电工学课件--第一章 电路的基本概念和基本定律

1、本文由liuhao19871013贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第一章 第二章 第三章 2011-1-15 第五章 第七章 第八章 第四章 第一章 电路的基本概念和基本定律 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 额定值 第七节 作 业 电路和电路模型 电路的基本物理量及其参考方向 无源理想元件 电源 基尔霍夫定律 电路的工作状态及电器设备的 电路中电位的计算 第一节 电路和电路模型 一、电路 二、电路模型 返回 第二节 电路的基本物理 量及其参考方向 一、电流 二、电压 三、关联参考方向 四、电能和电功率 返回 第四节 无

2、源理想元件 一、电阻元件 二、电感元件 三、电容元件 返回 第四节 电源 一、电压源 二、电流源 三、受控源 返回 第五节 基尔霍夫定律 一、几个概念 二、基尔霍夫电流定律（KCL 基尔霍夫电流定律 电流定律（ 三、基尔霍夫电压定律 （KVL 基尔霍夫电压定律 KVL 返回 第六节 电路的工作状态及 电器设备的额定值 一、有载工作状态 二、开路状态 三、短路状态 四、电器设备的额定值 返回 第七节 电路中电位的计算 一、电位 二、电源的习惯画法 返回 一 电 路 1.定义: 电路是由某些电气元件按一定方 式连接起来的总体， 式连接起来的总体，它提供了电 流流通的路径。 流流通的路径。 电路主要

3、由电源 负载和 电源、负载 2.组成: 电路主要由电源 负载和中间环 节三部分组成。 三部分组成。 返回 例如：手电筒电路 例如： 电 ： 电 电 源 电 ： 电 电 分配和转换. （ ） 3.作用： 1）实现能量的传输、分配和转换 （2）实现信号的传递与处理。 ）实现信号的传递与处理。 （3）信息的存储。 ）信息的存储。 二 电路模型 定义： 1.定义： 电路模型就是将实际电路中的各种 元件按其主要物理性质分别用一些 理想电路元件来表示所构成的电路 图。 返回 2. 常见的理想电路元件 电阻 电感 电容 电压源 电流源 返回 3. 手电筒的电路模型 s 电 源 R0 US R 电路模型 的

4、愠 愠 电路的 电路的 第二节 电路的基本物理量及其参考方向 一、电流 1. 定义： 在电场的作用下， 在电场的作用下，电荷有规则的定向 移动形成电流，我们把单位时间内通 移动形成电流， 过导体横截面积的电荷量定义为电流 强度。 强度。 i = dq/dt 大小和方向都随时间改变的叫交流 用i 表示 大小和方向 都不随时间改变的叫直流 用I 表示 返回 2 单位： 1安培（A）=1000毫安 安培（ ） 毫安(mA 安培 毫安 1毫安 毫安(mA=1000微安 A 微安( 毫安 微安 3 实际方向： 规定正电荷运动的方向。 规定正电荷运动的方向。 4 参考方向 ：在分析和计算电路时往往任意选

5、在分析和计算电路时往往任意选 也称参考方向. 定某一方向作为电流的正方向,也称参考方向 也称参考方向 5 电流参考方向的表示方法 a I b a b I ab 返回 * 参考方向与实际方向的关系 在规定的参考方向下， 在规定的参考方向下，若计算结果 I>0 参考方向与实际方向一致 I<0 参考方向与实际方向相反 二、电压 1 定义： 电场力把单位正电荷从a点移到 点所 定义： 电场力把单位正电荷从 点移到b点所 点移到 作的功定义为a 两点间的电压 两点间的电压。 作的功定义为 b两点间的电压。 表示, 交流电压用u表示,直流电压用U表示 2 单位 : 1千伏特 千伏特(kV=10

6、00伏(V 千伏特 伏 返回 1伏(V=1000毫伏 伏 毫伏(mV 毫伏 1毫伏 毫伏(mV=1000微伏 微伏(V 毫伏 微伏 3 实际方向： 高电位指向低电位。 高电位指向低电位。 4 参考方向 ：任意选定某一方向作为电压的正 任意选定某一方向作为电压的正 也称参考方向。 方向，也称参考方向。 5 电压参考方向的表示方法 a U b a b U ab b 返回 a * 参考方向与实际方向的关系 在规定的参考方向下， 在规定的参考方向下，若计算结果 U>0 U<0 参考方向与实际方向一致 参考方向与实际方向相反 三、关联参考方向 若电流和电压的参考方向取得相同， 若电流和电压的

7、参考方向取得相同，称为 关联参考方向，否则称为非关联参考方向。 关联参考方向，否则称为非关联参考方向。 返回 a I b a I b U 关联 U 非关联 E U I 非关联 返回 电源的电动势与端电压之间的关系 若电源的端电压与电动势的 则有U=E 参考方向取得相反 则有U=E 若电源的端电压与电动势的 则有U= U=参考方向取得一致 则有U=-E E U E U 四、电能和电功率 1、电能 、 t1 W = udq = u(ti(tdt t0 2、电功率 1） 定义 电能对时间的变化率称为电功率 ） 定义: 电能对时间的变化率称为电功率, 简称功率. 简称功率 p = ui 返回 当某元件

8、的电压电流关联 参考方向时 有 p=ui 当某元件的电压电流非 当某元件的电压电流非关 联参考方向时 有 p=ui a I b U a I U b * 若求出的 > 0，说明元件在吸收功 率，一定 若求出的P ，说明元件在吸收功率， 是负载， 负载， 求出的P ，说明元件在发出功率， 求出的 < 0，说明元件在发出功率，一定是 电源。 电源。 返回 例：在图示电路中 已知:U=-10V I=1A 问:(1 电压与电流的实际方向如何?a b 两点 哪点电位高? (2该元件的功率是多少?它是电源还是负载? I实 a U U实 :(1U=解:(1U=-10V 则实际方向与参考 方向相反,

9、 I 方向相反,如图 I=1A 实际方向与参考方向相同 由电压的实际方向知b 由电压的实际方向知b点电位高 于a点电位 P=-UI=(2 P=-UI=-(-10*1=10W P>0 吸收功率是负载 返回 b 第三节 一、电阻元件 i u 无源理想元件 1.电压与电流关系 电压与电流关系 u=iR 满足欧姆定律 R=u / i 为常数称为线性电阻 R 若R为常数称为线性电阻 若R随u，i的变化而变化称为非 随 的变化而变化称为非 线性电阻 只有线性电阻才满足欧姆定律 2.功率 功率 返回 p=ui= i R=u /R 总是大于0 电阻是耗能元件。 * P总是大于0 即 P 0 电阻是耗能元

10、件。 总是大于 (一般电阻上电压与电流取关联参考方向。 一般电阻上电压与电流取关联参考方向。 2 2 二、电感元件 1.电感 电感 i uL i uL eL eL L 返回 =Li L=/i L单位是亨利(H 单位是亨利 L为常数称为线性电感 为常数称为线性电感 L不是常数称为非线性电感 不是常数称为非线性电感 2. 自感电动势 eL= d = dt di L dt 3. 电压与电流的关系 di uL =eL = L dt 返回 * 若i = I ,uL=0 电感对直流相当于短路 4. 能 量 >0 则 P > 0 吸收能量 电能 磁场能 di P= u i = Li dt <

11、;0 则 P < 0 放出能量 电能 磁场能 * 它是一种储能元件 不消耗能量 返回 WL= P dt = L i 0 0 t t di dt dt 1 WL= Li 2 2 2 能量是逐渐积累 不能突变 电感中的电流不能突变 成正比， 无关， * WL 与 i 成正比，与 u 无关， 当u=0 WL 仍可能存在 返回 三、电容元件 1. 电 容 q = C uc i C uc q (库仑 库仑 C(法拉 = 法拉F 法拉 uc (伏 1F = 10 6 p F 1F = 10 6 F C为常数 线性电容 为常数线性电容 为常数 C不是常数 非线性电容 不是常数非线性电容 不是常数 返回

12、 2. 电压与电流关系 duc dq i= = C dt dt 若 3. 能 量 ucUc 则 i0 >0 则P>0 吸收功率 >0 电容充电 则P<0 发出功率 <0 电容放电 返回 * 电容元件对直流相当于开路 duc P = uC i = C uc dt <0 第四节 电 一、电压源 源 1. 理想电压源 恒压源 理想电压源(恒压源 恒压源 特点: (1输出电压恒定 US, 输出电压恒定U= 输出电压恒定 I (2输出电流取决于外 输出电流取决于外 电路。 电路。 (3内阻 Ro=0 内阻 US U U 伏安特性： 伏安特性： US I 返回 2. 实

13、际电压源 U = US I R0 I US R0 I 伏安特性: 伏安特性 U US U U I R0 当Ro << R时，Ro0, U= US 时 返回 I 二、电流源 1. 理想电流源 恒流源 理想电流源(恒流源 恒流源 特点: (1 输出电流恒定 IS, 输出电流恒定I= I IS U 与端电压无关。 与端电压无关。 (2 输出端电压取决于外 电路。 电路。 (3 内阻 Ro= 伏安特性: 伏安特性 I IS U 返回 2. 实际电流源 I= IS UR0 U I I IS R0 U IS 伏安特性 I U/ R0 U 返回 例：电路如图，求理想电压源和理想电流源的功 电路如

14、图， 率。 R 解: 该电路为串联电路 US 1 各元件的电流均为I 各元件的电流均为 S. IS U 1V 1A P US = US· IS=1W PR = IS2 ·R = 1W P IS = (PUS +PR = 2W 此时电压源吸收功率(负载 此时电压源吸收功率 负载 负载 功率平衡： 功率平衡： P吸 = P发 返回 三、 受控源 在电路中起电源作用,但其大小和方向受 在电路中起电源作用 但其大小和方向受 电路中其它支路的电流或电压控制,这种电源 电路中其它支路的电流或电压控制 这种电源 称为受控源。 称为受控源。 u1 CCVS r i1 VCCS g u1 C

15、CCS i1 VCVS 常见的受控电流源和电压源,如下图 常见的受控电流源和电压源 如下图 返回 电流控制的电流源 I0 Ii ri Ii r0 电压控制的电压源 ui ri ui u0 返回 r0 第五节 一、几个概念 基尔霍夫定律 支路: 电路中的每一分支叫做支路 一个支路通 电路中的每一分支叫做支路.一个支路通 过同一个电流 。 节点: 由三条或三条以上的支路相连接的点叫 做节点。 做节点。 回路:电路中的任一闭合路径。 电路中的任一闭合路径。 电路中的任一闭合路径 返回 一、基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律(KCL 电流定律 I1 a I2 对于电路中的任 一节点， 一节点，在任一瞬

16、间 E1 I3 E2 流入节点的电流之和 R3 一定等于流出该节点 R1 R2 b 的电流之和。 的电流之和。(第一 定律 Ii IO 如图： 如图： I1 I2 I3 对电路中的任一节点，在任一瞬间， 对电路中的任一节点，在任一瞬间，该节点 上电流代数和等于零。 上电流代数和等于零。 I 如图 I1 I2 I3 规定流入节点的电流取正,流出节点的电流取负。 流入节点的电流取正,流出节点的电流取负。 返回 推广： 推广：适用于封闭面 IC IB IE IA IB IC C A IAB B IBC IB IC IE 满足三极管电流分配关系 IA IB IC 0 ICA 返回 标出图中未知电流大小

17、。 例：标出图中未知电流大小。 5A 6A · 3 1A 4 · 3A 2A · 8A 二、基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律(KVL 电压定律 在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周， 在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各 部分电压降的代数和等于零， 部分电压降的代数和等于零，即 U。与绕向一致的电压取正，反之取负。 与绕向一致的电压取正，反之取负。 返回 I1 Us1 R1 U1 a I2 Us2 R2 规定 与绕向一致的电 和电流取正， 压 和电流取正， 反之取负。 反之取负。 在电路中任意回路 绕行方向上电动势 U1Us1Us2U2 = 0 的代数和等于电阻

18、 I1 R1Us1Us2I2 R20 上电压降的代数和 US I R Us1 Us2 I1 R1 I2 R2 返回 U2 推广: 推广 适用于开口电路 U开=U 说明:上述两定律适用于任何变化的电压和电流。 上述两定律适用于任何变化的电压和电流。 上述两定律适用于任何变化的电压和电流 已知E 例1. 已知 1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 ， ， ， R2=3 ，R3=9 。求：K打开时，Uab=？ 打开时， 打开时 ？ K闭合时，I3=？ 解： 闭合时， ？ 闭合时 b a 2、K闭合，Uab=0 闭合， 1、K打开，I3=0 打开， K E 3 E1+E3E=0 I3R3=

19、 0 UR3 2 + E2 R1 R2 E1 I3=(E1+UE3+EE2E2=R3 E 1 ab + 3 0 R 3 I3 Uab=714+16=9V =99=1A 返回 求图示电路中的Ix和 例1.求图示电路中的 和Ux 求图示电路中的 4A a 1A d Ix 10V I1 Ux I3 a: I1 +1= 4 I1 =3A b: I1 + I2 = 2A I2 =1A b c: I2 + I3 = 3A I3 = 4A I2 d: I3 + Ix + 1 =0 5 Ix =5A 或:4 + Ix + 3 =2 c Ux =10 + I2×5 =15V × 3A 2A

20、返回 求图中的开路电压U 例2 求图中的开路电压 2 I1 R2 U1 10V 4 4V 2 E2 I2 R1 2V U2 I3 = 0（开路） 开路） I2 = 0 U1=I1(R1+R2+E1 I1=(104/(R1+R2=1A U2=E2+ I1 R1 +E1=6V E1 R3 I3 5 返回 第六节 电路的工作状态和电气 设备的额定值 一、有载工作状态 S US R0 R U I 图中S闭合 图中 闭合 I=US/(RO +R U=I R U = US I RO PS=PRo+PR 返回 二、开路 ( S断开 断开 I S US R R0 U 三、短 路 I US R0 U I=0 U

21、=0 P=0 U0 = US I = US R0 U=0 P=0 PS = PR0 返回 四、电气设备的额定值 为了安全可靠的工作,各种电气设备承 为了安全可靠的工作 各种电气设备承 受的电压, 受的电压 允许通过的电流及消耗的功率都 有一个限额, 有一个限额 这个限额称为电气设备的额定 值 。 UN IN PN 电气设备在额定状态下工作是最佳状态， 电气设备在额定状态下工作是最佳状态， 称为满载 在额定电压下， 满载。 称为满载。在额定电压下，电气设备通过的 电流高于额定电流称为过载 过载， 电流高于额定电流称为过载，低于额定电流 称为轻载 轻载。 称为轻载。 返回 第七节 电路中电位的计算 一、电位 电路中某点的电位等于该点到参考点之间的 电压，参考