电路的基本概念课件

1、第一章 电路的基本概念1. 电路的作用与组成2. 电路模型及基本物理量3. 实际电源的等效变换4. 电气设备额定值和电路的工作状态5. 基尔霍夫定律第一章 电路的基本概念1. 电路的作用与组成2. 电路模型及a. 理解电路的基本物理量并能正确应用； b. 理解电压与电流参考方向的意义；c. 会计算电路中各点的电位；d. 了解电路的有载工作、开路与短路状态；e. 掌握两种电源模型与变换方法f. 理解电功率的计算并判断物理作用。g. 掌握基本定律的使用本章要求a. 理解电路的基本物理量并能正确应用； 本章要求1. 电路的作用与组成 (1) 实现电能的输送和转换 (2) 实现信息的处理和传递放大器扬

2、声器话筒1.1 电路的作用电路：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。 发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线1. 电路的作用与组成 (1) 实现电能的输送和转换 1.2 电能电路的组成电源: 提供电能的装置负载: 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1.2 电能电路的组成电源: 提供负载: 取用中间环节：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1.2 信息电路的组成放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，由激励所产生的电压和电流称为响应。直流电源

3、直流电源: 信号处理：负载信号源: 1.2 信息电2. 电路模型及基本物理量手电筒的电路模型数学方法 R+RoES+UI电池导线灯泡开关理想电路元件：电阻R、电感L、电容C和电源ES、IS实际电路 电磁性质电路(模型)2.12. 电路模型及基本物理量手电筒的电路模型数学方法 R+R电荷在电场力作用下移动形成电流I，单位：A电压U等于电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功 ，单位：V电动势E等于电源力把单位正电荷从低电位点移动到高电位点所做的功，单位：V2.2 电路基本物理量电荷在电场力作用下移动形成电流I，单位：A2.2 电路基本物2.2 电路基本物理量物理量实 际 方 向电流 I正电荷运

4、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、V2.2 电路基本物理量物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动例：图中标识的都是参考(正)方向 +-+-例：图中标识的都是参考(正)方向 +-+-(2) 表示方法 (1) 参考方向(正方向) 在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。2.3 电路基本物理量的参考方向IE+_aRb U+_Uab 下标电压：箭标abU 极性 + -电流：Iab 下标箭标abI 极性 + -(2) 表示方法 (1) 参考方向(正方向) 在分析与一致(关联一致)，电流

5、(或电压)值为正值；相反，电流(或电压)值为负值。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。一致(关联一致)，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向U与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=U=4V-E=-U=4V|E|=|U|=4VU与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E= 2.4 欧姆定律U=IRU、I 参考方向相同时， U、I

6、参考方向相反时， RUIRUI 通常取 U、I 参考方向相同(关联一致)。U = I R U = IR 2.4 欧姆定律U=IRU、I 参考方向相同时， U、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 = IRRU6V2ARU6V I(a)(b)I2A解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列2.5 电路中电位的概念及计算电位：电路中某点A至参考点O的电压，记为“VA”. 电位的计算步骤: (1) 选参考点，设其电位为0； (2) 标出电流参考方向； (3) 计算各点至参考点间的电压。常用符号：电工工程：大地 ； 电子电

7、路：导线的交汇点UAO=VA-VO; VA=UAO (VO=0) 2.5 电路中电位的概念及计算电位：电路中某点A至参考点O的例 分别以a,b为参考点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

8、VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V例 分别以a,b为参考点求图示电路中各点的电位: Va、Vb 结论：(1)电位是相对的，取决于参考点的选取;(2)两点间的电压是固定的，与零电位参考点的选取无关;(3)借助电位的概念可作简化电路图 bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd 结论：(1)电位是相对的，取决于参考点的选取;(2)两点间例 图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解: (1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,如图(b) 电流 I2 = 0，电位

9、VA = 0V。电流 I1 = I2 = 0，电位 VA = 6V。电流在闭合路径中流通2KA+I12kI26V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)例 图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解: (例 电路如下图所示,(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来; (2)当电位器RP的滑动触点向下滑动时, A、B两点的电位增高了还是降低了？A+12V12VBRPR1R212V12VBARPR2R1I解：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源的“”端与12V电源的“+”端的联接处。 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。（2） VA

10、 = IR1 +12 VB = IR2 12例 电路如下图所示,(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出功率单位时间内电场力所做的功，为电功率。 用P来表示，单位为W。P=W/T=UI；当电压、电流的正方向关联一致时，P=+UI；当电压、电流的正方向不一致时， P=-UI功率单位时间内电场力所做的功，为电功率。 用P2.6 电源与负载的判别(元件作用)U、I 参考方向不同，P = -UI 0，负载； P = -UI 0，电源。U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载，消耗功率； P = UI 0，电源，发出功率。 1. 根据U、I 的实际方向判别 2. 根据P值判别电源： U、I 实际方向相

11、反，即电流从“+”端流出， 负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 （发出功率） （吸收功率） IE+_aRb U+_2.6 电源与负载的判别(元件作用)U、I 参考方向不同，P例：US=30V,电压源和电流源发出或吸收的功率值,并说明哪个是电源,哪个是负载？ 例：US=30V,电压源和电流源发出或吸收的功率值,并说明哪例： I1=( ) ；I=( )；判断3V电源是发出功率还是吸收功率?（ ） 例： I1=( ) ；I=( )；3. 实际电源的等效变换3.1 电阻的串联特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；两电阻串联时的分压公式：R =R1+R23)等效电阻等于各电阻之和；4)

12、串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R1U1UR2U2I+RUI+2)各电阻中通过同一电流；应用：降压、限流、调节电压等。3. 实际电源的等效变换3.1 电阻的串联特点:两电阻串联时3.2 电阻的并联两电阻并联时的分流公式：(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；RUI+I1I2R1UR2I+(2)各电阻两端的电压相同；应用：分流、调节电流等。3.2 电阻的并联两电阻并联时的分流公式：(3)等效电阻的倒例：求US的输出功率例：求US的输出功率 (R1+R2/R3)/(R4/R5)R1R2/R3+-USR6R4/R

13、5 (R1+R2/R3)/(R4/R5)R1R2/R33.3 电压源与电流源及其等效变换3.3.1 电压源 电压源模型由上图电路可得: U = E IR0 若 R0 = 0理想电压源 : U EU0=E 电压源的外特性IUR0+-EU 电压源是由电动势E和内阻 R0串联的电源的电路模型。 若 R0RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS3.3.2 电流源IRLU0=ISR0 电流源的外特性IU理理想电流源（恒流源)例：(2) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。特点:(1) 内阻R0 = ；设 IS = 10 A

14、，接上RL 后，恒流源对外输出电流，RL当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V当 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V外特性曲线 IUISOIISU电流恒定，电压随负载变化。理想电流源（恒流源)例：(2) 输出电流是一定值，恒等于电3.3.3 电压源与电流源的等效变换由图a： U = E IR0 由图b： U = ISR0 IR0等效变换条件:E = ISR0s.t. E与IS的极性一致等效变换: 不改变电路中外电路的电量,等效表示原电路；IRLR0+EU电压源RLR0UR0UISI电流源3.3.3 电压源与电流源的等效变换由图a：由图b： 等效 等效变换

15、时，E、IS极性要一致； 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 等效关系只对外电路而言，对电源内部不等效。 注意事项：例：当RL=时，电压源R0不损耗功率，而电流源R0损耗功率。 一个E和R串联，可化为一个IS和R并联。R0+EabISR0abR0+EabISR0ab 等效变换时，E、IS极性要一致； 理想电压源与理想电流对外电路的电量计算而言，进行等效变换时：可以断开与恒压源并联的支路或元件；可以短接与恒流源串联的支路或元件；若进行电源内部的分析，应恢复原电路。 对外电路的电量计算而言，进行等效变换时：例求下列各电路的等效电源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-

16、b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+例求下列各电路的等效电源解:+abU25V(a)+ab例试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。(并联部分转换成电流源；串联部分化成电压源）解:8V+22V+2I(d)2由图(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)例试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。解:例 解：统一电源形式试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1 电阻中的电流。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 12A362AI4211AI4211A24A例 解：统

17、一电源形式试用电压源与电流源等效变换的方法计算图解：I4211A24A1I421A28V+-I4 11A42AI213A解：I4211A24A1I421A28V+I例 电路如图。U110V，IS2A，R11，R22，R35，R1。(1) 求电阻R中的电流I；(2)计算理想电压源U1中的电流IU1和理想电流源IS两端的电压UIS；(3)分析功率平衡。解：(1)由电源的性质及电源的等效变换可得：aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)例 电路如图。U110V，IS2A，R1(2)由图(a)可得： 理想电压源中的电流

18、理想电流源两端的电压aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)(2)由图(a)可得： 理想电压源中的电流 理想电流源两端的各个电阻所消耗的功率分别是：两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W80W=80W(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：两者平衡：(60+20)W=(3 额定值：电气设备在正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 =

19、 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 4. 电气设备额定值和电路工作状态 额定值：电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三三种工作状态：通路、开路、短路负载端电压U = IR 特征:4.1 电路的工作状态IR0R+ -EUI 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。三种工作状态：负载端电压U = IR

20、 特征:4.1 电路的工 开关闭合,接通电源与负载。负载端电压U = IR 特征:4.2 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 I 开关闭合,接通电源与负载。负载端电压U = IR 特征:4特征: 开关 断开4.3 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

21、电路情况而定。电路中某处断开时的特征:IRoR+ -EU0 IU有源电路特征: 开关 断开4.3 电源开路I = 0电源端电压 ( 电源外部端子被短接4.4 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 = 0;2. 短路处的电流 I 视电路情况而定:电源电压全部降在内阻上，产生很大的短路电流，容易损坏电器设备，加入熔断器，发生事故时自动切断。电路中某处短路时的特征:IU有源电路IR0R+ -EU0 电源外部端子被短接4.4 电源短路 特征:电源端电压负载功率5.1 电路的基本概念结点

22、N:电路中3个或3个以上元件的联结点支路B:电路中两结点之间的每一个分支网孔:电路中未被任何支路分割的最简单的回路B-(N-1)+-+-5.基尔霍夫定律5.1 电路的基本概念+-+-5.基尔霍夫定律某电路经串、并联等效变换可化简为网孔的称为简单电路; 否则，称为复杂电路。例：某电路经串、并联等效变换可化简为网孔的称为简单电路; 否则， 结点， 支路， 网孔， 回路ab两 四 三 六 结点， 支路， 网孔， 回路ab两 三结点、五支路（五个不同的电流）cab12345三结点、五支路（五个不同的电流）cab123455.2 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= 05.2 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 即: 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+_+_I51156V12V 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 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。5.3 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即：