第一章电路的基本概念和基本定律精选文档.ppt

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1、第一章第一章 电路的基本概电路的基本概念和基本定律念和基本定律本讲稿第一页，共六十九页第一节第一节 电路和电路模型电路和电路模型电电 路路电路模型电路模型返回返回本讲稿第二页，共六十九页什么是电路呢？例如电子诱饵什么是电路呢？例如电子诱饵 R水水AB3V返回返回本讲稿第三页，共六十九页一、电一、电 路路电电路路是是由由某某些些电电气气元元件件按按一一定定方方式式连连接接起起来来的的总总体体，它它提提供供了了电电流流流流通通的的路路径径。电路主要由电路主要由电源电源、负载负载和和中间环中间环节节三部分组成。三部分组成。1.定义定义:2.组成组成:返回返回本讲稿第四页，共六十九页例如：手电筒电路例

2、如：手电筒电路电电源源中间环节中间环节负载负载电源：电源：其它形式的能量其它形式的能量 （信号信号）电电能能 （电信号电信号）负载：负载：电能电能（电信号电信号）其它形式的其它形式的能量能量（信号信号）*一般不希望中间环节产生能量或一般不希望中间环节产生能量或 信号的转换信号的转换返回返回本讲稿第五页，共六十九页 3.作用作用：（1）实现能量的传输实现能量的传输、分配和转换。分配和转换。（2）实现信号的传递与处理。实现信号的传递与处理。（3）信息的存储。信息的存储。二、电路模型二、电路模型1.定义：定义：电路模型就是将实际电路中的各种电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些

3、元件按其主要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的电路理想电路元件来表示所构成的电路图。图。返回返回本讲稿第六页，共六十九页2.常见的理想电路元件常见的理想电路元件电阻电阻电容电容电压源电压源返回返回电感电感电流源电流源本讲稿第七页，共六十九页3.手电筒的电路模型手电筒的电路模型R0RUS电电源源中间环节中间环节负载负载 电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。位置。返回返回S本讲稿第八页，共六十九页第二节第二节 电路的基本物理量电路的基本物理量及

4、其参考方向及其参考方向电流及其参考方向电流及其参考方向电压及其参考方向电压及其参考方向关联参考方向关联参考方向电能和电功率电能和电功率返回返回本讲稿第九页，共六十九页一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向1.定义：定义：在电场的作用下，电荷有规则的定向移在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，我们把单位时间内通过导动形成电流，我们把单位时间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。体横截面积的电荷量定义为电流强度。i=dq/dt大小和方向都随时间改变的叫交流大小和方向都随时间改变的叫交流 用用i 表示，表示，大小和方向都不随时间改变的叫直流大小和方向都不随时间改变的叫直流 用用I 表示

5、。表示。返回返回本讲稿第十页，共六十九页2.单位：单位：1安培（安培（A）=1000毫安毫安(mA)1毫安毫安(mA)=1000微安微安(A)3.实际方向：实际方向：规定正电荷运动的方向。规定正电荷运动的方向。4.参考方向参考方向：在分析和计算电路时往往任意选在分析和计算电路时往往任意选 定某一方向作为电流的正方向定某一方向作为电流的正方向，也称参考方也称参考方 向。向。5.电流参考方向的表示方法电流参考方向的表示方法:abIabIab返回返回本讲稿第十一页，共六十九页二、电压及其参考方向二、电压及其参考方向1.定义定义：电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a点移到点移到b点所点所作的功定

6、义为作的功定义为a、b两点间的电压。两点间的电压。u=dw/dq交流电压用交流电压用u表示表示,直流电压用直流电压用U表示。表示。*参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系 在规定的参考方向下，若计算结果：在规定的参考方向下，若计算结果：I 0 参考方向与实际方向一致，参考方向与实际方向一致，I 0 参考方向与实际方向一致，参考方向与实际方向一致，U 0，说明元件在吸收功率，一定是，说明元件在吸收功率，一定是负负载；载；求出的求出的P 0则则 P 0 吸收能量吸收能量电能电能 磁场能磁场能0则则 P 0则则P0 0 吸收功率吸收功率 电容充电电容充电0则则P0 0 发出功率发出功率 电

7、容放电电容放电返回返回 常用电容常用电容本讲稿第三十四页，共六十九页WC=t0P dt=C uC212能量不能突变，能量不能突变，电容两端的电压不能突变。电容两端的电压不能突变。电容是一种储能元件，不消耗电能。电容是一种储能元件，不消耗电能。*WC与与U 成正比，与成正比，与i无关，无关，当当i=0时，时，WC 仍可能存在。仍可能存在。2 电路中能量转换过程电路中能量转换过程 电阻电阻 耗能元件耗能元件 电电 电感电感 源源 储能元件储能元件 电容电容返回返回本讲稿第三十五页，共六十九页例例1、一电容器、一电容器C=0.2F，从，从t=0开始通入开始通入5A恒定电恒定电流，求流，求t=10s时

8、，电容器电压及其储能是多少时，电容器电压及其储能是多少?设电容设电容器电压器电压uC(0)=0。解解:uC(t)uC(0)+1Ct0i d当当t=10s时，时，uC(10)250VWC12CuC(10)=2120.22502J6250J=0+10.2t05d=50.2t0=25t返回返回本讲稿第三十六页，共六十九页第四节第四节 电电 源源 电压源电压源 电流源电流源 受控源受控源返回返回本讲稿第三十七页，共六十九页一、一、电压源电压源 1.理想电压源理想电压源(恒压源恒压源)USIU特点特点:(1)输出电压恒定输出电压恒定U=US；(2)输出电流取决于外输出电流取决于外 电路；电路；(3)内阻

9、内阻 R0=0。伏安特性：伏安特性：USUI返回返回O本讲稿第三十八页，共六十九页2.实际电压源实际电压源USUR0U=US I R0IUII R0伏安特性伏安特性:USIU当当R0 R时，时，R00,U=US返回返回O本讲稿第三十九页，共六十九页二、电流源二、电流源1.理想电流源理想电流源(恒流源恒流源)IISUU伏安特性伏安特性:IIS特点特点:(1)输出电流恒定输出电流恒定I=IS，与端电压无关；与端电压无关；(2)输出端电压取决于外输出端电压取决于外 电路；电路；(3)内阻内阻 R0=。返回返回O本讲稿第四十页，共六十九页2.实际电流源实际电流源ISIUR0I=IS UR0UIU伏安特

10、性伏安特性IISU/R0返回返回O本讲稿第四十一页，共六十九页例例1、电路如图，求理想电压源和理想电流源、电路如图，求理想电压源和理想电流源的功率。的功率。解解:该电路为串联电路该电路为串联电路各元件的电流均为各元件的电流均为IS。PUS=US IS=1WPR=IS2 R=1WPIS=(PUS+PR)=2W此时电压源吸收功率此时电压源吸收功率(负载负载)功率平衡：功率平衡：P吸吸=P发发US1VR1IS1AU返回返回本讲稿第四十二页，共六十九页 在电路中起电源作用，但其大小和方向受在电路中起电源作用，但其大小和方向受电路中其它支路的电流或电压控制，这种电源电路中其它支路的电流或电压控制，这种电

11、源称为受控源。称为受控源。VCVSCCVSVCCSCCCSuri1i1gu1常见的受控电流源和电压源，如下图。常见的受控电流源和电压源，如下图。三、三、受控源受控源返回返回本讲稿第四十三页，共六十九页电流控制的电流源电流控制的电流源iiriiiioro电压控制的电压源电压控制的电压源rirouiuoui返回返回本讲稿第四十四页，共六十九页第五节第五节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL)基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVL)返回返回本讲稿第四十五页，共六十九页l 几个概念几个概念支路支路:电路中的每一分支叫做支路。一个支路通电路中的每一分支叫做支路。一个支

12、路通 过同一个电流。过同一个电流。节点节点:由三条或三条以上的支路相连接的点叫由三条或三条以上的支路相连接的点叫 做节点。做节点。回路回路:电路中的任一闭合路径叫做回路。电路中的任一闭合路径叫做回路。A.图中有图中有6个节点个节点 +abdcef纯纯属属失失误误B.图中有图中有4个节点个节点C.图中有图中有6条支路条支路D.图中有图中有8条支路条支路E.图中有图中有3个回路个回路F.图中有图中有7个回路个回路你你犯犯了了严严重重错错误误不不好好意意思思又又错错了了 聪明的聪明的脑瓜脑瓜 OK！恭喜你恭喜你!一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律(KCL)返回返回本讲稿第四十六页，共六十九页

13、对于电路中的任对于电路中的任一节点，在任一瞬间一节点，在任一瞬间流入节点的电流之和流入节点的电流之和一定等于流出该节点一定等于流出该节点的电流之和。的电流之和。(第一第一定律定律)abI1I2I3E1E2R1R3R2如图：如图：I1 I2 I3 对电路中的任一节点，在任一瞬间，该节点对电路中的任一节点，在任一瞬间，该节点上电流代数和等于零。上电流代数和等于零。I 如图如图I1 I2 I3 规定规定流入节点的电流取正流入节点的电流取正,流出节点的电流取负。流出节点的电流取负。Ii Io返回返回本讲稿第四十七页，共六十九页推广：适用于封闭面推广：适用于封闭面AIBIAICBCIABIBCICAIA

14、 IB IC 0IBICIEIB IC IE满足晶体管电流分配关系满足晶体管电流分配关系返回返回本讲稿第四十八页，共六十九页 例例1、标出图中未知电流大小。、标出图中未知电流大小。2A8A3A346A1A5A返回返回本讲稿第四十九页，共六十九页二、基尔霍夫电压定律二、基尔霍夫电压定律(KVL)在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零，即电压降的代数和等于零，即 U与绕向一致的电压取正，反之取负。与绕向一致的电压取正，反之取负。返回返回本讲稿第五十页，共六十九页R1R2U1U2I1I2US1US2aU1US1US2U2=0I1 R1

15、US1US2I2 R20 在电路中任意回路在电路中任意回路绕行方向上电动势的绕行方向上电动势的代数和等于电阻上电代数和等于电阻上电压降的代数和压降的代数和 US IR规定规定 与绕行方向一致的与绕行方向一致的电压取正，反之取负。电压取正，反之取负。US1 US2 I1 R1 I2 R2返回返回本讲稿第五十一页，共六十九页推广推广:适用于开口电路适用于开口电路 U开开=U说明说明：上述两定律适用于任何变化的电压和电流。：上述两定律适用于任何变化的电压和电流。例例1、已知、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：求：S打开时，打开时，Uab=？S闭合时，闭合

16、时，I3=？1、S打开，打开，I3=0 UR3=0E1+Uab+E3E2=0 Uab=(714+16)V=9V2、S闭合，闭合，Uab=0E1+E3E2+I3R3=0I3=(E1E3+E2)R3 =99A=1AE1R1a bSE3E2R2R3I3解：解：返回返回本讲稿第五十二页，共六十九页例例2、求图中的、求图中的U2。I1U110VU2R2 2E2E1R1R3 544V2VI1=(104)/(R1+R2)=1AU2=E2+I1 R1+E1=6VI3=0（开路）（开路）I2=0I2I3U1=I1(R1+R2)+E1返回返回本讲稿第五十三页，共六十九页例例3、电路如图，试用基尔霍夫定律求、电路如

17、图，试用基尔霍夫定律求Ix和和Ux。解解:根据基尔霍夫定律根据基尔霍夫定律对节点对节点a:I1+1A4A=0I1=3A对节点对节点b:2AI1I2=0I2=1A根据基尔霍夫电压定律根据基尔霍夫电压定律,设绕行方向为顺时针，则设绕行方向为顺时针，则5I2Ux 10=0 Ux=15V4A10V2A1A3A5I1UxIxabcdI3对节点对节点c:I2+I33A=0 I3=4A对节点对节点d:1AI3Ix0 Ix5A返回返回本讲稿第五十四页，共六十九页第六节第六节 电路的工作状态及电电路的工作状态及电气设备的额定值气设备的额定值 有载工作状态有载工作状态 开路开路 短路短路返回返回本讲稿第五十五页，

18、共六十九页一、有载工作状态一、有载工作状态RR0UUSSI图中图中S闭合闭合I=US/(R0+R)U=I RU=US I R0PS=PR0+PR1.特特 征征返回返回本讲稿第五十六页，共六十九页 电气设备在额定状态下工作是最佳状态，电气设备在额定状态下工作是最佳状态，称为称为满载满载。在额定电压下，电气设备通过的。在额定电压下，电气设备通过的电流高于额定电流称为电流高于额定电流称为过载过载，低于额定电流，低于额定电流称为称为轻载轻载。2.电气设备的额定值电气设备的额定值 为了安全可靠地工作，各种电气设备承为了安全可靠地工作，各种电气设备承受的电压，允许通过的电流及消耗的功率都受的电压，允许通过

19、的电流及消耗的功率都有一个限额，这个限额称为电气设备的额定有一个限额，这个限额称为电气设备的额定值。值。UN IN PN返回返回本讲稿第五十七页，共六十九页R0UUS三、短三、短 路路II=USR0U=0P=0PS=PR0二、开路二、开路(S断开断开)I=0 U=0 P=0 U0=USRR0UUSSI返回返回本讲稿第五十八页，共六十九页例例1、有一直流电源，额定功率、有一直流电源，额定功率PN4.4kW，额，额电压电压UN220V，内阻，内阻RS0.25，负载电阻为，负载电阻为R，求求:(1)电源的额定电流电源的额定电流IN及电源电压及电源电压US；(2)额定工作状态下的负载电阻额定工作状态下

20、的负载电阻R；(3)负载发生短路时的电流负载发生短路时的电流IS。SIUSR0R+U返回返回本讲稿第五十九页，共六十九页解解:(1)电源的额定电流电源的额定电流:IN PNUN4.4103220A20A电源电压电源电压:USU+INRS220V+20A0.25 225V(2)额定工作状态下的负载电阻额定工作状态下的负载电阻:R=USRS22020=11(3)短路电流：短路电流：ISUSRS2250.25A900A返回返回本讲稿第六十页，共六十九页第七节第七节 电路中的电位及其计算电路中的电位及其计算 电电 位位 电源的习惯画法电源的习惯画法返回返回本讲稿第六十一页，共六十九页一、电一、电 位位

21、 电路中某点的电位等于该点到参考点之间的电路中某点的电位等于该点到参考点之间的电压，参考点就是零电位点。电压，参考点就是零电位点。Ve=0I=9/9A=1AVa=5VVb=5V2V=3VVc=5V6V=1VVd=4VUab=2V3e5V4Vabcd24返回返回本讲稿第六十二页，共六十九页e5V4Vabcd324若参考点选在若参考点选在d点，则：点，则：Va=9VVb=7VVc=3VVd=0VVe=4VUab=2V电路中某点的电位与参考点的选择有关，电路中某点的电位与参考点的选择有关，而任意两点之间的电压与参考点的选择无关。而任意两点之间的电压与参考点的选择无关。返回返回本讲稿第六十三页，共六十

22、九页e5V4Vabcd324二、电路中电源的习惯画法二、电路中电源的习惯画法 与参考点相联的一端不画，另外一端标出极性，写与参考点相联的一端不画，另外一端标出极性，写出电位值，如下图所示。出电位值，如下图所示。+5V4V9ad返回返回本讲稿第六十四页，共六十九页e5V4Vabcd3249V9a返回返回本讲稿第六十五页，共六十九页5k+12V5kS10kBA例例1、求、求S闭合和断开时闭合和断开时A B点的电位。点的电位。12VA10k5kB5kS S打开时打开时VA=VB=12VS闭合时闭合时VA=VB=(12/15)5V=4V解：解：返回返回本讲稿第六十六页，共六十九页例例2、求图中、求图中

23、S闭合和打开两种情况下闭合和打开两种情况下a点的电位。点的电位。a12V+12VS4k26k2k S打开打开:I=(12+12)/32mA=0.75mAVa=(I26+12)V=7.5V S闭合闭合:I=12/30mA=0.4mAVa=4kI=1.6V解：解：返回返回本讲稿第六十七页，共六十九页例例3、电路如图，已知、电路如图，已知:US1=8V，US2=16V，R1=2，R2=4，R3=6，求电路中，求电路中a、b和和c点的电位。点的电位。解解:US1和和R1支路中无电流支路中无电流;US2、R2和和R3组成闭合组成闭合回路，在图示的电流电压回路，在图示的电流电压参考方向下参考方向下bacR3R2R1US1US2I=US2R2+R3=164+6A=1.6A+返回返回本讲稿第六十八页，共六十九页C点为参考点，点为参考点，Vc=0VbUbcUS2IR216V1.64V9.6V或或VbUbcIR31.66V9.6V因为因为UabUS1+0R18V所以所以VaUab+Vb8V+9.6V17.6V返回返回本讲稿第六十九页，共六十九页