电路理论：电路的基本概念与基本定律课件

下一页,总目录,章目录,返回,上一页,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,1.2,电路模型,1.3,电压和电流的参考方向,1.4,欧姆定律,1.5,电源有载工作、开路与短路,1.6,基尔霍夫定律,1.7,电路中电位的概念及计算,第1章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组,1.1,电路的作用与组成部分,1、实现电能的传输、分配与转换,2、实现信号的传递与处理,一、电路的作用,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。,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电动机电炉,.,输电线,放大器,扬声器,话筒,1.1 电路的作用与组成部分 1、实现电能的传输、分配与,二、,电路的,组成部分,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电动机电炉,.,输电线,电源:,提供,电能的装置,负载:,取用,电能的装置,中间环节：,传递、分,配和控制电能的作用,例：电力系统,二、电路的组成部分发电机升压降压电灯输电线电源:提供负,二、,电路的,组成部分,例：扩音机,直流电源,直流电源:,提供能源,信号处理：,放大、调谐、检波等,负载,信号源:,提供信息,放大器,扬声器,话筒,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,。,二、电路的组成部分例：扩音机直流电源直流电源:信号处理,1.2,电路模型,(circuit model),实际电路,分解,实际电路元件,电路模型(简称电路),理想电路元件,近似替代,组合,一一对应,1.2 电路模型(circuit model)实际电路分,干电池,是电源元件，用电动势,E,和内阻,R,0,的串联组合表示；,电珠,主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻,R,；,筒体,用来连接干电池和电珠，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关,用来控制电路的通断。,导线,干电池,开关,电珠,手电筒电路,电路模型,R,+,E,S,R,0,导线,电珠,开关,干电池,干电池是电源元件，用电动势 E 和内阻 R0 的串联组合表示,(1)理想电路元件：只反映一种电磁现象。,说明:,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,(2)各种电路元件都有规定的图形符号。,R,电阻元件,L,电感元件,C,电容元件,E,电压源,+,(1)理想电路元件：只反映一种电磁现象。说明:电阻元件：表,1.3 电流和电压的参考方向,1.电路分析中几个常用的物理量,物理量,定义,实际方向,国际单位,电流,正电荷运动的方向,A（安培）,电压,电位降低的方向,V（伏特）,备注,直流电流（压）或恒定电流（压）用大写字母表示：,I,（,U,）,功率,W（瓦特）,1.3 电流和电压的参考方向1.电路分析中几个常用的物理,2.电压和电流的参考方向,(2),参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1),参考方向,在分析与计算电路时，对电压和电流任意假定的方向。,双下标：,i,ab,箭 头,i,a,b,元件,正负极性：,+,u,箭头：,a,b,元件,双下标：,u,ab,2.电压和电流的参考方向(2)参考方向的表示方法电流：,若电流(或电压)值为,正值,，则表示实际方向与参考方向,一致,；,若电流(或电压)值为,负值,，则表示实际方向与参考方向,相反,。,(3),实际方向与,参考方向的关系,注意：,在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,若,I,=5A，,则电流从 a 流向 b；,例：,若,I,=5A,，则电流从 b 流向 a。,a,b,R,I,若电流(或电压)值为正值，则表示实际方向与参考方向一致；(3,说明：,(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2),参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和,符号），在计算过程中不得任意改变。,（3）,参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际,方向不变。,说明：(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2),3、功率的计算,P,=,UI,U,+,(1),U,、,I,参考方向相同,P,=,UI,表吸收的功率,P,0，元件吸收功率,（负载）,P,0，元件发出功率,（电源）,P,0，元件吸收功率,（负载）,3、功率的计算P=UIU+(1)U、I参考方向相同,例1：,已知,U,=,2V，,I,=1A，计算元件吸收或发出的功率。,U,+,解：,P,=,UI,=,2W 0,元件发出2W的功率。,例2：,若元件吸收10W的功率，则,I,=？,10V,+,解：,P,=10,I,=,10W,I,=,1A,例1：已知U=2V，I=1A，计算元件吸收或发出的功率。,例3,求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：,U,1,=1V，,U,2,=2V，,U,3,=1V，,U,4,=1V，,I,1,=1A，,I,3,=3A，,I,4,=4A,解：,注,对一完整的电路，发出的功率吸收的功率,4,3,1,2,I,3,I,4,I,1,+,+,+,+,U,4,U,3,U,2,U,1,元件1吸收1W的功率。(负载),元件2发出2W的功率。(电源),元件3发出3W的功率。(电源),元件4吸收4W的功率。(负载),例3求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：,1.4,欧姆定律,U,、,I,参考方向相同时，,U,、,I,参考方向相反时，,R,U,+,I,R,U,+,I,U,=,RI,U,=,RI,一、欧姆定律,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。,注意：,欧姆定律必须与参考方向配套使用。,通常,U,、,I,取关联参考方向。,R,：电阻，单位：,(欧姆),1.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时，U、I 参考方向相,解：,对图(a)有,U,=,IR,例：,应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻,R,。,对图(b)有,U,=,IR,R,U,6V,+,2A,R,+,U,6V,I,(a),(b),I,2A,表达式中有两套正负号：,式前的正负号由,U,、,I,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方向之间的关系。,解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路,1.5 电源有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压：,U,=,RI,一、电压与电流,1.5.1 电源有载工作,电流的大小由负载决定。,或,U,=,E,R,0,I,电源的外特性,E,U,I,0,当,R,0,R,时，则,U,E,，,表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,I,R,0,R,+,-,E,U,+,-,电路中的电流：,电源的外特性：,电源的端电压与端电流的关系。,1.5 电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载负载,二、功率与功率平衡,I,R,0,R,+,-,E,U,+,-,U,=,E,R,0,I,同乘以,I,P,=,P,E,P,功率平衡式,UI,=,EI,R,0,I,2,电源输出的功率由负载决定。,负载大小,的概念:,负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。,式中：,P,=,UI,，,负载取用的功率,P,E,=,EI,，,电源产生的功率,P,=,R,0,I,2,，,内阻损耗的功率,二、功率与功率平衡IR0R+-EU+-U=E R,1.5.2 电源开路,电源开路的特征:,I=,0,电源端电压,(开路电压或空载电压),U,=U,0,=E,负载功率,P,=,0,1.开路处的电流等于零，,I,=0；,2.开路处的电压,U,视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,I,+,U,有,源,电,路,I,R,0,+,-,E,U,0,+,-,1.5.2 电源开路电源开路的特征:I=0电源端电压(,1.5.3 电源短路,电源外部端子被短接,电源短路的特征:,短路电流,U,=,0,电源产生的能量全被内阻消耗掉,P,E,=,P=I,R,0,P,=,0,I,R,0,R,+,-,E,U,+,-,1.,短路处的电压等于零，,U,=0,2.,短路处的电流,I,视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,I,+,U,有,源,电,路,1.5.3 电源短路电源外部端子被短接电源短路的特征:短路,例1,若电源的开路电压,U,0,=12V，其短路电流,I,s,=30A，求该电源的电动势和内阻各为多少？,R,o,+,-,E,U,0,+,-,R,o,+,-,E,I,s,解,电源电动势：,E,=,U,0,=12V,电源的内阻：,这是由开路电压和短路电流计算电源电动势和内阻的一种方法。,例1若电源的开路电压 U0=12V，其短路电流Is=30A，,1.6 基尔霍夫定律,电路三大定律,欧姆定律(VCR),基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律(KCL),基尔霍夫电压定律(KVL),元件电压和电流的关系,适用于结点,适用于回路,1.6 基尔霍夫定律电路三大定律欧姆定律(VCR)基尔,几个常用的术语：,支路：,电路中的每一个分支。（,b,）,结点：,三条或三条以上支路的联接点。（,n,）,回路：,由支路组成的闭合路径。（,l,）,网孔：,内部不含支路的回路。（,m,）,支路数,b,=3,结点数,n,=2,回路数,l,=3,1,2,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,I,1,I,2,I,3,每一条支路流过的电流，称为支路电流。,几个常用的术语：支路：电路中的每一个分支。（b）结点：三条或,1.6.1,基尔霍夫电流定律,(,KCL,定律,),1定律内容,“在任一瞬间，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。”(,入,=,出,),“在任一瞬间，一个结点上电流的代数和等于零。”（,=0）,如果规定流入结点的电流为正，则流出结点为负。,对结点,a：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律内容,说明：,（2）,KCL给各支路电流加上了线性约束。,（1）KCL实质上是电流连续性的体现。,（3）在应用KCL时，必须先指定各支路电流的参考方向。,2推广,KCL,通常用于结点，但对包围几个结点的闭合面(广义结点)也适用。,例：,广义结点,三式相加得：,I,A,+,I,B,+,I,C,=0,结点A：,I,A,=,I,AB,I,CA,结点C：,I,C,=,I,CA,I,BC,结点B：,I,B,=,I,BC,I,AB,A,B,C,I,A,I,B,I,C,I,AB,I,CA,I,BC,说明：（2）KCL给各支路电流加上了线性约束。（1）KC,T,I,C,I,B,I,E,I,E,=,I,C,+,I,B,TICIBIEIE=IC+IB,I,=?,I,=0,2,+,_,+,_,I,5,1,1,5,6V,12V,思考题：,I=?I=02+_+_I51156V12V思,1.6.2,基尔霍夫电压定律,(,KVL,定律,),“,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,。”,(,U,=0),1,定律内容,列方程前，需任意指定一个回路的绕行方向，支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致，前面取“+”号，否则取“,”号。,对回路1有,：,u,1,+,u,2,u,3,+,u,4,=,0,或,u,3,=,u,1,+,u,2,+,u,4,+,-,u,6,+,-,u,1,u,4,-,+,u,5,-,+,+,-,u,2,u,3,-,+,1,“,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，在这个方向上，电位升之和等于电位降之和,。”,1.6.2 基尔霍夫电压定律(KVL定律)“在任一瞬,说明：,（3）KVL实质上是电压与路径无关的体现。（任意两结点之间的电压是单值的。）,（1）,KVL给各支路电压加上了线性约束。,（2）在应用KVL时，必须先指定回路的绕行方向和各支路电压的参考方向。,（4）,KVL,不仅应用于闭