电路的基本概念与定律

1、电路的基本概念与定律第1页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五海南风光第1章 电路的基本概念与定律第2页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五第1章电路的基本概念与定律1.1 电路中的物理量1.2 基尔霍夫定律第3页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五1.1 电路中的物理量电池灯泡电流电压电动势电功率EIRU+_电源负载电流电路中的物理量实际电路电路模型电压第4页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）： 在分析

2、计算时，对电量人为规定的方向。电路中的物理量第5页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五物理量的实际正方向电路中的物理量第6页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前， 低电位在后） 双下标箭 头Uabab 电 压+-IR电流：从高电位 指向低电位。IRUabE+_abU+_电路中的物理量第7页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU电路中的物理量第8页，共60页，2022年

3、，5月20日，7点55分，星期五电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理 量 的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR电路中的物理量第9页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(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；电路中的物理量第10页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五设定正方向的情况下欧

4、姆定律的写法I与U的方向一致U = IRaIRUbI与U的方向相反U = IRaIRUb电路中的物理量关联参考方向非关联参考方向第11页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五设定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此 部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:IUP=如果U I方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb电路中的物理量关联参考方向第12页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五设定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P = UI功率有正负？电路中的物理量非关联参考方向第13页，共6

5、0页，2022年，5月20日，7点55分，星期五吸收功率或消耗功率（起负载作用）若 P 0输出功率（起电源作用）若 P 0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负电路中的物理量第14页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电源的功率I Uab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流方向一致（关联参考方向）电压电流方向不一致（非关联参考方向）电路中的物理量第15页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五 当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。 所以，从 P 的 +

6、或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结 论在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。 当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。电路中的物理量第16页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五含源网络的功率P = UIIU+-含源网络电路中的物理量电路中的物理量IU+-含源网络P = UI电压电流正电方向一致（关联参考方向）电压电流正电方向不一致（非关联参考方向）第17页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五 电源有载工作开关闭合有载开关断开开路cd短接短路电源有载工作、开路与短路第18页，共60页，20

7、22年，5月20日，7点55分，星期五1电压和电流由欧姆定律可列上图的电流负载电阻两端电压电源的外特性曲线当R0R时由上两式得第19页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五伏 - 安 特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一) 无源元件1. 电阻 R（常用单位：、k、M ）1.2 电路元件电路元件第20页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五2.电感 L：ui（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通电路元件第21页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电感中电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直流电路中电感相当于短路.uei

8、+电路元件第22页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五3.电容 C单位电压下存储的电荷（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号有极性无极性+_电路元件第23页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电容上电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直流电路中电容相当于断路（开路）uiC电路元件第24页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五无源元件小结 理想元件的特性 （u 与 i 的关系）LCR电路元件第25页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意

9、L、C 在不同电路中的作用电路元件第26页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五1.电压源(二) 有源元件有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源 （恒压源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大电路元件第27页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五恒压源中的电流由外电路决定设: U=10VIU+_abUab2R1当R1 、R2 同时接入时： I=10AR22例 当R1接入时 ： I=5A则：电路元件第28页，共60页，2022年，5月20日，7点55

10、分，星期五RS越大斜率越大电压源伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS当RS = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻根据闭合电路的欧姆定律得电路元件第29页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五 理想电流源 （恒流源) 特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。 2. 电流源电路元件第30页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 A R=10 时， U =10

11、V R=1 时， U =1 V则:例电路元件第31页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五ISRSabUabIIsUabI外特性 电流源模型RSRS越大特性越陡I = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成当 内阻RS = 时，电流源模型就变成恒流源模型电路元件第32页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量U+_abIUabUab = U （常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI = Is （常数）I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。输出

12、电流 I 可变 端电压Uab 可变 电路元件第33页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五等效互换公式IRS+-USbaUab()RIRIRIIUSSsSsab-=-=Uab = US IRS UabISabIRS电路元件若 I =Uab =则IUab即电流源与电压源二者对外的伏安特性曲线一样Us IRS = IS RS I RS 第34页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电路元件Uab = U IRSUab IUabIUUab= ISRS I RS aa bbU S = ISRSRS = RS 对a（ a ）点：I=I =0 ，Uab =U S= IS R

13、S = Uab 对b（ b ）点： Uab = US IbRS =0 I b= U S / RS Uab= ISRS I b RS = ISRS Ib RS = ISRS (US / RS ) RS =US (US / RS ) RS = (1RS / RS) U S=0 ( 0,Ib )( 0,Ib ) )第35页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五例：电压源与电流源的等效互换举例I2+-10VbaUab5AabIUs = ISRSRS = RS IS = Us / RS电路元件2第36页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五等效变换的注意事项“等效”是指“

14、对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性一致），对内不等效，如开路或短路在内阻上的电流或电压是不同的(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 电路元件第37页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五注意转换前后 US 与 Is 的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI电路元件第38页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(3)恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI电路元件第39页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(4) 进行电路计算时，

15、恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和 RS不一定是电源内阻。电路元件第40页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3电路元件第41页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I电路元件第42页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五454RRRUUIdd+-=+RdUd+R4U4R5I-(接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()

16、()4432132131/RIURRRRRRRIIUSdd=+=电路元件第43页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算已知：U1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4 R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A电路元件解得：I= 0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反)第44页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VR4=4 IS=3AI= 0.2A

17、恒流源 IS 的功率如何计算 ？?PIS= - 33.6W电路元件PIS = - UR4 IsU4-负号表示恒流源 IS 输出功率计算功率例第45页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五10V+-2A2I讨论题哪个答案对?电路元件第46页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五 1.2 基尔霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律） 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径基尔霍夫定律第47页，共60页，2022年，5月20日，7点5

18、5分，星期五例支路：共3条回路：共3个节点：a、 b (共2个）aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1基尔霍夫定律第48页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共 ？条回路：共 ？个节点：共 ？个6条4个基尔霍夫定律7个第49页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(一) 克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由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 0。 I1I2I3I4克氏电流定律的依据：电流的连续性 I =0即：或：流入为正

19、流出为负基尔霍夫定律例第50页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I1+I2=I3I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点基尔霍夫定律例例第51页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五(二) 克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为 0。即：电位降为正电位升为负基尔霍夫定律克氏电 压定律的依据：电位不能突变第52页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五对回路#1 ：I1R1+ I3R3 = U1#1aI1I2U

20、2+-R1R3R2+_I3bU1#2#3对回路#2： U2 = I2R2+I3R3对回路#3 ： I1R1 + U2 = U1 + I2R2电位降电位升基尔霍夫定律例第53页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？基尔霍夫定律第54页，共60页，2022年，5月20日，7点55分，星期五克氏电流方程：节点a：节点b：独立方程只有 1 个克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUU