《电路基础与实践》PPT课件.ppt

项目1认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律 1 1电路和电路模型1 2电路的基本物理量及其参考方向1 3无源元件1 4电源1 5基尔霍夫定律 项目1认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律 项目要求 了解电路的基本组成及基本物理量的意义 掌握电压 电流的概念及其正方向的规定 掌握电能与电功率的计算方法 掌握电阻 电感 电容和电源元件的特性 掌握基尔霍夫定律在电路中的应用 熟悉测量仪表使用 1 知识要求 1 掌握电流 电压参考方向及电能与电功率的计算方法 2 掌握电阻 电感 电容和电源元件的特性 3 掌握基尔霍夫定律及应用 2 技能要求 1 根据要求能够正确连接电路 2 能够正确使用电流表 电压表及万用表 准确测量电路中电流 电压 电位等物理量 3 根据测得电路的物理量 能够分析电路的工作状态 4 能够对电路元件识读 检测 实施目标 1 熟悉电流表 电压表 万用表使用方法 2 连接一个具有三个回路的实际电路 对各物理量进行测试 并能分析电路的工作状态 3 能够利用基尔霍夫定律解决电路计算问题 4 掌握电路各元件的特性并能够识读 检测 实施器材 1 电源 导线 元件 开关若干 2 配备电流表 电压表 万用表 实施步骤 1 讲解项目要求的相关知识 2 连接一个具有三个回路的实际电路 检查无误后 通电测试 3 利用电流表 电压表 万用表 在线测量各物理量 4 利用基尔霍夫定律计算得到结果与实际测得数据比较 5 对电阻 电容 电感器件进行识读 检测 实训报告 实训报告内容包括实施目标 实施器材 实施步骤 测量数据 比较数据 并总结体会 相关知识 1 1电路和电路模型 案例1 1手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具 如图1 1所示 图1 1手电筒电路 1 1 1电路 电路是为了实现某种功能由电气器件按一定方式连接而成的集合体 作用 实现电能的传输和转换 实现信号的传递和处理 一个完整的电路应包括电源 负载和中间环节三部分 是由发生 传送和应用电能 或电信号 的各种部件组成的总体 电源是提供电能或电信号的设备 负载是使用电能或输出电信号的设备 中间环节用于传输 控制电能和电信号 1 1 2理想元件 实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件 称为理想电路元件 简称为电路元件 每一种电路元件体现某种基本现象 具有某种确定的电磁性质和精确的数学定义 电路元件按照其与电路其他部分相连接的端钮数 可以分为二端元件和多端元件 二端元件通过两个端钮与电路其他部分连接 多端元件通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接 1 1 3电路模型 由理想电路元件互相连接组成的电路称为电路模型 手电筒电路 1 2电路的基本物理量及其参考方向 1 2 1电流及其参考方向 金属内的自由电子在电场的作用下做定向运动 形成电流 电流的强弱用电流强度来衡量 电流强度在数值上等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量 规定正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向为电流的实际方向 在外电场的作用下 正电荷将沿着电场方向运动 而负电荷将逆着电场方向运动 电流的实际方向总是和外电场的方向一致 电流强度习惯上简称为电流 大小和方向都随时间而变化的电流称为交流电流 用小写字母i表示 如果电流的大小和方向不随时间而变化 则称其为直流电流 用大写字母I表示 电流的单位是安培 A 简称安 当每秒通过导体横截面的电量为1库仑 C 时 电流为1A 表示微小电流时 以毫安 mA 或微安 A 为单位 表示大电流时 以千安 kA 为单位 电流的参考方向 任意规定某一方向作为电流数值为正的方向 称为电流的参考方向 也称为电流的正方向 它是一个任意假定的电流方向 用箭头表示在电路上 并标以符号 未规定电流的参考方向时 电流的正负没有任何意义 1 2 2电压和电动势 1 电压电压的实际方向是从高电位点指向低电位点 即电位降的方向 单位是伏特 V 2 电动势电动势的方向是从低电位点指向高电位点 即电位升的方向 电动势的单位也是伏特 V 3 电压和电动势的参考方向 一般地 在元件或电路两端用符号 分别标定正负极性 由正极指向负极的方向为电压的参考方向 并以箭头表示 如果电压为正值 则实际方向与参考方向一致 如果电压为负值 则实际方向与参考方向相反 4 关联与非关联参考方向 如果指定流过元件的电流参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性的一端 即两者的参考方向一致 则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向 当两者不一致时 称为非关联参考方向 方法 电路中任意指定一点作为参考点 假定该点电位是零 例1 1在如图1 9所示的电路中 已知U1 10V U2 16V U3 4V 试求Uab 10V 16 V 4 V 22V 1 2 3电功率和电能 1 电功率电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电功率 简称为功率 用符号p表示 单位是瓦特 W 简称瓦 若p 0 表示元件实际吸收或消耗功率 若p 0 表示元件实际发出或提供功率 2 电能电能的单位是焦耳 J 1 3无源元件 案例1 2单相异步电动机属于感性负载 图1 14是吊扇的电气原理图 其中 LA LB分别是单相异步电动机 M 的工作绕组 起动绕组 电容是起动电容 它与起动绕组串联 S是开关 电感是吊扇的调速电抗器 1 3 1电阻元件单位是欧姆 简称欧 a 线性电阻的伏安特性曲线 b 非线性电阻的伏安特性曲线 c 线性电阻的电路符号 非线性电阻的电路符号 在关联参考方向下 欧姆定律 非关联参考方向 电阻器的电路符号 1 3 2电容元件单位是法拉 F 简称法 线性电容元件是一个二端元件 电荷量与电压的比值称为电容 电容元件的图形符号 电容元件的电压电流关系 当电压 电流为关联参考方向时 非关联参考方向 3 电容元件的电场能量 n个电容串联 n个电容并联 常用电容元件的外形 1 3 3电感元件 1 电感元件电感线圈简称线圈 在电路图中用字母 L 表示 自感磁通链与电流的关系为 电感的单位是亨利 简称亨 H 2 电感元件的电压电流关系 3 电感元件的能量 4 常用电感元件的外形和特点 1 4电源 案例1 3蓄电池是一种常见的电源 它多用于汽车 电力机车 应急灯等 下图是汽车照明灯的电气原理图 其中 RA RB 是一对汽车照明灯 S是开关 US是12V的蓄电池 1 4 1电压源1 实际电压源 实际电压源如大型电网 直流稳压电源 新的干电池及信号源等 内阻通常很小 在电路中工作时 端电压基本不随外电路的变化而变化 2 理想电压源 理想电压源是一种理想的二端元件 元件的电压与通过的电流无关 总保持某给定的数值或给定的时间函数 常将理想电压源简称为电压源 理想电压源输出电压和所连接的电路无关 独立于电路之外 所以称为独立电源 对应于某一时刻 理想电压源流过的电流的大小与方向由与它连接的外部电路确定 1 4 2电流源 1 实际电流源 2 理想电流源 理想电流源是一种理想的二端元件 元件的电流与它的电压无关 总保持某给定的数值或给定的时间函数 即 常将理想电流源简称为电流源 理想电流源的伏安特性 理想电流源输出电流和所连接的电路无关 独立于电路之外 所以也称为独立电源 对应于某一时刻 理想电流源两端的电压的大小和极性由与它连接的外部电路确定 1 4 3受控电源 1 定义和分类受控电源主要用来表示电路内不同支路物理量之间的控制关系 它本身也是一种电路元件 将控制支路和被控制支路耦合起来 使两个支路中的电压和电流保持一定的数学关系 即受控电源的电压或电流受某一支路电压或电流的控制 是非独立的 故称为受控电源 受控电源是一个二端口元件 由一对输入端钮施加控制量 称为输入端口 一对输出端钮对外提供电压或电流 称为输出端口 2 电路符号及特性 例1 4求如图所示电路中ab端的等效电阻 解由图1 31易知 化简得 所以 故ab端的等效电阻为13 1 5基尔霍夫定律 1 5 1一些有关的电路术语1 支路和节点一般地 把每个二端元件称为一条支路 电路中两条或两条以上支路的连接点称为节点 流经任意支路的电流称为支路电流 任意支路两端的电压称为支路电压 为方便起见 在电路分析中 常把几个元件互相串接组成的二端电路称为支路 3条或3条以上支路的连接点称作节点 电路图 2 回路 由几条支路构成的封闭路径称为一个回路 3 网孔所谓平面电路 就是电路图上无不连接的交叉点的电路 在平面电路中 如果回路除了组成其本身的那些支路外 在回路限定面内不含另外的支路 这样的回路称为网孔 网孔是不能够再分割的最小回路 电路图1 电路图2 1 5 2基尔霍夫定律1 基尔霍夫电流定律 KCL 对于电路中任意节点 在任意时刻 流出节点的电流之和等于流入节点的电流之和 按照电流的参考方向 若规定流出节点的电流取 号 流入节点的电流取 号 则基尔霍夫电流定律可以表述为 对于电路中的任意节点 在任意时刻 流出或流入节点的各支路电流的代数和等于零 其数学表示式为 节点 节点 节点 节点 对于任意电路 在任意时刻 流出包围部分电路的任意闭合曲面的各支路电流代数和等于零 2 基尔霍夫电压定律 KVL 在任意时刻 沿任意回路内的各支路电压的代数和等于零 首先要给定各支路电压参考方向 其次必须指定回路的绕行方向 当支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致时 该电压前取 号 相反时前面取 号 回路的绕行方向用带箭头的虚