電路的基本理論.ppt

返回 后一頁 電工與電子技術(shù) 電氣與信息工程學(xué)院 辛元芳 參考教材：秦曾煌電工技術(shù) 電子技術(shù) 電工電子技術(shù)： 電工技術(shù) 電子技術(shù) 模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù) 第1章 電路的基本理論 1.1 1.1 電路的作用與基本組成電路的作用與基本組成 1.2 1.2 電路模型電路模型 1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 后一頁 1.4 1.4 歐姆定律歐姆定律 1.5 1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路 1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.7 1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電路中電位的概念及計(jì)算 返回 前一頁 1.1 電路的作用與基本組成 1.1. 實(shí)現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換 電池 燈泡 2.實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理 后一頁前一頁 放放 大大 器器 揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒 一、電路的作用 返回 電路：電流的通路。 3.測(cè)量電量 4.存貯信息 二、電路的組成部分 前一頁 后一頁 電池 燈泡 電源: 提供 電能的裝置 負(fù)載: 取用 電能的裝置 中間環(huán)節(jié)：傳遞、分 配和控制電能的作用 返回 前一頁 后一頁 放放 大大 器器 揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒 直流電源直流電源 直流電源: 提供能源 信號(hào)處理： 放大、檢波等 負(fù)載 信號(hào)源: 提供信息 二、電路的組成部分 負(fù)載大小的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加。 返回 激勵(lì) 響應(yīng) 1.2 電路模型 R + Ro E - 手電筒的電路模型 燈 泡 開關(guān) 電 池 導(dǎo)線 S 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,將實(shí)際電路元 件理想化，突出其主要電磁性質(zhì)，忽略次要因 素，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。 前一頁 后一頁 返回 理想電路元件： 有源元件： 無源元件： 電壓源、電流源 R、L、C 1.3 電壓和電流的參考方向 物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。 物理量單 位實(shí) 際 方 向 電流 I A、mA、 A 正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 電動(dòng)勢(shì) E V、kV、mV、 V 電位升高的方向 (低電位 高電位) 電壓 U 、V、kV、mV V 電位降低的方向 ( 高電位 低電位) 一、實(shí)際方向： 前一頁 后一頁 返回 2、參考方向的表示方法 a b I R 電流： Uab 雙下標(biāo) 電壓： + 正負(fù)號(hào) ab U I 1、參考方向 + _ U + E a R b 在分析計(jì)算電路時(shí)， 對(duì)電量任意假定的方向。 箭標(biāo) Iab 雙下標(biāo) 二、參考方向(正方向) 前一頁 后一頁 返回 實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正； 實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)。 3、實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系 注意： 在參考方向選定后，電流（或電壓） 值 才有正負(fù)之分。 a b I R 例： 若 I = 5A ，則實(shí)際方向與參考方向一致， 若 I =5A ，則實(shí)際方向與參考方向相反。 前一頁 后一頁 返回 u當(dāng)電壓的參考方向指定后，若電流從電壓參 考方向的“+”端流入，并從“-”端流出，則電 壓與電流參考方向一致，相關(guān)聯(lián)；否則為非 關(guān)聯(lián)參考方向。 關(guān)聯(lián)參考方向 注意：分析計(jì)算電路時(shí)一般先標(biāo)出電 壓或電流的參考方向，參考方向一旦 選定，不能中途更改。 1.4 歐姆定律 U、I 參考方向一致時(shí)，U = I R U、I參考方向相反時(shí)， U =IR I RU + + IR U 線性電阻的伏安特性 I U o 前一頁 后一頁 返回 Ro R E U I 開關(guān)閉合 負(fù)載電流 電源產(chǎn)生 的功率 電源內(nèi)部 消耗的功率 負(fù)載端電壓 U = IR 特征: 負(fù)載功率 ( 電源輸出功率 ) 1.5 電源有載工作、開路與短路 一、電源有載工作 電源外特性 I U E 前一頁 后一頁 返回 元件性質(zhì)（電源、負(fù)載）的判別： 若U、I參考方向關(guān)聯(lián) P = UI 0，負(fù)載； P = UI 0，電源。 1. 參考方向 2. 實(shí)際方向 若I實(shí)際方向從U的正端“+”流出，為電源。 （發(fā)出功率） 若I實(shí)際方向從U的負(fù)端“+”端流入，為負(fù)載。 （吸收功率） 前一頁 后一頁 返回 例例1 1： 已知：方框代表電源或負(fù)載，已知：方框代表電源或負(fù)載，U U = 220V = 220V，I I = -1A = -1A 試問試問試問試問 ：哪些方框是：哪些方框是電電電電源，哪些是源，哪些是負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載 ？ U I + + - - (a(a ) ) U I + + - - (b(b ) ) U I - - + + (c(c ) ) U I - - + + (d(d ) ) 解：解： (a) (a) 電流從電流從“ “+”+”流出，故為電源；流出，故為電源； (b) (b) 電流從電流從“ “+”+”流入，故為負(fù)載；流入，故為負(fù)載； (c) (c) 電流從電流從“ “+”+”流入，故為負(fù)載流入，故為負(fù)載 ； (d) (d) 電流從電流從“ “+”+”流出，故為電源。流出，故為電源。 例例2 2： 已知：已知：U U 1 1 = 9V = 9V，I I = -1A = -1A，R R = 3 = 3 求：元件求：元件1 1、2 2分分別別別別是是電電電電源源還還還還是是負(fù)載負(fù)載負(fù)載負(fù)載 ，并，并驗(yàn)證驗(yàn)證驗(yàn)證驗(yàn)證 電電電電路功率是否平衡？路功率是否平衡？ 解：解： I I 1 1 R R U U1 1 U U2 22 2 因?yàn)橐驗(yàn)閁 U 2 2 = - = -RIRI + + U U 1 1 = 12V = 12V 所以電流從元件所以電流從元件1 1的的“ “+”+”流流 入，從元件入，從元件2 2的的“ “+”+”流出，流出， 故故元件元件1 1為為負(fù)載負(fù)載，元件元件2 2為為電源電源。 電源產(chǎn)生功率：電源產(chǎn)生功率： P P 2 2 = =U U 2 2 I I= 12W= 12W 負(fù)載取用功率：負(fù)載取用功率： P P 1 1 + + P P R R = =U U 1 1 I I+ +R R I I 2 2 = 9+3 = 12W = 9+3 = 12W 因?yàn)镻2 = P1 + PR，所以電路的功率平衡。 額定值與實(shí)際值 額定值: 電器設(shè)備的安全使用值 電器設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài) 欠載（輕載）：（不經(jīng)濟(jì)） 過載（超載）：（設(shè)備易損壞） 額定工作狀態(tài)： （經(jīng)濟(jì)合理 安全可靠） 1. 額定值是電氣設(shè)備額定的工作條件。 2. 額定值是電氣設(shè)備的工作能力。 如：燈泡： 電阻： 注意: 前一頁 后一頁 返回 特征: 電源端電壓 ( 開路電壓 ) 負(fù)載功率 Ro R E U I 開關(guān)斷開 二、電源開路 前一頁 后一頁 返回 特征: 電源端電壓 負(fù)載功率 電源功率 短路電流 Ro R E U I 三、電源短路 前一頁 后一頁 返回 例1：有一220V,60W電燈接在220V電源上， 求I=? 及電燈在220V工作時(shí)的R=？ 若每晚 用3h（小時(shí)），求每月耗電多少？ 例2：若電源開路電壓UO=12V,短路電流 IS=30A，求電源電動(dòng)勢(shì)US及其內(nèi)阻RS. 例3：已知IS=2A 、 US=10V，求： 1）PIS 、PUS 電源或負(fù)載？ 2) 若PIS=0 , a、b間應(yīng)放入何元件？功率？ 其為電源或負(fù)載？ 3) 若PUS=0 , c、b間應(yīng)放入何元件？功率？ 其為電源或負(fù)載？ 電流源IS電流恒定，其端電壓由外電路決定； 電壓源US端電壓恒定，其電流由外電路決定 。 1. 6 基爾霍夫定律 支路：電路中的每一個(gè)分支。 結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。 回路：由支路組成的閉合回路。 網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。 b a E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 d c 前一頁 后一頁 返回 （一支電流） 例： 支路：ab、bc、ca （共6條） 回路：abd、abcd （共7 個(gè)） 結(jié)點(diǎn)：a、 b、c、d (共4個(gè)） b I6 E5 E6_ + R6 R3 + R5 R4 R1 R2 a c d I1 I2 I4 I3 I5 - 網(wǎng)孔：abd、bcd （共3 個(gè)） 前一頁 后一頁 返回 一、基爾霍夫電流定律（KCL定律） u1定律 u 即： 入= 出 或: = 0 I1 I2 I3 I4 例: 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于 流出該結(jié)點(diǎn)的電流。 實(shí)質(zhì)：電流連續(xù)性體現(xiàn)。 或： 跳轉(zhuǎn) 前一頁 后一頁 返回 廣義結(jié)點(diǎn) 電流定律可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。 I =? 2推廣 I = 0 _ R E2E3E1 + _ R R1 R + _ + I 例例: : 前一頁 后一頁 返回 在任一瞬間，回路中沿任意回路循行 方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。 二、基爾霍夫電壓定律（KVL定律) a E2 R2 b R3 R1 E1 I1 I3 I2 d c 1定律 即 U = 0 或： E = I R 跳轉(zhuǎn) 前一頁 后一頁 返回 1列方程前標(biāo)注回路循行方向 E2 =UBE + I2R2 UBE = E2 I2R2 E1 + B + - R1 + - E2 R2 E UBE I2 _ 2正負(fù)號(hào)選擇： 按照回路循行方向，若取電壓升為正，則電 壓降為負(fù)；反之亦然。 3. 開口電壓可按回路處理 注意： 前一頁 后一頁 返回 例： I3 E4 E3_ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 - 回路1： I1R1+I2R2+I3R3=E3 回路2： I4R4+I1R1-I6R6=E4 回路3： I2R2+I5R5+I6R6=0 前一頁 后一頁 返回 1.7 電路中電位的概念及計(jì)算 電位：某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。 注意：電位為單下標(biāo)，記為：“VX” 。 一、電位的概念 計(jì)算步驟: 1.任選參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零 。 2.標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算。 3.以零電位參考點(diǎn)為準(zhǔn)，逐點(diǎn)計(jì)算各點(diǎn)電位。 前一頁 后一頁 返回 二、舉例 求圖示電路中 各點(diǎn)的電位Va、 Vb、Vc、Vd。 解：設(shè) Va = 0 V Vb =106 =60 V Vc = 420 = 80 V Vd = 65 = 30 V 設(shè) Vb= 0 V ca 20 4A 6 10A E2 90V E1 d b 5 6A 140V Va = 106 = 60 V Vc = E1 = 140 V Vd = E2 = 90 V 前一頁 后一頁 返回 結(jié)論： 2.電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)不同，同一點(diǎn) 的電位值也不同，但任意兩點(diǎn)間的電壓時(shí) 固定的； 1.參考點(diǎn)選定后，某一點(diǎn)的電位就有了確 定的值，且與所選路徑無關(guān)。 前一頁 后一頁 返回 3.參考點(diǎn)一旦確定后，在研究同一個(gè)電 路 問題時(shí)不可隨意更改。 -9V R1 = 100k +6V R2 = 50k A C B 例例1 1：求求B B點(diǎn)的電位。點(diǎn)的電位。 解法解法1 1： C BR1 6V 9V R2 I A 將原電路改為下圖：將原電路改為下圖： -9V R1 = 100k +6V R2 = 50k A C B 例例1 1：求求B B點(diǎn)的電位。點(diǎn)的電位。 解法解法2 2： I I 解法解法3 3： R R 1 1 、R R 2 2 的電流相等，有：的電流相等，有： 例2：圖示電路，計(jì)算開關(guān)S斷開和閉合時(shí)A點(diǎn) 的電位VA 解:（1）當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí) （2）當(dāng)開關(guān)閉合時(shí) 2K +6V A 2K S I2 I1 （a） +6V I1 2K A 2K I2 電流在閉合 路徑中流通 電流I2 = 0， 電位VA = 0V 。 電流I1 = I2 = 0， 電位VA = 6V 。 前一頁 后一頁 返回 例例3 3： 電路如下圖所示，電路如下圖所示，(1) (1) 零電位參考點(diǎn)在哪里？零電位參考點(diǎn)在哪里？ 畫電路圖表示出來。畫電路圖表示出來。(2) (2) 當(dāng)電位器當(dāng)電位器R R P P 的滑動(dòng)觸點(diǎn)向的滑動(dòng)觸點(diǎn)向 下滑動(dòng)時(shí)，下滑動(dòng)時(shí)，A A、B B兩點(diǎn)的電位增高了還是降低了？兩點(diǎn)的電位增高了還是降低了？ A +12V 12V B RP R1 R2 12V 12V B A RP R2 R1 I 解：（解：（1 1）電路如左圖，）電路如左圖， 零電位參考點(diǎn)為零電位參考點(diǎn)為+12V+12V電電 源的源的“ “ ” ”端與端與12V12V電源的電源的 “ “+ +” ”端的聯(lián)接處。端的聯(lián)接處。 當(dāng)電位器當(dāng)電位器R R P P 的滑動(dòng)觸點(diǎn)