电路基本概念及定律.ppt

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1、电工与电子技术电工与电子技术C主讲：赵艾萍主讲：赵艾萍电工学第七版，秦曾煌，高教出版社电工学第七版，秦曾煌，高教出版社1、本课程（电工学）主要学习哪些方面的内容？、本课程（电工学）主要学习哪些方面的内容？2、如何学习这门课程？、如何学习这门课程？电工及电子技术的基础知识电工及电子技术的基础知识 课堂教学，结合作业、课堂教学，结合作业、自学自学、撰写、撰写大作业大作业等等形式形式 3、成绩如何算？、成绩如何算？平时作业平时作业20，课程大作业课程大作业10，期末考试期末考试70。第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 电

2、路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(1)(1)实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用 电路是电流的通路，是为了某种需要由

3、电工电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线2.2.电路的组成部分电路的组成部分电路的组成部分电路的组成部分电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源提供能源中间环节：中间环节：放大

4、、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息2.2.电路的组成部分电路的组成部分电路的组成部分电路的组成部分放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为电源或信号源的电压或电流称为激励激励，它推动电，它推动电路工作；由激励在电路中所产生的电压和电流称为路工作；由激励在电路中所产生的电压和电流称为响响应应。电气器件电气器件电路元件电路元件元件符号元件符号符号化符号化符号化符号化理想化理想化实际电路实际电路电路模型电路模型电路图电路图理想化理想化任何一个实际器件在电压或电流作用下都包含有任何一个实际器件在电压或电流作用下都包含有能能量的消耗量的消耗、电场

5、能的储存电场能的储存和和磁场能的储存磁场能的储存三种基本三种基本效应。在一定的条件下，其中某一种效应可能处于效应。在一定的条件下，其中某一种效应可能处于主导地位，从而可以用具有单一电磁性质的主导地位，从而可以用具有单一电磁性质的理想电理想电路元件路元件来模拟。来模拟。实际电气装置种类繁多实际电气装置种类繁多,电磁性质复杂。但在电磁电磁性质复杂。但在电磁现象方面却有着共同的地方。因此可以现象方面却有着共同的地方。因此可以进行科学抽进行科学抽象的概括，用象的概括，用数学模型数学模型表示实际电气装置的外部功表示实际电气装置的外部功能。能。1.2 电路模型电路模型主要的理想电路元件符号及参数主要的理想

6、电路元件符号及参数R电阻元件电阻元件电感元件电感元件L电容元件电容元件Cu电压源电压源电流源电流源is+-例：手电筒例：手电筒例：手电筒例：手电筒R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。注意电路图与电气图用符号的区别注意电路图与电气图用符号的区别手电筒电路手电筒电路（干电池、开（干电池、开关、灯泡）关、灯泡）+_RsRLE 电器装置电器装置用电路模型近似表示是有条件的，用电路模型近似表示是有条件的，一旦一旦条条件改变，电路模型也要作相应变动。件改变，电路模型也要作相应变动。例如：不同工作频率下的变阻器模型例如：

7、不同工作频率下的变阻器模型 本课程中分析的是本课程中分析的是集中参数电路模型集中参数电路模型。1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电源内电位电源内电位升高升高的方向的方向)电压电压 U(电位电位降低降低的方向的方向)高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：

8、电流：Uab 双下标双下标电压：电压：(1)参考方向参考方向IE+_ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。(3)实际方向与参考方向的关系实际方向与参考方向的关系注意：注意：只有在参考方向选定后，电流只有在参考方向选定后，电流(或电压或电压)值才

9、有值才有正负之分。正负之分。若若 I=5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I=5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a。abRIabRU+若若 U=5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U=5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指向 a。1.4 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I 注意：注意：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；U、I 值本身的正负则说明其实际方向与参考

10、值本身的正负则说明其实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同（即取参考方向相同（即取一致参考方向一致参考方向）。）。U=I R U U=IRIR解：解：对图对图(a)有有,U=IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。

11、U/VI/Ao线性定常电阻的伏安特性线性定常电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性定常线性定常(时不变时不变)电电阻的伏安特性是一条过阻的伏安特性是一条过原点的直线。原点的直线。问：线性时变电阻的伏问：线性时变电阻的伏安特性曲线是怎样的？安特性曲线是怎样的？1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 开关闭合开关闭合,接接通电源与负载通电源与负载负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:1.5.1 电源有载工作电源有载工作IR0R+-EU+-I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IR0电源的外特性电源的外

12、特性EUI0 当当 R0R 时，则时，则U E，表明，表明当负载变化时，电源的端电压变当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。化不大，即带负载能力强。？开关闭合开关闭合,接接通电源与负载。通电源与负载。负载端电压负载端电压U=IR 特征特征:1.5.1 电源有载工作电源有载工作 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=E IRoUI=EI IRoP=PE P电源电源输出输出功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取

13、用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R+-EU+-I电源与负载的判别电源与负载的判别U、I 参考方向不一致时，元件吸收的功率参考方向不一致时，元件吸收的功率P=-UI 若若P 0，负载负载；P 0，电源电源。U、I 参考方向一致时，元件吸收的功率参考方向一致时，元件吸收的功率 P=UI 若若P 0，负载负载；若；若P 0，电源电源。1.根据根据 U、I 的实际方向判别的实际方向判别2.根据元件是否吸收功率来判别根据元件是否吸收功率来判别电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”端流端流出，出，（发出功率）（发出功率）；负载

14、：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。（吸收功率）（吸收功率）。电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载(轻载轻载)：I IN，P IN，P PN (设备易损坏设备易损坏)额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠)1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：灯泡灯泡UN=220V，PN =60W

15、3.使用时实际值不一定等于额定值。使用时实际值不一定等于额定值。特征特征:开关断开开关断开1.5.2 电源开路电源开路I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流开路处的电流 I 等于零；等于零；2.开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR+-EU0+-电源外部端子被短接电源外部端子被短接1.5.3 电源短路电源短路 特征特征:电源端电压电源端电压负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很

16、大）U=0 PE=P=IR0P=01.短路处的电压短路处的电压 U 等于零；等于零；2.短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征:I+U有有源源电电路路IR0R+-EU0+-1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。每条支路流过的电流，称为支路电流。每条支路流过的电流，称为支路电流。节点：节点：节点：节点：三条或三条以上支路的连接点。三条或三条以上支路的连接点。回路：回路：回路：回路：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路

17、。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E11231、2、3？网孔的概念仅适用于网孔的概念仅适用于平面网络平面网络。平面网络是指支路间没有交叉点平面网络是指支路间没有交叉点的网络。右图为非平面网络。的网络。右图为非平面网络。平面网络平面网络外网孔外网孔例例例例1 1：支路：支路：ab、bc、ca、（共（共6条）条）回路：回路：abda、abca、adbca （共（共7 个）个）节点节点：a、b、c、d (共共4个）个）内网孔：内网孔：abd、abc、bcd （共（共3 个）个）a ad db bc cE E+GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IG

18、GI I1 1I I3 3I Ibn基本回路数基本回路数 b-n+1即平面网络的内网孔数即平面网络的内网孔数1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL定律定律)1定律定律 即即即即:入入入入=出出出出 在任一瞬间，流向任一节点的电流之和等于流出在任一瞬间，流向任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。该节点的电流之和。或或:=0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2I3=0 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一节）反映了电路中任一节点处各支路电流之间相互制约的关系。点处各支路电流之间相互制约的关系。KCL电

19、流定律可以推广应用于包围部分电路的电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面（即任一假设的闭合面（即广义节点广义节点）。）。2推广推广I=?例例:广义节点广义节点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I5 1 1 5 6V12V 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。1.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)1定律定律即：即：U=0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之

20、和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2：E1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1+I3 R3 E1=0 或或 I2 R2+I3 R3 E2=0 I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。路中各段电压间相互制约的关系。例：例：例：例：对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 I6 R6=0I4 R4+I3 R3 E=0

21、对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0应用应用 U=0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+E=0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；电位升电位升=电位降电位降 E2=UBE +I2R2 U=0 I2R2 E2+UBE=02应用应用 U=0列方程时列方程时，项前符号的确定：项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按支路处理开口电

22、压可按支路处理1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记为“VX”。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。1.电位的概念电位的概念 电位的计算步骤电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各支路电流参考方向并计算；标出各支路电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为正，说明

23、该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。2.举例举例 求图示电路中各求图示电路中各点的电位点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。设设 a为参考点，为参考点，即即Va=0VV Vb b=U=Ubaba=106=106=60V60VV Vc c=U=Ucaca =420=80 V=420=80 VV Vd d =U Udada=65=30 V=65=30 V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0VV Va a =U Uabab=106=60 V=106=60 VV Vc c =U Ucbcb=E E1 1=140 V=140 VV Vd d

24、=U Udbdb=E E2 2=90 V=90 Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dU Uabab =106=60 V106=60 VU Ucbcb =E E1 1=140 V=140 VU Udbdb =E E2 2=90 V=90 VU Uabab =106=60 V106=60 VU Ucbcb =E E1 1=140 V=140 VU Udbdb =E E2 2=90 V=90 V(1)电位值是相对的，电位值是相对的，参考点参考点选取的不同，电选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值（电位差）是固定的，

25、不电路中两点间的电压值（电位差）是固定的，不会因参考点的不同而变，会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取即与零电位参考点的选取无关。无关。借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5+140V6 cd例例1:图示电路，计算开关图示电路，计算开关S 断开和闭合时断开和闭合时A点的电位点的电位VA解解:(1)当开关当开关S断开时断开时(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V。电流在闭合电流在闭合

26、路径中流通路径中流通2K A+I12k I26V(b)2k+6VA2k SI2I1(a)例例2：电路如下图所示，电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。画电路图表示出来。(2)当电位器当电位器RP的滑动触点向的滑动触点向下滑动时，下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？两点的电位增高了还是降低了？A+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1I解：（解：（1）电路如左图，）电路如左图，零电位参考点为零电位参考点为+12V电电源的源的“”端与端与12V电源的电源的“+”端的联接处。端的联接处。当电位器当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以减小，所以A电位增高、电位增高、B点电位降低。点电位降低。（2）VA=12 IR1 VB=12+IR2