电路的基本概念与定理.ppt
下一页 总目录 章目录 返回 上一页 第1章 电路的基本概念与基本定律(1学时）1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算下一页 总目录 章目录 返回 上一页本章要求本章要求:1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2.2.理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3.3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，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；4.4.会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。第1章 电路的基本概念与基本定律下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.1 电路的作用与组成部分(1)(1)实现电能的传输、分配与转实现电能的传输、分配与转换换(2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大器扬声器 话筒1.1.电路的作用电路的作用 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。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线下一页 总目录 章目录 返回 上一页2.2.电路的电路的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升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线下一页 总目录 章目录 返回 上一页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2.2.电路的电路的组成部分组成部分放大器扬声器 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；由激励所产生的电压和电流称为响应。下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.2 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,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。例：手电筒例：手电筒R+RoES+UI电池导线灯泡开关 手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。下一页 总目录 章目录 返回 上一页手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池导线灯泡开关 电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电今后分析的都是指电路模型，简称电路。在路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号件都用规定的图形符号表示。表示。下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.3 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1.1.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实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位 单 位kA、A、mA、A低电位 高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V下一页 总目录 章目录 返回 上一页(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：Uab 双下标电压：(1)(1)参考方向参考方向IE+_ 在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab 双下标2.2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向aRb箭 标a bRI正负极性+abU U+_下一页 总目录 章目录 返回 上一页实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(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：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若 I=5A，则电流从 a 流向 b；例：若 I=5A，则电流从 b 流向 a。a bRIa bRU+若 U=5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；若 U=5V，则电压的实际方向从 b 指向 a。下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时，UU、I 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：式前的正负号由U、I 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 方向之间的关系。通常取 U、I 参考方向相同。U=I R U U=IRIR下一页 总目录 章目录 返回 上一页解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A下一页 总目录 章目录 返回 上一页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。下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.5 电源有载工作、开路与短路 开关闭合,接通电源与负载负载端电压U=IR 特征:1.5.1 电源有载工作IR0R EU I 电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，I U。或 U=E IR0电源的外特性EUI0 当当 R R00R R 时，则时，则U U E E，表明，表明当负载变化时，电源的端电压变当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。化不大，即带负载能力强。下一页 总目录 章目录 返回 上一页 开关闭合,接通电源与负载。负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:电源有载工作 电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，I U。或 U=E IRoUI=EI IRoP=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。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0R EU I下一页 总目录 章目录 返回 上一页电源与负载的判别电源与负载的判别U、I 参考方向不同，P=UI 0，电源；P=UI 0，负载。U、I 参考方向相同，P=UI 0，负载；P=UI 0，电源。1.1.根据根据 UU、I I 的的实际方向判别实际方向判别2.2.根据根据 UU、I I 的的参考方向判别参考方向判别电源：U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。下一页 总目录 章目录 返回 上一页电气设备的额定值电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定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)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.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V，PN=60W电阻：RN=100，PN=1 W 下一页 总目录 章目录 返回 上一页特征:开关 断开 电源开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压 U 视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+U有源电路IRoR EU0 下一页 总目录 章目录 返回 上一页电源外部端子被短接 电源短路 特征: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=IR0P=01.短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流 I 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有源电路IR0R EU0 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 1.6 基尔霍夫定律支路：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。结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：回路：由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3baE2R2R3R1E1123下一页 总目录 章目录 返回 上一页例例11：支路：支路：abab、bcbc、caca、（共（共66条）条）回路：回路：abdaabda、abcaabca、adbca adbca（共（共7 7 个）个）结点结点：aa、b b、cc、dd(共共44个）个）网孔：网孔：abdabd、abc abc、bcdbcd（共（共3 3 个）个）aaddbbccEE+GGRR33RR44RR11RR22II22II44IIGGII11II3 3II下一页 总目录 章目录 返回 上一页 基尔霍夫电流定律(KCL定律)11定律定律 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的电流。实质:电流连续性的体现。电流连续性的体现。或:=0I1I2I3baE2R2 R3R1E1对结点 a：I1+I2=I3或 I1+I2I3=0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。下一页 总目录 章目录 返回 上一页 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一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。假设的闭合面。22推广推广I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51 156V12V下一页 总目录 章目录 返回 上一页 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。基尔霍夫电压定律（KVL定律)11定律定律即：U=0 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。对回路1：对回路2：E1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或 I1 R1+I3 R3 E1=0 或 I2 R2+I3 R3 E2=0 I1I2I3baE2R2 R3R1E112 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）反映了电路中任一反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。下一页 总目录 章目录 返回 上一页1列方程前标注回路循行方向；电位升=电位降 E2=UBE+I2R2 U=0 I2R2 E2+UBE=02应用 U=0列方程时列方程时，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。3.开口电压可按回路处理 注意：1对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_下一页 总目录 章目录 返回 上一页例：例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 I6 R6=0I4 R4+I3 R3 E=0对回路 adbca，沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0应用 U=0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+E=0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I下一页 总目录 章目录 返回 上一页1.7 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，记为记为“VVXX”。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。1.1.电位的概念电位的概念 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；(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)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。下一页 总目录 章目录 返回 上一页2.举例 求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。解：设 a为参考点，即Va=0VVVbb=U=Ubaba=106=106=60V60VVVcc=U=Ucaca=420=80 V=420=80 VVVdd=UUdada=65=30 V=65=30 V设 b为参考点，即Vb=0VVVaa=UUabab=106=60 V=106=60 VVVcc=UUcbcb=EE1 1=140 V=140 VVVdd=UUdbdb=EE2 2=90 V=90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUUabab=106=60 V106=60 VUUcbcb=EE11=140 V=140 VUUdbdb=EE22=90 V=90 VUUabab=106=60 V106=60 VUUcbcb=EE11=140 V=140 VUUdbdb=EE22=90 V=90 V下一页 总目录 章目录 返回 上一页 结论：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)(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 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bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd下一页 总目录 章目录 返回 上一页例例1:1:图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,电路 如图（b）电流 I2=0，电位 VA=0V。电流 I1=I2=0，电位 VA=6V。电流在闭合路径中流通2K A+I12k I26V(b)2k+6VA2k SI2I1(a)下一页 总目录 章目录 返回 上一页例例22：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？零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。画电路图表示出来。(2)(2)当电位器当电位器RRPP的滑动触点向的滑动触点向下滑动时，下滑动时，AA、BB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？A+12V12VBRPR1R212V12V BARPR2R1I解：（解：（11）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+12V电源的电源的“”“”端与端与12V12V电源的电源的“+”“+”端的端的联接处。联接处。当电位器当电位器RRPP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 I 减小，所以减小，所以AA电位增高、电位增高、BB点电位降低。点电位降低。（22）V VAA=IIRR11+12+12 V VBB=IIRR22 12 12
