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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 1 了解电路的作用与组成部分 2 了解电路的建模思想 3 理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向的关系 4 掌握KCL KVL的内容并能正确应用 5 了解电源的有载工作 开路与短路状态中 电压 电流与功率的特征 理解电功率和额定值的意义 6 会计算电路中各点的电位 熟悉电位的特点 本章教学要求 第1章电路的基本概念与基本定律 本节的要求 了解电路的作用及组成 电路 电流流通的路径 返回 下一页 上一页 下一节 作用之一 实现电能的传输 分配与转换 1 电路的作用 请欣赏例子 强电电路的作用 上一页 下一页 电能的输送和分配 返回 架空输电线 上一页 下一页 返回 作用之二 实现信号的传递与处理 1 电路的作用 请欣赏例子 弱电电路的作用 各种检测仪器 上一页 下一页 返回 2 电路的组成部分 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 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 2 电路的组成部分 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 电源 负载和中间环节 电路的组成是什么 最简单电路的组成 返回 下一页 上一页 下一节 简单照明电路 1 2电路模型 本节要求 了解几种理想电路元件 了解实际电路的建模思想 电路模型 实际电路的数学模型 如何建模 由理想元件的串 并联组成 近似地描述实际电路的电气特性 有哪些理想元件 电阻元件 描述消耗电能的特性 把电能转变为热能 光能 声能 机械能等 符号 电感元件 描述存贮磁场能的特性 符号 L R 电容元件 描述存贮电场能量的特性 符号 理想电压源 描述提供一定的电压的特性 符号 理想电流源 描述提供一定的电流的特性 符号 还有许多其它的理想元件 以后慢慢学吧 建模思想是科研中一种很重要的思维方法 请欣赏实际电路建模例 手电筒电路模型 a 实际电路 b 电路模型 b 干电池提供电压 干电池把电能转变为热能 灯泡把电能转化为光能 热能 晶体管放大电路 a 实际电路 b 电路模型 b 信号源 晶体管 电池 忽略内阻 变压器 扬声器 电阻器 根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求 应当用不同的电路模型描述同一实际电路 现在以线圈为例加以说明 线圈的几种电路模型 a 线圈的图形符号 b 线圈通过低频交流的模型 c 线圈通过高频交流的模型 记住啰 很有用啰 线圈内阻 存贮磁场能 匝间电容效应 郑重声明 本课程介绍电路模型 简称电路 的分析计算 请欣赏一些元器件实物 低频信号发生器的内部结构 常用的干电池和可充电电池 1 3电压和电流的参考方向 本节的要求 理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向关系 本节很重要 别打瞌睡啰 电路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 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 电流任意假定的方向 2 电路基本物理量的参考方向 实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值 实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值 3 实际方向与参考方向的关系 务必集中2分钟的精力 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 若U 5V 则电压的实际方向从a指向b 若U 5V 则电压的实际方向从b指向a 每个二端元件 电压 电流的参考方向应如何取 理论上 爱咋样取 就咋样取 不过 有大家习惯的取法 FOLLOWME 对于二端元件而言 电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式 如图下所示 习惯的取法 取关联参考方向 技巧 求解电路时 若事先并不知某元件上电流 电压的实际方向时 就取参考方向 通过计算结果就知啦 你知吗 1 4欧姆定律 本节的要求 复习欧姆定律内容 注意欧姆定律的公式表达 欧姆定律 流过电阻元件的电流与其两端的电压成正比 与其阻值成反比 初中就学过啦 不必啰嗦了 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 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 通常取U I参考方向相同 U IR U IR 公式表达 请集中3分钟精神 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 二端元件或单口网络端电压与电流的关系称为伏安特性 线性电阻 非线性电阻的概念 线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线 1 5电源有载工作 开路与短路 本节的要求 了解电源的有载工作 开路与短路状态中 电压 电流与功率的特征 理解电功率和额定值的意义 状态 开关闭合 接通电源与负载 负载端电压 电源端电压 U IR 特征 1 电源有载工作 电流的大小由负载决定 或U E IR0 电流的特征 电压的特征 电源端电压 在电源有内阻时 I U U E IR0 当R0 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 电源端电压的特征 UI EI I Ro P PE P 负载取用功率 电源产生功率 内阻消耗功率 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 等效电阻减小 U E IR0 电路功率的特征 为什么 负载并联也 电源与负载的判别 根据U I的实际方向判别 电源 U I实际方向相反 即电流从 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即电流从 端流出 吸收功率 请集中4分钟的精神 I R US U I 都是实际方向 由此可得 电源与负载的判别 U I参考方向不同 P UI 0 电源 P UI 0 负载 U I参考方向相同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 根据U I的参考方向判别 还有2分钟 U I 可以证明 例1 1在图示电路中 已知U1 1V U2 6V U3 4V U4 5V U5 10V I1 1A I2 3A I3 4A I4 1A I5 3A 试求 1 各二端元件吸收的功率 2 整个电路吸收的功率 例1 1 例1 1在图图示电路中 已知U1 1V U2 6V U3 4V U4 5V U5 10V I1 1A I2 3A I3 4A I4 1A I5 3A 整个电路吸收的功率为 解 各二端元件吸收的功率为 电气设备的额定值 额定值 电气设备在正常运行时的规定使用值 电气设备的三种运行状态 欠载 轻载 I IN P PN 不经济 过载 超载 I IN P PN 设备易损坏 额定工作状态 I IN P PN 经济合理安全可靠 特征 状态 开关断开 2 电源开路 I 0 电源端电压 开路电压 U U0 E P PE P 0 开路处的电流等于零 I 0 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 功率的特征 电压的特征 电流的特征 状态 电源外部端子被短接 3 电源短路 短路处的电压等于零 U 0 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 电流的特征 电压的特征 功率的特征 1 6基尔霍夫定律 本节的要求 掌握KCL KVL的内容 能熟练地列写KCL KVL方程 本节是本章的重点 支路 电路中的每一个分支 一条支路流过同一个电流 称为支路电流 结点 三条或三条以上支路的联接点 回路 由支路组成的闭合路径 网孔 内部不含支路 中空 的回路 介绍几个名词 支路 ab bc ca 共6条 下面可是一个很好的例子 莫错过啰 几条支路 几个结点 结点 a b c d 共4个 回路 abda abca adbca 共7个 网孔 abd abc bcd 共3个 几个回路 几个回路 数一数图示电路的支路 结点 回路和网孔数 重点开始啦 1 基尔霍夫电流定律 KCL 定律的内容 即 入 出 叙述法之一 在任一瞬间 流进任一结点的电流等于流出该结点的电流 一般地 0 例 对于结点a 有 I1 I2 I3 或 I1 I2 I3 0 1 基尔霍夫电流定律 KCL 定律的内容 一般地 0 叙述法之二 在任一瞬间 流进 或流出 任一结点的电流代数和为零 一般地 流进结点 流出结点 均为 参考方向 1 基尔霍夫电流定律 KCL KCL的实质 电流连续性的体现 KCL 约束了电路中任一结点各支路间的电流 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 KCL的推广应用 I 例 广义结点 I 0 IA IB IC 0 这些电流 有的为正 有的为负 2 基尔霍夫电压定律 KVL 定律的内容 即 U 0 叙述法之一 在任一瞬间 从回路中任一点出发 沿回路绕行一周 则在这个方向上电位升之和等于电位降之和 对回路1 对回路2 E1 I1R1 I3R3 I2R2 I3R3 E2 或I1R1 I3R3 E1 0 或I2R2 I3R3 E2 0 即 电位升 电位降 即 U 0 叙述方法之二 在任一瞬间 沿任一回路绕行方向 回路中各段电压的代数和恒等于零 2 基尔霍夫电压定律 KVL 定律的内容 U 0 一般地 电位降 电位升 KVL 约束了电路中任一回路各元件间的电压 电位升 电位降E2 UBE I2R2 U 0I2R2 E2 UBE 0 开口电压可按回路处理 对回路1 KCL的推广应用 本重点讲解大约需要0 9分钟 坚持就是胜利 重点结束啦 各位辛苦了 你现在打瞌睡 我没意见啦 请欣赏例题 例1 对网孔abda 对网孔acba 对网孔bcdb R6 I6R6 I3R3 I1R1 0 I2R2 I4R4 I6R6 0 I4R4 I3R3 E 0 对回路adbca 沿逆时针方向循行 I1R1 I3R3 I4R4 I2R2 0 应用 U 0列方程 对回路cadc 沿逆时针方向循行 I2R2 I1R1 E 0 例2 如对图示电路的三个回路 沿顺时针方向绕行回路一周 写出的KVL方程 1 2 3 1 7电路中电位的概念及计算 本节的要求 熟悉电位的概念 会进行电位计算 熟悉电位的特点 熟悉电路的简化画法 电位 电路中某点至参考点的电压 记为 VX 通常设参考点的电位为零 1 电位的概念 某点电位为正 说明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 电压与电位的关系 a b之间的电压 a点电位 b点电位 你们的师兄 师姐经常在此犯错误 注意 说某点电位的大小 一定要指明参考点 某点有电位 但一点没有电压 两点之间才有电压 你可记住了 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 2 标出各电流 电压参考方向并计算 3 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位 请欣赏例子 并注意归纳总结 下面的重点内容讲解大约需要3分钟 例1 求图示电路中各点的电位 Va Vb Vc Vd 解 设a为参考点 即Va 0V Vb Uba 10 6 60VVc Uca 4 20 80VVd Uda 6 5 30V 设b为参考点 即Vb 0V Va Uab 10 6 60VVc Ucb E1 140VVd Udb E2 90V b a Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V Uab 10 6 60VUcb E1 140VUdb E2 90V 从上述计算 你能归纳出出什么结论 1 电位值是相对的 和参考点有关 参考点选取的不同 电路中各点的电位也将随之改变 2 电路中两点间的电压值是固定的 和参考点无关 不会因参考点的不同而变 结论 你也归纳出了上述的结论吗 3 电路中两点间的电压值是固定的 和计算路径无关 电路的简化画法 省略电源 交代电位 例2 图示电路 计算开关S断开和闭合时A点的电位VA 解 1 当开关S断开时 如图 a 2 当开关闭合时 电路如图 b 电流I2 0 电位VA 0V 电流I1 I2 0 电位VA 6V 电流在闭合路径中流通 开路了 开路了 例3 电路如下图所示 1 零电位参考点在哪里 画电路图表示出来 2 当电位器RP的滑动触点向下滑动时 A B两点的电位增高了还是降低了 解 零电位参考点去哪儿了 电路简化时 简没了 咋办 补上 例3 电路如下图所示 1 零电位参考点在哪里 画电路图表示出来 2 当电位器RP的滑动触点向下滑动时 A B两点的电位增高了还是降低了 2 VA IR1 12VB IR2 12 当电位器RP的滑动触点向下滑动时 R1 R2不变