第1章-电路的基本概念与基本定律汇总课件

电路分析,Dian Lu,电路理论,电机控制,电子线路,电路基本概念与基本定律,电路分析方法,正弦交流电路,三相电路,磁路与铁心线圈电路,交流电动机,继电接触器控制系统,二极管与晶体管,基本放大电路与集成运算放大电路,门电路和组合逻辑电路,电 工 学,电路理论电机控制电子线路电路基本概念与基本定律磁路与铁心线圈,第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,一、电路的定义,二、电路的两种作用,电能的传输和转换,信号的传递和处理,电路,是电流的通路，是为了某种需要由某些电,工设备或元件按一定方式组合起来的。,第1章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成部,电源,把水能、热能、核能等形式能量转化为电能,中间环节,传输和分配电能,负载,把电能转化为光能、机械能、热能等,1.电能的传输与转换,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电视,电脑,空调,传输线,电源,中间环节,负载,电源 把水能、热能、核能等形式能量转化为电能1.电能的,信号源,输入光信号、声信号、电信号等各种信号,中间环节,处理信号,负载,接受和转化信号,2.信号的传输与转换,存储器,解码放大,耳机,音响,信号源,负载,中间环节,信号源 输入光信号、声信号、电信号等各种信号2.信号的传,激励：推动电路工作，如电源、信号源等,响应：由激励在电路中个部分产生的电压或电流,电路分析：,在已知电路的结构和参数的条件下，,讨论电路的激励和响应间的关系。,三、电路的组成部分,激励：推动电路工作，如电源、信号源等电路分析：在已知电路的结,理想电路元件：,对实际元件，在一定条件下突出其,主要的电磁性质，忽略次要因素，,将之,理想化,。,主要理想电路元件：,电源元件、电阻元件、电感元,件、电容元件、,1.2 电路模型,电路模型：,由理想电路元件组成的电路。,理想电路元件：对实际元件，在一定条件下突出其主要理想电路元件,常用理想元件及图形符号,电阻,电压表,电池,接地,电灯,熔断器,开关,电容,电流表,电感,常用理想元件及图形符号电阻电压表电池接地电灯熔断器开关电容电,导线,开关,电池,灯泡,电路与电路模型,实际电路：,电路模型：,+,R,0,R,开关,E,干电池,电珠,S,导线开关电池灯泡电路与电路模型实际电路：电路模型：+R0R开,电路与电路模型,实际电路：,电路模型：,导线,开关,电池,灯泡,导线,开关,电池,+,R,0,R,开关,E,干电池,电珠,S,+,R,0,R,开关,E,干电池,电珠,S,I,电路与电路模型实际电路：电路模型：导线开关电池灯泡导线开关电,二、电流的方向,1.3 电压和电流的参考方向,一、电压和电流的两种方向,1.实际方向,2.参考方向,1.,实际方向,电流的方向因电荷的运动方向而,客观存在。,规定：,正电荷运动的方向或负电荷运动的,反方向为电流方向（实际方向）。,二、电流的方向1.3 电压和电流的参考方向一、电压和电流的,实际方向：,向右 向右,3.,实际方向与参考方向,参考方向：,向右 向左,I0 I0,2.参考方向,任意选定,某一方向作为参考方向，亦称为正方向。,I,I,+,+,实际方向：向右 向右,1.,实际方向,（1）,外电路电压方向,：规定为由高电位端,（“+”极性）指向低电位端（“-”极性），,即电位降低的方向。,（2）,电源电动势方向,：规定为在电源内部,由低电位端（“-”极性）指向高电位端,（“+”极性），即电位升高的方向。,三、电压的方向,任意选定,的某一方向,2.参考方向,1.实际方向 （1）外电路电压方向,3.,电压参考方向的标注方法,用极性“+”和“-”表示,双下标法：U,ab,表示a、b两端电压，其参,考方向由a指向b，即a为“+”，,b为“-”。,例：,参考方向决定电压、电流取值正负。,+,3V,I=0.28A,+,U=2.8V,+,3V,I,=,-,0.28A,+,U=,-,2.8V,3.电压参考方向的标注方法用极性“+”和“-”表示双下标法,电压单位：伏(特)，V,微伏，V；毫伏，mV；千伏，kV,电流单位：安(培)，A,微安，A；毫安，mA,练习与思考,1.3.2 图中U,1,=-6V，U,2,=4V，试问U,ab,等于多少伏？,解：U,ab,=U,1,+(-U,2,),=-6+(-4),=-10V,四、电压、电流的单位,a,b,+,+,U,1,U,2,电压单位：伏(特)，V练习与思考解：Uab=U1+(-U2),欧姆定律,：流过电阻的电流与电阻两端的电压成,正比。,表达式：,单位：欧(姆)，,千欧，k；兆欧M,1.4 欧姆定律,一、欧姆定律,欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成单位：欧(姆)，,两套正负号：,第一套：,电压与电流的参考方向相同，,则为正号：,U=RI,电压与电流的参考方向相反，,则为负号：,U=-RI,二、欧姆定律中的正负号,R,U,I,+,+,R,U,I,两套正负号：第一套：电压与电流的参考方向相同，电压与电流的参,第二套：,电压与电流在确定参考方向后，本身的取值正负。,例,1.4.1,利用欧姆定律求解图中电阻R,R,U,6V,I,2A,+,R,U,6V,I,-2A,+,第二套：电压与电流在确定参考方向后，本身的取值正负。例1.4,注意：,电阻反映的是导体本身的一种物理性质，因而电阻值必然为,正值,。,R,U,-6V,I,2A,+,R,U,-6V,I,-2A,+,注意：电阻反映的是导体本身的一种物理性质，因而电阻值必然为正,遵循欧姆定律的电阻是线性,电阻，线性电阻的伏安特性,曲线是,经过原点的一条直线,。,三、伏安特性曲线,0,U(V),I(A),遵循欧姆定律的电阻是线性三、伏安特性曲线0U(V)I(A,电压参考方向与电流参考方向相同,电流实际方向与参考方向相反，即,由b点流向a点。,练习与思考1.4.2,R,3k,U,ab,-6V,I=?,+,a,b,电压参考方向与电流参考方向相同电流实际方向与参考方向相反，即,选定如图所示参考方向,U,2,+,a,b,c,5,5,5,+,U,1,+,U,3,I,1,=2A,I,2,=-3A,I,2,=-1A,选定如图所示参考方向U2+abc555+U1+U3I1,电流：,电压：,电源外特性曲线,1.,电压与电流,1.5 电源有载工作、开路与短路,一、电源有载工作,U,+,+,E,R,0,R,I,0,I,U,E,电源端电压U与输出电流 I 关系曲线。,电流：电压：电源外特性曲线1.电压与电流1.5 电源有载,负载变化时，电源端电压基本保持不变，电流随着负载的变化而变化，此时，电源带负载的能力强。,关于电源有载工作时带负载的能力：,负载变化时，电源端电压基本保持不变，电流随着负载的变化而变化,记,电源产生的功率,电源内阻损耗的功率,电源输出的功率,功率平衡,2.功率与功率平衡,任意电路中，电源产生的功率和负载取用的功率及内阻上损耗的功率是平衡的。,记电源产生的功率电源内阻损耗的功率电源输出的功率功率平衡2.,解：,电源,负载,(1),电源,负载,例1.5.1,在图所示电路中，U=220V，I=5A，内阻R,01,=R,02,=0.6。(1)试求电源的电动势E,1,和负载的反电动势E,2,；(2)试说明功率的平衡。,+,I,E,1,+,U,1,R,01,+,E,2,+,U,2,R,02,U,+,解：电源负载(1)电源负载例1.5.1 在图所示电路中，U,电源,产生的功率,负载,取用的功率,电源,内阻损耗的功率,负载,内阻损耗的功率,(2)由(1)中两式可得,电源产生的功率负载取用的功率电源内阻损耗的功率负载内阻损耗的,电源：,U和I的实际方向,相反,，电流从“+”端流出，,发出功率。,负载：,U和I的实际方向,相同,，电流从“+”端流入，,取用功率。,练习与思考 1.5.4,电源,负载,负载,电源,3.电源与负载的区别,+,U,I,+,U,I,+,U,I,+,U,I,电源：U和I的实际方向相反，电流从“+”端流出，负载：U和I,额定值：,制造厂为了使产品能在给定工作条件下,正常运行而规定的正常容许值。,额定电压,额定电流,额定功率,实际值受外界条件的影响，一般不等于额定值。,选用电阻不仅要考虑阻值大小，还要根据电流,考虑电阻的功率。,注意,4.额定值与实际值,额定值：制造厂为了使产品能在给定工作条件下额定电压额定电流额,解：,电流,电阻,一个月用电量,例1.5.2,有一220V 60W的电灯，接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻，如果每晚用3h（小时），问一个月消耗电能多少？,解：电流电阻一个月用电量例1.5.2 有一220V 60W的,解：,额定电流,最大电压值,由此例可知，选用电阻时，不仅要阻值正确，还要根据电流值确定电阻的额定功率。,例1.5.3,有一额定值为5W 500的线绕电阻，其额定电流为多少？在使用时电压不得超过多大的数值？,解：额定电流 最大电压值 由此例可知，选用电阻时，不仅要阻,如图，电源与负载,断开,，则电路处于开路（空载）状态。,电路特征,U,0,为,开路电压,或空载电压。,二、电源开路,U,+,+,E,R,0,R,I,如图，电源与负载断开，则电路处于开路（空载）状态。电路特征,电源两端直接相连，称电源短路。,电路特征,短路可发生于电路中任意部分，电源短路后，能量,全部消耗在电源内阻上，对电源损害极大，因此要,避免短路发生。,三、电源短路,U,+,+,E,R,0,R,I,电源两端直接相连，称电源短路。电路特征短路可发生于电路中任意,解：,电源电动势,电源内阻,此例利用开路电压和短路电流求解电源电动势和内阻这两个参数。,例1.5.4,若电源的开路电压U,0,=12V，短路电流为I,S,=30A，试问该电源的电动势和内阻各为多少？,解：电源电动势电源内阻此例利用开路电压和短路电流求解电源电动,支路：,电路中的每一分支就是一条支路,结点：,三条或三条以上支路相连接的点称结点,回路：,一条支路或多条支路组成的闭合电路称回路,例：,a和b,例：,ab、bca和bda,例：,abca、abda和adbca,1.6 基尔霍夫定律,一、支路、结点、回路,a,b,c,d,R,1,R,2,R,3,I,1,I,2,I,3,E,1,E,2,+,+,支路：电路中的每一分支就是一条支路结点：三条或三条以上支路相,应用于结点,表述一：,在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应等于由该接点流出的电流之和。,I,1,I,2,I,3,a,表达式：,表述二：,在任一瞬时，一个结点,上电流的代数和恒等于零。,表达式：,规定参考方向：,流进结点的电流取正，流出结点的电流取负。（反之亦可）,二、基尔霍夫电流定律KCL,应用于结点表述一：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应等于由,结点,A,：,结点,B,：,结点,C,：,相加,A,B,C,I,AB,I,CA,I,BC,I,A,I,C,I,B,推广：,基尔霍夫电流定律可应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,结点A：结点B：结点C：相加ABCIABICAIBCIAIC,I,1,I,2,I,3,I,4,解：,利用表述一,利用表述二,利用表述二时，有两套正负号，电流I前的正负号是根据参考方向确定的，括号内数值的正负号则表示电流本身数值的正负。,例1.6.1,在图中，I,1,=2A，I,2,=-3A，I,3,=-2A，,试求I,4,。,注意,I1I2I3I4解：利用表述一利用表述二利用表述二时，有两套,应用于回路,表述一：,从回路中任一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位降之和应等于电位升之和。,a,b,c,d,U,1,U,2,U,3,U,4,E,1,E,2,R,1,I,1,R,2,I,2,+,+,+,+,沿逆时针方向，并根据电压参考方向,电位升：,电位降：,三、基尔霍夫电压定律KVL,应用于回路表述一：从回路中任一点出发，以顺时针方向或逆时针方,沿逆时针方向，并根据参考方向,以上两种表述,遇到电源时,，均取其,外部端电压U,作为计算