电路中，任何时刻沿任一回路所有在集总参数电路中，任何时刻沿任一回路所有支路电压的代数和等于零，即支路电压的代数和等于零，即 u=0(b)ABCIAIBIC广义结点广义结点第一章电路的基本概念和基本定律 根据根据KVLKVL，并沿顺时并沿顺时针方向，可以列出右针方向，可以列出右图的图的电压方程为电压方程为线性电阻线性电阻欧姆定律表达式为：欧姆定律表达式为：U=-RIU=RIU与与I 关联参考方向时关联参考方向时U与与I 非关联参考方向时非关联参考方向时前式为：一般式为 结论结论：若将电阻压降和电源压降若将电阻压降和电源压降写在等式一边写在等式一边:绕行方向与绕行方向与电流方向一致时，电流方向一致时，电阻压降电阻压降项前取项前取“+”号，相反时取号，相反时取“-”号；经号；经过过电压源电压源时时绕行方向绕行方向从从“+”到到“-”时，该项前取时，该项前取“+”号，否则号，否则取取“-”号。号。若将电阻压降和电源压降若将电阻压降和电源压降分别写在等式两分别写在等式两边边:则在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循环一周，在这则在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循环一周，在这个方向上个方向上电源的电位升之和电源的电位升之和等于等于电阻的电压降之和电阻的电压降之和。（电源电源电位升电位升取取“+”号，反之时取号，反之时取“-”号；号；电阻的电压降电阻的电压降符号选取同前）符号选取同前）第一章电路的基本概念和基本定律 KVLKVL的推广的推广 电压定律可以推广运用于电路中电压定律可以推广运用于电路中的的假想回路假想回路。例图中。例图中开口电压开口电压可按回可按回路处理，故列方程为路处理，故列方程为 注意：注意：列方程前标注回路绕行方向；列方程前标注回路绕行方向；应用应用 U U=0=0 列方程时，如果规定电压降取正号，列方程时，如果规定电压降取正号，则电位升就取负号。则电位升就取负号。第一章电路的基本概念和基本定律1.4 1.4 电阻元件电阻元件一一.电压电流关系电压电流关系(voltage-current relationship/VCR)(voltage-current relationship/VCR)在在 u-i 坐标平面上表示元件电压电流关系（坐标平面上表示元件电压电流关系（VCRVCR）的曲的曲线称为线称为伏安特性伏安特性曲线。曲线。线性电阻线性电阻：伏安特性：伏安特性曲线是通过原点的直线曲线是通过原点的直线的电阻。其表达式为的电阻。其表达式为关联参考方向关联参考方向i+-U第一章电路的基本概念和基本定律 欧姆定律欧姆定律：它是反映电路中电能损耗的电路参数，：它是反映电路中电能损耗的电路参数，其定义为其定义为(u与与 i 关联参考方向时关联参考方向时)(u与与 i 非关联参考方向时非关联参考方向时)令 则有 (u与与 i 关联参考方向时关联参考方向时)G G 称为电阻元件的电导。其称为电阻元件的电导。其SISI单位是单位是西门子（西门子（S S）。）。电阻电阻 的的SISI单位是欧（姆）单位是欧（姆），符号符号 。开路和短路开路和短路 开路开路：若线性电阻为无限大，则当电压是有限值时，若线性电阻为无限大，则当电压是有限值时，其电流总是零，这时称它为开路。其电流总是零，这时称它为开路。第一章电路的基本概念和基本定律 短路短路：若线性电阻为若线性电阻为 零，则当电流是有限值时，其零，则当电流是有限值时，其电压总是零，这时称它为短路。电压总是零，这时称它为短路。线性电阻元件吸收（消耗）的功率线性电阻元件吸收（消耗）的功率 在电压和电流的在电压和电流的关联方向关联方向下，任何时刻线性电阻元下，任何时刻线性电阻元件件吸收的电功率吸收的电功率为为 如电阻元件把吸收的电能转换成热能，即从如电阻元件把吸收的电能转换成热能，即从 到到 时间内，电阻元件吸收（消耗）的电能为时间内，电阻元件吸收（消耗）的电能为（焦耳定律）第一章电路的基本概念和基本定律1.5 1.5 电压源电压源一一.理想电压源理想电压源 电压源的两个基本性质电压源的两个基本性质 它的电压是它的电压是给定值或给定值或给定的时间函数，与流过的给定的时间函数，与流过的电流无关；电流无关；它的电流是与相连的外电路共同决定的。它的电流是与相连的外电路共同决定的。电压源的伏安特性（直流电压源）电压源的伏安特性（直流电压源）电压源的符号电压源的符号第一章电路的基本概念和基本定律二二.由理想电压源构成的实际直流电压源模型由理想电压源构成的实际直流电压源模型 实际电压源模型及其伏安关系实际电压源模型及其伏安关系*电源内阻电源内阻 越小，就越接近于理想越小，就越接近于理想电压电压源源。第一章电路的基本概念和基本定律 三种工作状三种工作状态态 、端开路，端开路，称为开路电称为开路电压压；、端短路，端短路，称为短路称为短路电流电流；、端接负端接负载载 ，或或 。1.6 1.6 电流源电流源一一.理想电流源理想电流源 电流源的两个基本性质电流源的两个基本性质 它的电流是它的电流是给定值或给定值或给定的时间函数，与电压无关；给定的时间函数，与电压无关；它的电压是与相连的外电路共同决定的。它的电压是与相连的外电路共同决定的。电流源的符号电流源的符号第一章电路的基本概念和基本定律 电流源的伏安特性（直流电流源）电流源的伏安特性（直流电流源）二二.由理想电流源构成的实际直流电流源模型由理想电流源构成的实际直流电流源模型 实际电流源模型及其伏安关系实际电流源模型及其伏安关系第一章电路的基本概念和基本定律*电源内阻电源内阻 越小，就越接近于理想越小，就越接近于理想电电流流源源。三种工作状三种工作状态态 、端开路，端开路，；、端短路，端短路，；、端接负端接负载载 ，或或 。1.7 1.7 单回路电路分析单回路电路分析 单回路电路一般用单回路电路一般用KVLKVL和欧姆定律就可以求解。有些和欧姆定律就可以求解。有些电路表面看来并不是单回路电路，但可以分解成几个单电路表面看来并不是单回路电路，但可以分解成几个单回路电路，再结合回路电路，再结合KCLKCL求解。求解。第一章电路的基本概念和基本定律解解：对单回路电路，取顺时针绕行：对单回路电路，取顺时针绕行方向，列方向，列KVLKVL方程为方程为 例例：图为直流电路，已知：图为直流电路，已知：。求 。解得解得