欧姆定律和基尔霍夫定律

1、1,电路电子技术,卢艳霞,Please mail me if you have questions: luyx Tel No: 51684038,电气楼309,2,主要参考书： 电工学(第五版） 高教出版社 秦曾煌 电路基础 西南交大出版社 李益民 模拟电子技术 数字电子技术 西南交大出版社 孙建,3,第一章 电路的基本概念、定律和分析方法,1.1 电路和电路模型,1.2 电路的基本物理量及参考方向,1.3 无源元件,1.4 有源元件,1.5 电压源与电流源的等效变换,1.6 基尔霍夫定律,1.7 支路电流法,1.8 叠加原理,1.9 戴维宁定理,4,1 电路的组成,2 电路的作用,1.1 电

2、路和电路模型,3 电路模型,5,6,7,(1) 实现电能的传输、分配与转换,1. 电路的组成,(2)实现信号的传递与处理,2. 电路的作用,电源 信号源,中间环节,负载,8,3 电路模型,9,1 电流及参考方向,2 电压及参考方向,1.2 电路的基本物理量及参考方向,3 功率,10,1 电流及参考方向, 定义, 单位,国际标准单位词冠,11,1 电流及参考方向, 参考方向（正方向）,在选定参考方向之后，电流的值有了正负之分： 值为正，说明参考方向与电流实际方向一致； 值为负，说明参考方向与电流实际方向不一致；,电路图中所标的方向都是参考方向。,12,13,2 电压参考方向, 定义, 单位, 参

3、考方向,在选定参考方向之后，电压的值有了正负之分： 值为正，说明参考方向与电压实际方向一致； 值为负，说明参考方向与电压实际方向不一致。,电路图中所标的方向都是参考方向。,电流和电压采用关联参考方向。,14,在图示电路中，已知U2=3V， U3=4V， U5=6V， U6=2V，U7=3V 用箭头虚线标出各电压的实际方向。,例,15,在图示电路中，已知U2=3V， U3=4V， U5=6V， U6=2V，U7=3V 用箭头虚线标出各电压的实际方向。,求Uae=?,16,假定U 、I 的参考方向如图所示，若 I = -3A ，E =2V , R =1 Uab=？,（实际方向与参考方向一致）,解：

4、,翻页,上页,下页,返回,第1章,UR,E,I,R,a,b,d,=-(-3）1+2V = 5V,例2,17,1.电压电流“实际方向”是客观存在的物理现象， “参考方向” 是人为假设的方向。,2.方程U/I=R 只适用于R 中U、I参考方向一 致的情 况。即欧姆定律表达式含有正负号，当U、I参考方向一致时为正，否则为负。,3.在解题前，一定先假定电压电流的“参考方向 ”，然 后再列方程求解。即 U、I为代数量，也有正负之分。当参考方向与实际方向一致时为正，否则为负。,4.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参考方向 一致（关联参考方向）。,18,3 功率, 定义, 单位, 计算,19, 功率的计

5、算,对于元件A中电压与电流的参考 方向（关联参考方向）： P=UI,对于元件B中电压与电流的参考 方向（非关联参考方向）： P=-UI,判断元件是电源还是负载的方法： P0，值为正，说明该元件是负载； P0，值为负，说明该元件是电源。,20,（1）试计算各元件的功率，说明它们是发出功率（是电源）还是吸收功率（是负载）。,21,（2）在下列电路(a)中， Iab =1A，求该元件的功率。在下列电路（b）中，如元件发出功率为5W，试求电流Iab=?,22,1.3 无源元件,1 电阻元件,2 电容元件,3 电感元件,23,翻页,上页,下页,第1章,返回,1 电阻元件,电阻（R）：具有消耗电能特 性的

6、元件。,i,u,当电压与电流之间不是线性函数关系时，称为非线性电阻。,当 恒定不变时，称为线性电阻。,翻页,第1章,上页,下页,返回,25,翻页,第1章,上页,下页,返回,几种常见的电阻元件,普通金属膜电阻,绕线电阻,电阻排,热敏电阻,26,2 电感元件,单位：H, mH, H,电感：能够存储磁场能量的元件。,翻页,上页,下页,第1章,返回,27,电感元件的基本关系式,翻页,第1章,上页,下页,返回,电感是一种储能元件，储存的磁场能量为,28,翻页,第1章,上页,下页,返回,式中即为线圈附近介质的磁导率（H/m)，S 为线圈的横截面积（m2)，l 是线圈的长度（m）。,29,翻页,第1章,上页

7、,下页,返回,几种常见的电感元件,带有磁心的电感,陶瓷电感,铁氧体电感,30,3 电容元件,电容：具有存储电场能量特性的元件。,翻页,第1章,上页,下页,返回,电容是一种储能元件，储存的电场能量为：,31,第1章,上页,下页,返回,翻页,式中即为其间介质的介电常数（F/m)，S 为极板的面积（m2)，d 是极板的距离（m）。,32,翻页,第1章,上页,下页,返回,几种常见的电容器,普通电容器,电力电容器,电解电容器,33,1.4 有源元件,1 电压源,2 电流源,34,图形符号 外特性曲线 特点: 恒压源的端电压是恒定值，与通过它的电流无关； 恒压源的电流可以是任意值； 与恒压源并联的元件对外

8、电路不起作用，等效变换 时可以去掉。,1 电压源,35,图形符号 外特性曲线 特点: 恒流源的输出电流是恒定值，与其端电压无关； 恒流源的端电压可以是任意值； 与恒流源串联的元件对外电路不起作用，等效变换 时可以去掉。,2 电流源,36,要求Us1 = Us2,不要求Us1 = Us2,电压源联接注意事项,电流源联接注意事项,要求is1=is2,不要求is1=is2,理想化元件模型,37,1.5 电压源与电流源的等效变换,1 等效电路的定义,2 电源的等效变换,3 含源支路的化简,38,2 电源的等效变换,注意：（1）方向：恒流源箭头方向为恒压源 正极； （2）RS未必是内阻， （3）等效时，

9、端钮上电流、电压一致， 即对外电路等效，对内电路并非 等效。,39,例题：试求以下电压源模型的等效电流源模型及电流源模型的等效电压源模型。,40,例题：试求以下电路的等效电流源模型和等效电压源模型。,41,注意： （4）与电压源并联的元件对电压源的电压没 有影响，而与电流源串联的元件不会影 响电流源的电流。等效时可以去掉。 （5）等效变换后，两个端点位置不变 。 (6) 受控源同样也可以等效代换，只是控制量 要保留。,42,3 含源支路的化简,一、串联,43,若几个电压源、电阻串联时，则等效电路中,二、并联,44,若多个含电压源支路并联时，则：,三、混联：既有含源支路的串联，也有含源支路的并联

10、电路。,45,结论：若干含源支路作串联、并联和混联时，就其两端来说总可以化简为一个恒压源、电阻串联（电压源模型）或一个恒流源、电阻并联（电路源模型）。,例题：化简电路为一个电流源模型的等效电路。,46,47,48,一般地说，电源模型等效变换时从网络端口向网络内部变换，即网络端口向左时，自左向右变换。,应用： 在求复杂含源电路中某一支路的电流时，可以将该支路从电路中移出，而将其余电路视为二端口含源网络。 使之等效为电压源模型或电流源模型。 将移出的待求支路还原，电路成为最简单的直流电路，应用欧姆定律可求出待求支路的电流。,49,例：求9支路电流,50,1.6 基尔霍夫定律,1 支路、结点和回路,

11、2 基尔霍夫电流定律,3 基尔霍夫电压定律,51,第一章 电路模型和基本定律,52,第一章 电路模型和基本定律,结论：无论一个电路有多复杂，它都是由一些结点，支路和闭合回路组成。基尔霍夫定律规定了电路中任一结点电流和任一闭合回路各段电压所必须服从的约束关系，是电路分析的基本理论依据。,53,第一章 电路模型和基本定律,2. KCL定律 （1）.文字描述及方程式 电路中任一瞬间，流出任一结点电流之和恒等于流 入结点的电流之和。 流入、流出指参考方向是指向、还是背向结点。 指向为流入，背向为流出。,电路中任一瞬间，任意结点上电流代数和恒等于零。正、负由参考方向决定，流入为正，流出为负。,（2）.应

12、用KCL列方程式的步骤 选定结点。 标出各支路电流参考方向。 针对结点应用KCL定律列方程。,54,第一章 电路模型和基本定律,（3）KCL定律的扩展应用,55,第一章 电路模型和基本定律,56,第一章 电路模型和基本定律,3. KVL定律 （1）.文字描述及方程式 电路中任一回路，在任一时刻，沿回路循行方向电 压将之和等于电压升之和。,电路中任一回路，在任一时刻，沿回路循行方向电 压的代数和等于零。,（2）.应用KVL列方程式的步骤 选定回路。 标出回路循行方向。 针对回路，应用KVL定律列方程。,57,第一章 电路模型和基本定律,58,第一章 电路模型和基本定律,例1 UN=220V ;

13、PN=100W 及PN= 40W 白炽灯2盏串接于电压为220V电路中 , 则( ) PN=100W灯较亮 (b) PN=40W灯较亮 (c) 同样亮,解: R100 = UN / P100 R40 = UN / P40 I R100 I R40,59,第一章 电路模型和基本定律,例 当Us = 2V; R=0.5; Is = 2A ; 4A ; 6A 时,分别指出电阻消耗的功率由( ? ) 供给。,60,1.几个重要概念: (1) 电路由电源、负载、中间环节三个主要部分组成；其作用主要是进行电能的传输与转换和信息的传递与处理。 电路模型由理想电路元件组成，是电路分析、计算的主要对象。 (2) 理想电路元件是实际电器元件的理想化电路模型，分无源元件和有源元件两大类： 无源元件有电阻、电容、电感 有源元件 独立电源元件： 电压源、电流源,61,1.几个重要概念: (3) 电路分析中常用的物理量电流、电压、电动势、都 是既有大小又有方向的物理量。在确定其参考方向后， 可用代数量同时表示他们的大小和方向。 (4) 各支路中的功率等于其电压与电流的乘积。,2.电路的工作状态: 有三种工作状态，这三种工作状态下，电路中 I、U、P 的表达式说明了电路的特点。,3.电路中各支路、结点、闭合回路的电流与电压关系，总结 为两个重要的基本定律：欧姆定律和基尔霍夫定律。这两 个定律的应用贯穿电工技