第-1-章-直流电路的概念及分析优秀PPT.ppt
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1、第第 1 章直流电路的概念及分析章直流电路的概念及分析1.1 电路的基本概念电路的基本概念l1.1.1 电路的组成电路的组成l 路是为实现和完成人们的某种需求,路是为实现和完成人们的某种需求,由电源、导线、开关、负载等电气设备或由电源、导线、开关、负载等电气设备或元器件组合起来,能使电流流通的整体。元器件组合起来,能使电流流通的整体。简洁地说,就是电流的通路。实际电路的简洁地说,就是电流的通路。实际电路的组成方式多种多样,但通常由组成方式多种多样,但通常由 3 部分组成:部分组成:电源、中间环节和负载,如图电源、中间环节和负载,如图 1 一一 1(a)所示)所示2 电路的作用电路的作用 电路的
2、基本作用有两大类:一是实现能量的电路的基本作用有两大类:一是实现能量的传输、安排和转换。如在电力系统中,发电机传输、安排和转换。如在电力系统中,发电机把热能、水能、原子能转换成电能,通过变压把热能、水能、原子能转换成电能,通过变压器、输电线路将电能传输和配送到用户,然后器、输电线路将电能传输和配送到用户,然后用户依据实际须要又把电能转换成机械能、光用户依据实际须要又把电能转换成机械能、光能和热能等。二是实现信号的传递和处理。通能和热能等。二是实现信号的传递和处理。通过电路元件,可以将信号源施加的信号变换或过电路元件,可以将信号源施加的信号变换或加工成所需的输出信号。例如,电子设备中放加工成所需
3、的输出信号。例如,电子设备中放大器的作用是把微弱的输人信号加以放大,成大器的作用是把微弱的输人信号加以放大,成为满足工作须要的强输出信号。为满足工作须要的强输出信号。1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量l1.2.1 电流电流 在电场力的作用下,电荷有规则的定在电场力的作用下,电荷有规则的定向移动,形成了电流。规定正电荷的运动向移动,形成了电流。规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。把单位时间内通方向为电流的实际方向。把单位时间内通过某一导体横截面的电荷量定义为电流。过某一导体横截面的电荷量定义为电流。设在设在 dt 时间内通过导体横截面的电荷量时间内通过导体横截面的电荷量为为dq,则电流表
4、示为,则电流表示为 电流的实际方向是客观存在的,但在分析困电流的实际方向是客观存在的,但在分析困难的直流电路时,往往难于事先推断某支路中难的直流电路时,往往难于事先推断某支路中电流的实际方向,对于沟通电路而言,其方向电流的实际方向,对于沟通电路而言,其方向更是随时间变更的。因此,在电路分析中,可更是随时间变更的。因此,在电路分析中,可以随意假定一个电流方向。当假定的电流方向以随意假定一个电流方向。当假定的电流方向与实际方向一样时,电流值取正,相反时取负与实际方向一样时,电流值取正,相反时取负值。假定的电流方向称为电流的参考方向。图值。假定的电流方向称为电流的参考方向。图 1 一一 2(a),(
5、b)表明参考方向与实际方向的)表明参考方向与实际方向的关系。关系。1.2.2 电压与电位电压与电位 在电路中,电荷受电场力推动而定向在电路中,电荷受电场力推动而定向移动,电场力将作功,为了衡量电场力作移动,电场力将作功,为了衡量电场力作功的实力,引人电压这一物理量。直流电功的实力,引人电压这一物理量。直流电压用压用 U 表示,沟通电压用表示,沟通电压用 u 表示。假如表示。假如正电荷曲由正电荷曲由 a 点移到点移到 b 点时电场力所作点时电场力所作的功为的功为 dw,则,则 a,b 两点间电压为两点间电压为 电压与电位的关系为:电压与电位的关系为:a,b 两点之间两点之间的电压等于这两点之间的
6、电位差,即的电压等于这两点之间的电位差,即 关于电流和电压的参考方向,还有关于电流和电压的参考方向,还有以下几点须要说明以下几点须要说明l(1)电流、电压的参考方向可以随意选)电流、电压的参考方向可以随意选定。定。l(2)今后计算电路,一般要先标出参考)今后计算电路,一般要先标出参考方向再进行计算,方向再进行计算,l(3)一般地讲,同一段电路的电流和电)一般地讲,同一段电路的电流和电压的参考方向可以各自选定,不必强求一压的参考方向可以各自选定,不必强求一样。样。l(4)关联方向关联方向1.2.3 电动势电动势 在电路中,正电荷是从高电位流向低电位的,在电路中,正电荷是从高电位流向低电位的,因此
7、要维持电路中的电流,就必需有能把正电因此要维持电路中的电流,就必需有能把正电荷从低电位移至高电位的非电场力,电源的内荷从低电位移至高电位的非电场力,电源的内部就存在非电场力。非电场力把单位正电荷从部就存在非电场力。非电场力把单位正电荷从电源内部由低电位端移到高电位端所作的功,电源内部由低电位端移到高电位端所作的功,称为电动势,用字母称为电动势,用字母e(E)表示。电动势的实)表示。电动势的实际方向在电源内部从低电位指向高电位,单位际方向在电源内部从低电位指向高电位,单位与电压相同,用与电压相同,用 V(伏特)表示。设在电源内(伏特)表示。设在电源内部非电场力把正电荷向从低电位端移到高电位部非电
8、场力把正电荷向从低电位端移到高电位端所作的功为端所作的功为 dw,则电源的电动势为,则电源的电动势为1.2.4 功率功率 电能量对时间的变更率,称为功率,也电能量对时间的变更率,称为功率,也就是电场力在单位时间内所作的功。设电就是电场力在单位时间内所作的功。设电场力在场力在 dt时间内所作的功为时间内所作的功为 dw,则功率,则功率表示为表示为l元件两端电压和流过的电流在关联参考方元件两端电压和流过的电流在关联参考方向下时,向下时,lP=UI0,元件吸取功率。,元件吸取功率。lP=UI0,元件发出功率。,元件发出功率。lP=UI0,元件吸取功率。,元件吸取功率。1.3 电阻元件和欧姆定律电阻元
9、件和欧姆定律l3.1 一段电路的欧姆定律一段电路的欧姆定律l 当电阻两端加上电压时,电阻中就当电阻两端加上电压时,电阻中就会有电流通过,如图会有电流通过,如图 1 一一 7 所示。试验所示。试验证明:在一段没有电动势而只有电阻的电证明:在一段没有电动势而只有电阻的电路中,电流路中,电流 I 的大小与电阻的大小与电阻 R 两端的电压两端的电压 U 成正比,与电阻值成正比,与电阻值 R 的大小成反比。的大小成反比。在电压、电流的关联方向下,一段电阻电在电压、电流的关联方向下,一段电阻电路的欧姆定律表达式为路的欧姆定律表达式为l U=IR 1.3.2 全电路欧姆定律全电路欧姆定律 在图在图 1 一一
10、 8 所示的闭合电路中,所示的闭合电路中,E 为为电源的电动势,电源的电动势,R。为电源的内阻,。为电源的内阻,E 与与 R。构成了电源的内电路,如图中虚。构成了电源的内电路,如图中虚线框的部分;线框的部分;R 为负载电阻,只是电源为负载电阻,只是电源的外电路,外电路和内电路共同组成了闭的外电路,外电路和内电路共同组成了闭合电路。为使电压平衡,有合电路。为使电压平衡,有1.3.3 线性电阻与非线性电阻线性电阻与非线性电阻 对满足欧姆定律的电阻称为线性电阻,对满足欧姆定律的电阻称为线性电阻,即电阻两端的电压与通过的电流成正比,即电阻两端的电压与通过的电流成正比,其电阻值是一个常数。线性电阻的伏安
11、特其电阻值是一个常数。线性电阻的伏安特性是一条通过坐标原点的直线。如图性是一条通过坐标原点的直线。如图 1 一一 9(a)所示。不满足欧姆定律的电阻称)所示。不满足欧姆定律的电阻称为非线性电阻,即电阻两端的电压与通过为非线性电阻,即电阻两端的电压与通过的电流不成正比关系,电阻不是一个常数,的电流不成正比关系,电阻不是一个常数,随电压、电流变动。如图随电压、电流变动。如图 1 一一 9(b)所)所示。示。1.4 电路的连接电路的连接 两个或两个以上电阻依次相连,中间两个或两个以上电阻依次相连,中间无分支的连接方式称为电阻的无分支的连接方式称为电阻的串联串联电路。电路。如图如图 1 一一 10(a
12、)所示为所示为 R:,RZ,R3 相相串联的电路,图串联的电路,图 1 一一 10(b)为图)为图 1 一一 10(a)的等效电路。)的等效电路。1 串联电路的牲质串联电路的牲质 l(1)串联电路中流过每个电阻的电流都)串联电路中流过每个电阻的电流都相等,相等,l(2)串联电路两端的总电压等于各电阻)串联电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和两端的电压之和l(3)串联电路的等效电阻(即总电阻)串联电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和等于各串联电阻之和l(4)串联电路的总功率等于各串联电阻)串联电路的总功率等于各串联电阻功率之和功率之和2 串联电路的分压作用串联电路的分压作用 在串联电
13、路中,电压的安排与电阻成正在串联电路中,电压的安排与电阻成正比,即电阻值越大的电阻所安排到的电压比,即电阻值越大的电阻所安排到的电压越大,反之电压越小。各电阻上消耗的功越大,反之电压越小。各电阻上消耗的功率与其电阻值成正比。率与其电阻值成正比。3 串联的在实际中,串联的在实际中,利用串联分压的原理,可以扩大电压利用串联分压的原理,可以扩大电压表的量程,还可以制成电阻分压器。表的量程,还可以制成电阻分压器。1.4.2 电阻的并联电阻的并联1 并联电路的牲质并联电路的牲质 l(1)并联电路中各电阻两端的电压相等,且等)并联电路中各电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压于电路两端的电压l(2)并联
14、电路中的总电流等于各电阻中的电流)并联电路中的总电流等于各电阻中的电流之和,之和,l(3)并联电路的等效电阻(即总电阻)的倒数)并联电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联电阻的倒数之和等于各并联电阻的倒数之和l(4)并联电路消耗功率的总和等于相并联各电)并联电路消耗功率的总和等于相并联各电阻消耗功率之和阻消耗功率之和2 并联电路的分流作用并联电路的分流作用 在并联电路中,电流的安排与电阻成在并联电路中,电流的安排与电阻成反比,即阻值越大的电阻所安排到的电流反比,即阻值越大的电阻所安排到的电流越小,反之电流越大。当两个电阻并联时,越小,反之电流越大。当两个电阻并联时,I 1和和I2分别为分别
15、为3 电阻并联的应用电阻并联的应用 利用电阻并联的分流作用,可扩大电利用电阻并联的分流作用,可扩大电流表的量程。在实际应用中,用电器在电流表的量程。在实际应用中,用电器在电路中通常都是并联运行的,属于相同电压路中通常都是并联运行的,属于相同电压等级的用电器必需并联在同一电路中,这等级的用电器必需并联在同一电路中,这样才能保证它们都在规定的电压下正常工样才能保证它们都在规定的电压下正常工作作1.4.3 电阻的混联电阻的混联计算混联电路的等效电阻的步骤大致如下:计算混联电路的等效电阻的步骤大致如下:(1)先把电路整理和化简成简洁看清的串)先把电路整理和化简成简洁看清的串联或并联关系;联或并联关系;
16、(2)依据简化的电路进行计算。)依据简化的电路进行计算。1.5 电压源、电流源及其等效变换电压源、电流源及其等效变换l5.1 电压源电压源l 电压源如图电压源如图 1 一一 14 所示。它具有以所示。它具有以下特点:电压源两端的电压下特点:电压源两端的电压 us(t)为确)为确定的时间函数,与流过的电流无关。当定的时间函数,与流过的电流无关。当 us(t)为直流电压源时,假如内阻)为直流电压源时,假如内阻R0=0,两端的电压,两端的电压U(t)不变,)不变,U(t)=U,把这个电压源称为志向电压源。,把这个电压源称为志向电压源。志向电压源的伏安特性如图志向电压源的伏安特性如图 1 一一 15
17、所示。所示。1.5.2 电流源电流源l电流源电流源l 如图如图 1 一一 18 所示。电流所示。电流is(t)是确定的时间函数,与电流源两端的电压是确定的时间函数,与电流源两端的电压无关。在直流电流源的状况下,假如内阻无关。在直流电流源的状况下,假如内阻 R=0,输出的电流是恒值,输出的电流是恒值,i s(t)=I,把这个电流源称为志向电流源,其伏安,把这个电流源称为志向电流源,其伏安特性如图特性如图 1 一一 19 所示。从图所示。从图 1 一一 20 中中可以看出,电流源输出的电流不随外电路可以看出,电流源输出的电流不随外电路的变更而变更。的变更而变更。1.5.3 实际电源两种模型的等效变
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