电路的基本概念与定律

1、12345 6放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉. .输电线输电线7电源电源: : 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: : 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线本课程主要讨论本课程主要讨论激励激励与与负载负载之之间的特性和关系间的特性和关系8直流电源直流电源: : 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:

2、 : 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒9物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I I( (正电荷运动方向正电荷运动方向) )电动势电动势E E( (电源中电源中) ) ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U U( (端电压端电压) )( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V (负载中负载中)高电位高电位 低电位低电位10电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：（也称关联方向）（也称关联方向）IE+_ 在分析与计算电路时，对未在分析

3、与计算电路时，对未知电量任意选定的一个方向知电量任意选定的一个方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_11实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流( (或电压或电压) )值为值为正值正值实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流( (或电压或电压) )值为值为负值负值注意注意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( ( 或电压或电压 ) ) 值才有正负之分值才有正负之分 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b例例：若若 I = 5A，则电流从则电流从 b 流向流向 aabRIabRU+若若 U

4、= 5V，则电压的实际方向则电压的实际方向从从 a 指向指向 b若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指向 a 12按物理性能，实际电路元件一般具有按物理性能，实际电路元件一般具有3个基本特性：个基本特性：1)供能特性供能特性提供能量；提供能量；2)耗能耗能特性特性消耗能量；消耗能量；3)储能储能特性特性储存能量；储存能量； 的电路元器件是指的电路元器件是指只有只有电磁特性的电路元电磁特性的电路元件，是实际电路元件特性的科学抽象。件，是实际电路元件特性的科学抽象。：电源（电动势）、电阻、电感、电容等电源（电动势）、电阻、电感、电容等13手电筒的电路模型手电筒的电路模

5、型模型基本要求：模型基本要求：应应能能充分充分反映实际电路的电磁性质反映实际电路的电磁性质R+RoES+UI电池电池（激（激励源）励源）中间环节中间环节灯泡灯泡（负（负载）载）开关开关手电筒是由电池、灯手电筒是由电池、灯泡、开关和电筒体组成。泡、开关和电筒体组成。导线导线电路模型电路模型：是指由理想元：是指由理想元件与中间环节组成的电路件与中间环节组成的电路图形。图形。为了为了分析电路的方便分析电路的方便，需要将实际电路进行模，需要将实际电路进行模型化处理。即首先型化处理。即首先建立电路的模型建立电路的模型。14 电池电池是电源元件，其参是电源元件，其参数为电动势数为电动势 E E 和内阻和内

6、阻R Ro o； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参的性质，是电阻元件，其参数为电阻数为电阻R R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的用来控制电路的通断。通断。R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关中间环节中间环节15电源是提供能量的理想元件，又电源是提供能量的理想元件，又称为有源元件。分为电压源和电称为有源元件。分为电压源和电流源两种。流源两种。16 金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性

7、能有关导电性能有关，表达式为表达式为：描述消耗电能的性质描述消耗电能的性质iRu 根据欧姆定律根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系SlR 0dd00 tRituiWt2t电阻的能量电阻的能量Riu+_17iNiL电感电感: :(H、mH)电流通过电流通过N匝匝线圈产生线圈产生( (磁链磁链) )N 电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生( (磁通磁通) )ui +-线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关及附近的介质的导磁性能等有关lNSL218(H)lNSL2tiLteLdddd iu

8、+-eL+-LS 线圈横截面积线圈横截面积（m2） l 线圈长度线圈长度（m）N 线圈匝数线圈匝数 介质的磁导率（介质的磁导率（H/m）eL具有阻碍电流变化的性质具有阻碍电流变化的性质tiLeuLdd 根据电路的参考方向可得根据电路的参考方向可得：19221LiW 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 i i ，并积分，则得：，并积分，则得：20021ddLiiLituiti即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件

9、向电源放还能量。场能减小，电感元件向电源放还能量。理想电感不消耗能量，理想电感不消耗能量，20电容：电容：uqC (F )uiC+_电容器的电容量电容器的电容量C与极板的尺寸与极板的尺寸及极板间介质的介电常数等关。及极板间介质的介电常数等关。(F)dSCS 极板面积极板面积（m2）d 板间距离板间距离（m）介电常数介电常数（F/m）tuCidd 当电压当电压u u变化时，在电路中产生电流变化时，在电路中产生电流:21221CuW 将上式两边同乘上将上式两边同乘上 u u，并积分，则得：，并积分，则得：20021ddCuuCutuitu即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，即电容将

10、电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。电场能减小，电容元件向电源放还能量。2）电容电流为：）电容电流为：tuCidd22 有载状态有载状态开关闭合开关闭合, , 电源与负载接通的状态电源与负载接通的状态RREI 0负载两端电压：负载两端电压： U = IR1. 电压与电流电压与电流关系关系: :IR0R EU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I I U U 。或或 U = E IR0电源的外特性电源的外特

11、性EUI023考虑电源的内阻时，考虑电源的内阻时，U = E IRo所以所以：UI = EI IRo 电源输出的功率由负载电流决定电源输出的功率由负载电流决定。负载大小的概念负载大小的概念: : 负载增加指负载取用的电流和功率增加负载增加指负载取用的电流和功率增加( (电压一定电压一定) )。IR0R EU I2. 功率状况与功率平衡功率状况与功率平衡P=UI； PE=EI ； P= IRoP = PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 功率的表达与平衡：功率的表达与平衡：243. 电源与负载的判别电源与负载的判别当当U、I 参考方向不同参考方向不同时

12、时，而数值计算而数值计算P = UI 0，电源电源；而数值计算而数值计算P = UI 0，负载负载。当当U、I 参考方向相同时参考方向相同时，而计算结果而计算结果 P =UI 0，负载负载；而计算而计算结果结果P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U U、I I 的实际方向相反，即电流从的实际方向相反，即电流从“+”+”端流出、端流出、从从“”端流入端流入（发出或产生功率）（发出或产生功率）；负载：负载： U U、I I 的实际方向相同，即电流从的实际方向相同，即电流从“+ +”端端 流入、流入、从从“”端流出端流出（吸收功率）（吸收功率）。25特征特征: :开路状态开路状态开关开关 断

13、开断开I = 0电源端电压电源端电压 ( ( 开路电压开路电压 ) )负载功率负载功率U = U0 = EP = 0 断断开处的电流等于零；开处的电流等于零； I = 0断断开处的电压开处的电压 U U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征表现电路中某处断开时的特征表现: :I+U有有源源电电路路IRoR EU0 26短路状态短路状态电源外部被短接电源外部被短接 特征特征: :0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 0 短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U = 0 短路处的电流短路处的电流 I I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路

14、路IR0R EU0 27支路：支路：电路中的每一条分支电路中的每一条分支称为支路称为支路。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点三条或三条以上支路的联接点( (如如a、b点点) )。由支路组成的闭合路径，包含连接线。由支路组成的闭合路径，包含连接线。回路回路内内不含支路的回路，如回路不含支路的回路，如回路1 1、2 2。I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 2名词解释：名词解释：3 328判断电路的支路、节判断电路的支路、节点、回路、网孔数点、回路、网孔数29 在任一瞬间，流入任一结点的在任一瞬间，流入任一结点的电流等于

15、流出该结点的电流。电流等于流出该结点的电流。 实质实质: : 或或: : = 0；即；即代数和为零代数和为零I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0 30电流定律可以推广应用于包围部分电路的任意电流定律可以推广应用于包围部分电路的任意一个闭合面。一个闭合面。I =?例例:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V31或描述为：在任一瞬间，沿任一回路的循行方向上，或描述为：在任一瞬间，沿任一回路的循行方向上，回路中各段电压的代数和恒等于零。回路中各段电压的代

16、数和恒等于零。即：即： U = 0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和。周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1 1：对回路对回路2 2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 232 电位升电位升 = = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0电压定律可以推广应用于

17、开路部分的电路，电压定律可以推广应用于开路部分的电路，开口电压可按回路处理：开口电压可按回路处理：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_33 列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 应用应用 U U = 0 = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 注意注意：34对网孔对网孔abdaabda：对网孔对网孔acbaacba：对网孔对网孔bcdbbcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbcaadbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行 I1 R1

18、+ I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U U = 0 = 0列方程列方程对回路对回路 cadccadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行 I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I3536373. 参考点与电位的关系：参考点与电位的关系： 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。设设 a a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vc20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dba38bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd39图示电路中，计算开关图示电路中，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A A点的电位点的电位V VA A解解: : (1)当开关当开关S S断开时断开时(2) 当开关闭合时当开关闭