第1章电路的基本概念与基本定律 (1)ppt课件

2020/4/28,.,第1章电路的基本概念与基本定律,主讲教师：马存成西吉县职业中学,.,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,1.7电路中电位的概念及计算,1.6基尔霍夫定律,.,1-1电路的作用与组成部分,电路电流流经的闭合路径（由电工设备和元件组成）。,一.电路的组成1、电源（信号源）2、中间环节3、负载,二.电路的作用1、传输和转换电能；2、传递和处理信号。,.,电源：将其他非电能的能量形式转换成电能的装置。(如干电池,蓄电池,发电机)或信号源等。）,中间环节：把电源与负载连接起来的部分(如连接导线,开关等),负载：将电能转换成非电能的消耗电能的用电设备。(如电灯、电炉、空调、电动机、电风扇等),一.电路的组成：,1-1电路的作用与组成部分,.,电路的组成简单示意图,1-1电路的作用与组成部分,.,二.电路的作用,1.电能传输和转换,发电机,升压变压器,降压变压器,电灯电风扇,非电能（如风能、热能、核能等）转化为电能,传输分配电能,电能转换为非电能（如光能、机械能等）,1-1电路的作用与组成部分,.,2.信号的传递和处理,放大器,信号源,中间环节,负载,1-1电路的作用与组成部分,.,实际电路,1-2电路模型,.,电路模型：将实际元件理想化（即视为集总元件，由理想化的电路元件组成的电路即电路模型。,例如：,理想导线,理想元件,本书分析的都是电路模型，简称电路。,理想电源,1-2电路模型,.,电路模型:由理想元件组成的电路。（本书涉及电路元件未加说明均视为理想元件）,一、理想无源元件(线性元件),1.电阻:电路中耗能的理想元件,2.电容:电路中储能的理想元件,3.电感:电路中储能的理想元件,1-2电路模型,.,1-2电路模型,二、理想有源元件,1.理想电压源(恒压源）,2.理想电流源（恒流源）,线性电路:由线性元件和电源元件组成的电路。,.,部分实际元件,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,1-2电路模型,.,1-2电路模型,发电机,.,1-2电路模型,直流稳压电源,蓄电池,.,物理量的正方向：,1-3电压与电流的参考方向,.,物理量的实际正方向,1-3电压与电流的参考方向,.,一、电流,电流方向正电荷运动的方向（即电流的实际方向）。,电流参考方向任意设定一方向为电流正方向。,正值,负值,Iab=-Iba,1-3电压与电流的参考方向,.,二、电压,电压方向由高电位端指向低电位端（即电压实际方向）。,电压参考方向任选一方向位为电压正方向。,Uab=-Uba,关联正方向：,关联方向,1-3电压与电流的参考方向,例：,a,a,b,b,.,三、电动势,电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。,电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。,a.箭头,b.正负号,c.双下标,电动势和电压的关系：,电压与电动势规定正方向相反时,E=U,电压与电动势规定正方向相同时,E=-U,1-3电压与电流的参考方向,例：,.,Uab,_,+,正负号,a,b,Uab（高电位在前，低电位在后）,双下标,电压,+,_,1-3电压与电流的参考方向,.,引入参考方向：,问题的提出：在复杂电路中无法判断电路中物理量的实际方向。,电流方向AB？,电流方向BA？,1-3电压与电流的参考方向,.,(1)在解题前先设定电路物理量的参考方向；,解决之道：,(3)根据计算结果得知实际方向：若计算结果为正，说明实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，说明实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量之间相互关系的代数表达式（即电路方程）并计算；,1-3电压与电流的参考方向,.,例,已知：E=2V,R=1。求：当Uab分别为3V和1V时，IR=?,E,IR,R,UR,a,b,Uab,1-3电压与电流的参考方向,.,(3)数值计算：,（实际方向与假设方向一致）,（实际方向与假设方向相反）,1-3电压与电流的参考方向,.,4、尽量设定关联参考方向。,1、方程式U/I=R仅适用于关联参考方向的情况。,2、“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意设定的。,3、解题步骤：先设定“参考方向”；然后再列方程计算。且参考方向设定后，不论结果为正为负，解题过程中不允许再更改“参考方向”。,Tips:,.,伏-安特性,线性电阻,非线性电阻,1-4欧姆定律,.,1、U和I为关联正方向时：,2、U和I为非关联正方向时：,线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的大小为一常数，与电流、电压大小方向无关。,1-4欧姆定律,非线性电阻：不符合欧姆定律，其阻值的大小与电流、电压、时间等有关。,.,Tips:用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。,例：,1-4欧姆定律,.,广义欧姆定律:,1-4欧姆定律,.,受控源,1-5电源的工作状态,电源分类：,2020/4/28,.,理想电压源（恒压源）,特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电压不变（2）电压源中的电流由电压源和外电路共同决定,1-5电源的工作状态,2020/4/28,.,设:U=20V,当R1、R2同时接入时：I=20A,1-5电源的工作状态,说明流经电压源中的电流由外电路和电压源共同决定,2020/4/28,.,1-5电源的工作状态,特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电流不变（2）电流源两端的电压由电流源和外电路共同决定,理想电流源（恒流源）,2020/4/28,.,设:IS=2A,1-5电源的工作状态,说明电流源两端的电压由外电路和电流源共同决定,2020/4/28,.,一、电源有载工作,当RR0时,UE,1-5电源的工作状态,2020/4/28,.,电源的外特性曲线,表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。,U=IR=EIR0,1-5电源的工作状态,2020/4/28,.,2、功率平衡,电源的发出功率=负载的获得功率+电源内阻上的消耗功率,P：电源向外发出的功率PE：电源产生的功率P：电源内阻上消耗功率,功率平衡方程式：,1-5电源的工作状态,2020/4/28,.,3、功率判断,1-5电源的工作状态,1、关联参考方向下：,2、非关联参考方向下：,P=UI,P=-UI,P0，该元件（或部分电路）吸收能量，耗能为负载,计算结果：,P0，该元件（或部分电路）释放能量，供能为电源,计算结果：,P0，该元件（或部分电路）吸收能量，耗能为负载,2020/4/28,.,4、额定值与实际值,额定值:使电子或电气设备在额定的工作条件下额定运行而规定的值。如下标识：,UN、IN、PN,实际工作时，电压、电流、功率的实际值不一定等于额定值。往往存在三种情况：,1-5电源的工作状态,2020/4/28,.,二、开路（断路或空载）,电路特征：,I=0,U=0U0=E,PE=P=0,PE=U0I(为电源发出功率）P=UI（为负载获得功率）,1-5电源的工作状态,1、,2、,2020/4/28,.,三、短路,U=0I=0,P=0,电路特征：,1-5电源的工作状态,1、,2、,2020/4/28,.,基尔霍夫定律是电路中最基本的定律之一，是用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系定律,定律包括基尔霍夫电流（KCL)和基尔霍夫电压(KVL)两个定律。,术语名称：,网孔(mesh)：也称独立回路，是回路的一种，但回路不一定构成网孔。含独有支路的回路方能构成网孔。,支路（branch)：电路中的每一个分支（一个支路流过一个电流）,结点(node)：三条或三条以上支路的联结点,回路(loop)：电路中任一闭合路径,1-6基尔霍夫定律,2020/4/28,.,支路：共3条,回路：共3个,结点：a、b(共2个）,1-6基尔霍夫定律,判断支路数和结点数?,1、,2020/4/28,.,支路：ab、ad、.（共6条）,回路：abda、bcdb、.（共7个）,结点：a、b、.(共4个）,例,1-6基尔霍夫定律,2、,2020/4/28,.,对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。,1-6基尔霍夫定律之KCL,对任何结点，在任一瞬间，所有流过一个结点上电流的代数和为0。,2020/4/28,.,KCL依据：电流的连续性,约定：电流流入结点为正，流出结点为负。,1-6基尔霍夫定律之KCL,2020/4/28,.,KCL还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点）。,I1+I2=I3,I=0,I=?,I1,I2,I3,E2,E3,E1,+,_,R,R1,R,+,_,+,_,R,1-6基尔霍夫定律之KCL,2020/4/28,.,对电路中的任一回路，沿任意绕行方向的各段电压的代数和等于零。,即：,即：,在任一回路的绕行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,Tips:E、U和IR与循环方向相同为正，反之为负。（列方程前必须说明。,1-6基尔霍夫定律之KVL,2020/4/28,.,如：回路a-d-c-a,或：,设：与绕行方向相同为正，反之为负。,其中:US3=-E3，US4=-E4,1-6基尔霍夫定律之KVL,2020/4/28,.,KVL也适合开口电路。,由：,得：,1-6基尔霍夫定律之KVL,2020/4/28,.,1-6基尔霍夫定律,例：,2020/4/28,.,1-6基尔霍夫定律,例：,2020/4/28,.,电位单位正电荷从电场中移到参考点，电场力所做的功。也是该点与参考点之间的电压。参考点通常用“接地”符号表示，但该点实际并没有和大地相连。,1、电位是相对值，随著参考点选择的不同而不同；2、电压是绝对值，不随参考点的变化而变化；3、电流由高电位流向低电位。,求：A点电位。,1-7电路中电位的概念及计算,2020/4/28,.,设b点为参考点：Vb=0,则：VA=0,设c点为参考点：Vc=0,则：,S断开时：,S闭合时：,则：,解：,1-7电路中电位的概念及计算,2020/4/28,.,计算图中A点的电位。,解：-24V电源的正极在接地点上，12和36两电阻串联，流过电流为：I=24/（12+36）=0.5A,例2:,方向向左再向下，故A点电位,VA=-Ix12=-0.5x12=-6V,1-7电路中电位的概念及计算,2020/4/28,.,求解支路电流用什么方法最方便,I4=(18-6)/3=4A,I5=(6-0)/3=2A,+6V,+18V,I6=（0-18）/3=-6A,I1=（8-18）/2=-5A,