電路的基本概念課件

1、第一章 電路的基本概念1. 電路的作用與組成2. 電路模型及基本物理量3. 實際電源的等效變換4. 電氣設(shè)備額定值和電路的工作狀態(tài)5. 基爾霍夫定律第一章 電路的基本概念1. 電路的作用與組成2. 電路模型及a. 理解電路的基本物理量并能正確應(yīng)用； b. 理解電壓與電流參考方向的意義；c. 會計算電路中各點的電位；d. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)；e. 掌握兩種電源模型與變換方法f. 理解電功率的計算并判斷物理作用。g. 掌握基本定律的使用本章要求a. 理解電路的基本物理量并能正確應(yīng)用； 本章要求1. 電路的作用與組成 (1) 實現(xiàn)電能的輸送和轉(zhuǎn)換 (2) 實現(xiàn)信息的處理和傳遞放大器揚

2、聲器話筒1.1 電路的作用電路：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。 發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐.輸電線1. 電路的作用與組成 (1) 實現(xiàn)電能的輸送和轉(zhuǎn)換 1.2 電能電路的組成電源: 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發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐.輸電線1.2 電能電路的組成電源: 提供負(fù)載: 取用中間環(huán)節(jié)：直流電源直流電源: 提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源: 提供信息1.2 信息電路的組成放大器揚聲器話筒電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。直流電源

3、直流電源: 信號處理：負(fù)載信號源: 1.2 信息電2. 電路模型及基本物理量手電筒的電路模型數(shù)學(xué)方法 R+RoES+UI電池導(dǎo)線燈泡開關(guān)理想電路元件：電阻R、電感L、電容C和電源ES、IS實際電路 電磁性質(zhì)電路(模型)2.12. 電路模型及基本物理量手電筒的電路模型數(shù)學(xué)方法 R+R電荷在電場力作用下移動形成電流I，單位：A電壓U等于電場力把單位正電荷從a點移動到b點所做的功 ，單位：V電動勢E等于電源力把單位正電荷從低電位點移動到高電位點所做的功，單位：V2.2 電路基本物理量電荷在電場力作用下移動形成電流I，單位：A2.2 電路基本物2.2 電路基本物理量物理量實 際 方 向電流 I正電荷運

4、動的方向電動勢E (電位升高的方向) 電壓 U(電位降低的方向)高電位 低電位 單 位kA、A、mA、A低電位 高電位kV、V、mV、VkV、V、mV、V2.2 電路基本物理量物理量實 際 方 向電流 I正電荷運動例：圖中標(biāo)識的都是參考(正)方向 +-+-例：圖中標(biāo)識的都是參考(正)方向 +-+-(2) 表示方法 (1) 參考方向(正方向) 在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。2.3 電路基本物理量的參考方向IE+_aRb U+_Uab 下標(biāo)電壓：箭標(biāo)abU 極性 + -電流：Iab 下標(biāo)箭標(biāo)abI 極性 + -(2) 表示方法 (1) 參考方向(正方向) 在分析與一致(關(guān)聯(lián)一致)，電流

5、(或電壓)值為正值；相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。實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。 若 I = 5A，則電流從a流向b；例：若 I = 5A，則電流從b流向a。abRIabRU+若 U = 5V，則電壓的實際方向從a指向b;若 U= 5V，則電壓的實際方向從b指向a。一致(關(guān)聯(lián)一致)，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向U與E的關(guān)系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=U=4V-E=-U=4V|E|=|U|=4VU與E的關(guān)系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E= 2.4 歐姆定律U=IRU、I 參考方向相同時， U、I

6、參考方向相反時， RUIRUI 通常取 U、I 參考方向相同(關(guān)聯(lián)一致)。U = I R U = IR 2.4 歐姆定律U=IRU、I 參考方向相同時， U、解：對圖(a)有, U = IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有, U = IRRU6V2ARU6V I(a)(b)I2A解：對圖(a)有, U = IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列2.5 電路中電位的概念及計算電位：電路中某點A至參考點O的電壓，記為“VA”. 電位的計算步驟: (1) 選參考點，設(shè)其電位為0； (2) 標(biāo)出電流參考方向； (3) 計算各點至參考點間的電壓。常用符號：電工工程：大地 ； 電子電

7、路：導(dǎo)線的交匯點UAO=VA-VO; VA=UAO (VO=0) 2.5 電路中電位的概念及計算電位：電路中某點A至參考點O的例 分別以a,b為參考點求圖示電路中各點的電位: Va、Vb、Vc、Vd。解：設(shè) a為參考點， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè) b為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140

8、VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V例 分別以a,b為參考點求圖示電路中各點的電位: Va、Vb 結(jié)論：(1)電位是相對的，取決于參考點的選取;(2)兩點間的電壓是固定的，與零電位參考點的選取無關(guān);(3)借助電位的概念可作簡化電路圖 bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd 結(jié)論：(1)電位是相對的，取決于參考點的選取;(2)兩點間例 圖示電路，計算開關(guān)S斷開和閉合時A點的電位VA解: (1)當(dāng)開關(guān)S斷開時(2)當(dāng)開關(guān)閉合時,如圖(b) 電流 I2 = 0，電位

9、VA = 0V。電流 I1 = I2 = 0，電位 VA = 6V。電流在閉合路徑中流通2KA+I12kI26V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)例 圖示電路，計算開關(guān)S斷開和閉合時A點的電位VA解: (例 電路如下圖所示,(1)零電位參考點在哪里？畫電路圖表示出來; (2)當(dāng)電位器RP的滑動觸點向下滑動時, A、B兩點的電位增高了還是降低了？A+12V12VBRPR1R212V12VBARPR2R1I解：（1）電路如左圖，零電位參考點為+12V電源的“”端與12V電源的“+”端的聯(lián)接處。 當(dāng)電位器RP的滑動觸點向下滑動時，回路中的電流 I 減小，所以A電位增高、B點電位降低。（2） VA

10、 = IR1 +12 VB = IR2 12例 電路如下圖所示,(1)零電位參考點在哪里？畫電路圖表示出功率單位時間內(nèi)電場力所做的功，為電功率。 用P來表示，單位為W。P=W/T=UI；當(dāng)電壓、電流的正方向關(guān)聯(lián)一致時，P=+UI；當(dāng)電壓、電流的正方向不一致時， P=-UI功率單位時間內(nèi)電場力所做的功，為電功率。 用P2.6 電源與負(fù)載的判別(元件作用)U、I 參考方向不同，P = -UI 0，負(fù)載； P = -UI 0，電源。U、I 參考方向相同，P =UI 0，負(fù)載，消耗功率； P = UI 0，電源，發(fā)出功率。 1. 根據(jù)U、I 的實際方向判別 2. 根據(jù)P值判別電源： U、I 實際方向相

11、反，即電流從“+”端流出， 負(fù)載： U、I 實際方向相同，即電流從“-”端流出。 （發(fā)出功率） （吸收功率） IE+_aRb U+_2.6 電源與負(fù)載的判別(元件作用)U、I 參考方向不同，P例：US=30V,電壓源和電流源發(fā)出或吸收的功率值,并說明哪個是電源,哪個是負(fù)載？ 例：US=30V,電壓源和電流源發(fā)出或吸收的功率值,并說明哪例： I1=( ) ；I=( )；判斷3V電源是發(fā)出功率還是吸收功率?（ ） 例： I1=( ) ；I=( )；3. 實際電源的等效變換3.1 電阻的串聯(lián)特點:1)各電阻一個接一個地順序相聯(lián)；兩電阻串聯(lián)時的分壓公式：R =R1+R23)等效電阻等于各電阻之和；4)

12、串聯(lián)電阻上電壓的分配與電阻成正比。R1U1UR2U2I+RUI+2)各電阻中通過同一電流；應(yīng)用：降壓、限流、調(diào)節(jié)電壓等。3. 實際電源的等效變換3.1 電阻的串聯(lián)特點:兩電阻串聯(lián)時3.2 電阻的并聯(lián)兩電阻并聯(lián)時的分流公式：(3)等效電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和；(4)并聯(lián)電阻上電流的分配與電阻成反比。特點:(1)各電阻聯(lián)接在兩個公共的結(jié)點之間；RUI+I1I2R1UR2I+(2)各電阻兩端的電壓相同；應(yīng)用：分流、調(diào)節(jié)電流等。3.2 電阻的并聯(lián)兩電阻并聯(lián)時的分流公式：(3)等效電阻的倒例：求US的輸出功率例：求US的輸出功率 (R1+R2/R3)/(R4/R5)R1R2/R3+-USR6R4/R

13、5 (R1+R2/R3)/(R4/R5)R1R2/R33.3 電壓源與電流源及其等效變換3.3.1 電壓源 電壓源模型由上圖電路可得: U = E IR0 若 R0 = 0理想電壓源 : U EU0=E 電壓源的外特性IUR0+-EU 電壓源是由電動勢E和內(nèi)阻 R0串聯(lián)的電源的電路模型。 若 R0RL ，I IS ，可近似認(rèn)為是理想電流源。電流源電流源模型R0UR0UIS3.3.2 電流源IRLU0=ISR0 電流源的外特性IU理理想電流源（恒流源)例：(2) 輸出電流是一定值，恒等于電流 IS ；(3) 恒流源兩端的電壓 U 由外電路決定。特點:(1) 內(nèi)阻R0 = ；設(shè) IS = 10 A

14、，接上RL 后，恒流源對外輸出電流，RL當(dāng) RL= 1 時， I = 10A ，U = 10 V當(dāng) RL = 10 時， I = 10A ，U = 100V外特性曲線 IUISOIISU電流恒定，電壓隨負(fù)載變化。理想電流源（恒流源)例：(2) 輸出電流是一定值，恒等于電3.3.3 電壓源與電流源的等效變換由圖a： U = E IR0 由圖b： U = ISR0 IR0等效變換條件:E = ISR0s.t. E與IS的極性一致等效變換: 不改變電路中外電路的電量,等效表示原電路；IRLR0+EU電壓源RLR0UR0UISI電流源3.3.3 電壓源與電流源的等效變換由圖a：由圖b： 等效 等效變換

15、時，E、IS極性要一致； 理想電壓源與理想電流源之間無等效關(guān)系。 等效關(guān)系只對外電路而言，對電源內(nèi)部不等效。 注意事項：例：當(dāng)RL=時，電壓源R0不損耗功率，而電流源R0損耗功率。 一個E和R串聯(lián)，可化為一個IS和R并聯(lián)。R0+EabISR0abR0+EabISR0ab 等效變換時，E、IS極性要一致； 理想電壓源與理想電流對外電路的電量計算而言，進(jìn)行等效變換時：可以斷開與恒壓源并聯(lián)的支路或元件；可以短接與恒流源串聯(lián)的支路或元件；若進(jìn)行電源內(nèi)部的分析，應(yīng)恢復(fù)原電路。 對外電路的電量計算而言，進(jìn)行等效變換時：例求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-

16、b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+例求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+ab例試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2電阻中的電流。(并聯(lián)部分轉(zhuǎn)換成電流源；串聯(lián)部分化成電壓源）解:8V+22V+2I(d)2由圖(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)例試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2電阻中的電流。解:例 解：統(tǒng)一電源形式試用電壓源與電流源等效變換的方法計算圖示電路中1 電阻中的電流。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 12A362AI4211AI4211A24A例 解：統(tǒng)

17、一電源形式試用電壓源與電流源等效變換的方法計算圖解：I4211A24A1I421A28V+-I4 11A42AI213A解：I4211A24A1I421A28V+I例 電路如圖。U110V，IS2A，R11，R22，R35，R1。(1) 求電阻R中的電流I；(2)計算理想電壓源U1中的電流IU1和理想電流源IS兩端的電壓UIS；(3)分析功率平衡。解：(1)由電源的性質(zhì)及電源的等效變換可得：aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)例 電路如圖。U110V，IS2A，R1(2)由圖(a)可得： 理想電壓源中的電流

18、理想電流源兩端的電壓aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)(2)由圖(a)可得： 理想電壓源中的電流 理想電流源兩端的各個電阻所消耗的功率分別是：兩者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W80W=80W(3)由計算可知，本例中理想電壓源與理想電流源 都是電源，發(fā)出的功率分別是：各個電阻所消耗的功率分別是：兩者平衡：(60+20)W=(3 額定值：電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)： I = IN ，P =

19、 PN (經(jīng)濟(jì)合理安全可靠) 1. 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。例：燈泡：UN = 220V ，PN = 60W電阻： RN = 100 ，PN =1 W 4. 電氣設(shè)備額定值和電路工作狀態(tài) 額定值：電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三三種工作狀態(tài)：通路、開路、短路負(fù)載端電壓U = IR 特征:4.1 電路的工作狀態(tài)IR0R+ -EUI 電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時，I U ?；?U = E IR0電源的外特性 EUI0當(dāng) R0R 時，則U E，表明當(dāng)負(fù)載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負(fù)載能力強(qiáng)。三種工作狀態(tài)：負(fù)載端電壓U = IR

20、 特征:4.1 電路的工 開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載。負(fù)載端電壓U = IR 特征:4.2 電源有載工作 電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時，I U ?；?U = E IRoUI = EI IRoP = PE P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率 電源輸出的功率由負(fù)載決定。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(電壓一定)。IR0R+ -EU I 開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載。負(fù)載端電壓U = IR 特征:4特征: 開關(guān) 斷開4.3 電源開路I = 0電源端電壓 ( 開路電壓 )負(fù)載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓 U 視

21、電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:IRoR+ -EU0 IU有源電路特征: 開關(guān) 斷開4.3 電源開路I = 0電源端電壓 ( 電源外部端子被短接4.4 電源短路 特征:電源端電壓負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路處的電壓等于零: U = 0;2. 短路處的電流 I 視電路情況而定:電源電壓全部降在內(nèi)阻上，產(chǎn)生很大的短路電流，容易損壞電器設(shè)備，加入熔斷器，發(fā)生事故時自動切斷。電路中某處短路時的特征:IU有源電路IR0R+ -EU0 電源外部端子被短接4.4 電源短路 特征:電源端電壓負(fù)載功率5.1 電路的基本概念結(jié)點

22、N:電路中3個或3個以上元件的聯(lián)結(jié)點支路B:電路中兩結(jié)點之間的每一個分支網(wǎng)孔:電路中未被任何支路分割的最簡單的回路B-(N-1)+-+-5.基爾霍夫定律5.1 電路的基本概念+-+-5.基爾霍夫定律某電路經(jīng)串、并聯(lián)等效變換可化簡為網(wǎng)孔的稱為簡單電路; 否則，稱為復(fù)雜電路。例：某電路經(jīng)串、并聯(lián)等效變換可化簡為網(wǎng)孔的稱為簡單電路; 否則， 結(jié)點， 支路， 網(wǎng)孔， 回路ab兩 四 三 六 結(jié)點， 支路， 網(wǎng)孔， 回路ab兩 三結(jié)點、五支路（五個不同的電流）cab12345三結(jié)點、五支路（五個不同的電流）cab123455.2 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。 實質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。或: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1對結(jié)點 a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 05.2 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 即: 電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2推廣I =?例:廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V 電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。5.3 基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1定律即：