第1章 電路的基本概念與基本定律-電工電子秦曾煌

1、下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出2/34下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出3/34 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的。或電路元件按一定方式組合而成的。 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出4/34中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、傳遞、分配和控制電能分配和控制電能負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出5/34直流電源直流電源直流電源直流電源: : 提供能源提供能源負(fù)載負(fù)載信號(hào)

2、源信號(hào)源: : 提供信息提供信息 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出6/34電燈通過電流電燈通過電流 在實(shí)際分析中，可將實(shí)際電路理想化在實(shí)際分析中，可將實(shí)際電路理想化, 即在一定即在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì)條件下突出元件主要的電磁性質(zhì), 忽略其次要的電磁忽略其次要的電磁性質(zhì)的影響性質(zhì)的影響, 由一些理想元件組成電路模型。由一些理想元件組成電路模型。

3、下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出7/34手電筒的電路模型手電筒的電路模型干電池干電池導(dǎo)線導(dǎo)線電珠電珠是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論論與與的關(guān)系。的關(guān)系。手電筒電路手電筒電路下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出8/34 電流電流 I、電壓、電壓 U和電動(dòng)勢和電動(dòng)勢 E 是電路的基本物理量。是電路的基本物理量。關(guān)于電壓和電流的方向，有實(shí)際方向和參考方向之分。關(guān)于電壓和電流的方向，有實(shí)際方向和參考方向之分。習(xí)慣上規(guī)定習(xí)慣上規(guī)定電壓的實(shí)際方向：電壓的實(shí)際方向： 由由高高電位端指向電位端指向低低電位端；電位端；電流的實(shí)際方向：電

4、流的實(shí)際方向： 正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向；的反方向；電動(dòng)勢的實(shí)際方向：電動(dòng)勢的實(shí)際方向： 由由低低電位端指向電位端指向高高電位端。電位端。下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出9/34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。 U+_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。 電流：電流：下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出10/34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

5、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 電動(dòng)勢電動(dòng)勢為為E =3V，方向由方向由負(fù)極負(fù)極指向正極指向正極 。U+U +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)際的參考方向與實(shí)際方向相同方向相同, U = 2.8V, 方向由方向由 指向指向。2.8V 2.8

6、V下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出11/34U、I 參考方向相同時(shí)參考方向相同時(shí) 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)則說明實(shí)際方向與參考方向值本身的正負(fù)則說明實(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下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出12/34 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，

7、并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有 U = IR， 326IUR所所以以 326 IUR所所以以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方向相反考方向相反下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出13/34 遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。即電路電壓與電流的比值為常數(shù)。即常數(shù)常數(shù) IUR 線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出14/34開關(guān)閉合開關(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

8、 U = IR 1. 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系(1) 電流的大小由負(fù)載決定。電流的大小由負(fù)載決定。(2) 當(dāng)電源有內(nèi)阻時(shí)，當(dāng)電源有內(nèi)阻時(shí)，I U ?；蚧?U = E IR0+_U下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出15/34RREI 0U = IR或或 U = E IR0UI = EI I2R0P = PE P負(fù)載負(fù)載取用取用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電源輸出的功率由負(fù)載決定。電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小的概念負(fù)載大小的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加電流和功率增加(電壓一定電壓一定)。 1. 電壓電流關(guān)系電壓電

9、流關(guān)系 2. 功率與功率平衡功率與功率平衡+_U下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出16/34 U、I 參考方向不同參考方向不同: P = UI 0，電源電源 P = UI 0，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 )下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出17/34 例例: 已知

10、電路中已知電路中U=220V, I=5A, 內(nèi)阻內(nèi)阻R01= R02= 0.6 。求求: (1) 電源的電動(dòng)勢電源的電動(dòng)勢 E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢和負(fù)載的反電動(dòng)勢 E2 ； (2) 說明功率的平衡關(guān)系。說明功率的平衡關(guān)系。解：解：(1) 對(duì)于電源對(duì)于電源 U= E1 U1= E1 IR01 即即 E1= U + IR01 = 220 +5 0.6 = 223V U = E2 + U2 = E2 + IR02 即即 E2= U IR02 = 220 5 0.6 = 217V(2) 功率的平衡關(guān)系功率的平衡關(guān)系 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

11、則得 E1 I = E2 I + I2R01 + I2R02代入數(shù)據(jù)有代入數(shù)據(jù)有 223 5W= (217 5+52 0.6 + 5 + 52 0.6)W 1115W = 1085W + 15W + 15W下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出18/34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。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額電氣設(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。定值，要能

12、夠加以區(qū)別。欠載欠載(輕載輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠) 下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出19/34在在220V電壓下工作時(shí)的電阻電壓下工作時(shí)的電阻 0680.273220IUR一個(gè)月用電一個(gè)月用電W = Pt = 60W (3 30) h = 0.06kW 90h= 5.4kWh 例：例：一只一只220V、60W的白熾燈的白熾燈, 接在接在220V的電源上，的電源上，試求通過電燈的電流和燈在試求通過電燈的電流和燈在220V電壓下

13、工作時(shí)的電阻。電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚工作如果每晚工作3h，問一個(gè)月消耗多少電能，問一個(gè)月消耗多少電能? A0.273A22060 UPI 解解: 通過電燈的電流為通過電燈的電流為下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出20/34特征特征:開關(guān)斷開。開關(guān)斷開。I = 0電源端電壓電源端電壓負(fù)載功率負(fù)載功率U = U0 = EP = 0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 = 0 為防止事故發(fā)生，需為防止事故發(fā)生，需在電路中接入熔斷器或在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，用以保護(hù)自動(dòng)斷路器，用以保護(hù)電路。電路。下一頁下一

14、頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出21/34123支路：支路：電路中的每一個(gè)分支。電路中的每一個(gè)分支。 一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。三條或三條以上支路的連接點(diǎn)。三條或三條以上支路的連接點(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。I1I2I3下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出22/34下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出23/34 在任一瞬間，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出在任一瞬間，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和。該結(jié)點(diǎn)的電流之和。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或

15、 = 0對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a： I1 + I2 = I3或或 I1 + I2 I3 = 0下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出24/34I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 0廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出25/34即即 U = 0 在任一瞬間在任一瞬間, 從回路中任一點(diǎn)出發(fā)從回路中任一點(diǎn)出發(fā), 沿回路循行沿回路循行一周，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+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R

16、3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 12下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出26/341. 列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向?；芈费蟹较?。 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. 開口電壓可按回路處理。開口電壓可按回路處理。 注意：注意：對(duì)回路對(duì)回路1：1下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出27/34例：例：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：IG RG I3 R3 +

17、I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 IG RG = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針方向循行，沿逆時(shí)針方向循行： 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)針方向循行，沿逆時(shí)針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出28/34U1 + U2 U3 U4 + U5 = 0 例例 ：圖中若圖中若 U1= 2 V，U2 = 8 V，U3 = 5 V，U5 = 3 V， R4 = 2 ，求電阻求電阻 R4 兩

18、端的電壓及流過兩端的電壓及流過它的電流。它的電流。 解：解：設(shè)電阻設(shè)電阻 R4 兩端電壓的極性及流過它的電流兩端電壓的極性及流過它的電流 I的的參考方向如圖示。參考方向如圖示。( (2) )+ 8 5 U4+( (3) )= 0U4 = 2 VI = 1 AU4 沿順時(shí)針方向列寫回路沿順時(shí)針方向列寫回路的的 KVL 方程式方程式代入數(shù)據(jù)，有代入數(shù)據(jù)，有U4 = IR4下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出29/34下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出30/342. 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 = 0Vba下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出31/34+90V20 5 +140V6 cd下一頁下一頁章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁退出退出