第1章 电路的基本概念与定律优秀课件.ppt
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1、第1章 电路的基本概念与定律第1页,本讲稿共60页实际电路与电路模型实际电路与电路模型第一节第一节电路中常用的物理量电路中常用的物理量第二节第二节电阻、电容和电感元件电阻、电容和电感元件 第三节第三节电源电源 第四节第四节电路的工作状态电路的工作状态 第五节第五节第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律 第六节第六节电路中电位的计算电路中电位的计算 第七节第七节第2页,本讲稿共60页 电源(或信号源)、负载和中间环节组成。电源(或信号源)、负载和中间环节组成。其中,电源的作用是为电路提供电能或信号;其中,电源的作用是为电路提供电能或信号;中间环节用作电源和负
2、载的连接体,包括导线、中间环节用作电源和负载的连接体,包括导线、开关、控制电路等。开关、控制电路等。一、实际电路的组成和作用一、实际电路的组成和作用1.1 1.1 实际电路与电路模型实际电路与电路模型实现电能的传输和转换。实现电能的传输和转换。实现电能的传输和转换。实现电能的传输和转换。电路组成电路组成电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用实现信号的传递和处理。实现信号的传递和处理。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第3页,本讲稿共60页 最简单的照明电路示意图如下图所示,电池作电源,灯泡作负最简单的照明电路示意图如下图所示,电池作电源,灯泡作负载,导线和开关作为中间环节将
3、灯泡和电池连接起来,实现了将电载,导线和开关作为中间环节将灯泡和电池连接起来,实现了将电能转变为光能的功能。能转变为光能的功能。负载负载中间环节中间环节电源电源第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第4页,本讲稿共60页放大放大电路电路扬声器扬声器话筒话筒扩音机的工作原理方框图扩音机的工作原理方框图负载负载中间环节中间环节信号源信号源第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第5页,本讲稿共60页二、电路模型二、电路模型 电路模型就是由理想化的电路元件组成的电路图。电路模型就是由理想化的电路元件组成的电路图。理想电路元件包括:理想电阻元件理想电路元件包括:理想电阻元件
4、R 理想电感元件理想电感元件 L 理想电容元件理想电容元件 C 理想电压源理想电压源 E或或US 理想电流源理想电流源 IS R+ES第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第6页,本讲稿共60页U US SE ER R2 2R RL L+R R1 1US:汽车直流发电机的输出电压,:汽车直流发电机的输出电压,14V;R1:发电机的内阻;发电机的内阻;E:蓄电池的输出电压,:蓄电池的输出电压,12V;R2:蓄电池的内阻;蓄电池的内阻;RL:汽车上的等效负载电阻(包括各种车用电气设备的等效电阻)汽车上的等效负载电阻(包括各种车用电气设备的等效电阻)汽车供电电路模型汽车供电电路模型第第
5、1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第7页,本讲稿共60页由激励产生的结果(如某个元件上的电流和电压等)由激励产生的结果(如某个元件上的电流和电压等)称之为响应。称之为响应。电路分析就是在已知激励、电路结构和参数(电路模型)电路分析就是在已知激励、电路结构和参数(电路模型)的情况下,根据电路的基本定律对由理想元件组成的电路模型的情况下,根据电路的基本定律对由理想元件组成的电路模型进行分析,求出各元件上的电压、电流及功率等物理量,预测进行分析,求出各元件上的电压、电流及功率等物理量,预测实际电路的特性,以便设计更优化的电路。实际电路的特性,以便设计更优化的电路。激励激励响应响应对一个
6、电路而言,电源(或信号源)的作用称为激励。对一个电路而言,电源(或信号源)的作用称为激励。激励和响应的关系就是作用和结果的关系激励和响应的关系就是作用和结果的关系。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第8页,本讲稿共60页 电流的电流的实际方向:实际方向:规定为正电荷的移动方向。但在分析较为复规定为正电荷的移动方向。但在分析较为复杂的电路时,往往难于事先判断某支路中电流的实际方向。杂的电路时,往往难于事先判断某支路中电流的实际方向。通常引入参考方向的概念。参考方向又叫假定正方向,简称正通常引入参考方向的概念。参考方向又叫假定正方向,简称正方向。参考方向可以任意选定,用方向。参考
7、方向可以任意选定,用“”表示。表示。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律电流的电流的参考方向参考方向1.2 电路中常用的物理量电路中常用的物理量 在电路分析中,基本的物理量主要是电流、电压、电动势和电在电路分析中,基本的物理量主要是电流、电压、电动势和电功率。这些物理量是分析和设计电路的基本指标。功率。这些物理量是分析和设计电路的基本指标。一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向第9页,本讲稿共60页 若选定的参考方向与电流的实际方向一致,则电流若选定的参考方向与电流的实际方向一致,则电流 为正值,即为正值,即I0;abRI电流的实际方向电流的实际方向电流的参考方向电流的参考方
8、向I0abRI电流的实际方向电流的实际方向电流的参考方向电流的参考方向I0 若选定的参考方向与电流的实际方向相反,则电流若选定的参考方向与电流的实际方向相反,则电流为负值,即为负值,即I 0abRU电压的实际方向电压的实际方向电压参考方向电压参考方向U 0参考方向可以任意选取。参考方向可以任意选取。与电流一样,在没标明参考方向时,电压值的正负也是没有意义的。与电流一样,在没标明参考方向时,电压值的正负也是没有意义的。当参考方向与实际方向相同时,电压值为正值;当参考方向与实际方向相同时,电压值为正值;当参考方向与实际方向相反时,电压值为负值。当参考方向与实际方向相反时,电压值为负值。注意注意第第
9、1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第13页,本讲稿共60页电动势它的实际方向在电源内部由负极指向正极,如下图所示。它的实际方向在电源内部由负极指向正极,如下图所示。电动势描述了电源中外力做功的能力,它的大小等于电动势描述了电源中外力做功的能力,它的大小等于外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。功。电动势的实际方向是电位升的方向,与电压的实际方向正好电动势的实际方向是电位升的方向,与电压的实际方向正好相反。电动势的单位也为伏特。相反。电动势的单位也为伏特。baE+_Uab+第第1章章 电路的基本概念与定律
10、电路的基本概念与定律第14页,本讲稿共60页关联参考方向关联参考方向 一个元件或者一段电路上的电流和电压的参考方向是可以任意设一个元件或者一段电路上的电流和电压的参考方向是可以任意设定的,二者可以一致,也可以不一致。定的,二者可以一致,也可以不一致。关联参考方向关联参考方向:电流和电压的参考方向(箭头方向)一致电流和电压的参考方向(箭头方向)一致 非关联参考方向非关联参考方向:电流和电压的参考方向相反电流和电压的参考方向相反+UabRI+UbaRI第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第15页,本讲稿共60页三、电功率三、电功率 电功率可简称为功率。它是单位时间内电路元件所吸收或
11、发出电功率可简称为功率。它是单位时间内电路元件所吸收或发出的电能,其值等于该元件上的电压与电流的乘积。的电能,其值等于该元件上的电压与电流的乘积。直流电功率用大写字母直流电功率用大写字母P 表示,交流电功率用小写字母表示,交流电功率用小写字母p 表示,表示,即即 在国际单位制中,电压的单位为伏,电流的单位为安,功率的在国际单位制中,电压的单位为伏,电流的单位为安,功率的单位为瓦特,简称瓦,用字母单位为瓦特,简称瓦,用字母W表示。表示。P=UIp=ui第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第16页,本讲稿共60页 有的元件从电路吸收电能,有的元件向电路发出(提供)电能。有的元件从电
12、路吸收电能,有的元件向电路发出(提供)电能。计算出的功率为正值,表示该元件吸收功率,计算出的功率为正值,表示该元件吸收功率,是负载是负载;若功率为负值,表示该元件发出功率若功率为负值,表示该元件发出功率,是是电源电源。若在非关联参考方向下,则正好相反若在非关联参考方向下,则正好相反。注意注意在电压和电流的关联参考方向下在电压和电流的关联参考方向下第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第17页,本讲稿共60页U1I11234I4I2U2U3解:各方框电路的功率为:解:各方框电路的功率为:U1=14V,I1=2A;U2=10V,I2=1A;U3=-4V,I4=-1A,功率平衡功率平衡
13、本例目的:本例目的:熟悉功率计算公式,体会功率性质并验证功率平衡熟悉功率计算公式,体会功率性质并验证功率平衡 例例 电路如图所示,已知电路如图所示,已知求各方框电路中的功率,说明是求各方框电路中的功率,说明是负载还是电源,并验证功率平衡。负载还是电源,并验证功率平衡。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第18页,本讲稿共60页1.3 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件 电阻、电感和电容是三种常用的无源电路元件,它们具有不同电阻、电感和电容是三种常用的无源电路元件,它们具有不同的物理性质。当只考虑它们的主要物理性质时,电阻、电感和的物理性质。当只考虑它们的主要物理性质时,电
14、阻、电感和电容又是三种单一参数的理想化电路元件。电容又是三种单一参数的理想化电路元件。一、电阻元件一、电阻元件 电阻元件简称为电阻,电阻元件简称为电阻,用用R 表示。表示。它是反映消耗电能的电路参数。它是反映消耗电能的电路参数。u+_R第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第19页,本讲稿共60页 电阻上的电压和电流之间的关系称为伏安特性。如果电阻的电阻上的电压和电流之间的关系称为伏安特性。如果电阻的伏安特性曲线在伏安特性曲线在u-i 平面上是一条通过坐标原点的直线,那么这种平面上是一条通过坐标原点的直线,那么这种电阻称为线性电阻;否则,该电阻就称为非线性电阻。电阻称为线性电阻;
15、否则,该电阻就称为非线性电阻。在关联参考方向下,线性电阻两端的电压在关联参考方向下,线性电阻两端的电压u 和流过其中的电流和流过其中的电流i 之间的关系遵循欧姆定律之间的关系遵循欧姆定律。电阻的单位是欧姆,用字母电阻的单位是欧姆,用字母 表示。表示。u=Ri即即第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第20页,本讲稿共60页 电阻的特性也可以用另外一个参数电阻的特性也可以用另外一个参数G 来表示,称为电导。电来表示,称为电导。电阻与电导的关系为阻与电导的关系为 电导的单位是西门子,用字母电导的单位是西门子,用字母S表示。表示。电阻上的功率为电阻上的功率为 可知,电阻上的瞬时功率可知
16、,电阻上的瞬时功率p 总是大于或等于零。所以,总是大于或等于零。所以,电阻电阻是一个是一个耗能元件耗能元件。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律第21页,本讲稿共60页 由此可见,电阻(如电炉、白炽灯)吸收的能量全部转化为热由此可见,电阻(如电炉、白炽灯)吸收的能量全部转化为热能或其它形式的能量消耗掉了,这是一个不可逆的能量转换过程。能或其它形式的能量消耗掉了,这是一个不可逆的能量转换过程。因此,电阻是一个耗能元件。当电流通过电阻时,电阻会发热,这因此,电阻是一个耗能元件。当电流通过电阻时,电阻会发热,这称为电流的热效应。称为电流的热效应。但是,电流热效应也有它不利的一面,对各
17、种电气设备来说,但是,电流热效应也有它不利的一面,对各种电气设备来说,为了安全运行,都有一定的功率限额、电压限额和电流限额,它们分为了安全运行,都有一定的功率限额、电压限额和电流限额,它们分别称为这些设备的别称为这些设备的额定功率额定功率PN、额定电压、额定电压PN和额定电流和额定电流IN。例如,灯泡、电烙铁等通常只给出其额定电压和额定功率例如,灯泡、电烙铁等通常只给出其额定电压和额定功率(如如220V,40W)。实际使用电阻时,除了要知道其阻值外,还应知道其额定功率实际使用电阻时,除了要知道其阻值外,还应知道其额定功率(如如1W、12W、14W、18W 等等)。第第1章章 电路的基本概念与定
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