电路的基本概念课件

绪论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1.2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。2.电路模型及基本物理量手电筒的电路模型数学方法

R+RoE–S+U–I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)2.1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2.2电路基本物理量物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势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、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV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+

-一致(关联一致)，电流(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。U与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=U=4V-E=-U=4V|E|=|U|=4V★2.4欧姆定律U=±IRU、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RUIRUI通常取U、I参考方向相同(关联一致)。U=IR

U=–IR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=–IRRU6V2ARU6VI(a)(b)I–2A2.5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；电子电路：导线的交汇点UAO=VA-VO;VA=UAO(VO=0)例1

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=–10×6=

60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90Vbac20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

dUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90VUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V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bca20

4A6

10AE290V

E1140V5

6A

d+90V20

5

+140V6

cd例2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VA=0V。电流I1=I2=0，电位VA=6V。电流在闭合路径中流通2K

A+I12k

I2–6V(b)2k

+6VA2k

SI2I1(a)例3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+12V–12VBRPR1R212V

–12V

–BARPR2R1I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

=–IR1

+12VB

=IR2

–12◆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=-UI2.6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=UI0，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+_aRbU+_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：

I1=()；I=()；判断3V电源是发出功率还是吸收功率?（）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)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。3.2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。例：求US的输出功率

(R1+R2//R3)//(R4//R5)R1R2//R3+-USR6R4//R53.3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R0<<RL，U

E，可近似认为是理想电压源。理想电压源O电压源IRL理想电压源（恒压源）例：(2)输出电压是一定值，恒等于电动势。对直流电压，有U

E。(3)恒压源中的电流由外电路决定。特点:(1)内阻R0

=0IE+_U设E=10V，接上RL

后，恒压源对外输出电流，RL

当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A外特性曲线IUEO电压恒定，电流随负载变化3.3.2电流源IRLU0=ISR0

电流源的外特性IU理想电流源OIS电流源是由电流IS和内阻R0并联的电源的电路模型。由上图电路可得:若R0=

理想电流源:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS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=10A，接上RL

后，恒流源对外输出电流，RL当RL=1时，I=10A，U=10V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。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②等效变换时，E、IS极性要一致；③理想电压源与理想电流源之间无等效关系。①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。④一个E和R串联，可化为一个IS和R并联。R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab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。

例4求下列各电路的等效电源解:+–abU2

5V(a)+

+–abU5V(c)+

a+-2V5VU+-b2

(c)+

(b)aU5A2

3

b+

(a)a+–5V3

2

U+

a5AbU3

(b)+

例5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+–2

2V+2

I(d)2

由图(d)可得6V3

+–+–12V2A6

1

1

2

I(a)2A3

1

2

2V+–I2A6

1

(b)4A2

2

2

2V+–I(c)例6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

+-+-6V4VI2A3

4

6

12A3

6

2AI4

2

11AI4

2

11A2

4A解：I4

2

11A2

4A1I4

2

1A2

8V+-I4

11A4

2AI2

13A例7电路如图。U1＝10V，IS＝2A，R1＝1Ω，R2＝2Ω，R3＝5Ω，R＝1Ω。(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)(2)由图(a)可得：理想电压源中的电流理想电流源两端的电压aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)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：

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<PN(不经济)

过载(超载)：

I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=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=1W

4.电气设备额定值和电路工作状态三种工作状态：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+

-EUI①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，I

U。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当R0<<R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。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①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，I

U。或U=E–IRoUI=EI–I²RoP=PE

–

P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③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