中南大學(xué)電工學(xué)ppt第1講電路的基本概念

電工學(xué)52學(xué)時(shí)理論教學(xué)＋12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)理論內(nèi)容有：

1：直流電路2：交流電路

3

：三相電路

4

：一階電路5：變壓器6：電動(dòng)機(jī)及繼電器控制系統(tǒng)7：半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用

8：三極管及基本放大電路9：集成運(yùn)算放大電路

10：組合邏輯電路

11：時(shí)序邏輯電路主要內(nèi)容（64學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)方法1掌握基本概念、基本理論和基本的分析方法2通過習(xí)題來鞏固和加深所學(xué)理論、培養(yǎng)分析能力和運(yùn)算能力3在實(shí)驗(yàn)中體會(huì)電學(xué)現(xiàn)象

考核方法平時(shí)成績占30%考試成績占70%

參考教材:電工學(xué)（多學(xué)時(shí)）電工學(xué)(秦曾煌)

電工學(xué)（唐介）作業(yè)做電工學(xué)1練習(xí)冊(cè)上的作業(yè)。交作業(yè)時(shí)，寫明專業(yè)班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名1-1電路的作用、組成及電路模型1-2電路變量及電路的參考方向1-3理想電路元件第1講電路的基本概念及定律1-1電路的作用、組成及電路模型

(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用

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。

發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:

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(dòng)機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒激勵(lì)：電源或信號(hào)源的電壓或電流，推動(dòng)電路工作;響應(yīng):由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流;

電路分析：在電路結(jié)構(gòu)、電源和負(fù)載等參數(shù)已知的條件下，討論激勵(lì)和響應(yīng)之間的關(guān)系。3.電路模型

為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路，將實(shí)際電路模型化，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。電源負(fù)載負(fù)載電源開關(guān)ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)手電筒的實(shí)體電路RL+

U–導(dǎo)線手電筒的電路模型用理想電路元件組成的電路，稱為實(shí)際電路的電路模型。理想電路元件理想電源元件理想無源元件理想電壓源理想電流源電阻元件R電感元件L電容元件C

理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其電特性惟一、精確，可以定量分析和計(jì)算。1-2電路變量及電路的參考方向一、電流和電流的參考方向<一>電流（又叫電流強(qiáng)度）電流在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面積的電荷量，即：電流的實(shí)際方向：正電荷定向移動(dòng)的方向電流的單位是安培！1A=1000mA1mA=1000μA

若電流的大小和方向不隨時(shí)間變化，則這種電流叫做恒定電流，也稱為直流電流，常用大寫字母I表示。若電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為交流電流，用小寫字母i表示☆電荷的定向移動(dòng)形成電流。問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？US1ABRUS2IR+_+_<二>電流的參考方向

(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；<三>電流參考方向的表示方法<1>用箭頭表示，如右圖；

<2>用雙下標(biāo)表示，如iAB(1)“實(shí)際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”則是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí),任意假設(shè)的。(2)在以后的解題過程中，注意一定要先假定物理量的參考方向，然后再列方程計(jì)算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的.提示例已知：E=2V,R=1Ω問：當(dāng)U分別為3V和1V時(shí)，IR=?IRE

RabU+_+_解：(1)假定電路中物理量的參考方向如圖所示；(2)列電路方程：(3)數(shù)值計(jì)算（實(shí)際方向與參考方向一致）（實(shí)際方向與參考方向相反）E

IRRabU+_+_二、電壓和電壓的參考方向

<二>電壓的參考方向表示

<1>用箭頭表示；如uAB=2V，說明參考方向與實(shí)際方向一致；

電壓的實(shí)際方向：高電位指向低電位。<一>電壓

單位正電荷在電場力的作用下從A點(diǎn)到B點(diǎn)電場力所做的功為AB兩點(diǎn)之間的電壓，即：

uAB=-2V，說明參考方向與實(shí)際方向相反。<2>用雙下標(biāo)，如uAB；<3>用正負(fù)符號(hào)。電壓的單位是伏特！1V=1000mV1mV=1000μV

若電壓的大小和方向不隨時(shí)間變化，則這種電壓叫做恒定電壓，也稱為直流電壓，常用大寫字母U表示。若電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為交流電壓，用小寫字母u表示三、關(guān)聯(lián)參考方向注意：在電路分析中，沒有特別說明，電壓和電流一般為關(guān)聯(lián)參考方向。

在電路分析中，對(duì)一個(gè)元件既要假設(shè)通過它的電流參考方向，又要假設(shè)該元件兩端電壓的參考極性，兩個(gè)都可任意假定，而且獨(dú)立無關(guān)。

當(dāng)電壓和電流的參考方向一致時(shí)，稱電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向；

相反，當(dāng)電壓和電流的參考方向相反時(shí)，稱電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向。結(jié)點(diǎn)電位的概念：Va=5V

a

點(diǎn)電位：ab15Aab15AVb=-5V

b

點(diǎn)電位：在電路中任選一結(jié)點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它各結(jié)點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該結(jié)點(diǎn)的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標(biāo)）。標(biāo)記），四、電路中電位的概念電壓的概念：兩點(diǎn)間的電壓就是兩點(diǎn)的電位差

某點(diǎn)電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變；電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別五、能量電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），時(shí)間單位為秒（s），則能量單位為焦耳（J）。

根據(jù)電壓定律，從t0到t的時(shí)間內(nèi)元件吸收的能量W為：指在一定時(shí)間內(nèi)所吸收或發(fā)出功率的總量，用字母w表示。六、功率電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則功率單位為瓦特（W）。功率是單位時(shí)間內(nèi)所做的功，即：七、電源與負(fù)載的判別方法一：根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別電源：U、I

實(shí)際方向相反（非關(guān)聯(lián)）即電流實(shí)際從U“+”端流出，（發(fā)出功率）；

負(fù)載：U、I

實(shí)際方向相同（關(guān)聯(lián)）即電流實(shí)際從U“+”端流入，（吸收功率）。RU+_IIE+_U+_

方法二：由U、I參考方向判別：

(1)當(dāng)U和I參考方向選擇一致的前提下若P=UI0“吸收功率”（負(fù)載）aUb+_IR(２)當(dāng)U和I參考方向選擇不一致的前提下若P=UI0“發(fā)出功率”（電源）aIUb+-+_“吸收功率”（負(fù)載）aUb+_IR若P=UI0IUb+-+_若P=UI0“發(fā)出功率”（電源）例：已知：方框代表電源或負(fù)載，U=220V，I=-1A試問：哪些方框是電源，哪些是負(fù)載？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)電壓、電流實(shí)際方向非關(guān)聯(lián)，故為電源；(b)電壓、電流實(shí)際方向關(guān)聯(lián)，故為負(fù)載；(c)電壓、電流實(shí)際方向關(guān)聯(lián)，故為負(fù)載；(d)電壓、電流實(shí)際方向非關(guān)聯(lián)，故為電源。1.3.1電阻元件一、線性電阻（簡稱電阻）根據(jù)歐姆定律：電壓單位為伏特，電流單位為安培，則電阻R單位為歐姆（W）。G為電導(dǎo)，單位為西門子（S）。歐姆定律在非關(guān)聯(lián)參考方向情況下電阻符號(hào)為：1-3電路元件二、電阻消耗的功率

電阻一般把吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。<一>在關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=i2R>0，吸收電能，說明電阻是一個(gè)無源元件。<二>在非關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收電能，同樣說明電阻是一個(gè)無源元件。三、伏—安特性

電阻以電壓為縱或橫坐標(biāo)，電流為橫或縱坐標(biāo)，畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線叫該元件的伏—安特性。四、非線性電阻

非線性電阻的電阻R不等于一個(gè)常數(shù)，即：五、開路和短路的概念

無論電壓u為多大，i=0A，則電阻R相當(dāng)于無窮大，等效為開路。<一>開路無論電流i為多大，u=0V，則電阻R相當(dāng)于零，等效為短路。<二>短路1.3.2電容元件一、線性電容（簡稱電容）

電容符號(hào)為：則電容電壓與所帶電荷之間滿足：式中C是電容元件的參數(shù)，稱為電容。C是一個(gè)正實(shí)常數(shù)。當(dāng)電壓單位為伏特，電荷單位為庫侖（C），則電容單位為法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。二、庫—伏特性

電容元件兩端的電荷和電壓的的關(guān)系曲線。三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電容的特性<1>在直流電路中，電容元件處相當(dāng)于開路；<2>電容元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；四、電容吸收的能量從t0到t的時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的能量WC求得為：WC>0，充電，以電場能量的形式儲(chǔ)存；WC<0，放電，元件釋放電能；五、非線性電容

非線性電容的電容值C不等于一個(gè)常數(shù)，即：電容是儲(chǔ)能元件,不消耗有功功率1.3.3電感元件一、線性電感（簡稱電感）（1）當(dāng)感應(yīng)電壓的參考方向與磁通鏈成右手螺旋關(guān)系時(shí)，則根據(jù)電磁感應(yīng)定律可得：電感的磁通鏈與電流之間滿足：式中L是電感元件的電感（自感）。L是一個(gè)正實(shí)常數(shù)。當(dāng)磁通鏈單位為韋伯（Wb)，電流單位A，則電感單位為亨利或亨（H）。電感的符號(hào)為：二、韋—安特性

電感元件兩端的磁通鏈和電流的的關(guān)系曲線。三、電壓與電流的關(guān)系<一>微分關(guān)系<二>積分關(guān)系<三>電感的特性<1>在直流電路中，電感元件處相當(dāng)于短路；<2>電感元件具有“記憶”功能（從積分關(guān)系來看）；四、電感吸收的能量從t0到t的時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的能量WL求得為：WL>0，充磁，以磁場能量的形式儲(chǔ)存；WL<0，放磁，元件釋放電能；五、非線性電感

非線性電感的電感系數(shù)L不等于一個(gè)常數(shù)，即：電感是儲(chǔ)能元件,不消耗有功功率1.3.4電壓源和電流源一、電壓源

電壓源符號(hào)為：<一>電壓源的特點(diǎn)<1>電壓源兩端電壓與外接電路無關(guān)；<2>流過電壓源的電流與外電路有關(guān)。R不同，i不同。<二>電壓源的工作狀態(tài)電壓源uS1工作在電源狀態(tài)；電壓源uS2工作在負(fù)載狀態(tài)。二、電流源

電流源符號(hào)為：<一>電流源的特點(diǎn)<1>電流源電流與外接電路無關(guān)；<2>電流源兩端的電壓與外電路有關(guān)。R不同，u不同。<二>電流源的工作狀態(tài)電流源iS1工作在電源狀態(tài)；電流源iS2工作在負(fù)載狀態(tài)。無內(nèi)阻的電壓源即是理想電壓源輸出電壓恒定,即特點(diǎn)外特性