电路的基本概念与基本定律-潘平.ppt

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1、第一章第一章 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、电路的组成与作用、电路的组成与作用2 2、电路模型、电路模型3 3、基本物理量及其、基本物理量及其方向方向4、欧姆定律、欧姆定律5、电路的三种状态及额定值、电路的三种状态及额定值6 6、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律7 7、电位的概念及计算、电位的概念及计算2.2.电路的电路的作用作用:电力系统：电力系统：信号处理系统：信号处理系统：1、电路：、电路：由电气器件相互联接而构成的电流通路由电气器件相互联接而构成的电流通路1.1 1.1 电路的组成与作用电路的组成与作用例如：例如：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、实现信号的传递、变换与处理实现信号的传递、变换与处理。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用电用电设备设备输电线输电线扬扬声声器器麦麦克克风风放大器放大器1.2 1.2 电路模型电路模型电电池池灯灯泡泡电源电源中间环节中间环节IRURE+-负载负载电路模型电路模型手电筒实际电路手电筒实际电路电源电源:能提供电能的装置。能提供电能的装置。激励激励响应（响应（I U P)I U P)电路模型：电路模型：由一个或多个理想元件代替实际电气器件，由此组由一个或多个理想元件代替实际电气器件，由此组成的电路叫电路模型成的电路叫电路模型,电路是根据电路模型来进行分析的。电路是根据电路模型来

3、进行分析的。例如：例如：中间环节：中间环节：传递、分配和控制电能的作用传递、分配和控制电能的作用。负载负载:取用电能的装置。（电流大或功率大，则负载大。）取用电能的装置。（电流大或功率大，则负载大。）ab1.3 1.3 基本物理量及其基本物理量及其方向方向1.1.1.1.基本物理量及其基本物理量及其实际方向：实际方向：实际方向：实际方向：物理中对电量规定的实际正方向。物理中对电量规定的实际正方向。在分析计算电路时，对电量人为任意假定的方向。在分析计算电路时，对电量人为任意假定的方向。物理量物理量单单 位位实实 际际 方方 向向电流电流 I I 正电荷移动的方向正电荷移动的方向电动势电动势 E

4、E电源驱动正电荷的方向电源驱动正电荷的方向 (从低电位指向高电位从低电位指向高电位)电压电压 U U 电位降落的方向电位降落的方向 (从高电位指向低电位从高电位指向低电位)kVkV、V V、mVmV、VVA A、mAmA、AAkVkV、V V、mVmV、VV2.2.2.2.参考方向：参考方向：参考方向：参考方向：正方向的表示方法：正方向的表示方法：IUabE3 3、U U、I I 的正方向表示的正方向表示I+-R电流：电流：（从高电位指向低电位）（从高电位指向低电位）U+正负号正负号-abUab 双下标双下标箭箭 头头电压电压（指向电位降）指向电位降）abU正负号正负号箭箭 头头电动势电动势（

5、指向电位升）（指向电位升）+E-ab举例举例:abEabEUU=5VU=5V则则 U=E U=E a a 端电位比端电位比 b b 端电位高端电位高5V5VUab=-UbaE=5VE=5V4 4、参考正方向与实际正方向、参考正方向与实际正方向1 1）在解题前）在解题前先设定一个正方向先设定一个正方向，作为，作为参考方向参考方向，然后再列方程计算。然后再列方程计算。3)3)实实际方向际方向是物理中规定的，而是物理中规定的，而参考正方向参考正方向 则是在进行电路分则是在进行电路分析计算时析计算时,任意假设的。任意假设的。2)2)根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向：1)1)若把若把U

6、 U 与与I I 的参考方向按的参考方向按相同方向相同方向假设，则称为假设，则称为关联方向关联方向5、关联方向：、关联方向：2)2)若把若把U U 与与I I 的参考方向按的参考方向按相反方向相反方向假设，则称为假设，则称为非关联方向非关联方向若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与参考方向，则实际方向与参考方向一致一致；若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与参考方向，则实际方向与参考方向相反相反。给定了参考方向之后给定了参考方向之后U U与与I I才有正负之分才有正负之分(Uab=-Uba)(Uab=-Uba)1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律若：若：U U、I I的参考方向的参考方向非

7、关联非关联，IRU电阻消耗电阻消耗(吸收吸收)的电功率的电功率:P=UI=I 2 R =U 2/R 伏安特性伏安特性:U/I=R U/I=R 为常数时为常数时,R,R为为线性电阻线性电阻U UI IU UI IIRU则：则：U=IRU=IR则：则：U=U=IRIR若：若：U U、I I的参考方向的参考方向关联关联，U/I=R U/I=R 不为常数时不为常数时,R,R为为非线性电阻非线性电阻 特征特征:负载端电压负载端电压负载电流负载电流功率平衡方程功率平衡方程电动势产电动势产生的功率生的功率电源内部电源内部消耗的功率消耗的功率电源外特性电源外特性IUER0R+-EIU负载吸收负载吸收的功率的功

8、率1.5 1.5 电源的三种状态及额定值电源的三种状态及额定值1 1、电源有载工作状态：、电源有载工作状态：功率的单位：功率的单位：W特征特征:电源端电压电源端电压负载功率负载功率sR0R EU0IU U2.开路状态开路状态R0R-EIU3.短路状态短路状态 短路电流短路电流电源功率电源功率电流电流（开路电压）等于电动势开路电压）等于电动势特征特征:电流电流电源端电压电源端电压负载功率负载功率内阻的一种求法：内阻的一种求法：R R0 0=E/I=E/IS S=U=U0 0/I/IS S开路电压乘短路电流开路电压乘短路电流4、功率和能量、功率和能量 1 1）功率：单位时间内所做的功功率：单位时间

9、内所做的功 P=UI P=UI 在关联参考方向下：在关联参考方向下：P 0 P 0 吸收功率吸收功率,相当于负载相当于负载P 0 P 0 P 0 发出功率发出功率,相当于电源相当于电源P 0 P 0)电动势发出的功率：电动势发出的功率：PE=E I内阻消耗的功率：内阻消耗的功率：P=I2 R0负载吸收的功率：负载吸收的功率：PLIUI2 RU2/R (U和和 I 为关联方向为关联方向,PL 0)功率平衡关系功率平衡关系:PE P=PL ；PSPL2 2）能量：元件从）能量：元件从t t0 0到到t t获得的能量获得的能量如一个灯泡如一个灯泡额定值为额定值为：5.额定值额定值:电器设备的安全使用

10、值电器设备的安全使用值电器设备的三种运行状态：电器设备的三种运行状态：欠载欠载（轻载）：（轻载）：（不经济）（不经济）过载过载（超载）：（超载）：（设备易损坏）（设备易损坏）额定工作状态：额定工作状态：（经济安全可靠）（经济安全可靠）额定额定电压电压 U UN N额定额定功率功率 P PN N额定额定电流电流 I IN N 实际值实际值:电器设备实际运行时的电器设备实际运行时的电压、电流和功率电压、电流和功率值，值，第六节第六节 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。（流同一电流）电路中的每一个分支。（流同一电流）12I1I2I3A+R1R2-E2R3+-E1B术语：术语：节

11、点：节点：三条或三条以上支路的联结点三条或三条以上支路的联结点回路：回路：由支路组成的闭合路经。由支路组成的闭合路经。回路绕行方向：回路绕行方向：人为规定的回路的绕向人为规定的回路的绕向独立回路及选取方法：独立回路及选取方法：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。网孔是回路的一个子集，安网孔选定的回路都是独立的。网孔是回路的一个子集，安网孔选定的回路都是独立的。至少有一条其他回路没有包含的支路。至少有一条其他回路没有包含的支路。3 3术语举例：术语举例：I6bE5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-支路：支路：节点节点：回路：回路：独立回路：独立回路：网

12、孔：网孔：1.6.1 1.6.1 基尔霍夫电流定律（第一定律）（基尔霍夫电流定律（第一定律）（KCL）1 KCL定律：定律：I1I2I3I4举例举例:在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节点的在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节点的电流。电流。（原理：节点上不能存储电荷电流的连续性）（原理：节点上不能存储电荷电流的连续性）即：即：入入=出出或：或：或：或：在任一瞬间，任一节点的电流代数和恒等于零。在任一瞬间，任一节点的电流代数和恒等于零。即：即：=0（流入节点取正号，流出如节点取正号）（流入节点取正号，流出如节点取正号）2 2KCLKCL的推广的推广广义节点广义节点电流定律可以扩展到

13、电路的任意封闭面（电流定律可以扩展到电路的任意封闭面（广义节点）广义节点）。I=0_RE2E3E1+_RR1R+_+I例例:2A+I1I2R1R2-E2R3+-E1I3B1.6.2 1.6.2 基尔霍夫电压定律（第二定律）（基尔霍夫电压定律（第二定律）（KVL）1定律定律:在任一瞬间，回路中沿任意回路绕行方向，回路中各在任一瞬间，回路中沿任意回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。（或电动势等于电压降）。段电压的代数和恒等于零。（或电动势等于电压降）。1即：即：U=0 （电位降低取正，电位升高取负）电位降低取正，电位升高取负）或：或：E=I R（当当E E和和I I的正方向与回路绕向相同

14、取正，的正方向与回路绕向相同取正，相反取负。）相反取负。）2、KVL推广E1+B+-R1+-E2R2EUBEI2_E2=UBE+I2R2UBE=E2-I2R2 开口电压可构成假想回路，满足开口电压可构成假想回路，满足KVL 任一闭合节点序列，前后结点之间的电压任一闭合节点序列，前后结点之间的电压可构成假可构成假想回路，满足想回路，满足KVL。例：例：a a、b b、c c、d d 四个节点，假想为一个回路。四个节点，假想为一个回路。则：则：U Uabab+U+Ubcbc+U+Ucdcd+U+Udada=0=03、KVL举例：举例：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I

15、6I4-回路回路2：I4R4+I1R1-I6R6=E4回路回路3：I2R2+I5R5+I6R6=0回路回路1：I1R1+I2R2+I3R3=E3 第七节第七节 电位的概念及计算电位的概念及计算 参考点：参考点：电路中选取一点，设其为电路中选取一点，设其为“0”“0”电位。电位。（也称为（也称为“地地”，用接地符号表示，用接地符号表示 ）注意：注意：1.1.电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中其它各点电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；的电位也将随之改变；2.2.电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不而改变

16、而改变,即与零电位参考点选取无关。即与零电位参考点选取无关。电位：电位：某点的电位等于该点到参考点的电压。某点的电位等于该点到参考点的电压。（用单下标表示（用单下标表示 U Ua a U U b b )E190VCa20 4A6 10A E2 E1db5 6A20 5 E1+90V6 cd1.用电位概念简化电路图用电位概念简化电路图取取b b点为参考点：点为参考点：若取若取c c点为参考点，点为参考点，电路怎么画？电路怎么画？20 5 6 cdb ba a90 E12.2.电位计算举例电位计算举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位V Va a、V Vb b、V Vc c、V Vd d。Ca20 4A6 10A E290V E1db5 6A解：设a=0VV Vb b=-106=-60v=-106=-60vV Vc=420=80vc=420=80vV Vd d=65=30v=65=30vV Va=106=60va=106=60vV Vc=Ec=E1 1V Vd d=E=E2 2=90V=90V设Vb=0V