第1章电路的基本概念和基本定理精.ppt
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1、第1章电路的基本概念和基本定理第1页,本讲稿共67页第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律内容提要:内容提要:电路与电路模型、电压、电流及其参考方向电路与电路模型、电压、电流及其参考方向电路与电路模型、电压、电流及其参考方向电路与电路模型、电压、电流及其参考方向和功率的计算、电路的基本定律、电路中的理想元件及电和功率的计算、电路的基本定律、电路中的理想元件及电和功率的计算、电路的基本定律、电路中的理想元件及电和功率的计算、电路的基本定律、电路中的理想元件及电路的基本状态、电气设备的额定值路的基本状态、电气设备的额定值路的基本状态、电气设备的额定值路的基本状态、电气设备的
2、额定值 1 1 1 1、理解和掌握电路的基本物理量及其应用。、理解和掌握电路的基本物理量及其应用。、理解和掌握电路的基本物理量及其应用。、理解和掌握电路的基本物理量及其应用。2 2 2 2、理解和掌握无源元件的伏安特性。、理解和掌握无源元件的伏安特性。、理解和掌握无源元件的伏安特性。、理解和掌握无源元件的伏安特性。3 3 3 3、理解和掌握电压源、电流源的外特性及实际有源、理解和掌握电压源、电流源的外特性及实际有源、理解和掌握电压源、电流源的外特性及实际有源、理解和掌握电压源、电流源的外特性及实际有源元件的两种电路模型。元件的两种电路模型。元件的两种电路模型。元件的两种电路模型。4 4 4 4
3、、理解和掌握电路的基本定律。、理解和掌握电路的基本定律。、理解和掌握电路的基本定律。、理解和掌握电路的基本定律。5 5 5 5、了解电气设备的额定值。、了解电气设备的额定值。、了解电气设备的额定值。、了解电气设备的额定值。基本要求:第2页,本讲稿共67页1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型一、电路的组成一、电路的组成 为了某种需要由电源、导线、开关和负载按一定为了某种需要由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路方式组合起来的电流的通路称为电路(electric electric circuitcircuit)组成电路的电源、导线、开关和负载(即器件和组成电路的电源
4、、导线、开关和负载(即器件和电气设备电气设备)称为电路元件称为电路元件(circuit elementcircuit element)1 1、进行能量的转换、传输和分配、进行能量的转换、传输和分配力能电路力能电路2 2、实现信号的传递、存储和处理、实现信号的传递、存储和处理信号电路信号电路 二、电路的功能及分类第3页,本讲稿共67页 电路分析的主要任务电路分析的主要任务在于解得电路物理量,其在于解得电路物理量,其在于解得电路物理量,其在于解得电路物理量,其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。中最基本的电路
5、物理量就是电流、电压和功率。三、电路模型三、电路模型(circuit modelcircuit model)为了便于电路分析,常将电路元件用具有某一性为了便于电路分析,常将电路元件用具有某一性能的理想电路元件或它们的组合表示能的理想电路元件或它们的组合表示-称为电路称为电路元件的模型。元件的模型。理想电路元件分类理想电路元件分类1.1.有源元件有源元件电压源和电流源电压源和电流源2.2.无源元件无源元件电阻、电感和电容电阻、电感和电容 理想电路元件的电路符号理想电路元件的电路符号第4页,本讲稿共67页 (a)(b)(c)(d)(e)其中(其中(a a)图为电压源,()图为电压源,(b b)图为
6、电流源,反映)图为电流源,反映了电路的能源形式和对电路的作用。(了电路的能源形式和对电路的作用。(c c)、()、(d)d)、(e e)图分别为电阻、电感和电容,通过它们将电)图分别为电阻、电感和电容,通过它们将电能转变成其它形式的能量。能转变成其它形式的能量。由电路元件模型组成的电路称为由电路元件模型组成的电路称为电路模型电路模型四、网络和系统四、网络和系统(netwoke systemnetwoke system)基本概念基本概念结点结点 (nodenode)三个或三个以上元件的公共连接点三个或三个以上元件的公共连接点支路支路 两个结点间由一个或几个元件串联构成的两个结点间由一个或几个元件
7、串联构成的第5页,本讲稿共67页的一段无分支电路,称为的一段无分支电路,称为支路支路(branch)。回路回路 由支路构成的闭合路经称为由支路构成的闭合路经称为回路回路(loop)。网孔网孔 内部不包含支路的简单回路称为内部不包含支路的简单回路称为网孔网孔(mesh)。显然网孔一定是回路,但回路不一定是网孔。显然网孔一定是回路,但回路不一定是网孔。2.网络网络 由支路和结点连接构成的电路结构称为网络由支路和结点连接构成的电路结构称为网络在电工技术中网络往往是指比较复杂的电路在电工技术中网络往往是指比较复杂的电路有源网络有源网络 含有源元件的网络含有源元件的网络无源网络无源网络 不含有源元件的网
8、络不含有源元件的网络端钮端钮 网络与外电路的连接端称为端钮(由此网络与外电路的连接端称为端钮(由此形成二端网络、三端网络、四端网络等)形成二端网络、三端网络、四端网络等)第6页,本讲稿共67页 【例例例例1.1.11.1.11.1.11.1.1 】如图所】如图所】如图所】如图所示电路有示电路有示电路有示电路有3 3 3 3条支路,条支路,条支路,条支路,2 2 2 2个节点,个节点,个节点,个节点,3 3 3 3个回路,个回路,个回路,个回路,2 2 2 2个网孔。该网络含两个网孔。该网络含两个网孔。该网络含两个网孔。该网络含两个电压源,因此是一个电压源,因此是一个电压源,因此是一个电压源,因
9、此是一有源网络有源网络有源网络有源网络端口端口端口端口(portportportport)如果一如果一如果一如果一个端钮流入的电流等于另个端钮流入的电流等于另个端钮流入的电流等于另个端钮流入的电流等于另一个端钮流出的电流一个端钮流出的电流一个端钮流出的电流一个端钮流出的电流,则则则则这两个端钮构成一个端口这两个端钮构成一个端口这两个端钮构成一个端口这两个端钮构成一个端口,由此可形成单口网络和由此可形成单口网络和由此可形成单口网络和由此可形成单口网络和双口网络如图所示双口网络如图所示双口网络如图所示双口网络如图所示ABINIABCDI2I1I1I2(a)(b)第7页,本讲稿共67页支路:支路:a
10、b、ad、.(共(共6条)条)回路:回路:abda、bcdb、.(共(共7 个)个)节点:节点:a、b、c、d (共共4个)个)I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-【例【例1.1.2】第8页,本讲稿共67页3.3.系统系统(systemsystem)为了完成某种特定功能由元件为了完成某种特定功能由元件按照一定方式连接组合而成的整体称为系统。在电按照一定方式连接组合而成的整体称为系统。在电工与电子技术中网络、系统与电路并无区别。工与电子技术中网络、系统与电路并无区别。如图是一个基本放大电如图是一个基本放大电路,其作用是放大较小的路,其作用是放大较小的电压信号,
11、它既是一个单电压信号,它既是一个单元电路,又可称其为一个元电路,又可称其为一个系统。由多个较小的系统系统。由多个较小的系统又可组成一较大的复杂系又可组成一较大的复杂系统(如收音机)统(如收音机)第9页,本讲稿共67页 1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度电流强度电流强度表示,简称电流。表示,简称电流。电流强度:单位时间内通过导体截面的电荷量。电流强度:单位时间内通过导体截面的电荷量。即即大写大写 I I表示直流电流,小写表示直流电流,小写 i i表示电流的一般符号表示电流的一般符号单
12、位单位 一、电流一、电流(currentcurrent)第10页,本讲稿共67页正电荷运动方向规定为电流的正电荷运动方向规定为电流的实际方向实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的电流的参考方向参考方向。如果求出的电流值为正,说明参考方向与实际如果求出的电流值为正,说明参考方向与实际方向一致,否则说明参考方向与实际方向相反。方向一致,否则说明参考方向与实际方向相反。第11页,本讲稿共67页二、电压、电位和电动势二、电压、电位和电动势二、电压、电位和电动势二、电压、电位和电动势电压电压(voltagevoltage)电路中电
13、路中a a、b b点两点间的电压定义为单点两点间的电压定义为单位正电荷由位正电荷由a a点移至点移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。即即电位电位(potentialpotential)电路中某点的电位定义为单位正电电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。荷由该点移至参考点电场力所做的功。电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点的电两点的电位差。位差。即即第12页,本讲稿共67页电压的实际方向电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似,与电流方向的处理方法类似,可任选一方
14、向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向最后求得的最后求得的u u 为正值,说明电压的实际方向与参为正值,说明电压的实际方向与参考方向一致,否则说明两者相反。考方向一致,否则说明两者相反。【例1.2.1】:当ua=3V ub=2V时u1=1Vu2=1V第13页,本讲稿共67页 对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可对一个元件,电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将以相互独立地任意确定,但为了方便起见,常常将其取为一致,称其取为一致,称关联方向关联方向;如不一致,称;如不一致,称非关联方非关联方向向。如果采用关联方向,在标示时标出一种即可。如如果采用关联
15、方向,在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向,则必须全部标示。果采用非关联方向,则必须全部标示。第14页,本讲稿共67页 电动势电动势 电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功,称为正极所做的功,称为电源的电动势电源的电动势。电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定电动势的实际方向与电压实际方向相反,规定为由负极指向正极。为由负极指向正极。第15页,本讲稿共67页 1.3 1.3 电路的功和功率电路的功和功率电功率电功率(powerpower)电
16、场力在单位时间内所做电场力在单位时间内所做的功称为电功率,简称功率,用的功称为电功率,简称功率,用p p表示表示 功(功(workwork)电路接通后,负载吸收的电能即为电场力电路接通后,负载吸收的电能即为电场力 移动电荷移动电荷p p所做的功,用所做的功,用W W表示。由电压定义可知表示。由电压定义可知u u、I I 恒定时有恒定时有 W=UItW=UIt功单位是焦耳(功单位是焦耳(J J)、度)、度 1J=1w 1J=1ws 1s 1度度=1kw=1kwh h 功率的单位是瓦特(功率的单位是瓦特(w w)、千瓦)、千瓦(kw)(kw)、毫瓦、毫瓦(mw)(mw)W=第16页,本讲稿共67页
17、aIRUb功率与电流、电压的关系:功率与电流、电压的关系:设设电路任意两点间的电压为电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I,则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:功率有无正负?如果U I方向不一致结果如何?第17页,本讲稿共67页 在 U、I 正方向选择一致的前提下,IRUab或IRUab“吸收功率吸收功率”(负载)(负载)“发出功率发出功率”(电源)(电源)若若 P=UI 0若若 P=UI 0IUab+-根据能量守衡关系P(吸收)=P(发出)第18页,本讲稿共67页 当当 计算的计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的实际的实际方向一
18、致,此部分电路消耗电功率,方向一致,此部分电路消耗电功率,为为负载负载。所以,从所以,从 P 的的+或或-可以区分器件的性质,可以区分器件的性质,或是电源,或是负载。或是电源,或是负载。结 论在进行功率计算时,在进行功率计算时,如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。当计算的当计算的 P 0,吸收,吸收10W功率。功率。(b)关联方向,)关联方向,P=UI=5(2)=10W,P0,吸收,吸收10W功率功率第20页,本讲稿共67页一一.基尔霍夫电流定律(基尔霍夫电流定律(KCL)I1I2I3I4基尔霍夫电流定律的基尔霍夫电流定律的依据依据:电流的连续性原理:电流的连续性原理 对任
19、何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于流出该节点的电流。或者说,在任一瞬间,一个节点上电流的代数和为 0。I=0即:例:例:或:1.4 1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律(kirchhoffkirchhoffs law)s law)第21页,本讲稿共67页电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I1+I2=I3I=0基尔霍夫电流定律的扩展应用基尔霍夫电流定律的扩展应用I=?I1I2I3例E2E3E1+_RR1R+_+_R第22页,本讲稿共67页二、基尔霍夫电压定律(KVL)对电路中的任一回路,沿任意循行方向转一周,其对电路中的任一回路,沿任意循行方向转一周,其
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- 电路 基本概念 基本 定理
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