【學(xué)習(xí)課件】第1章電路的基本概念與基本定律

1、封面長江學(xué)院電路分析基礎(chǔ)多媒體課件 主講：李雪梅 編輯ppt第1章 電路的基本知識(shí)編輯ppt內(nèi)容電路模型1電路變量2電源3基爾霍夫定律4編輯ppt電子學(xué)概論應(yīng)用物理應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)電子學(xué)編輯ppt電子學(xué)概論基礎(chǔ)理論與技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)元器件、材料與工藝交叉專業(yè)與學(xué)科電子線路與網(wǎng)絡(luò)分析微波天線電波傳播測(cè)量電源顯示技術(shù)信號(hào)處理自動(dòng)控制原理可靠性原理通信廣播電視雷達(dá)導(dǎo)航電子對(duì)抗計(jì)算機(jī)大型電子系統(tǒng)固態(tài)電子器件與集成電路真空電子學(xué)電子元件電子材料及生產(chǎn)技術(shù)量子電子學(xué)核電子學(xué)空間電子學(xué)生物與醫(yī)學(xué)電子學(xué)射電天文學(xué)與雷達(dá)天文學(xué)電子機(jī)械工程編輯ppt1.1電路的組成和電路模型電路指為了某種需要由一些電氣器件按一定方式

2、連接起來的電流通路。電氣器件泛指實(shí)際的電路部件，如電阻、電容器、電感線圈、晶體管、變壓器等。編輯ppt電子學(xué)概論電路由電氣器件按一定方式連接起來的電流的通路。電路組成電源：可將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能、向電路提供電能或電信號(hào)的設(shè)備。負(fù)載：可將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量、在電路中接收電能的設(shè)備。中間環(huán)節(jié)：電源和負(fù)載之間不可缺少的連接、控制和保護(hù)部件統(tǒng)稱為中間環(huán)節(jié)，如導(dǎo)線、開關(guān)及各種繼電器等。（用于傳輸電能和電信號(hào)）電氣器件：泛指實(shí)際的電路部件，如電阻器、電容器、電感線圈、晶體管、變壓器等。編輯ppt電路的作用實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。例如電力系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理。如擴(kuò)音機(jī)。編輯ppt電路的組成電

3、路=電源+中間環(huán)節(jié)+負(fù)載 電池?zé)襞軪IRU+_負(fù)載電源電路的組成編輯ppt電路的組成電源提供電能或電信號(hào)的設(shè)備；負(fù)載用電或者輸出信號(hào)的設(shè)備；傳輸環(huán)節(jié)用于傳輸電能和電信號(hào)。編輯ppt實(shí)際電路都是根據(jù)人們的需要將實(shí)際的電路元件或器件搭接起來，以完成人們的預(yù)想要求。如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電阻器及電容器等但是，實(shí)際元器件的電磁特性十分復(fù)雜。為便于對(duì)電路的分析和數(shù)學(xué)描述，常將實(shí)際元器件理想化（即模型化）由理想電路元件組成的電路就是電路的電路模型。電路模型編輯ppt電路與電路模型實(shí)際電路：電路模型：導(dǎo)線開關(guān)電池?zé)襞?R0R開關(guān)E干電池電珠S導(dǎo)線開關(guān)電池+R0R開關(guān)E干電池電珠SI編輯ppt1.2電路的

4、主要物理量及方向電流電壓電動(dòng)勢(shì)電流概念:電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)大小:通過某處的電荷量與所需時(shí)間之比。方向:正電荷移動(dòng)的方向單位:安培(A)、毫安(mA) 、 微安(A) 直流（DC）、交流（AC) abSIab i =dq / dt I = q / t (直流)編輯ppt電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR問題：為什么要設(shè)參考方向？(1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；(2) 根據(jù)參考方向和電路的基本定律，列出物理量間 相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向。解決方法：編輯ppt參考方向：分析計(jì)算時(shí)，任意設(shè)定，電路中用箭頭表示。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù)確定實(shí)際方向

5、： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。若 I = 2A，則電流從 a 流向 b；例：若 I = 2A，則電流從 b 流向 a 。abRI編輯ppt電壓概念：電荷在導(dǎo)體中作定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要受到力的作用。如果這個(gè)力源是電場(chǎng)，則電荷運(yùn)動(dòng)就要消耗電場(chǎng)能量，或者說電場(chǎng)力對(duì)電荷作了功。為衡量電場(chǎng)力對(duì)電荷作功的能力，引入一新的物理量電壓大小：a、b兩點(diǎn)間電壓 Uab 在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所作的功。也就是單位正電荷在移動(dòng)過程中所失去的電能。電路的基本物理量編輯ppt方向：電壓的方向規(guī)定為由高電位（極性）端指向低電位（極性）端，即為電

6、位降低的方向。在分析電路之前，可以任意選擇某一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?。?dāng)實(shí)際電壓方向與參考方向一致時(shí)，電壓值為正，反之為負(fù)。單位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV)電路的基本物理量電壓編輯ppt電動(dòng)勢(shì)電路的基本物理量概念：表明單位正電荷在電源力作用下轉(zhuǎn)移時(shí)增加的電能。(e)方向：電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由電源低電位端指向電源高電位端。（電位升高的方向）在分析問題時(shí)可設(shè)參考方向。單位：電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位相同。為伏特(V)。編輯ppt電位的概念：Ua = +5V a 點(diǎn)電位：ab15Aab15AUb = -5V b 點(diǎn)電位：在電路中任選一點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)c。其它各點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)的電壓，

7、就是該點(diǎn)的電位。（則記為：“UX” （注意：電位為單下標(biāo)）。 標(biāo)記），電位編輯ppt 已知I2=2A，I3=2A，R1=10，R2=6， Uab=24V，E2=48V， E1=100V，R3=18 。bE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab=24Vb點(diǎn)為參考點(diǎn)，求電位Ua，Uc，Ud，和電壓Uab ，Ucd2) c點(diǎn)為參考點(diǎn)，求電位Ua，Ub，Ud，和電壓Uab ，Ucd例1：編輯ppt 1）以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，Ub=0 結(jié)論： 參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)電位不同，但任意兩點(diǎn)間的電位差（即電壓）保持不變。 2）以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，Uc=0 Uab=24VE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab=

8、Ua-Ub =24V，Ucd=Uc-Ud=40V或 Ud=-I1R1+E1=60V 或 Ud=I2R2+E2=60VUd=Udb=Uc=Ucb=則Ua=Uab= 24V，則Ua= Uac =Ub= Ubc =Ud= Udc =Uab=Ua-Ub=24V，Ucd=Uc-Ud=40VE1=100VI3R3+Uab=60V-I3R3-I1R1=-76V-E1=-100V-I1R1=-40VI1=4AI2=2AI3=2AR1=10R2=6 R3 =18E1=100VE2=48V編輯ppt電壓是絕對(duì)的： 電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別電位是相對(duì)的： 參

9、考點(diǎn)不同，電路中各點(diǎn)的電位不同；編輯ppt電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)的參考方向（P6）采用參考極性表示（在電路圖上標(biāo)出極性）采用箭頭表示采用雙下標(biāo)表示編輯ppt參考方向需要注意的幾個(gè)問題電流、電壓的方向是客觀存在的，但很難事先判定。參考方向是人為規(guī)定的電流、電壓數(shù)值為正的方向，在分析問題是需要先規(guī)定參考方向。參考方向一經(jīng)規(guī)定，在整個(gè)分析計(jì)算過程中必須以此為準(zhǔn)，不能變動(dòng)。不標(biāo)明參考方向而說某電流或某電壓的值為正或負(fù)沒有意義參考方向可以任意規(guī)定而不影響計(jì)算結(jié)果。編輯ppt如圖為關(guān)聯(lián)方向定義的電壓和電流關(guān)聯(lián)方向 當(dāng)a、b兩點(diǎn)間所選擇的電壓參考方向由a指向b時(shí)，也選擇電流的參考方向經(jīng)電路由a指向b，這種參考方

10、向的定義方式成為關(guān)聯(lián)方向。（電流從電壓的正極性流入該元件而從它的負(fù)極性端流出）電路的基本物理量abIUabIU編輯ppt電功率（P）U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：P=UIU、I為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：P=UI 單位: MW, kW, W,mW等電功率：元件兩端電壓與電流的乘積電阻在電路中一定消耗功率,起負(fù)載作用; 恒壓源或恒流源在電路中可能吸收功率（負(fù)載）， 也可能發(fā)出功率（電源）。編輯ppt（電源與負(fù)載的判別）根據(jù)實(shí)際方向判：若U和I的實(shí)際方向相反，電流“+”端流出，則該元件發(fā)生功率，起電源作用；若U和I的實(shí)際方向相同，電流從“+”端流入，取用功率，起負(fù)載作用。根據(jù)參考方向判：參考方向相關(guān)聯(lián)P=UI或

11、非關(guān)聯(lián)P=-UI得到的功率為正值，吸收（消耗）功率為負(fù)載；參考方向相關(guān)聯(lián)P=UI或非關(guān)聯(lián)P=-UI得到的功率為負(fù)值，提供（產(chǎn)生）功率為電源。編輯ppt例1圖1-3中已知U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A試判斷各元件是電源還是負(fù)載，并驗(yàn)證功率平衡元件1，3，4 ，5為負(fù)載；元件2為電源編輯ppt線性電阻元件的歐姆定律電阻元件電流、電壓電阻元件是一種最常見的理想電路元件，它是一個(gè)二端元件。二端元件的端鈕電流、端鈕間的電壓分別稱為電流、電壓。伏安特性電阻元件的特性可以用元件電壓與元件電流的代數(shù)關(guān)系表示（電壓電流關(guān)系VCR）也稱

12、為伏安特性。編輯ppt 電阻元件：伏安關(guān)系可用i=u平面過坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線來描述的二端元件。u / Vu / Vi / Ai / A00 線性電阻：伏安關(guān)系為u-i平面過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。 非線性電阻：伏安關(guān)系為u-i平面過坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線。編輯ppt+ u(t) -i(t)編輯ppt1）通過的電流與端電壓成正比 即： i = uG 或 I= UG 注意：電流、電壓為關(guān)聯(lián)參 考方向 2）具有雙向性: 伏安特性對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱 3）耗能元件：p=ui=i2 /G =u2G0 4）無記憶元件：i(t)= u(t)GG單位：S(西門子)編輯ppt編輯ppt1.4理想電壓源元件 （有源二端元件）1、定義：能獨(dú)立向

13、外電路提供恒定電壓的二端元件。2、符號(hào)表示 3、特點(diǎn)： 恒壓不恒流 （1）電壓源提供的端電壓是一定值Us或是 一時(shí)間函數(shù)us(t)，與流過電壓源的電 流無關(guān)。 （2）電壓源的端電壓由自身決定，電流由外 電路決定。編輯ppt4、伏安關(guān)系： 平行于i軸的一條直線。5、重要特性： （1）電壓源即可以提供電能，也可以消耗電能。 （2）電壓源提供的電流可以是無窮大。 （3）電壓源不起作用，相當(dāng)于導(dǎo)線。編輯ppt恒壓源中的電流由外電路決定設(shè): US=10VIUS+_abUab2R1當(dāng)R1 、R2 同時(shí)接入時(shí)： I=10AR22例 當(dāng)R1接入時(shí) ： I=5A則：編輯pptR0越大斜率越大電壓源模型伏安特性I

14、UUSUIR0+-USRLU = US IRO當(dāng)R0 = 0 時(shí)，電壓源模型就變成恒壓源模型由電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻構(gòu)成R0稱為電源的內(nèi)阻P14 掌握開路電壓，短路電流值；實(shí)際電源的內(nèi)阻的求解編輯ppt1.5理想電流源元件 （有源二端元件）1、定義：能獨(dú)立向外電路提供恒定電流的二端元件。2、符號(hào)表示 3、特點(diǎn)： 恒流不恒壓 （1）電流源提供的電流是一定值Is或是 一時(shí)間函數(shù)is(t)，與電流源的端電 壓無關(guān)。 （2）電流源的電流由自身決定，端電壓由外 電路決定。編輯ppt4、伏安關(guān)系： 平行于u軸的一條直線。5、重要特性： （1）電流源即可以提供電能，也可以消耗電能。 （2）電流源的端電壓可以是無

15、窮大。 （3）電流源不起作用，相當(dāng)于斷路。編輯ppt恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè): IS=1 A R=10 時(shí)， U =10 V R=1 時(shí)， U =1 V則:例編輯pptISR0 abUabIIsUabI外特性 R0R0越大特性越陡I = IS Uab / R0當(dāng) 內(nèi)阻R0 = 時(shí)，電流源模型就變成恒流源模型電流源模型由電激流并聯(lián)一個(gè)電阻構(gòu)成編輯ppt受控源：依靠其它支路的電流或電壓向外電路提供恒定電流或電壓的元件。電路結(jié)構(gòu)特征：具有兩條支路： 電流源或電壓源所在支路 受控支路 控制電流或電壓所在支路 控制支路1.6受控源編輯pptU1U1U1gU1I1I1I1I1編輯ppt電路中

16、的基本物理量例：下圖所示電路為某電路的一部分，已知U1=4V,U2=-3V,U3=2V,I1=2A,I2=4A,I3=-1A,求各元件吸收或產(chǎn)生的功率。編輯ppt電路中的基本物理量功率平衡：對(duì)于一個(gè)完整電路而言，它吸收的功率與產(chǎn)生的功率 總是想等的，即在任一時(shí)間t,任一電路中的所有元件 吸收的功率的代數(shù)和為零。例：在下圖電路，已知U=4V,I-3A，求各器件吸收的功率。編輯ppt支路：共3條回路：共3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、 b (共2個(gè)）#1#2#3aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1基爾霍夫定律（克希荷夫定律） 包括電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)兩個(gè)定律。名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上

17、支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑編輯pptI3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路：共 ？條回路：共 ？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)3個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)孔就有幾個(gè)獨(dú)立回路例7個(gè)編輯ppt設(shè)：電路中有N個(gè)結(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小 結(jié)獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)電流方程有 (N -1) 個(gè)獨(dú)立的回路（網(wǎng)孔）電壓方程有 (B -N+1)個(gè)則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：個(gè)獨(dú)立電壓方程：個(gè)編輯ppt 在任一瞬間，流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。 I1

18、I2I3I4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性 I =0即：例或：若流入為正則流出為負(fù)1、基爾霍夫電流定律（KCL）-應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)編輯ppt電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)編輯ppt例該圖為直流電橋電路。已知I1=10mA,I2=20mA,I3=15mA,電流的參考方向如圖中箭頭所示。求其余支路的電流。解：從結(jié)點(diǎn)a得I6=I1+I3=25mA 從結(jié)點(diǎn)b得I5=I1-I2=-10mA 從結(jié)點(diǎn)d得I4=I3+I5=5mA編輯ppt 對(duì)電路中的任一回路，沿任意繞行方向轉(zhuǎn)一周，其電壓的代數(shù)和為 0?；蛘?，電位降等于電位升。例如： 回路#1 即：#1aI1I2US2+-R1R3R2+_I3bUS1對(duì)回路#2： #2對(duì)回路#3： #3若電位降為正則電位升為負(fù)2、基爾霍夫電壓定律（KVL） -應(yīng)用于回路編輯ppt電壓定律還可以擴(kuò)展到開口（不閉合）電路。(a)-U+EIR = 0(b)-U+E+IR=0即U=EIR即U=E+IRIREUab(b)IREUab(a)cc編輯ppt節(jié)點(diǎn)a：列電流方程節(jié)點(diǎn)c：節(jié)點(diǎn)b：節(jié)點(diǎn)d：bacd（其中只有三個(gè)獨(dú)立方程）節(jié)點(diǎn)數(shù) n=4支路數(shù) m=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例1編輯ppt列電壓方程電壓、電流方程聯(lián)立求得：bacd : ad