第1章电路的基本概念与基本定律-ccppt课件

1、封面第1章 电路的基本知识内容电路模型电路模型1电路变量电路变量2电源电源3基尔霍夫定律基尔霍夫定律4电子学概论应用物理应用物理应用化学应用化学应用数学应用数学电子学概论1.1电路的组成和电路模型电路的组成和电路模型n电路指为了某种需要由一些电电路指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的电流气器件按一定方式连接起来的电流通路。通路。n电气器件泛指实际的电路部件，电气器件泛指实际的电路部件，如电阻、电容器、电感线圈、晶体如电阻、电容器、电感线圈、晶体管、变压器等。管、变压器等。电子学概论电路的作用电路的作用n实现电能的传输和转换。例如电力系统。实现电能的传输和转换。例如电力系统。n实现信

2、号的传递和处理。如扩音机。实现信号的传递和处理。如扩音机。电路的组成电路的组成电路=电源+中间环节+负载 电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源电路的组成电路的组成电路的组成电路的组成n电源提供电能或电信号的设备；电源提供电能或电信号的设备；n负载用电或者输出信号的设备；负载用电或者输出信号的设备；n传输环节用于传输电能和电信号。传输环节用于传输电能和电信号。n实际电路都是根据人们的需要将实际的电路实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。求。n如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容如发电机、变压器、电动机、电阻

3、器及电容器等但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。器等但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化即模型化）元器件理想化即模型化）n由理想电路元件组成的电路就是电路的电路由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。模型。电路模型电路模型电路与电路模型n实际电路：n电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线开关电池+R0R开关E干电池电珠SI1.2电路的主要物理量及方向电路的主要物理量及方向电流电流电压电压电动势电动势电流概念:电荷有规则的定向运动大小:通过某处的电荷量与所需时间之比。方向:正电荷移动的方

4、向单位:安培(A)、毫安(mA) 、 微安(A) 直流DC）、交流AC) abSIab i =dq / dt I = q / t (直流)电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？U1ABRU2IR问题：为什么要设参考方向？问题：为什么要设参考方向？(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；(2) 根据参考方向和电路的基本定律，列出物理量间根据参考方向和电路的基本定律，列出物理量间 相互关系的代数表达式；相互关系的代数表达式；(3) 根据计算结果确定实际方向。根据计算结果确定实际方向。解决方法：解决方法：参考方向：分析计算时，任意设定，参考方向：

5、分析计算时，任意设定，电路中用箭头表示。电路中用箭头表示。 根据计算结果的正负确定实际方向：根据计算结果的正负确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。元件参考方向实际方向I 0元件参考方向实际方向I 0假设假设 I = 2A，则电流从，则电流从 a 流向流向 b；例：例：假设假设 I = 2A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRI电 压n概念：电荷在导体中作定向运动时，一定要受到力的作用。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或

6、者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量电压n大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。dqdWuab电场力n方向：电压的方向规定为由高电位（极性端指向低电位（极性端，即为电位降低的方向。n在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时，电压值为正，反之为负。n单位：伏特(V)n 千伏(kV) 毫伏(mV)电 压电 动 势概念：表明单位正电荷在电源力作用概念：表明单位正电荷在电源力作用下转移时增加的电能。下转移时增加的电能。(e)方向：电动势

7、的实际方向是由电源低方向：电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。（电位升电位端指向电源高电位端。（电位升高的方向在分析问题时可设参考方高的方向在分析问题时可设参考方向。向。单位：电动势与电压的单位相同。为单位：电动势与电压的单位相同。为伏特伏特(V)。电位的概念：电位的概念：Ua = +5V a 点电位：点电位：ab15Aab15AUb = -5V b 点电位：点电位：在电路中任选一点，设其电位为零用在电路中任选一点，设其电位为零用此点称为参考点此点称为参考点c。其它各点相对参考点的电压，就。其它各点相对参考点的电压，就是该点的电位。（则记为：是该点的电位。（则记为：“UX” （留

8、意：电位为单（留意：电位为单下标）。下标）。 标志），标志），电位电位 已知已知I2=2A，I3=2A，R1=10，R2=6， Uab=24V，E2=48V， E1=100V，R3=18 。bE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab=24V例例1： 1以以b点为参考点，点为参考点，Ub=0 结论：结论： 参考点不同，各点电位不同，参考点不同，各点电位不同，但任意两点间的电位差即电压保持不变。但任意两点间的电位差即电压保持不变。 2以以c点为参考点，点为参考点，Uc=0 Uab=24VE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab= Ua-Ub =24V，Ucd=Uc-Ud=40V或或 U

9、d=-I1R1+E1=60V 或或 Ud=I2R2+E2=60VUd=Udb=Uc=Ucb=则则Ua=Uab= 24V，则则Ua= Uac =Ub= Ubc =Ud= Udc =Uab=Ua-Ub=24V，Ucd=Uc-Ud=40VE1=100VI3R3+Uab=60V-I3R3-I1R1=-76V-E1=-100V-I1R1=-40VI1=4AI2=2AI3=2AR1=10R2=6 R3 =18E1=100VE2=48V电压是绝对的：电压是绝对的： 电路中任意两点之间的电压是固定的，不电路中任意两点之间的电压是固定的，不会因参考点的不同而改变。会因参考点的不同而改变。电位是相对的：电位是相对

10、的： 参考点不同，电路中各点的电位不同；参考点不同，电路中各点的电位不同；电压、电位和电动势的参考方向电压、电位和电动势的参考方向P6）n采用参考极性表示在电路图上标采用参考极性表示在电路图上标出极性）出极性）n采用箭头表示采用箭头表示n采用双下标表示采用双下标表示参考方向需要注意的几个问题参考方向需要注意的几个问题n电流、电压的方向是客观存在的，但很难电流、电压的方向是客观存在的，但很难事先判定。参考方向是人为规定的电流、事先判定。参考方向是人为规定的电流、电压数值为正的方向，在分析问题是需要电压数值为正的方向，在分析问题是需要先规定参考方向。先规定参考方向。n参考方向一经规定，在整个分析计

11、算过程参考方向一经规定，在整个分析计算过程中必须以此为准，不能变动。中必须以此为准，不能变动。n不标明参考方向而说某电流或某电压的值不标明参考方向而说某电流或某电压的值为正或负没有意义为正或负没有意义n参考方向可以任意规定而不影响计算结果。参考方向可以任意规定而不影响计算结果。如图为如图为关联方向关联方向定义的定义的电压和电流电压和电流n关联方向 当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时，也选择电流的参考方向经电路由a指向b，这种参考方向的定义方式成为关联方向。（电流从电压的正极性流入该元件而从它的负极性端流出）abIUabIU电功率电功率P）U、I为关联参考方向时：为关联参考方向时：P

12、=UIU、I为非关联参考方向时：为非关联参考方向时：P=UI 单位单位: MW, kW, W,mW等等电功率：元件两端电压与电流的乘积电功率：元件两端电压与电流的乘积电阻在电路中一定消耗功率电阻在电路中一定消耗功率,起负载作用起负载作用; 恒压源或恒流源在电路中可能吸收功率负载），恒压源或恒流源在电路中可能吸收功率负载）， 也可能发出功率电源）。也可能发出功率电源）。（电源与负载的判别）n根据实际方向判：若U和I的实际方向相反，电流“+”端流出，则该元件发生功率，起电源作用；若U和I的实际方向相同，电流从“+”端流入，取用功率，起负载作用。n根据参考方向判：参考方向相关联P=UI或非关联P=-

13、UI得到的功率为正值，吸收耗费功率为负载；参考方向相关联P=UI或非关联P=-UI得到的功率为负值，提供产生功率为电源。例例1图图1-3中已知中已知U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡元件元件1，3，4 ，5为负载；元件为负载；元件2为电源为电源线性电阻元件的欧姆定律线性电阻元件的欧姆定律n电阻元件电阻元件n电流、电压电阻元件是一种最常见的电流、电压电阻元件是一种最常见的理想电路元件，它是一个二端元件。二端理想电路元件，它是一个二端元件。二

14、端元件的端钮电流、端钮间的电压分别称为元件的端钮电流、端钮间的电压分别称为电流、电压。电流、电压。n伏安特性电阻元件的特性可以用元伏安特性电阻元件的特性可以用元件电压与元件电流的代数关系表示电压件电压与元件电流的代数关系表示电压电流关系电流关系VCR也称为伏安特性。也称为伏安特性。常量)()(tituRPUI22UI RR1.4理想电压源元件理想电压源元件 （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定义：能独立向外电路提供恒定电压的二端元、定义：能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。件。设设: US=10VIUS+_abUab2R1当当R1 、R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 当当

15、R1接入时接入时 ： I=5A那么：那么：R0越大越大斜率越大斜率越大伏安特性伏安特性IUUSUIR0+-USRLU = US IROR0称为电源的内阻称为电源的内阻1.5理想电流源元件理想电流源元件 （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定义：能独立向外电路提供恒定电流的二端元、定义：能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。件。IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U =1 V那么那么:ISR0 abUabIIsUabI外特性外特性 R0R0越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / R0 受控源：依靠其它支路的电流或电压向外电路提供恒受控

16、源：依靠其它支路的电流或电压向外电路提供恒定电流或电压的元件。定电流或电压的元件。1.6受控源受控源1 UU12 UgI1 IrU 12 II电路中的基本物理量电路中的基本物理量支路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个节点：节点：a、 b (共共2个）个）#1#2#3aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1基尔霍夫定律克希荷夫定律）基尔霍夫定律克希荷夫定律） 包括电流定律包括电流定律(KCL)和电压定律和电压定律(KVL)两个定律。两个定律。名词注释：名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭

17、合路径回路：电路中任一闭合路径I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路：共支路：共 ？条？条回路：共回路：共 ？个？个节点：共节点：共 ？个？个6条条4个个独立回路：？个独立回路：？个3个个有几个网孔就有几个独立回路有几个网孔就有几个独立回路例例7个个设：电路中有设：电路中有N个结点，个结点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的结点电流方程有独立的结点电流方程有 (N -1) 个个独立的回路网孔电压方程有独立的回路网孔电压方程有 (B -N+1)个个那么：那么：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：个独立电

18、流方程：个独立电压方程：个独立电压方程：个 在任一瞬间，流入某节点的电流之和等于由该在任一瞬间，流入某节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为节点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性 I =0即：即：例例或：或：04231IIII若流入为正若流入为正则流出为负则流出为负1、基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电流定律KCL）-应用于节点应用于节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例

19、I1+I2=I3例例I=0I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点例该图为直流电桥电路。已知I1=10mA,I2=20mA,I3=15mA,电流的参考方向如图中箭头所示。求其余支路的电流。解：从结点a得I6=I1+I3=25mA 从结点b得I5=I1-I2=-10mA 从结点d得I4=I3+I5=5mA 对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电压的代对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电压的代数和为数和为 0。或者，电位降等于电位升。或者，电位降等于电位升。例如：例如： 回路回路#1 即：即：0U#1aI1I2US2+-R1R3R2+_I3bUS1对回路对回路#2： #2对回路对回路#3： #3若电位降为正若电位降为正则电位升为负则电位升为负033111RIRIUS033222RIURIS0122211SSUURIRI2、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电压定律KVL） -应用于回路应用于回路电压定律还可以扩展到开口不闭合电路。电压定律还可以扩展到开口不闭合电路。(a)-U