电路的基本概念与基本定律

1、2022/9/21电工电子教研室1绪 论一、课程的地位和主要内容电工电子技术研究电工技术和电子技术 的理论及其应用的科学技术。电工技术 （上册）（电工学）电工电子技术电子技术 （下册）电路分析基础 电机与继电器 模拟电子技术 数字电子技术 2022/9/21电工电子教研室2二、电工电子技术的发展与应用1785年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出“欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1946年，诞生第一台电子

2、计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。 ：发 展快速发展原因电能易转换易传输易控制2022/9/21电工电子教研室3学习此课程的意义 电工与电子技术是实践性很强的技术基础课。学习此课程，将对你今后的毕业设计、研究生论文及工作都有重要的意义。 汽车工业在我国蓬勃发展，各生产环节都离不开电工电子技术：（1）汽车电子越来越复杂（2）汽车生产流水线高度自动化（3）汽车性能检测仪器越来越齐全和先进（4）汽车寿命考验仪器及设备五花八门2022/9/21电工电子教研室4汽车电子汽 车 电 子电源发动机控制行驶装置报警与安全装置旅居性仪表娱乐通讯收音机、汽

3、车电话、业余电台点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊.空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、出租车用仪表.电工技术 应用举例2022/9/21电工电子教研室5三、如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少1、注意掌握“三基”：2、注重综合分析与设计 注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本应用3、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、实验2022/9/21电工电子教研室6 第1章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成部分1.2 电路模型1.3 电压和电流的参考方向1.4 欧姆

4、定律1.5 电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算2022/9/21电工电子教研室7本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2. 理解电路的基本定律并能正确应用；3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义；4. 会计算电路中各点的电位。第1章 电路的基本概念与基本定律1. 实现电能的传输与转换发电机升压变压器降压变压器日光灯输电线路电能电能电能2. 实现信号的传递与处理 放大器信号信号电源负载中间环节信号源负载处理电路1.1 电路的作用与组成部分2022/9/21电工电子教研室92. 电路的组成部分电源: 提供电能的装置负载:

5、取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线2022/9/21电工电子教研室10直流电源直流电源: 提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源: 提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒 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。在一定条件下突出主要的电磁性质，忽略次要的因素，用足以表征其主要特性的理想电路元件表示。模型电路开关灯泡电池金属片常见的电路元件：电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其两端的电压、电流关系即伏安关系（VAR）来决定的。

6、1.2 电路模型电阻元件(Resistor)电容元件(Capacitor)电感元件(Inductor)2022/9/21电工电子教研室131.3 电压和电流的参考方向 物理中对基本物理量规定的方向1. 电路基本物理量的实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E (电位升高的方向) 电压 U(电位降低的方向)高电位 低电位 单 位kA 、A、mA、A低电位 高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计

7、算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；2022/9/21电工电子教研室15(2) 参考方向的表示方法电流：Uab 双下标电压： (1) 参考方向IE+_ 在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab 双下标2. 电路基本物理量的参考方向aRb箭 标abRI正负极性+abU U+_2022/9/21电工电子教研室16实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3) 实际方向与参考方向的关系注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。 若 I = 5A，则电

8、流从 a 流向 b；例：若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。电动势 (electromotive force)：衡量电源力做功能力的物理量。电源力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功。电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。IEabUab+_ab电源力2022/9/21电工电子教研室181.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时，U、I 参考方向相反时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；

9、 U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。 通常取 U、I 参考方向相同。U = I R U = IR2022/9/21电工电子教研室19解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有, U = IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联参考方向；如不一致，称非关联参考方向。如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。+u-(a) 关联方向abi-u+(b) 非关联方向abi2022/9/2

10、1电工电子教研室211.5 电源有载工作、开路与短路 开关闭合,接通电源与负载负载端电压U = IR 特征:1.5.1 电源有载工作IR0R+ -EU+ -I 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，I U 。或 U = E IR0电源的外特性EUI0 当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。2022/9/21电工电子教研室22 开关闭合,接通电源与负载。负载端电压U = IR 特征:1.5.1 电源有载工作 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，I U 。或 U = E IRoUI = EI IRoP = PE P负载取用功率电源产生功率内阻消耗

11、功率 电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0R+ -EU+ -I2022/9/21电工电子教研室23电源与负载的判别U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。 1. 根据 U、I 的实际方向判别2. 根据 U、I 的参考方向判别电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， （发出功率）； 负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （吸收功率）。2022/9/21电工电子教研室24电气设备的额定值额定值: 电气设备在正

12、常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)： I IN ，P IN ，P PN (设备易损坏)额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W电阻： RN = 100 ，PN =1 W 2022/9/21电工电子教研室25特征: 开关 断开1.5.2 电源开路I = 0电源端电压 ( 开路电压 )负载功率U = U0 = EP = 01. 开路处的电流等于零； I = 02. 开路处的电压 U 视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+U有

13、源电路IRoR+ -EU0+ -2022/9/21电工电子教研室26电源外部端子被短接1.5.3 电源短路 特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路处的电压等于零； U = 02. 短路处的电流 I 视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+U有源电路IR0R+ -EU0+ -2022/9/21电工电子教研室27 1. 6 基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2

14、R2+ -R3R1E11232022/9/21电工电子教研室28例1：支路：ab、bc、ca、 （共6条）回路：abda、abca、 adbca （共7 个）结点：a、 b、c、d (共4个）网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I2022/9/21电工电子教研室291.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。 实质: 电流连续性的体现。或: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1对结点 a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0 基尔霍夫电流定

15、律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。2022/9/21电工电子教研室30 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2推广I =?例:广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V2022/9/21电工电子教研室31 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3

16、R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112 基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。2022/9/21电工电子教研室321列方程前标注回路循行方向； 电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用 U = 0列方程时，项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3. 开口电压可按回路处理 注意：1对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_2022/9/21电工电子教研室33例：对网

17、孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路 adbca，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用 U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2022/9/21电工电子教研室341.7 电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。1. 电位的概念 电位的计算步骤: (

18、1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。2022/9/21电工电子教研室352. 举例 求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：设 a为参考点， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V设 b为参考点，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 1