電工電子產(chǎn)品制作與調(diào)試課件：電路的認(rèn)識(shí)與分析

電路的認(rèn)識(shí)與分析電路

在生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，電路是為了某種需要，將一些電氣設(shè)備和電器元件按一定方式連接起來的電流通路。其中最基本的電路是簡(jiǎn)單照明電路。PART01電路的組成圖1-1簡(jiǎn)單照明電路及原理圖

組成電路的基本元件是電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配、轉(zhuǎn)換，以及信號(hào)的傳遞和處理。PART02電路的基本物理量電路的物理量電路中的物理量由電荷、電壓、電流、點(diǎn)位、功率等等，本節(jié)主要討論電流、電壓、功率。既有大小又有方向，電流的方向是正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。010203（1）電流電流的參考方向電流的大小即單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電量。電流的瞬時(shí)值為i=dq/dt。若電流大小和方向都不隨時(shí)間變化，即為直流。則電流I=Q/t。電路的基本知識(shí)和基本工具的使用電壓是電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功。a、b兩點(diǎn)的電壓為Uab=dw/dq。電位降低的方向?yàn)殡妷悍较颍?、-表示。其中dw為移動(dòng)過程中電荷減少的電能，單

位為焦耳（J），電壓?jiǎn)挝粸榉兀╒）。（2）電壓電壓的參考方向在電路中，要知道某點(diǎn)的電位值，必須在電路中選擇一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，這個(gè)參考點(diǎn)叫做零電位點(diǎn)。（2）電壓零電位點(diǎn)的選取是任意的，電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)與零電位點(diǎn)之間的電壓。電路的基本知識(shí)和基本工具的使用其中+表示高電位、-表示低電位。電位是電場(chǎng)力把單位正電荷從電路的某點(diǎn)移到參考點(diǎn)所做的功稱為該點(diǎn)的電位，用V表示。（a）關(guān)聯(lián)參考方向（b）關(guān)聯(lián)參考方向（a）關(guān)聯(lián)參考方向（b）關(guān)聯(lián)參考方向（2）電壓電功率是單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功，簡(jiǎn)稱功率。即p=dw/dt，其中功率p的單位是瓦特（W）。電能的單位是度，即1Kw.h。若電阻兩端電壓為U，流過的電流是I，則電阻吸收的功率為P=UI，電阻在t時(shí)間內(nèi)消耗的電能為W=Pt。P=U2/RP=I2R度與焦耳的關(guān)系為1Kw.h=3600000J電路的基本知識(shí)和基本工具的使用（3）功率PART03電路元件電

阻電

感電

容電阻元件是反映對(duì)電流的阻礙作用，是一種耗能元件。010203（1）電阻電阻用R表示，單位是歐姆（Ω）。歐姆定律公式U=RI。電路的基本知識(shí)和基本工具的使用圖1-2電阻元件符號(hào)

若電阻兩端電壓或通過電阻的電流發(fā)生變化時(shí)，電阻的阻值發(fā)生變化，稱為非線性電阻，如二極管、三極管。

若電阻兩端電壓或通過電阻的電流發(fā)生變化時(shí)，電阻的阻值恒定不變，稱為線性電阻，如電燈泡。串聯(lián)并聯(lián)即幾個(gè)電阻接在電路中相同的兩點(diǎn)之間的連接方式。電阻的串聯(lián)特點(diǎn):I=I1+I2U=U1=U21/R=1/R1+1/R2。電路的基本知識(shí)和基本工具的使用即幾個(gè)電阻依次首尾相接并沒有分支的連接方式。特點(diǎn)：I=I1=I2U=U1+U2R=R1+R2。圖1-3電阻的串聯(lián)圖1-4電阻的并聯(lián)電阻的并聯(lián)電感電感元件是一種儲(chǔ)能元件，反映電流周圍存在的磁場(chǎng)，用L表示，單位為亨利（H）圖1-5電感元件及符號(hào)其中u=L*di/dt，表示電感兩端瞬時(shí)電壓，與電流對(duì)時(shí)間的瞬時(shí)變化率成正比。若通過的是直流，di/dt=0，則u=0，所以電感元件對(duì)直流可視為短路。電感儲(chǔ)能大小與電感量和電流的平方成正比。電感的儲(chǔ)能公式為WL=1/2*L*i2圖1-5電感元件及符號(hào)電路的基本知識(shí)和基本工具的使用

電容是一種儲(chǔ)能元件，用C表示，單位為F、uF

1F=106uF。圖1-6電容元件及符號(hào)當(dāng)電容加上交流電壓時(shí)，極板上的電荷也發(fā)生變化，形成電流i，即i=dq/dt=C*du/dt。電容的電流與電壓的變化率成正比。當(dāng)電壓恒定，du/dt=0，則i=0。所以電容對(duì)直流可視為斷路，即“通交流隔直流”。電容的儲(chǔ)能公式：Wc=1/2*Cu2，電容儲(chǔ)能的大小與電容量及電壓的平方成正比。電路的基本知識(shí)和基本工具的使用圖1-6電容元件及符號(hào)PART05電路的工作狀態(tài)電路的工作狀態(tài)開路有載短路電路的開路與短路低壓斷路器又稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，主要由觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、操作機(jī)構(gòu)以及各種脫扣機(jī)構(gòu)組成。（a）有載（b）開路（c）短路圖1-7電路的工作狀態(tài)當(dāng)電源與負(fù)載RL接通時(shí)，電路中：∴P=UIE為電源電動(dòng)勢(shì)R0為電源內(nèi)阻RL為負(fù)載電阻

若電源額定輸出功率PN=UNIN，當(dāng)P=PN時(shí)稱為滿載；當(dāng)P<PN稱為輕載；當(dāng)P>PN稱為過載，過載會(huì)導(dǎo)致電器設(shè)備損壞，應(yīng)當(dāng)注意防護(hù)。（a）有載（b）開路（c）短路圖1-7

電路的工作狀態(tài)E為電源電動(dòng)勢(shì)R0為電源內(nèi)阻電路的開路與短路當(dāng)電阻無限大，電壓值有限，則通過的電流為0，即為開路。電源不允許短路，因?yàn)樵诙搪窌r(shí)，電源內(nèi)阻很小，使短路電流太大損壞電氣設(shè)備。當(dāng)電阻為0，電流值有限，則電壓為0，即為短路。PART06電路的分析方法基爾霍夫簡(jiǎn)介

在1847年，21歲的基爾霍夫(德國科學(xué)家)剛從大學(xué)畢業(yè)，第一篇論文就提出了基爾霍夫定律，運(yùn)用這個(gè)定律能正確而迅速地求解任何復(fù)雜的電路，立即被各國科學(xué)家接受和采用，直到現(xiàn)在，它仍是解決復(fù)雜電路問題的重要工具?；鶢柣舴虮环Q為“電路求解大師”。名稱介紹R1E1E2R2R3ecdbaf常用名詞有：支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔。

1.支路：

電路中流過同一電流的每一分支稱為支路。ac、db、ae、bf是支路嗎？R1E1E2R2R3ecdbaf

2、節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)。c、d、e、f是節(jié)點(diǎn)嗎？R1E1E2R2R3ecba

3、回路：電路中任一閉合路徑稱為回路。abc、abe、cbeac內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。abc、abe

4、網(wǎng)孔：注意：網(wǎng)孔一定是回路，回路不一定是網(wǎng)孔！節(jié)點(diǎn)共a、b2個(gè)支路共3條回路共3個(gè)#1#2#3回路幾個(gè)？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_幾條支路？節(jié)點(diǎn)幾個(gè)？網(wǎng)孔數(shù)？網(wǎng)孔共2個(gè)cdef假設(shè)支路數(shù)為b,節(jié)點(diǎn)數(shù)為n,網(wǎng)孔數(shù)為m，則b=(n-1)+m例1

:請(qǐng)問：下列電路有幾條支路、幾個(gè)節(jié)點(diǎn)、幾個(gè)回路、幾個(gè)網(wǎng)孔。5條支路3個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)回路R2R1R3E1abcdE2R4R53個(gè)網(wǎng)孔例2:支路：共？條回路：共？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？個(gè)6條4個(gè)網(wǎng)孔：？個(gè)7個(gè)I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_例3

:定義：在任一時(shí)刻，流出任一節(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于流入該節(jié)點(diǎn)的支路電流之和。基爾霍夫電流定律（KCL）i1+i3=i2+i4–i1+i2–i3+i4=0i1i4i2i3?例

實(shí)質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)。

基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一節(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1對(duì)節(jié)點(diǎn)a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

4–7–i1=0i1=–3A

例2??7A4Ai110A-12Ai2例1

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:廣義節(jié)點(diǎn)I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2

+_+_I5

1

1

5

6V12V2、KCL的推廣ABiABiiABi3i2i1兩條支路電流大小相等，一個(gè)流入，一個(gè)流出。只有一條支路相連，則i=0。選定回路的繞行方向，電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)?；鶢柣舴螂妷憾桑↘VL）

在任一瞬間，沿任一回路繞行方向，回路中各段電壓降的代數(shù)和恒等于零。-U3–

U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+

U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U31．列方程前標(biāo)注回路循行方向；E2=UBE+I2R2U

=0I2R2–E2+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時(shí)，項(xiàng)前符號(hào)的確定：

電壓參考方向與回路繞行方向一致，則取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。3.開口電壓可按回路處理.

注意：1對(duì)回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4順時(shí)針方向繞行:-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4對(duì)回路1：對(duì)回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112可將該電路假想為一個(gè)回路列KVL方程：u=us+u1

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)間沿任意路徑各段電壓的代數(shù)和。KVL推廣應(yīng)用+-u+-us+-ROu1根據(jù)

U=0UAB=UA

UB

UA

UB

UAB=0ABCUA+_UAB+_UB+_

①例:對(duì)回路①列方程對(duì)回路

列方程UCCRCRE+–ICUCEIEIB對(duì)封閉面列方程Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3R4I1I2I3以支路電流為待求量，應(yīng)用KCL、KVL列寫電路方程組，求解各支路電流的方法稱為支路電流法。支路電流法是計(jì)算復(fù)雜電路最基本的方法。需要的方程個(gè)數(shù)與電路的支路數(shù)相等。Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3I1I2I3電路支路數(shù)3

節(jié)點(diǎn)數(shù)2支路電流法Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3支路電流法的解題步驟I1I2I3一、假定各支路電流的參考方向和回路繞行方向；

二、應(yīng)用KCL對(duì)節(jié)點(diǎn)列方程；①②節(jié)點(diǎn)①對(duì)于有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，只能列出(n–1)個(gè)獨(dú)立的KCL方程式三、應(yīng)用KVL列寫b–(n–1)個(gè)方程（一般選網(wǎng)孔）；四、聯(lián)立求解得各支路電流。例：

如圖電路R3Us2+-R2Us1+-R1I3I2I1用支路電流法求各支路電流。解：I1+I2+I3=0-2I1+8I3=-143I2-8I3=2I1=3A解得:I2=-2AI3=-1A想一想：如何校對(duì)計(jì)算結(jié)果？例：

用支路電流法求各支路電流。解：R1Us2+-R2Us1+-IsI2I1假定各支路電流的參考方向；利用KVL列方程時(shí)，如果回路中含有電流源，要考慮電流源兩端的電壓。聯(lián)立求解得各支路電流。

注意+U-疊加定理在線性電路中，如果有多個(gè)電源共同作用，任一支路的電壓（電流）等于每個(gè)電源單獨(dú)作用，在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的代數(shù)和。概念:

當(dāng)電壓源不作用時(shí)應(yīng)視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。疊加原理+原電路U1單獨(dú)作用R2BAI1I2I3R3U2+_R1U1+_R2I1′I2′I3′R3R1U1+_BAR2I1″I2″I3″R3R1U2+_BAU2單獨(dú)作用當(dāng)電壓源不作用時(shí)應(yīng)視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。計(jì)算功率時(shí)不能應(yīng)用疊加的方法。用疊加原理求下圖所示電路中的I2。根據(jù)疊加原理:I2=I2′+I2=1+（－1）=0BAI23Ω7.2V+_2Ω12V+_6ΩI2′12V+_BA2Ω3Ω6Ω7.2V+_BA2Ω3Ω6Ω12V電源單獨(dú)作用時(shí)：7.2V電源單獨(dú)作用時(shí)：I2′'1.該定理只用于線性電路

2.功率不可疊加

3.不作用電源的處理方法電壓源短路（Us=0）電流源開路（Is=0）4.疊加時(shí)，應(yīng)注意電源單獨(dú)作用時(shí)電路各處電壓、電流的參考方向與各電源共同作用時(shí)的參考方向是否一致。二、疊加定理應(yīng)用過程中注意問題戴維南定理無源二端網(wǎng)絡(luò)：

二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源ABAB有源二端網(wǎng)絡(luò)：

二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源對(duì)外引出兩個(gè)端鈕的網(wǎng)絡(luò)，稱為二端網(wǎng)絡(luò)。NR?對(duì)外電路來說，任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，可以等效