中南大学电工学ppt第1讲电路的基本概念

电工学52学时理论教学＋12学时实验理论内容有：

1：直流电路2：交流电路

3

：三相电路

4

：一阶电路5：变压器6：电动机及继电器控制系统7：半导体二极管及应用

8：三极管及基本放大电路9：集成运算放大电路

10：组合逻辑电路

11：时序逻辑电路主要内容（64学时）学习方法1掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法2通过习题来巩固和加深所学理论、培养分析能力和运算能力3在实验中体会电学现象

考核方法平时成绩占30%考试成绩占70%

参考教材:电工学（多学时）电工学(秦曾煌)

电工学（唐介）作业做电工学1练习册上的作业。交作业时，写明专业班级、学号、姓名1-1电路的作用、组成及电路模型1-2电路变量及电路的参考方向1-3理想电路元件第1讲电路的基本概念及定律1-1电路的作用、组成及电路模型

(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用

电路是电流的通路，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2.电路的组成部分电源:

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激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;

电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。3.电路模型

为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。电源负载负载电源开关ISUS+_R0中间环节手电筒的实体电路RL+

U–导线手电筒的电路模型用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。理想电路元件理想电源元件理想无源元件理想电压源理想电流源电阻元件R电感元件L电容元件C

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可以定量分析和计算。1-2电路变量及电路的参考方向一、电流和电流的参考方向<一>电流（又叫电流强度）电流在数值上等于单位时间内通过导体截面积的电荷量，即：电流的实际方向：正电荷定向移动的方向电流的单位是安培！1A=1000mA1mA=1000μA

若电流的大小和方向不随时间变化，则这种电流叫做恒定电流，也称为直流电流，常用大写字母I表示。若电流的大小和方向都随时间变化，则称为交流电流，用小写字母i表示☆电荷的定向移动形成电流。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？US1ABRUS2IR+_+_<二>电流的参考方向

(1)在解题前先设定一个方向，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；<三>电流参考方向的表示方法<1>用箭头表示，如右图；

<2>用双下标表示，如iAB(1)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量的参考方向，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示例已知：E=2V,R=1Ω问：当U分别为3V和1V时，IR=?IRE

RabU+_+_解：(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：(3)数值计算（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反）E

IRRabU+_+_二、电压和电压的参考方向

<二>电压的参考方向表示

<1>用箭头表示；如uAB=2V，说明参考方向与实际方向一致；

电压的实际方向：高电位指向低电位。<一>电压

单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：

uAB=-2V，说明参考方向与实际方向相反。<2>用双下标，如uAB；<3>用正负符号。电压的单位是伏特！1V=1000mV1mV=1000μV

若电压的大小和方向不随时间变化，则这种电压叫做恒定电压，也称为直流电压，常用大写字母U表示。若电流的大小和方向都随时间变化，则称为交流电压，用小写字母u表示三、关联参考方向注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般为关联参考方向。

在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。

当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；

相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。结点电位的概念：Va=5V

a

点电位：ab15Aab15AVb=-5V

b

点电位：在电路中任选一结点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），四、电路中电位的概念电压的概念：两点间的电压就是两点的电位差

某点电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别五、能量电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），时间单位为秒（s），则能量单位为焦耳（J）。

根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W为：指在一定时间内所吸收或发出功率的总量，用字母w表示。六、功率电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。功率是单位时间内所做的功，即：七、电源与负载的判别方法一：根据U、I的实际方向判别电源：U、I

实际方向相反（非关联）即电流实际从U“+”端流出，（发出功率）；

负载：U、I

实际方向相同（关联）即电流实际从U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_

方法二：由U、I参考方向判别：

(1)当U和I参考方向选择一致的前提下若P=UI0“吸收功率”（负载）aUb+_IR(２)当U和I参考方向选择不一致的前提下若P=UI0“发出功率”（电源）aIUb+-+_“吸收功率”（负载）aUb+_IR若P=UI0IUb+-+_若P=UI0“发出功率”（电源）例：已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)电压、电流实际方向非关联，故为电源；(b)电压、电流实际方向关联，故为负载；(c)电压、电流实际方向关联，故为负载；(d)电压、电流实际方向非关联，故为电源。1.3.1电阻元件一、线性电阻（简称电阻）根据欧姆定律：电压单位为伏特，电流单位为安培，则电阻R单位为欧姆（W）。G为电导，单位为西门子（S）。欧姆定律在非关联参考方向情况下电阻符号为：1-3电路元件二、电阻消耗的功率

电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。<一>在关联参考方向下

p=ui=i2R>0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。<二>在非关联参考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。三、伏—安特性

电阻以电压为纵或横坐标，电流为横或纵坐标，画出的电压和电流的关系曲线叫该元件的伏—安特性。四、非线性电阻

非线性电阻的电阻R不等于一个常数，即：五、开路和短路的概念

无论电压u为多大，i=0A，则电阻R相当于无穷大，等效为开路。<一>开路无论电流i为多大，u=0V，则电阻R相当于零，等效为短路。<二>短路1.3.2电容元件一、线性电容（简称电容）

电容符号为：则电容电压与所带电荷之间满足：式中C是电容元件的参数，称为电容。C是一个正实常数。当电压单位为伏特，电荷单位为库仑（C），则电容单位为法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、库—伏特性

电容元件两端的电荷和电压的的关系曲线。三、电压与电流的关系<一>微分关系<二>积分关系<三>电容的特性<1>在直流电路中，电容元件处相当于开路；<2>电容元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；四、电容吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WC求得为：WC>0，充电，以电场能量的形式储存；WC<0，放电，元件释放电能；五、非线性电容

非线性电容的电容值C不等于一个常数，即：电容是储能元件,不消耗有功功率1.3.3电感元件一、线性电感（简称电感）（1）当感应电压的参考方向与磁通链成右手螺旋关系时，则根据电磁感应定律可得：电感的磁通链与电流之间满足：式中L是电感元件的电感（自感）。L是一个正实常数。当磁通链单位为韦伯（Wb)，电流单位A，则电感单位为亨利或亨（H）。电感的符号为：二、韦—安特性

电感元件两端的磁通链和电流的的关系曲线。三、电压与电流的关系<一>微分关系<二>积分关系<三>电感的特性<1>在直流电路中，电感元件处相当于短路；<2>电感元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；四、电感吸收的能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WL求得为：WL>0，充磁，以磁场能量的形式储存；WL<0，放磁，元件释放电能；五、非线性电感

非线性电感的电感系数L不等于一个常数，即：电感是储能元件,不消耗有功功率1.3.4电压源和电流源一、电压源

电压源符号为：<一>电压源的特点<1>电压源两端电压与外接电路无关；<2>流过电压源的电流与外电路有关。R不同，i不同。<二>电压源的工作状态电压源uS1工作在电源状态；电压源uS2工作在负载状态。二、电流源

电流源符号为：<一>电流源的特点<1>电流源电流与外接电路无关；<2>电流源两端的电压与外电路有关。R不同，u不同。<二>电流源的工作状态电流源iS1工作在电源状态；电流源iS2工作在负载状态。无内阻的电压源即是理想电压源输出电压恒定,即特点外特性