第一章电路的基本概念修

1、1电工学电工学21 掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法2 通过习题来巩固和加深所学理论 、培养分析能力和运算能力3 在实验中体会电学现象 学习方法学习方法考核方法考核方法平时成绩占30% 考试成绩占70% 3电路分析部分第第1章章 电路的基本概念电路的基本概念 第第2章章 电路的分析方法电路的分析方法 第第3章章 正弦交流电路正弦交流电路 第第4章章 三相电路三相电路 第第5章章 暂态分析暂态分析 4模拟电路部分第第6章章 二极管及整流电路二极管及整流电路 第第7章章 晶体管及放大电路晶体管及放大电路 第第8章章 反馈放大电路反馈放大电路 第第9章章 运算放大电路运算放大电路 5数字电路部

2、分第第10章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 第第11章章 时序逻辑电路时序逻辑电路 第第12章章 异步电动机异步电动机 第第13章章 继电接触控制系统继电接触控制系统 6第1章 电路的基本概念 1 电路与电路图电路与电路图 06 2 电路的基本物理量电路的基本物理量 11 3 电路元件电路元件 17 4 电路的基本定律电路的基本定律 36 5 电路的工作状态电路的工作状态 42 6 元件的串联与并联元件的串联与并联 45 7 电位的计算电位的计算 52 7第1章 电路的基本概念n重点：电路基本定律n难点：电源等效互换、基尔霍夫定律n1.理解电路的基本物理量、电路元件、电路基本定律n2.掌握电路的

3、工作状态、元件串并联、电位计算8第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念一、电路一、电路 定义定义 电路是电流的通路，是为了某种需要由电电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。工设备或电路元件按一定方式组合而成。 9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10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

4、载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。11第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念二、理想元件二、理想元件1、定义：、定义： 只含有一种电路参数的元件只含有一种电路参数的元件，如下图所，如下图所 示的电阻元件示的电阻元件R、电感元件、电感元件L、电容元件、电容元件C12第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、实际元件的理想化、实际元件的理想化 保留元件的主要特性，忽略其次要特性并用理

5、想元件表示保留元件的主要特性，忽略其次要特性并用理想元件表示的过程称为元件的理想化的过程称为元件的理想化。 一个实际的电感线圈，保留线圈电感及线圈内阻，忽略线一个实际的电感线圈，保留线圈电感及线圈内阻，忽略线圈的匝间等效电容，就可以将实际电感线圈用一个理想电感元圈的匝间等效电容，就可以将实际电感线圈用一个理想电感元件与一个理想电阻元件的串联结构来表示，如下图所示。件与一个理想电阻元件的串联结构来表示，如下图所示。13第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、电路图、电路图名词：名词： 支路：无分支的一段电路。按支路中是否有电源，支路：无分支的一段电路。按支路中是否有电源， 支路分为含

6、源支路与无源支路支路分为含源支路与无源支路 节点：三条或三条以上支路的联接点节点：三条或三条以上支路的联接点 回路：由几条支路构成的闭合电路回路：由几条支路构成的闭合电路 网孔：中间不包含其它支路的回路网孔：中间不包含其它支路的回路定义：由定义：由理想电路元件理想电路元件联接成的平面或立体图形即联接成的平面或立体图形即 为电路图。为电路图。14第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念 按照定义，图示电路中包含有按照定义，图示电路中包含有6 6条支路、条支路、4 4个节点、个节点、7 7个个回路、回路、3 3个网孔个网孔R1R2E1E2E3R6R4R5R3+-+-节点1节点2I1I2I6I3

7、I4I5网孔1网孔2网孔3节点3节点415第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 电路的基本物理量电路的基本物理量 一、电流强度（简称电流）一、电流强度（简称电流）表示字母：表示字母：I I 、i 量纲：安培（量纲：安培（A A）定义式：定义式：实际方向：实际方向：规定正电荷运动的方向。规定正电荷运动的方向。参考方向：规定电流流动的方向参考方向：规定电流流动的方向定义：单位时间内通过导体截面的电量定义：单位时间内通过导体截面的电量 QIt0dlimdtqqitt abIIIabRRR16第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念二、电压二、电压表示字母：表示字母：U、u 量纲：伏特（

8、量纲：伏特（V V）定义式：定义式：实际方向：实际方向：高电位指向低电位。高电位指向低电位。参考方向：参考方向：任意选定某一方向作为电压的正方向，也称参考任意选定某一方向作为电压的正方向，也称参考方向方向。定义：场力在外电路将单位正电荷从一点移到另一定义：场力在外电路将单位正电荷从一点移到另一 点所作的功点所作的功dllwulqabUUUabRRR+-17第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念三、电位三、电位表示字母：表示字母：U、u 量纲：伏特（量纲：伏特（V V）定义式：定义式：电位参考点：规定的零电位点，用电位参考点：规定的零电位点，用表示。因为表示。因为电路中两点之间的电压等于两

9、点之间的电位差电路中两点之间的电压等于两点之间的电位差定义：定义：电路中任意一点指向电位参考点的电压电路中任意一点指向电位参考点的电压 0AAdulB0B00ABABAA0ABdddddulllll uu 18第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念四、电动势四、电动势表示字母：表示字母：E、e定义：定义：电源力在电源内部将单位正电荷从电源电源力在电源内部将单位正电荷从电源 负极板移到电源正极板所作的功负极板移到电源正极板所作的功19第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念五、电能五、电能表示字母：表示字母：W、w定义式：定义式：量纲：焦耳（量纲：焦耳（J J）定义：定义：场力移动正电

10、荷所作的功场力移动正电荷所作的功WqUItUIUt20第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念六、电功率六、电功率 表示字母：表示字母：P、p 量纲：瓦特量纲：瓦特（W） 定义式定义式 ： 计算公式：计算公式： 符号规定：电压与电流参考方向一致为正、相反为负符号规定：电压与电流参考方向一致为正、相反为负定义：单位时间内电路各部分转换的电能（或电路定义：单位时间内电路各部分转换的电能（或电路 中能量的转换率）中能量的转换率）WIUtPIUttPIU * 若求出的若求出的P 0，说明元件在吸收功率，一定是，说明元件在吸收功率，一定是负载负载； 求出的求出的P 0, 则则eL0，电感线圈将电能，

11、电感线圈将电能 转换为磁能储存在电感线圈中以阻碍电流增大；转换为磁能储存在电感线圈中以阻碍电流增大； 2 2）电流减小，）电流减小，di / dt 0，电感线圈将储存电感线圈将储存 的磁能转换为电能补充到电路中以阻碍电流减小；的磁能转换为电能补充到电路中以阻碍电流减小； 3 3）电流为恒定直流时，）电流为恒定直流时，i=I，dI/dt=0, 则则eL=0,线圈线圈 对直流短路对直流短路26第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、电感元件中的能量、电感元件中的能量 2L000d1dddd2ttiiwui tLi tLi iLit能量是逐渐积累，不能突变。能量是逐渐积累，不能突变。电感

12、中的电流不能突变。电感中的电流不能突变。* WL 与与 i 2 成正比，与成正比，与 u 无关，无关， 当当u0时时 WL 仍可能存在。仍可能存在。27第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念三、电容元件三、电容元件表示字母：表示字母：C C 量纲：法拉（量纲：法拉（F F） 分类：无极性电容、极性电容分类：无极性电容、极性电容 无极性电容无极性电容 极性电容极性电容电容：电容器极板上的电荷量与极板两端电压的比值电容：电容器极板上的电荷量与极板两端电压的比值定义：定义：储存电场能量的元件储存电场能量的元件+CCqCu28第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念1、电压、电压-电流关系电

13、流关系电容电压为电容电压为: :式中：式中：U0 为电容电压的初始值，如果电容器原本没有储为电容电压的初始值，如果电容器原本没有储 能，则电容电压的初始值能，则电容电压的初始值U0 = 0= 0。dd()ddddqCuuiCttt00001111ddddtttui ti ti tUi tCCCC29第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、电容电压对电流的影响、电容电压对电流的影响 电压增大时，电压增大时，du/dt0，则则i0，电容元件将电能电容元件将电能转换为电场能量储存在电容元件中；转换为电场能量储存在电容元件中； 电压减小时，电压减小时，du/dt0，则则i0，电容元件将储存

14、电容元件将储存的电场能量转换为电能还给电路；的电场能量转换为电能还给电路； 电压恒定时，电压恒定时，du/dt=0，则则i=0，电容元件在直流电容元件在直流电路中相当于断路，即电容元件隔直导交。电路中相当于断路，即电容元件隔直导交。30第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念 3 3、电容元件中的能量、电容元件中的能量2C000d1dddd2ttuuwui tuCtCu uCut31第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念四、电压源四、电压源 理想电压源模型理想电压源模型 理想电压源伏理想电压源伏- -安特性安特性1 1、定义：凡电源两端输出的电压按照某给定规律、定义：凡电源两端输出的

15、电压按照某给定规律变化而与其中流过的电流无关，则称其为理想电压变化而与其中流过的电流无关，则称其为理想电压源。电源输出电压数值恒定时也称为恒压源。源。电源输出电压数值恒定时也称为恒压源。EUIUIoE+-32第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、理想电压源特点：、理想电压源特点：输出电压恒定、输出电流任意输出电压恒定、输出电流任意具体为：具体为：(1)输出电压恒定输出电压恒定U= US；(2)输出电流取决于外输出电流取决于外 电路；电路；(3)内阻内阻 R0=0。33第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、实际电压源、实际电压源 实际电压源模型实际电压源模型 实际电压

16、源伏实际电压源伏- -安特性安特性4 4、实际电压源的电压、实际电压源的电压- -电流关系电流关系REIUUIU0R0SIU0IIooEIR0U/RIS+-0UEIR34第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念五、电流源五、电流源 理想电流源模型理想电流源模型 理想电流源伏理想电流源伏- -安特性安特性1 1、定义：凡电源发出的电流按照某给定规律变化、定义：凡电源发出的电流按照某给定规律变化而与电源两端的电压无关，则称其为理想电流源。而与电源两端的电压无关，则称其为理想电流源。电源输出电流数值恒定时，也称为恒流源。电源输出电流数值恒定时，也称为恒流源。 UUISIoIS35第第1 1章章

17、电路的基本概念电路的基本概念2 2、理想电流源特点：、理想电流源特点：输出电流恒定、输出电压任意输出电流恒定、输出电压任意具体为：具体为：(1) 输出电流恒定输出电流恒定I= IS， 与端电压无关；与端电压无关；(2) 输出端电压取决于外输出端电压取决于外 电路；电路；(3) 内阻内阻 R0=。36第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、实际电流源、实际电流源 实际电流源模型实际电流源模型 实际电流源伏实际电流源伏- -安特性安特性4 4、实际电流源的电压、实际电流源的电压- -电流关系电流关系REIUUIU0R0SIU0IIooEIR0U/RIS+-S0UIIR37例例 电路如图

18、，求理想电压源和理想电流电路如图，求理想电压源和理想电流源的功率。源的功率。解解: 该电路为串联电路该电路为串联电路各元件的电流均为各元件的电流均为IS。PUS = US IS=1WPR = IS2 R = 1WPIS = (PUS +PR) = 2W此时电压源吸收功率此时电压源吸收功率(负载负载)功率平衡：功率平衡：P吸吸= P发发US1VR1IS1AU38第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念六、电源的等效互换六、电源的等效互换1 1、等效互换：电路模型转换前后，电路端口处对外输出的、等效互换：电路模型转换前后，电路端口处对外输出的 电压及电流均不发生改变电压及电流均不发生改变 电源

19、的等效互换电源的等效互换电压源特性：电压源特性： 电流源特性：电流源特性：2 2、互换条件：、互换条件：RIUIU0R0SIE+-0UEIRS0UIIRS0EIR00RR39第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、注意注意l 电源的等效互换是在实际电源模型中进行的，理想电源电源的等效互换是在实际电源模型中进行的，理想电源 之间不能等效互换之间不能等效互换l 等效仅是指对电源的外电路等效，在电源内部，转换前等效仅是指对电源的外电路等效，在电源内部，转换前与转换后的电路并不等效与转换后的电路并不等效l 电路中的被求参数支路不能参与等效互换电路中的被求参数支路不能参与等效互换l 在电源端

20、口以内，与理想电源相联接并对理想电源的输在电源端口以内，与理想电源相联接并对理想电源的输出参数没有影响的元件，称为多余元件，在求解外电路出参数没有影响的元件，称为多余元件，在求解外电路参数时可以将直接将端口内的多余元件去除参数时可以将直接将端口内的多余元件去除40第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念 例例 图示电路，已知图示电路，已知 ， ，将电流源，将电流源模型转换为电压源模型。模型转换为电压源模型。 原电路图原电路图 等效电路图等效电路图解：解：转换后的电压源内阻为转换后的电压源内阻为 电源电动势为电源电动势为S2AI R=4RISUI-ER+UI=4RS02 48VEI R 41

21、第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念4 电路的基本定律电路的基本定律 一、欧姆定律一、欧姆定律1 1、无源支路的欧姆定律、无源支路的欧姆定律 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。规定：电压与电流参考方向一致为正、电压与规定：电压与电流参考方向一致为正、电压与 电流参考方向相反为负电流参考方向相反为负UIR42解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电

22、阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A43第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、含源支路的欧姆定律、含源支路的欧姆定律规定：电源电动势与电流方向一致为正、相反为规定：电源电动势与电流方向一致为正、相反为 负；电路端电压与电流方向一致为正、相负；电路端电压与电流方向一致为正、相 反为负反为负EUIR44第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念3 3、回路的欧姆定律、回路的欧姆定律规定：回路中各电源电动势的方向与电流方向一致规定：回路中各电源电

23、动势的方向与电流方向一致 为正，相反为负。为正，相反为负。 在进行电路参数求解时，应注意这时电路的参在进行电路参数求解时，应注意这时电路的参数均为代数量，其数值有正、有负，同时欧姆定律数均为代数量，其数值有正、有负，同时欧姆定律的三个表示式均为代数运算公式，公式中的正负号的三个表示式均为代数运算公式，公式中的正负号有相应的规定。有相应的规定。EIR45第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念二、二、基尔霍夫定律基尔霍夫定律1 1、KCL：在电路中，任一时刻、任一节点，流入在电路中，任一时刻、任一节点，流入该节点电流的总和必定等于流出该节点电流的总和该节点电流的总和必定等于流出该节点电流的总

24、和KCL：在电路中，任一时刻、任一节点，流过该节：在电路中，任一时刻、任一节点，流过该节点电流的代数和恒为零点电流的代数和恒为零常规以：电流流入节点为正、流出节点为负常规以：电流流入节点为正、流出节点为负 节点电流定律反映了电荷的连续性，在节点处电荷既不节点电流定律反映了电荷的连续性，在节点处电荷既不能产生、也不能堆积或消失。能产生、也不能堆积或消失。 II入出0I 46I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念47第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、KVL：在电路中，任一

25、时刻、任一回路，沿回在电路中，任一时刻、任一回路，沿回 路循行一周，各段电压的代数和恒为零路循行一周，各段电压的代数和恒为零规定：各段电压方向与回路循行方向一致为正、相反为负规定：各段电压方向与回路循行方向一致为正、相反为负KVL：在电路中，任一时刻、任一回路，沿回路循在电路中，任一时刻、任一回路，沿回路循 行一周，在循行方向上的电位升之和必定等行一周，在循行方向上的电位升之和必定等 于电位降之和于电位降之和规定：电源电动势方向与回路循行方向一致为正、相反为规定：电源电动势方向与回路循行方向一致为正、相反为 负；电流方向与回路循行方向一致为正、相反为负负；电流方向与回路循行方向一致为正、相反为

26、负0UIRE 48I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对回路对回路1： E1 = I1 R1 +I3 R3或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 对回路对回路2：I2 R2+I3 R3=E2或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；2应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念49第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念 例例 列出图示电路中回路列出图示电路中回路1 1的回路电压方程的回路电压方程解：解：各支路电流方向及回路循

27、行方向如图，对回路各支路电流方向及回路循行方向如图，对回路1 1使用使用 KVL KVL公式公式 由由 有：有： 由由 有：有：REERR11223+-+-21I123IIUUUUUR1S1R2S2R30UR1R2S2S10UUUUIRE 112212I RI REE50第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念5 电路的工作状态电路的工作状态 一、有载工作状态一、有载工作状态有载工作状态时，电路的参数为：有载工作状态时，电路的参数为：0EIRR0UIREIR2PIUI R51第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念二、空载工作状态二、空载工作状态 空载工作状态时，由于电路的电流为零，所

28、空载工作状态时，由于电路的电流为零，所以电路的功率为零，电路的端电压以电路的功率为零，电路的端电压UE电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :1. 开路处的电流等于零；开路处的电流等于零； I = 02. 开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。52第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念三、短路工作状态三、短路工作状态 电路短路时，负载上没有电压与电流，电源电路短路时，负载上没有电压与电流，电源的短路电流的短路电流 电源功电源功 ，电源将会因过热而损坏电源将会因过热而损坏d0EIR2Ed0PI R1.1. 短路处的电压等于零；短路处的电压等于零； U =

29、02. 2. 短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。53第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念6 元件的串联与并联元件的串联与并联 一、电阻的串联与并联一、电阻的串联与并联1 1、电阻的串联、电阻的串联 分压公式：分压公式：12RRR串1111121222221212RUUIRRURRRRRUUIRRURRRR54第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、电阻的并联、电阻的并联 分流公式：分流公式：12111RRR并1122211R RRUIIIRRRRRRR RRUIIIRRRRRR12211212121121255第第1 1章章 电路的基本概念电路的

30、基本概念二、电感元件的串联与并联二、电感元件的串联与并联1 1、电感元件串联、电感元件串联由由KVL公式有：公式有：得：得：121212dddd()ddddiiiiuuuLLLLLtttt串12LLL串56第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、电感元件并联、电感元件并联由由KCL公式：公式：得：得：12121211111dd()ddiiiu tu tu tu tLLLLL并12111LLL并57第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念三、电容元件的串联与并联三、电容元件的串联与并联1 1、电容元件的串联、电容元件的串联由由KVL公式有：公式有：得：得：12121211111dd()dduuui ti ti ti tCCCCC串12111CCC串58第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念2 2、电容元件的并联、电容元件的并联由由KCL公式有：公式有：得：得：121212dddd()dddduuuuiiiCCCCCtttt并12CCC并59第第1 1章章 电路的基本概念电路的基本概念四、电源的串联与并联