第01章电路基本概念与基本定律精选文档.ppt

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1、第01章电路基本概念与基本定律本讲稿第一页，共五十四页主要内容主要内容电路基本概念电路基本概念电路作用与组成、电路中的物理量、电路中的参考方电路作用与组成、电路中的物理量、电路中的参考方向、电路状态、理想电源向、电路状态、理想电源基本定律基本定律欧姆定律、基尔霍夫定律欧姆定律、基尔霍夫定律电位计算电位计算本讲稿第二页，共五十四页电路电路 为了某种需要由某些电气设备或器件按一定为了某种需要由某些电气设备或器件按一定方式连接组合起来，构成电流的通路。方式连接组合起来，构成电流的通路。电流流通电流流通的路径。的路径。ER+_电电池池灯灯泡泡本讲稿第三页，共五十四页电路的作用电路的作用1.实现电能的传

2、输和转换（强电）实现电能的传输和转换（强电）2.进行电信号的传递和处理（弱电）进行电信号的传递和处理（弱电）发电机升压变压器降压变压器电灯电动机本讲稿第四页，共五十四页电路组成电路组成ER+_电源电源负载负载中间环节中间环节本讲稿第五页，共五十四页电路中的物理量电路中的物理量EIRU+_电流：电流：A(安培安培)电荷的定向移动形成电流。数值电荷的定向移动形成电流。数值上等于单位时间内通过电路某一上等于单位时间内通过电路某一横截面的电荷量。横截面的电荷量。电压：电压：电电场场中中某某两两点点A、B间间的的电电压压(降降)UAB等等于于电电场场力力将将单单位位正电荷正电荷q从从A点移至点移至B点所

3、做的功即点所做的功即V(伏特伏特)电动势：电动势：电电源源力力把把单单位位正正电电荷荷从从电电源源的的低低电电位位端端经经电电源源内内部部移到高电位端所做的功。移到高电位端所做的功。V(伏特伏特)本讲稿第六页，共五十四页电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向：实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。本讲稿第七页，共五十四页物理量实际正方向物理量实际正方向本讲稿第八页，共五

4、十四页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电电池池灯灯泡泡Uab_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）双下标双下标箭箭 头头Uabab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_abU+_本讲稿第九页，共五十四页物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的电压的正方向箭头和正负号是等价的,只只用其中之一用其中之一.IRUababU本讲稿第十页，共五十四页电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路

5、中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？U1ABRU2IR本讲稿第十一页，共五十四页(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理

6、量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；本讲稿第十二页，共五十四页规定正方向的情况下欧姆定律的写法规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与与U的方向一致的方向一致U=IRaIRUbI与与U的方向相反的方向相反U=IRaIRUb本讲稿第十三页，共五十四页规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设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:IUP=如果如果U I方向不一方向不一致写法如何？致写法如何？电压电流正方向一致电压电流正方向一致aIRUb

7、本讲稿第十四页，共五十四页规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反电压电流正方向相反P=UI功率有正负？功率有正负？本讲稿第十五页，共五十四页吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若 P 0输出功率（起电源作用）输出功率（起电源作用）若若 P 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负本讲稿第十六页，共五十四页 当当 计算的计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的实际方向的实际方向一致，

8、此部分电路消耗电功率，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。结结 论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 时时,则说明则说明 U、I 的实际方向的实际方向相反，此部分电路发出电功率，相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。本讲稿第十七页，共五十四页电路的工作状态电路的工作状态通路通路(有载状态有载状态)：电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送

9、和转换。开路：开路：当开关断开，电路中没有电流，没有能量的输送和转换。当开关断开，电路中没有电流，没有能量的输送和转换。短路：短路：当由于某种原因而使电源两端直接搭接时。当由于某种原因而使电源两端直接搭接时。本讲稿第十八页，共五十四页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基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律本讲稿第十九页，共五十四页名词注释名词注释节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径网孔：网孔：内部不含有支路的回路内部不含有支路的回路本讲稿第二十页，共五十四页支

10、路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个节点：节点：a、b (共共2个）个）例例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1网孔：网孔：#1、#2 （共（共2个）个）本讲稿第二十一页，共五十四页I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例例支路：共支路：共？条？条回路：共回路：共？个？个节点：共节点：共？个？个6条条4个个独立回路：？个独立回路：？个3个个有几个网眼就有几个独立回路有几个网眼就有几个独立回路7个个本讲稿第二十二页，共五十四页基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于对任何节点，在任一瞬间，流入节点

11、的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。I1I2I3I4依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：例例或或：流入为正流入为正流出为负流出为负本讲稿第二十三页，共五十四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。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点本讲稿第二十四页，共五十四页基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 任一时刻，在电路的任一回路中，

12、沿任意循行方向转一周，任一时刻，在电路的任一回路中，沿任意循行方向转一周，回路中各段电压的代数和为回路中各段电压的代数和为 0。例如：例如：回路回路#1 13311URIRI=+电位降电位降电位升电位升即：即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1对对回路回路#2：#223322URIRI=+电位升电位升电位降电位降对对回路回路#3：12211URIRI=+U2电位降电位降电位升电位升#3第第3个方程不独立个方程不独立电位降为正电位降为正电位升为负电位升为负本讲稿第二十五页，共五十四页关于独立方程式的讨论关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方问题的提出：

13、在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？方程？本讲稿第二十六页，共五十四页电流方程电流方程：节点节点a：节点节点b：独立方程只有独立方程只有 1 个个电压方程电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1本讲稿第二十七页，共五十四页设：电路中有

14、设：电路中有N个节点，个节点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小小 结结独立的独立的节点电流方程节点电流方程有有 (N-1)个个独立的独立的回路电压方程回路电压方程有有(B-N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方程：独立电压方程：个个本讲稿第二十八页，共五十四页理想电源理想电源理想电压源理想电压源理想电流源理想电流源电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换 本讲稿第二十九页，共五十四页理想电压源理想电压源IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电）无

15、论负载电阻如何变化，输出电 压不变压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大可以无穷大本讲稿第三十页，共五十四页恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设:U=10VIU+_abUab2 R1当当R1 、R2 同时接入时：同时接入时：I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时：I=5A则：则：本讲稿第三十一页，共五十四页RS越大越大斜率越大斜率越大电压源模型电压源模型伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU=US IRS当当RS=0 时，时，电压源电压源模型就变成模型就变成恒压源恒压源模型模型由理想电压源串联一个电阻组

16、成由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻称为电源的内阻或输出电阻本讲稿第三十二页，共五十四页理想电流源理想电流源特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS；abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。本讲稿第三十三页，共五十四页恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设:IS=1 A R=10 时，时，U=10 V R=1 时，时，U=1 V则则:例例本讲稿第三十四页，共五十四页电流源模型电流源模型ISRSabUabIIsUabI外外特特性性 RSR

17、S越大越大特性越陡特性越陡I=IS Uab/RS由理想电流源并联一个电阻组成由理想电流源并联一个电阻组成当当 内阻内阻RS=时，时，电流源电流源模型就变成模型就变成恒流源恒流源模型模型本讲稿第三十五页，共五十四页恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量U+_abIUabUab=U（常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI=Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流

18、输出电流 I 可变可变-I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变-Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定本讲稿第三十六页，共五十四页两种电源的等效变换两种电源的等效变换等效互换的条件：当接有同样的负载时，等效互换的条件：当接有同样的负载时，对外的电压电流相等。对外的电压电流相等。I=I Uab=Uab即：即：IRS+-UbaUabISabUabI RS本讲稿第三十七页，共五十四页等效互换公式等效互换公式IRS+-UbaUab()RIRIRIIUSSsSsab-=-=I=I Uab=Uab若若Uab=U IRS 则则U IRS=R

19、IRISSs-U =ISRSRS=RS UabISabIRS本讲稿第三十八页，共五十四页例：电压源与电流源的例：电压源与电流源的等效互换举例等效互换举例I2+-10VbaUab5AabI10V/2 =5A2 5A 2 =10VU =ISRSRS=RS IS=U/RS本讲稿第三十九页，共五十四页等效变换的注意事项等效变换的注意事项“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等效互换前后对外伏等效（等效互换前后对外伏-安安特性一致），特性一致），对内不等效。对内不等效。(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS=US/RSRS =RS 本讲稿第四十页，共五十四页注意转换前后注意转换

20、前后 U US S 与与 I Is s 的方向的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI本讲稿第四十一页，共五十四页(3)恒压源和恒流源不能等效互换恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI本讲稿第四十二页，共五十四页(4)进行电路计算时，恒压源串电阻和恒进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和和 RS不一定是电源内阻。不一定是电源内阻。本讲稿第四十三页，共五十四页111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=

21、？U3本讲稿第四十四页，共五十四页(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I本讲稿第四十五页，共五十四页454RRRUUIdd+-=+RdUd+R4U4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIURRRRRRRIIUSdd=+=本讲稿第四十六页，共五十四页-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算代入数值计算已知：已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A解得：解得：I=0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反负号表示实际

22、方向与假设方向相反)本讲稿第四十七页，共五十四页-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+计算计算 功率功率I4=IS+I=3+(-0.2)=2.8AUR4=I4 R4=2.84=11.2VP=I UR4=(-0.2)11.2=-2.24W负号表示输出功率负号表示输出功率R4=4 IS=3AI=0.2A恒流源恒流源 IS 的功率的功率如何计算如何计算?PIS=-33.6W本讲稿第四十八页，共五十四页10V+-2A2 I讨论题讨论题哪哪个个答答案案对对?本讲稿第四十九页，共五十四页电位计算电位计算节点电位的概念节点电位的概念：Va=+5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1

23、5AVb=-5V b 点电位：点电位：在电路中任选一节点，设其电位为零（用在电路中任选一节点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。（注意：电位为单下标）。标记），标记），本讲稿第五十页，共五十四页 电位值是相对的电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；它各点的电位也将随之改变；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改变。点的不同而改变。注意：电位和电压

24、的区别注意：电位和电压的区别本讲稿第五十一页，共五十四页第一章要点第一章要点重点内容：重点内容：1.1.参考方向和参考节点；参考方向和参考节点；2.2.利用功率的正负判断一元件在电路中起负载作用还利用功率的正负判断一元件在电路中起负载作用还是电源作用；是电源作用；3.3.电位及其在电路中的表示。电位及其在电路中的表示。一、基本概念一、基本概念 电压、电流、电动势、电功率、电位电压、电流、电动势、电功率、电位本讲稿第五十二页，共五十四页重点内容：重点内容：1.1.各电路元件的端口特性各电路元件的端口特性 2.2.实际电压源与实际电流源的等效变换实际电压源与实际电流源的等效变换 二、电路元件二、电路元件 电阻、理想电压源、理想电流源、实际电压源、电阻、理想电压源、理想电流源、实际电压源、实际电流源实际电流源本讲稿第五十三页，共五十四页重点内容：重点内容：基尔霍夫电流定律和电压定律及其应用基尔霍夫电流定律和电压定律及其应用三、三个平衡三、三个平衡 整个电路的功率平衡整个电路的功率平衡 节点的电流平衡节点的电流平衡 回路的电压平衡回路的电压平衡基尔霍夫定律电路分基尔霍夫定律电路分析的出发点析的出发点本讲稿第五十四页，共五十四页