电路的基本概念

1、电路的基本概念第1页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电路的基本概念和基本定律 第一章 电路的基本概念 1.1.1 电路中的物理量 1.1.2 电路元件电路的基本定律1.2.1 欧姆定律1.2.2 克希荷夫定律 1.11.2 第2页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五1.1 电路的基本概念 电路的物理量 电路元件 (一) 无源元件 (二) 有源元件第3页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五 电路的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_负载电源第4页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电路中物理量的正方向物理量的正方向：

2、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）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。第5页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五物理量的实际正方向第6页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五物理量正方向的表示方法电池灯泡IRUabE+_abu_+正负号abUab（高电位在前， 低电位在后） 双下标箭 头uab电压+-IR电流：从高电位 指向低电位。U第7页，共61页，2022年，5月20日，7点54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

3、？电流方向BA？E1ABRE2IR第8页，共61页，2022年，5月20日，7点54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；第9页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五例已知：E=2V, R=1问： 当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?E IRRURabU解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：第10页，共61页，2022年，5月20日，

4、7点54分，星期五(3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）E IRRURabU第11页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设。(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. 提示第12页，共61页，2022年，5月20日，7点

5、54分，星期五 IRURab假设: 与 的方向一致例假设: 与 的方向相反 IRURab第13页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电 功 率aIRUb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:功率有无正负？如果U I方向不一致结果如何？第14页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五 在 U、 I 正方向选择一致的前提下， IRUab或IRUab“吸收功率” （负载）“发出功率” （电源）若 P = UI 0若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系P（吸收）= P（发出）第15页，共61页，2

6、022年，5月20日，7点54分，星期五第16页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五第17页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五第18页，共61页，2022年，5月20日，7点54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 ）1.1.2 电路元件第19页，共61页，2022年，5月20日，7点54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第20页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电感中电流、电压的关系uei当 (直流) 时,所以,在

7、直流电路中电感相当于短路.第21页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五线圈面积线圈长度导磁率电感和结构参数的关系线性电感:L=Const (如:空心电感 不变)非线性电感 :L = Const (如:铁心电感 不为常数)uei第22页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电感是一种储能元件, 储存的磁场能量为：电感的储能第23页，共61页，2022年，5月20日，7点54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+_第24页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电容上

8、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.uiC第25页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五极板面积板间距离介电常数电容和结构参数的关系线性电容:C=Const ( 不变)非线性电容:C = Const ( 不为常数)uiC第26页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电容的储能电容是一种储能元件, 储存的电场能量为：第27页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五无源元件小结 理想元件的特性 （u 与 i 的关系）LCR第28页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五实际元件的特性可以用若干理想元件来表示

9、例： 电感线圈L ：电感量R：导线电阻C：线间分布电容参数的影响和电路的工作条件有关。第29页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意 L、C 在不同电路中的作用第30页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五1.电压源伏安特性电压源模型IUEUIRO+-ERo越大斜率越大(二) 有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。第31页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.特点：(1）输出电 压不变，其值恒等于电动势。 即 Uab E； （

10、2）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE第32页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五恒压源中的电流由外电路决定设: E=10VIE+_abUab2R1当R1 R2 同时接入时： I=10AR22例 当R1接入时 ： I=5A则：第33页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起 I 的变化。外电路的改变I 的变化可能是 _ 的变化， 或者是_ 的变化。大小方向+_I恒压源特性小结EUababR第34页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五2. 电流源ISROab

11、UabIIsUabI外特性 电流源模型RORO越大特性越陡第35页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源. 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。第36页，共61页，2022年，5月20日，7点54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 V R=1 时， U =1 V则:例第37页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：_

12、Uab_ 会引起 Uab 的变化。外电路的改变Uab的变化可能是 _ 的变化， 或者是 _的变化。大小方向 理想恒流源两端可否被短路？abIUabIsR第38页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五恒流源举例IcIbUce 当 I b 确定后，I c 就基本确定了。在 IC 基本恒定的范围内 ，I c 可视为恒流源 (电路元件的抽象) 。cebIb+-E+-晶体三极管UceIc第39页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？例IE R_+abUab=?Is原则：Is不能变，E 不能变。电压源中的电流 I= IS恒流

13、源两端的电压第40页，共61页，2022年，5月20日，7点54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E+_abIUabUab = E （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。输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向均由外电路决定第41页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五10V+-2A2I讨论题哪个答案对?+-10V+-4V2第42页，共61页，2022年，5月20日，7点54分

14、，星期五复习：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向（一）参考方向(1) 先假定一个正方向，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；E IRRURabU第43页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五（二）电路元件（1）电阻（2）电感ui在直流电路中电感相当于短路第44页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五（3）电容在直流电路中电容相当于断路uiC第45页，共61页，2022年，5月20日，7点54

15、分，星期五（3）电压源理想电压源IE+_abUab实际电压源模型UIRO+-E第46页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五（4）电流源理想电流源abIUabIsISROabUabI实际电流源模型第47页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五 欧姆定律 克希荷夫定律(一) 克氏电流定律 (二) 克氏电压定律电路的基本定律1.2 第48页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。RUIRUI欧姆定律第49页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五 广义欧姆定律 (支路中含有电动势时

16、的欧姆定律)当 UabE 时， I 0 表明方向与图中假设方向一致当 UabE 时， I 0 表明方向与图中假设方向相反E+_baIUabR第50页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五1.2.2 克希荷夫氏定律（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,其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。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第51页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五支路：ab、ad、 . （共6条）回路：abda、 bcdb、 . （共7 个）节点：a、 b、 . (共4个）例I3E4E3

17、_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第52页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五(一) 克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。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：例或：第53页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第54页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五(二) 克氏电压定

18、律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如： 回路 a-d-c-a电位升电位降即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-第55页，共61页，2022年，5月20日，7点54分，星期五电位升电位降E+_RabUabI克氏电压定律也适合开口电路。例第56页，共61页，2022年，5月20日，7点54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aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？第57页，共61页，2022年，5月20日，7点54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#3独立方程只有 2 个aI1I2E2+-R1R3R2+