電路基礎(chǔ)分析第一章

1、1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電壓和電流的參考方向1.4 歐姆定律1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路1.6 基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計(jì)算第1章 電路的基本概念與基本定律放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成?；螂娐吩匆欢ǚ绞浇M合而成。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制

2、電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)直流電源直流電源: 提供能源提供能源負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等1.2 電路模型手電筒的電路模型手電筒的電路模型 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路, 一般要將實(shí)際電一般要將實(shí)際電路模型化，

3、用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。路相對(duì)應(yīng)的電路模型。 手電筒由電池、手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。 理想電路元件主要理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。電容元件和電源元件等。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)EI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn) 電池電池是電源元件，其是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)參數(shù)為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，

4、是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來(lái)連接電池和燈用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)用來(lái)控制電路的通用來(lái)控制電路的通斷。斷。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)EI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向物理量物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E ( (電位升高的方向電位升高的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、A、mA、A低電

5、位低電位 高電位高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：I 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_+R0E3V注意：注意： 在參考方向選定后在參考方向選定后,電流電流(或電壓或電壓)值才有正負(fù)之分。值才有正負(fù)之分。 實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。I = 0.28A I = 0.28A

6、 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)為為E =3V方向由負(fù)極方向由負(fù)極指向正極指向正極 ；U+R0E3VU +例例: 電路如圖所示。電路如圖所示。 電流電流I的參考方向的參考方向與實(shí)際方向相同，與實(shí)際方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。 電壓電壓U 的參考方向與實(shí)際的參考方向與實(shí)際方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 電壓電壓U的參考方向與實(shí)際方的參考方向與實(shí)際方向相同向相同, U = 2.8V, 方向由方向由 指向指向；2.8V 2.8V 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)參考方向相同時(shí)RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：(1) 式前的正

7、負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確定； (2) U、I 值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同。參考方向相同。U = I R 解解: 對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = IR 例例: 應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A電流的參考方向電流的參考方向與實(shí)際方向相反與實(shí)際方向相反電壓與電流參電壓與電流參考

8、方向相反考方向相反 遵循歐姆定律的電阻稱(chēng)為線(xiàn)性電阻，它表示該段遵循歐姆定律的電阻稱(chēng)為線(xiàn)性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線(xiàn)性電阻的伏安特性線(xiàn)性電阻的伏安特性常數(shù)常數(shù)即：即： IUR 1.5 1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路電源有載工作、開(kāi)路與短路開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)閉合, 接通電源與負(fù)載接通電源與負(fù)載RREI 0負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓U = IR 1. 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系(1) 在電源有內(nèi)阻時(shí)，在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U 。綜合兩式綜合兩式U = E IR0電源的外特性電源的外特性EUI0R0ER+I 開(kāi)關(guān)閉合開(kāi)關(guān)閉合,接通接通電源與負(fù)載。電源與負(fù)

9、載。RREI 0U = IR或或 U = E IRoUI = EI I2RoP = PE P電源電源輸出輸出功率功率電源電源產(chǎn)生產(chǎn)生功率功率內(nèi)阻內(nèi)阻消耗消耗功率功率(2) 功率單位：瓦功率單位：瓦特特（W）R0ER+I 1. 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 2. 功率與功率平衡功率與功率平衡例例: 已知已知:電路中電路中U=220V，I=5A，內(nèi)阻，內(nèi)阻R01= R02= 0.6 。求求: (1) 電源的電動(dòng)勢(shì)電源的電動(dòng)勢(shì)E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)E2 ； (2) 說(shuō)明功率的平衡關(guān)系。說(shuō)明功率的平衡關(guān)系。R01E1UI+R02E2+解：解：(1) 對(duì)于電源對(duì)于電源 U= E1- U1= E

10、1-IR01 即即 E1= U +IR01 = 220+5 0.6=223V U= E2+ U2= E2+IR02 即即 E2= U -IR01 = 220-5 0.6 = 217V(2)由上面可得，由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 等號(hào)兩邊同時(shí)乘以等號(hào)兩邊同時(shí)乘以 I，則得，則得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有代入數(shù)據(jù)有 223 5=217 5+52 0.6+ 5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。思考1、功率守恒（能量守恒）2、所有電源都是發(fā)出功率？ U、I 參考方向不同，參考方向不同，P = UI 0，電源電源； P = UI 0

11、，負(fù)載負(fù)載。U、I 參考方向相同，參考方向相同，P = UI 0，負(fù)載負(fù)載； P = UI 0，電源電源。 電源：電源： U、I 實(shí)際方向相反，即電流從實(shí)際方向相反，即電流從“+”+”端流出，端流出， （發(fā)出功率）（發(fā)出功率） 負(fù)載：負(fù)載： U、I 實(shí)際方向相同，即電流從實(shí)際方向相同，即電流從“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率） 額定值額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性； 2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。 例：例：一只一只220V, 6

12、0W的白熾燈的白熾燈, 接在接在220V的電源的電源上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在220V電壓下工作電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚工作時(shí)的電阻。如果每晚工作3h(小時(shí)小時(shí))，問(wèn)一個(gè)月消耗，問(wèn)一個(gè)月消耗多少電能多少電能? 注意：注意：電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。額定值，要能夠加以區(qū)別。A0.273A22060 UPI解解: 通過(guò)電燈的電流為通過(guò)電燈的電流為： I IN ，P IN ，P PN 額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN 在在220V電壓下工作時(shí)的電阻電壓下工作時(shí)的電阻

13、0680.273220IUR一個(gè)月用電一個(gè)月用電W = Pt = 60W (3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h特征特征: 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 斷開(kāi)斷開(kāi)I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓 )負(fù)載功率負(fù)載功率U = U0 = EP = 01. 開(kāi)路處的電流等于零；開(kāi)路處的電流等于零； I = 02. 開(kāi)路處的電壓開(kāi)路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR EU0 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01.

14、.短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 02. .短路處的電流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IRRo E支路：支路：電路中的每一個(gè)分支。電路中的每一個(gè)分支。 一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱(chēng)為支路電流。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱(chēng)為支路電流。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)

15、點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。點(diǎn)的電流。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或: = 0對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBICAIBCIABACBIC廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)即：即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+

16、I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1 12 2I1I2I3ba E2R2 R3R1E11列方程前標(biāo)注回路循行方向；列方程前標(biāo)注回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 3. 開(kāi)口電壓可按回路處理開(kāi)口電壓可按回路處理 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1

17、R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對(duì)回路對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2. 舉例舉例 求圖示電路中求圖示電路中各點(diǎn)的電位各點(diǎn)的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：設(shè)設(shè) a為參考點(diǎn)，為參考點(diǎn)， 即即Va=0V設(shè)設(shè) b為參考點(diǎn)，即為參考點(diǎn)，即Vb=0Vbac20 4

18、A6 10AE290V E1140V5 6A dbca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd在電路圖上，若某條支路的一端懸空未連接元件，分析如下兩種情形：（1）若支路上未標(biāo)注電流且懸空端也未標(biāo)注電位值，說(shuō)明該支路開(kāi)路，支路電流為零，該支路也稱(chēng)為“懸掛”支路。如圖所示電路中的支路a-2V-d、b-5-c。abcdabUVU1045V42V2I例：例：如圖電路，a、b端口開(kāi)路，求：（1）電流I；（2）電壓Uab。解解 a、b端口開(kāi)路，故支路a-2V-d、b-5-c是懸掛支路，其支路電流為零；右側(cè)開(kāi)口端標(biāo)注電壓U= 10V，故10V-2-4-4V

19、形成閉合回路，電流為I。（1）根據(jù)全電路歐姆定律：I=（104）/（2+4）=1A（2）選路徑：起點(diǎn)a-2V-d-4-4V-c-5-終點(diǎn)bUab=2144=6VabcdabUVU1045V42V2I（2）若該支路上標(biāo)有電流或懸空端標(biāo)有電位值，說(shuō)明該支路與電路圖上未畫(huà)出的部分形成了通路，如下圖所示電路的R1所在支路、R3所在支路；對(duì)于懸空端標(biāo)有電位值的情況，有時(shí)為便于計(jì)算，可在懸空端與零電位點(diǎn)（接地點(diǎn)）之間連接一個(gè)恒壓源來(lái)消除懸空端，需注意該恒壓源“+”、“”極性的標(biāo)注要與懸空端電位值的正、負(fù)正確對(duì)應(yīng)。 V12V12AS1R2R3R如圖所示電路，已知：電阻R1=2、R2=1、R3=3求：開(kāi)關(guān)S打開(kāi)、閉合時(shí)的電位VA。V12V12AS1R2R3RSV12V12A1R2R3R1I開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)：等效電路如下