第1章电路的基本概念和基本定律.ppt

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1、 第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律1.11.1 电路和电路和电路和电路和电路模型电路模型电路模型电路模型1.2 1.2 参考方向参考方向参考方向参考方向1.3 1.3 欧姆定律欧姆定律欧姆定律欧姆定律1.4 1.4 电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律 本章要求本章要求本章要求本章要求:1.1.1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2.2.理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正

2、确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3.3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；4.4.会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。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一一一一.电路的功能和电路的功能和电路的功能和电路的功能和组成组成组成组成电源电源:提供提供电能的装置电能的

3、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1.1 电路和电路模型电路和电路模型1、组成 (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 （电力电路）（电力电路）（电力电路）（电力电路）(2)(2)实现信号的传递与处理（信号电路）实现信号的传递与处理（信号电路）实现信号的传递与处理（信号电路）实现信号的传递与处理（信号电路）2.2.电路的分类与作用电路的分类与作用

4、电路的分类与作用电路的分类与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:提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、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激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。二、电路模型二、电路模型二、电路模型二、电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了

5、便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。的电路模型。例：手电筒例：手电筒例：手电筒例：手电筒R+RoUSS+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。理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒

6、的电路模型手电筒的电路模型R+RoUSS+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，是电源元件，灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其的性质，是电阻元件，其参数为电阻参数为电阻R；筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。特点：特点：特点：特点：1 1、每一个电路模型都可以用、每一个电路模型都可以用、每一个电路模型都可以用、每一个电路模型都可以用确切的数学表达式描述。确切的数学表达式描述。确切的数学表达式描述。确切的数学表

7、达式描述。2 2、同一部件，不同的外部工、同一部件，不同的外部工、同一部件，不同的外部工、同一部件，不同的外部工作条件，电路模型不同。作条件，电路模型不同。作条件，电路模型不同。作条件，电路模型不同。1.2 1.2 参考方向参考方向 电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在在线线性性电电路路分分析析中中人人们们主主要要关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷单位时间内通过导体横截面的电荷一、电流l

8、方向方向 规定正电荷的规定正电荷的 运动方向为电流的实际运动方向为电流的实际 方向方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安（安培培）、）、kA、mA、Al参考方向参考方向 大小大小方向方向(正负）正负）注意：电流(代数量)任意假定一个电流的方向即为任意假定一个电流的方向即为电流的参考方向。电流的参考方向。i 0i 0参考方向参考方向u+参考方向参考方向u+0u假设高电位指向低电假设高电位指向低电位的方向。位的方向。+实际方向实际方向+实际方向实际方向电压参考方向的三种表示方式：电压参考方向的三种表示方式：(1)(1)用箭头表示：用箭头表示：(2)(2)用正、负极

9、性表示：用正、负极性表示：(3)(3)用双下标表示：用双下标表示：uu+ABuAB 元件或支路的元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称为关采用相同的参考方向称为关联联参考方向。反之，称为非关联参考方向。参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向i+-+-iuu3、关联参考方向分析电路前必须选定分析电路前必须选定电压电压和和电流电流的参考方向。的参考方向。参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和包括方向和符号符号)，在计算中不得任意改变。，在计算中不得任意改变。例例1电压、电流参考方向如图中所标

10、，电压、电流参考方向如图中所标，问：对问：对A、B两部分电路电压、电两部分电路电压、电流参考方向是否关联？流参考方向是否关联？uBAi参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。压、电流的实际方向不变。注意：三、电源的电动势电动势是电源力克服电场力把单位正电荷从电源的负极移到电源正极所做的功，电动势的单位也是伏特。大小和方向都不随时间变化的电动势称为直流电动势，用大写字母E表示。大小和方向随时间变化的电动势称为交变电动势，用小写字母e表示。电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定在电源内部由低电位指向高电位。电动势的参考方向也可用箭头

11、、双下标或“+、-”极性表示。四、电功率四、电功率定义：电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。计算：当一个元件上的电流、电压满足关联参考方向时，功率计算为 而当一个元件上的电流、电压为非关联参考方向时，功率计算为判别：元件上的功率有吸收和发出两种可能，用功率计算值的正负相区别。当p0时表示元件吸收功率，起负载的作用；当p0时表示元件发出功率，起电源的作用。1.3 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 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负号由式前的正负号

12、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实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 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。参考方向相同。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。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

13、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。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。1.4 电路的工作状态电路的工作状态 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:一、一、有载工作状态有载工作状态 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

14、时，在电源有内阻时，I U 。或或 U=US IR0电源的外特性电源的外特性UI0 当当当当 R R0 0R R 时，则时，则时，则时，则U U U US S ，表明表明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。化不大，即带负载能力强。化不大，即带负载能力强。US1.5.1 电源有载工作电源有载工作UI=USI IRoP=PS P负载负载取用取用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

15、载大小的概念:负载增加指负载取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)。电气设备的额定值电气设备的额定值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欠载欠载(轻载轻载轻载轻载)：I IN，P IN，P PN (设备易损坏设备易损坏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

16、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电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W 特征特征:开关开关 断开断开二、二、开路工作状态开路工作状态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=UOC=Us P=01.开路处的电流等于零；开路处的电流等于零；I =02.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有有源源电电路路电源外部端子被短接电源外部端子被短接三、三、短路工作状态短路工作状态1.1.短路

17、处的电压等于零；短路处的电压等于零；U =02.2.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有有源源电电路路特征特征 1.5 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。一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：结点：结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。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

18、。例例例例1 1：支路：支路：支路：支路：abab、bcbc、caca、（共（共（共（共6 6条）条）条）条）回路：回路：回路：回路：abdaabda、abcaabca、adbcaadbca （共（共（共（共7 7 个）个）个）个）结点结点结点结点：a a、b b、c c、d d (共共共共4 4个）个）个）个）网孔：网孔：网孔：网孔：abdabd、abcabc、bcdbcd （共（共（共（共3 3 个）个）个）个）a ad db bc cU U+GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IGGI I1 1I I3 3I I一、一、基尔霍夫电流定律基尔霍夫

19、电流定律(KCL定律定律)1 1定律定律定律定律 即即即即:入入入入=出出出出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。实质实质:电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或:=0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基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间

20、相互制约的关系。电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一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。假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。2 2推广推广推广推广I=?例例:广义结点广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I5 1 1 5 6V12V二、二、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)1 1定律定律定律定律即：即：U=0对回路对回路abca：对回路对回路abda：US1=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=US2或或 I1 R1+I3 R3 US1

21、=0 或或 I2 R2+I3 R3 US2=0 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。在任一时刻，沿电路中的任一回路的绕行方向（顺时针或逆时针），回路中所有支路电压的代数和恒等于零。1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；-US2+UBE +I2R2=0 2应用应用 U=0列方程时列方程时列方程时列方程时，项前符号的确定：项前符号的确定：如果规定电位

22、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。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.开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：US1UBEE+B+R1+US2R2I2_ 结论：结论：结论：结论：(1)(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；(2)(2)电路中两点间的电压值是

23、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 点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。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例例例例2 2：电路如下图所示，电路如下图所示，电路如下图所示，电路如下图所

24、示，(1)(1)零电位参考点在哪里？画零电位参考点在哪里？画零电位参考点在哪里？画零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。电路图表示出来。电路图表示出来。电路图表示出来。(2)(2)当电位器当电位器当电位器当电位器R RP P的滑动触点向下的滑动触点向下的滑动触点向下的滑动触点向下滑动时，滑动时，滑动时，滑动时，A A、B 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？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：（解：（解：（1 1）电路如左图，）电路如左图，）电路如左图，）电路如左图，零电位参考点

25、为零电位参考点为零电位参考点为零电位参考点为+12V+12V电源的电源的电源的电源的“”端与端与端与端与 12V12V电源的电源的电源的电源的“+”端的端的端的端的联接处。联接处。联接处。联接处。当电位器当电位器当电位器当电位器R RP P的滑动触点向下滑动时，回路中的电的滑动触点向下滑动时，回路中的电的滑动触点向下滑动时，回路中的电的滑动触点向下滑动时，回路中的电流流流流 I I 减小，所以减小，所以减小，所以减小，所以A A电位增高、电位增高、电位增高、电位增高、B B点电位降低。点电位降低。点电位降低。点电位降低。（2 2）V VA A =I IR R1 1 +12+12 V VB B =I IR R2 2 12 12