电工与电子技术课件 【ch01】电路概念和电路定律

第一章电工与电子技术电路概念和电路定律01电路和电路模型电路和电路模型01实际电路模型日常生活中常接触到的电器元件或设备包含各种电源、电阻、电感、电容、二极管、晶体管、变压器、集成电路、电动机等，将这些电器元件或设备互相连接形成电流的流通路径，即构成实际电路。实际电路存在于生活的各个领域。电路和电路模型01实际电路模型实际电路根据组成可以分为三个基本部分：电源(提供电能和电信号的电路器件)、负载(使用电能和电信号的电路器件)、中间环节(连接导线、控制开关等)。电路和电路模型02电路模型实际电路在进行工作时，本质是在电路中进行电能与其他形式的能量之间的相互转换，电压对应电场，电流对应磁场。电路在工作时，存在着电场和磁场，反映电场储能性质的元件为电容，参数为电容值；反应磁场储能性质的元件为电感，参数为电感值，电阻在电路中是反映能量损耗的电路参数。电路和电路模型02电路模型研究电路中发生的电磁现象是电路理论的主要任务，用电压(电荷)、电流(磁通)等物理量来描述其中的过程。电路和电路模型02电路模型以手电筒电路为例，它的实际电路如图1-1-1(a)所示，电路模型如图1-1-1(b)所示。02电路的基本变量电路的基本变量01电流习惯上把正电荷定向移动的方向规定为电流的实际方向。电流的大小用电流强度来描述。电流强度(简称电流)指单位时间内通过导体横截面的电量，用字母i或者I来表示，单位为A(安培)。电路的基本变量01电流大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，简称直流。直流电流大小和方向都随时间变化而变化的电流称为交流电流。交流电流电路的基本变量01电流图1-2-1表示电路的一部分，其中矩形方框用来泛指二端元件。电路的基本变量02电压电磁学中已经知道电荷在电场中受电场力的作用，当把电荷从电场中的一点移到另外一点时，电场力会对电荷做功。电荷在电场中有电势能，恒定电场中的每一个点都有电位，电场中任意两点间的电位差即电压。电路的基本变量02电压例如，电场中某两点a、b间的电压为单位正电荷由高电位点a移至低电位点b时电场力所做的功，用u或者U来表示。电路的基本变量02电压若电压的大小或方向不随时间变化而变化，则这样的电压称为直流电压；直流电压若电压的大小或方向随时间的变化而变化，这样的电压称为交流电压。交流电压电路的基本变量02电压电压的真实极性在计算之前也很难确定，所以与电流的参考方向选取方法类似，可以先定义电压的参考极性。在计算前，将自定义的高电位端标记为“+”,低电位端标记为“-”,如图1-2-2所示。电路的基本变量03关联参考方向电压和电流的参考方向在电路分析计算中至关重要。在对任意电路进行分析计算之前，都应该先假设电压和电流的参考方向，否则分析无法进行。电路的基本变量03关联参考方向电路的基本变量04功率和电能在电路的分析和计算中，电功率和电能也是非常重要的两个物理量。在电路的工作状态下总会伴随着电能和其他形式的能进行相互转换。电气设备、电路元件在工作时都会对功率有所限制，即要考虑设备在工作时是否工作在额定值下，过载会使设备损坏，欠载会使设备不能正常工作。电路的基本变量04功率和电能当正电荷从电压极性“+”端移动到电压极性“-”端时，电场力对电荷做正功，电路吸收能量；当正电荷从电压极性“-”端移动到电压极性“+”端时，电场力对电荷做负功，电路释放能量。电路的基本变量04功率和电能电路的基本变量04功率和电能当电压和电流的单位为伏特(V)和安培(A)时，功率的单位为瓦特(W)。电路的基本变量05电路元件电路元件是组成电路的基本单元。电路元件可以通过其端子与外部电路相连，电路元件的特性通过与端子相关的电路物理量来进行描述。电路元件按与外部连接的端子数目可以分为二端元件、三端元件、四端元件等。分类电路的基本变量05电路元件12电阻和电导设元件两端的电压为u,流过的电流为i,欧姆定律表示为：u(t)=Ri(t)电源当电阻流过电流时，电阻会消耗能量，则电路中必然会有提供能量的元件，如电池、发电机、信号源等。03基尔霍夫定律基尔霍夫定律01基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)指出：“在集总参数电路中，在任何时刻，对于任一结点，所有流入(或流出)该结点的支路电流的代数和恒为零。"用数学形式表示为：基尔霍夫定律01基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)指出：“在集总参数电路中，任意时刻，沿着任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零”。用数学表达式表示为：基尔霍夫定律01基尔霍夫电压定律KCL描述了电路中各支路电流之间的关系，KVL描述了电路中各支路电压之间的关系，这两个定律仅与元件的相互连接有关，而与元件的性质并无关系。无论元件的性质是时变元件还是时不变元件，线性元件还是非线性元件，基尔霍夫定律总是成立的。04电阻的连接电阻的连接电阻的串联即电阻首尾相连，流过同一个电流。(1)电阻的串联电阻的连接电阻的并联即各个电阻的首相连、尾相连，连成一排，有共同的电压。(2)电阻的并联电阻的连接在同一个电路中，电阻既有串联又有并联，称为混联电路。(3)电阻的混联05电路的等效变换电路的等效变换01电压源的连接电路含有多个独立源时，要尽可能将独立源合并，合并后不能改变未合并部分的电压和电流。（1）电压源与电压源串联电路的等效变换01电压源的连接电压源的并联是受条件限制的，电压源必须值相同且极性相同时，才能并联连接，否则将不能满足KVL。（2）电压源与电压源并联与电压源并联的元件(如电流源和电阻)不会改变理想电压源的输出电压U,所以对外电路而言，与电压源并联的元件即可视为多余元件，可以等效变换为电压源。（3）电压源与电流源(或电阻)并联电路的等效变换01电压源的连接两个电流源并联时，如图1-5-3(a)所示，可以等效变换为如图1-5-3(b)所示的一个电流源，等效条件是：is=is1+is2（4）电流源与电流源并联电流源的串联是受条件限制的，电流源必须值相同且方向相同时，才能串联连接，否则不满足KCL。（5）电流源与电流源串联电路的等效变换01电压源的连接与电流源串联的元件(如电压源和电阻)不会改变理想电流源的输出电流I,所以对外电路而言，与电流源串联的元件即可视为多余元件