电路与电子技术第1章.ppt

1.1 电路1.2 电路的基本物理量1.5 电路的工作状态电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律1.6 电位第 1 章1.3 电路的基本元件1.4 基尔霍夫定律 第 1 章 直流电路引言 电路的基本概念和基本定律是电工技术和电子技术的基础。本章主要介绍电路的基本概念、基本物理量和基本定律，如电路模型、电压和电流的概念及其参考方向，定义电阻、电容、电感、独立电压源和独立电流源等理想电路元件并讨论其属性，欧姆定律、基尔霍夫定律及其在电路分析中的应用。1.1 电路模型1.1.1 电路1.1.2 电路模型一、电路的组成 电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。组成：电源、负载和中间环节。1.1.1 电路220V开关S镇流器L启辉器日光灯管R日光灯实际电路二、电路的作用 1.实现电能的传输、分配和转换。2.完成信号的处理和传递。1.1.1 电路模型实际电路的分析方法 用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。一、理想电路元件 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个线圈在有电流通过时R L 消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁场能量（电感性）忽略R 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。理想电路元件Li+u 将实际电路中的元件用理想电路元件表示，称为实际电路的电路模型电路模型。220V开关S镇流器L启辉器Q日光灯管R实际电路s R Lus+-电路模型二、电路模型1.2 电路的基本物理量1.2.1 电流1.2.2 电压1.2.3 电动势一、电流定义 带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。二、电流的单位A（安培）、mA(毫安）、A（微安）1.2.1 电流 三、电流的实际方向 正电荷运动的方向。(客观存在）Ria b电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示()在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、的大小，还要确定确定这些量在电路中的实际方向实际方向。在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。为了解决以上的问题，在分析电路之前，首先假首先假定一个电压或电流方向（参考方向）。定一个电压或电流方向（参考方向）。在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。四、电流的参考方向电流的实际方向：正电荷运动的方向(客观存在）电流的参考方向：任意假定任意假定实际方向（2A）参考方向（参考方向与实际方向相同）实际方向（2A）参考方向（参考方向与实际方向相反）实际方向与参考方向的关系：一、电位定义：电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做 的功。单位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）（电路中电位参考点：接地点，Vo=0）1.2.2 电压二、电压电场力把单位正电荷从一点移到另一点所做的功。2 单位：1 定义：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）也可用字母顺序表示()，Rua b也可用+，-号表示。4 电压的方向表示：可用箭头表示,+u-3 实际方向：由高电位端指向低电位端5 5 电压的参考方向电压的参考方向电压实际方向：由高电位端指向低电位端(客观存在）电压的参考方向：任意假定任意假定AB如果A、B的实际电位为：UU=4 VABUU=-4 V注意：1.i、u的参考方向可任意假定。但一经选定，分析过程中不应改变。2.电路中标出的方向一律指参考方向。3.同一元件的 u、i 同方向，称为关联参考方向。IRU+IRU+或IRU+IRU+或关联参考方向非关联参考方向功率是电场力在单位时间内所做的功。当电阻元件电流和电压的参考方向关联情况下，电阻吸收的电功率为：一、功率的计算IRU+关联参考方向电阻在t 时间内消耗的电能：1kWh（1千瓦小时称为1度）1.2.3 功率若 P 0，电路实际吸收功率，元件为负载；若 P 0，电路实际发出功率元件为电源。二、元件吸收或供出功率的判断 UI 当元件电流和电压的参考方向关联情况下，吸收的电功率为：（U和I的实际方向相反，则是电源）（U和I的实际方向相同，是负载）UI非关联关联 例1.1 试 判断(a)、(b)中元件是吸收功率还是发出功率。I=-1AU=2V+(a)U=-3V+(b)I=2A 解：(a)(b)是吸收功率。元件电流和电压的参考方向为关联是发出功率。元件电流和电压的参考方向为非关联1.3 电路的基本元件1.3.1 电阻元件1.3.2 电感元件1.3.3 电容元件膜式(碳膜、金属膜、金属氧化膜）电阻1.3.1 电阻元件线绕电阻器 结构：用金属电阻丝绕制在陶瓷或其它绝缘材料的骨架上，表面涂以保护漆或玻璃釉。优点：阻值精确(5 56k)、功率范围大、工作稳定可靠、噪声小、耐热性能好。(主要用于精密和大功率场合)。电阻元件的 u、i 关系可由 u i 平面的一条曲线确定。一、电阻的分类分类：线性电阻（过原点的直线）非线性电阻二、电阻的电压电流关系1.伏安特性曲线 电阻的伏安特性曲线0ui非线性电阻0ui线性电阻2.欧姆定律（线性电阻）关联参考方向：G 电导，单位：西门子（S）0ui线性电阻伏安特性R iu非关联参考方向：R iu三、电阻的功率关联方向：非关联方向：P 0 吸收P 0 释放R iuR iu 名称：RC、RCW型磁棒线圈特性：输出电流大价格低结构坚实用途：杂波消除、滤波、扼流，广泛用于各种电子电路及电子设备 1.3.2 电感元件 名称：TC、TBC环型线圈 特性：价格低电流大损耗小 用途：扼流线圈，广泛用于各类开关电源，控制电路及电子设备。名称：空心线圈 特性：体积小高频特性好滤波效果好 用途：BB机、电话机、手提电脑等超薄型电器一、线性电感（L为常数）iN+u N 匝数 磁通 磁链电感iL+u（安）A韦伯（Wb）亨利（H）二、电感元件的电压电流关系 u、i、e（电动势）的参考方向为关联参考方向iL+u e1.3.3 电容元件瓷介电容器涤纶电容器独石电容器 铝电解电容器纸介电容器空气可变电容器 金属化纸介电容器一、线性电容（C为常数）iC u二、电容元件的电压电流关系（关联参考方向）（电容元件的VCR）u(0)t=0 时电压u的值，若u(0)=01.4 基尔霍夫定律1.4.1 电路结构名词1.4.2 基尔霍夫电流定律（KCL）1.4.3 基尔霍夫电压定律（KVL）支路：电路中流过同一电流的几个元件互相连接起来的分支称为一条支路。结点：三条或三条以上支路的连接点叫做结点。回路：由支路组成的闭合路径称为回路。网孔：将电路画在平面图上，内部不含支路的回路称为网孔。本图中有?条支路本图中有3条支路本图中有?个结点 本图中有2个结点 本图中有?个回路 本图中有3个回路本图中有?个网孔 本图中有2个网孔1.4.1 支路、结点、回路Us1+-R1Us2+-R2Is 在任一时刻，流出任一结点的支路电流之和等于流入该结点的支路电流之和。若规定流入结点的电流为正，流出的电流为负，则:1.4.2 基尔霍夫电流定律（KCL）(Kirchhoffs Current Law)在任一时刻，流出一封闭面的电流之和等于流入该封闭面的电流之和。KCLKCL推广应用推广应用把以上三式相加得：封闭面 例1.4对节点列方程i1+i3-i4=0对节点 列方程i2+i4+is=0对节点列方程-i1-i2-i3-is=0对封闭面列方程i1+i2+i3+is=0Us1+-R1Us2+-R2isUs3+-R3R4i1i2i3i4选定回路的绕行方向，电压参考方向与回路绕行方向一致时为正，相反时为负。1.4.3 基尔霍夫电压定律（KVL）(Kirchhoffs Voltage Law)在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。-U3 U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3 可将该电路假想为一个回路列KVL方程：u=us+u1 电路中任意两点间的电压等于这两点间沿任意路径各段电压的代数和。KVLKVL推广应用推广应用+-u+-us+-ROu1根据 U=0UAB=UA UB UA UB UAB=0AB CUA+_UAB+_UB+_例1.5对回路列方程对回路列方程UCCRCRE+ICUCEIEIB对封闭面列方程Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3R4I1I2I31.5 电路的工作状态1.5.1 电路的基本状态1.5.2 电气设备的额定值1.5.1 电路的基本状态 开路时的特点：一、开路状态a b两点间开路二、短路状态 短路时的特点：IRUUs+-ROabIRUUs+-ROaba b两点间短路 电流过大，电源易烧毁！电流过大，电源易烧毁！三、电源有载工作状态 额定值：负载吸收功率：IRUUs+-ROab为电气设备在给定条件下正常运行而规定的允许值。额定电压：额定电流：额定功率：当电气设备实际电流等于额定电流时，称为满载工作状态满载工作状态。小于额定电流时，称为轻载工作状态轻载工作状态。大于额定电流时，称为过载工作状态过载工作状态。1.6 电位1.6.1 电路中的电位1.6.2 电子电路中的电位图电位：指该点到参考点的电压。用 表示。计算电路中某点电位步骤：计算电路中某点电位步骤：1.6.1 电路中的电位1.选好零电位点；2.确定绕行路径；3.计算回路中的电流，并确定各元件两端电压的正负；4.某点的电位即等于此路径上各段电压的代数和。由此可见，电路中某点电位与参考点选择有关，两点之间的电压与参考点选择无关。图1-20 电路的电位 如果参考点为e点，则各点电位为：如果参考点为d点，则各点电位为：在图1-20（a）电路中 在电子线路中往往不再画出电源，而在电源的非接地的一端注明其电位的数值，如图所示。1.6.2 电子线路中的电位图 电位值表示该电位值表示该端接电源正极，负端接电源正极，负极接极接“地地”。例例 试求图试求图1-221-22电路中，当开关电路中，当开关SS断开和闭合断开和闭合两种情况下两种情况下cc点的电位点的电位。解：（解：（11）当开关）当开关SS断开时，断开时，三个电阻串联。因此可得三个电阻串联。因此可得求得：求得：（22）当开关）当开关SS闭合时闭合时,学生求解。学生求解。图 图1-22 1-22 小小 结结第 1 章一、电路中的基本物理量电压、电流、功率、电位。二、电压、电流的参考方向 参考方向是为了进行电路分析而假定的方向，可以任意选定，当计算结果为正时，实际方向与参考方向一致；当计算结果为负时，实际方向与参考方向相反。三、基本电路元件（R、L、C）1.电阻元件iRu+关联参考方向(耗能元件)2.电感元件iL+u e(储能元件)3.电容元件(储能元件)iC u四、电路中的基本定律1.欧姆定律关联参考方向：非关联参考方向：2.基尔霍夫电流定律（KCL）（KVL）