【学习】第1章电路的基本概念与基本定律

1、封面 编辑ppt第1章 电路的基本知识编辑ppt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编辑ppt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编辑ppt电子学概论编辑pptn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。编辑ppt电子学概论编辑ppt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

2、换。例如电力系统。n实现信号的传递和处理。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编辑ppt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实际电路实际电路都是根据人们的需要将实际的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

3、及电容如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等但是，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由由理想电路元件理想电路元件组成的电路就是电路的组成的电路就是电路的电路电路模型模型。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SI电流电流电压电压电动势电动势电流概念概念:电荷有规则的定向运动电荷有规则的定向运动大小大小:通过某处的电荷量与所通过某处的电荷量

4、与所需时间之比。需时间之比。方向方向:正电荷移动的方向正电荷移动的方向单位单位:安培安培(A)、毫安、毫安(mA) 、 微安微安( A) 直流（直流（DC）、交流（）、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

5、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：参考方向：分析计算时，任意设定，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若若 I = 2A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 2A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRI电 压n概念

6、：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) 千伏(kV) 毫伏(mV)电 压编辑ppt电 动 势概念：表明单

7、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)。编辑ppt电位的概念电位的概念：Ua = +5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AUb = -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

8、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” （注意：电位为单下（注意：电位为单下标）。标）。 标记），标记），电位电位编辑ppt 已知已知I2=2A，I3=2A，R1=10，R2=6， Uab=24V，E2=48V， E1=100V，R3=18 。bE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab=24V，求电位，求电位Ua，Uc，Ud，和电压，和电压Uab ，Ucd，求电位，求电位Ua，Ub，Ud，和电压，和电压Uab ，Ucd例例1：编辑ppt ，Ub=0 结论：结论： 参考点不同，各点电位不同，参考点不同，各

9、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。 ，Uc=0 Uab=24VE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab= Ua-Ub =24V，Ucd=Uc-Ud=40V或或 Ud=-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=

10、10R2=6 R3 =18E1=100VE2=48V编辑ppt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；编辑ppt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编辑ppt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

11、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。编辑ppt如图为如图为关 联 方 向关 联 方 向定义的定

12、义的电压和电流电压和电流n关联方向 当当a、b两点间所选择的电压参考两点间所选择的电压参考方向由方向由a指向指向b时，也选择电流的参考方向经电时，也选择电流的参考方向经电路由路由a指向指向b，这种参考方向的定义方式成为关，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）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=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

13、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）。编辑ppt（电源与负载的判别）n根据实际方向判：若若U和和I的实际方向相反，电的实际方向相反，电流流“+”端流出，则该元件发生功率，起端流出，则该元件发生功率，起电源电源作作用；若用；若U和和I的实际方向相同，电流从的实际方向相同，电流从“+”端流端流入，取用功率，起入，取用功率，起负载负载作用。作用。n根据参考方向判：参考方向相关联根据参考方向判：参考方向相关联P=U

14、I或非关或非关联联P=-UI得到的功率为正值，吸收（消耗）功得到的功率为正值，吸收（消耗）功率为负载；参考方向相关联率为负载；参考方向相关联P=UI或非关联或非关联P=-UI得到的功率为负值，提供（产生）功率为电得到的功率为负值，提供（产生）功率为电源。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为电源为电源编辑ppt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

15、元件电阻元件电流、电压电阻元件是一种最常见的理电流、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。二端元想电路元件，它是一个二端元件。二端元件的端钮电流、端钮间的电压分别称为电件的端钮电流、端钮间的电压分别称为电流、电压。流、电压。伏安特性电阻元件的特性可以用元件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（电压电电压与元件电流的代数关系表示（电压电流关系流关系VCR）也称为伏安特性。）也称为伏安特性。编辑ppt编辑ppt常量)()(tituRPUI22UI RR编辑ppt编辑ppt编辑ppt （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定义：、定义：能独立向外电路提供恒

16、定电压的二端元件。能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。编辑ppt编辑ppt设设: US=10VIUS+_abUab2 R1当当R1 、R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 当当R1接入时接入时 ： I=5A则：则：编辑pptR0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编辑ppt （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定义：、定义：能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。编辑ppt编辑pptIUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时

17、，时， U =1 V则则:编辑pptISR0 abUabIIsUabI外特性外特性 R0R0越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / R0编辑ppt 受控源：受控源：依靠其它支路的电流或电压向外电路提供恒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。编辑ppt1 UU12 UgI1 IrU 12 II编辑ppt电路中的基本物理量编辑ppt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） 包括包

18、括电流定律电流定律(KCL)和和电压定律电压定律(KVL)两个定律。两个定律。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径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个个编辑ppt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=3bR1R

19、2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的独立的结点电流方程结点电流方程有有 (N -1) 个个独立的独立的回路（回路（网孔网孔）电压方程）电压方程有有 (B -N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方程：独立电压方程：个个 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基尔霍夫电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续

20、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I1+I2=I3例例I=0I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点编辑ppt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，其电压的代数和为电压的代数和为 0。或者，。或者，电位降等于电位升电位降等于电位升。例如：例如： 回路回路#1 即：即：0U#1aI1I2US2+-R1R3R2+_I3bUS1对对回路回路#2： #2对对回路回路#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