第1章电路的基本概念与基本定律-(1).ppt

主讲教师：马存成西吉县职业中学2024/5/10 2024/5/10 周五周五.1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 1.2 电路模型电路模型1.3 电压电压 电流的参考方向电流的参考方向 1.4 欧姆定律欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 .+电路电流流经的闭合路径（由电工设备和元件组成）。一一.电路的组成电路的组成 1、电源（信号源）、电源（信号源）2、中间环节、中间环节 3、负载、负载 二二.电路的作用电路的作用1、传输和转换电能；、传输和转换电能；2、传递和处理信号。、传递和处理信号。.电源：电源：将其他非电能的能量形式转换成电能的将其他非电能的能量形式转换成电能的装置。装置。(如干电池如干电池,蓄电池蓄电池,发电机发电机)或信号源等。）或信号源等。）中间环节：中间环节：把电源与负载连接起来的部分把电源与负载连接起来的部分(如连如连接导线接导线,开关等开关等)负载：负载：将电能转换成非电能的消耗电能的用电将电能转换成非电能的消耗电能的用电 设备。设备。(如电灯、电炉、空调、电动机、电风扇等如电灯、电炉、空调、电动机、电风扇等)一一.电路的组成：电路的组成：1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分.电电池池灯灯泡泡EIRU+_负载负载电源电源电路的组成简单示意图电路的组成简单示意图1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分.二二.电路的作用电路的作用1.电能传输和转换电能传输和转换发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器电灯电风扇电灯电风扇非电能（如非电能（如风能、热能、风能、热能、核能等）转核能等）转化为电能化为电能传输分配电能传输分配电能电能转换为非电能转换为非电能（如光能、电能（如光能、机械能等）机械能等）1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分.2.信号的传递和处理信号的传递和处理放大器放大器话筒话筒信号源信号源中间环节中间环节负载负载1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分.实际电路实际电路1-2 电路模型电路模型.电路模型：电路模型：将实际元件理想化（即视为集总元将实际元件理想化（即视为集总元件，件，由理想化的电路元件由理想化的电路元件组成的电路即电路模型。组成的电路即电路模型。EIRU+_例如：例如：理想导线理想导线理想元理想元件件 本书分析的都是本书分析的都是电路模型电路模型，简称简称电路电路。理想电源理想电源1-2 电路模型电路模型.电路模型电路模型:由理想元件组成的电路。由理想元件组成的电路。（本书涉及电路元件未加说明均视为理想元件）（本书涉及电路元件未加说明均视为理想元件）一、理想无源元件一、理想无源元件(线性元件线性元件)1.电阻电阻:电路中电路中耗能耗能的理想元件的理想元件2.电容电容:电路中电路中储能储能的理想元件的理想元件3.电感电感:电路中电路中储能储能的理想元件的理想元件1-2 1-2 电路模型电路模型.1-2 1-2 电路模型电路模型二、理想有源元件二、理想有源元件1.理想电压源理想电压源(恒压源）恒压源）2.理想电流源（恒流源）理想电流源（恒流源）线性电路线性电路:由线性元件和电源元件组成的电路。由线性元件和电源元件组成的电路。.部分实际元件部分实际元件电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈 电池电池 运算放大器运算放大器 晶体管晶体管1-2 1-2 电路模型电路模型.发电机发电机.1-2 电路模型电路模型 直流稳压电源直流稳压电源 蓄电池蓄电池.物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向：实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：假设正方向（参考正方向）：在分析电路时时，对电量人为设定的方向。在分析电路时时，对电量人为设定的方向。1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.物理量的实际正方向物理量的实际正方向1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.一、电流一、电流电流方向电流方向正电荷运动的方向（即电流的实际方向）。正电荷运动的方向（即电流的实际方向）。电流参考方向电流参考方向任意设定一方向为电流正方向。任意设定一方向为电流正方向。正值正值负值负值Iab =-Iba例：例：IIaabb1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.二、电压二、电压电压方向电压方向由高电位端指向低电位端（即电压实际方向）。由高电位端指向低电位端（即电压实际方向）。电压参考方向电压参考方向任选一方向位为电压正方向。任选一方向位为电压正方向。U+-UabUabUab =-Uba关联正方向：关联正方向：UI关联方向关联方向UI非关联方非关联方向向1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向例：例：aabb.三、电动势三、电动势电动势的方向电动势的方向电位升高的方向（实际方向）。电位升高的方向（实际方向）。电动势的参考方向电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。任选一方向为电动势的正方向。a.箭头箭头b.正负号正负号c.双下标双下标电动势和电压的关系：电动势和电压的关系：EU电压与电动势规定正方向相反时电压与电动势规定正方向相反时E=UEU电压与电动势规定正方向相同时电压与电动势规定正方向相同时E=-U1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向例：例：.电电池池灯灯泡泡Uab_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）双下标双下标箭箭 头头Uabab电压电压+-IR电流电流IRUabE+_abU+_1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.引入参考方向：引入参考方向：问题的提出：问题的提出：在复杂电路中无法判断电路中物理量在复杂电路中无法判断电路中物理量 的实际方向。的实际方向。电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.(1)在解题前先设定电路物理量的参考方向；在解题前先设定电路物理量的参考方向；解决之道：解决之道：(3)根据计算结果得知实际方向：根据计算结果得知实际方向：若计算结果为正，说明实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，说明实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，说明实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，说明实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量之间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量之间相互关 系的代数表达式（即电路方程）并计算；系的代数表达式（即电路方程）并计算；1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.例例已知：已知：E=2V,R=1。求：当。求：当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabUab解：解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示：假定电路中物理量的正方向如图所示：(2)列电路方程：列电路方程：1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.(3)数值计算：数值计算：（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）1-3 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向.4、尽量设定关联参考方向。尽量设定关联参考方向。1、方程式方程式U/I=R 仅适用于仅适用于关联参考方向关联参考方向的情况。的情况。2、“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意设定的。任意设定的。3、解题步骤：先设定、解题步骤：先设定“参考方向参考方向”；然后再列方程；然后再列方程 计算。且参考方向设定后，不论结果为正为负，计算。且参考方向设定后，不论结果为正为负，解题过程中不允许再更改解题过程中不允许再更改“参考方向参考方向”。Tips:Tips:.伏伏-安安 特性特性iuRiuui线线性性电电阻阻非非线线性性电电阻阻 一、一、电阻电阻 R（常用单位：（常用单位：、k、M ）1-4 欧姆定律欧姆定律.1、U和和 I 为关联正方向时：为关联正方向时：2、U和和 I 为非关联正方向时：为非关联正方向时：线性电阻：线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的遵循欧姆定律的电阻，其阻值的大小为一常数，与电流、电压大小方向无关。大小为一常数，与电流、电压大小方向无关。1-4 欧姆定律欧姆定律 非线性电阻：非线性电阻：不符合欧姆定律，不符合欧姆定律，其阻值的其阻值的大小与电流、电压、时间等有关。大小与电流、电压、时间等有关。.RUITips:Tips:用欧姆定律列方程时，一定要用欧姆定律列方程时，一定要 在图中标明正方向。在图中标明正方向。RUIRUI例：例：1-4 欧姆定律欧姆定律.广义欧姆定律广义欧姆定律 :E+_baIUabR1-4 欧姆定律欧姆定律.受控源受控源理想电压源理想电压源电源电源实际电源实际电源理想电源理想电源电压源电压源理想电流源理想电流源电流源电流源1-5 电源的工作状态电源的工作状态电源分类：电源分类：E+_U0R0R0IsU0E（R0=0）Is（R0 ）.理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点：特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变压不变 （2）电压源中的电流由电压源和外电路共同决）电压源中的电流由电压源和外电路共同决定定1-5 电源的工作状态电源的工作状态2024/5/10 2024/5/10 周五周五.设设:U=20VIU+_abUab2 R1当当R1 、R2 同时接入时：同时接入时：I=20AR22 当当R1接入时接入时：I=10A则：则：1-5 电源的工作状态电源的工作状态说明流经电压源中的电流由外电路和电压源共同决定说明流经电压源中的电流由外电路和电压源共同决定2024/5/10 2024/5/10 周五周五.abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性1-5 电源的工作状态电源的工作状态特点：特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电流）无论负载电阻如何变化，输出电流不变不变 （2）电流源两端的电压由电流源和外电路共同）电流源两端的电压由电流源和外电路共同决定决定理想电流源理想电流源 （恒流源）（恒流源）2024/5/10 2024/5/10 周五周五.IUIsR设设:IS=2 A R=10 时，时，U=20 V R=1 时，时，U=2 V则则:1-5 电源的工作状态电源的工作状态说明电流源两端的电压由外电路和电流源共同决定说明电流源两端的电压由外电路和电流源共同决定2024/5/10 2024/5/10 周五周五.一、一、电源有载工作电源有载工作1、电路特征：、电路特征：I=E/(R0+R)U=IR=E IR0P=PE-P 将上式乘以将上式乘以I，得，得当当RR0时时UE+_IRUabESR0ab1-5 电源的工作状态电源的工作状态2024/5/10 2024/5/10 周五周五.电源的外特性曲线电源的外特性曲线 表示电源端电压与输出电流之间的关系表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。曲线，称为外特性曲线。U=IR=E IR0IU0EIR01-5 电源的工作状态电源的工作状态2024/5/10 2024/5/10 周五周五.2、功率平衡、功率平衡 电源的电源的发出功率发出功率=负载的负载的获得功率获得功率+电源内阻上的电源内阻上的消耗功率消耗功率P：电源向外发出的功率电源向外发出的功率PE：电源产生的功率电源产生的功率P：电源内阻上消耗功率电源内阻上消耗功率IUE+_RabSR0功率平衡方程式：功率平衡方程式：1-5 电源的工作状态电源的工作状态2024/5/10 2024/5/10 周五周五.+3、功率判断1、关联参考方向下：、关联参考方向下：2、非关联参考方向下：、非关联参考方向下：P=UIP=-UIP0 ，该元件（或部分电路），该元件（或部分电路）吸收能量，耗能为负载吸收能量，耗能为负载计算结果：计算结果：P0 ，该元件（或部分电路），该元件（或部分电路）释放能量，供能为电源释放能量，供能为电源计算结果：计算结果：P0 ，该元件（或部分电路），该元件（或部分电路）吸收能量，耗能为负载吸收能量，耗能为负载2024/5/10 2024/5/10 周五周五.4、额定值与实际值、额定值与实际值 额定值额定值:使电子或电气设备在额定的工作条使电子或电气设备在额定的工作条件下额定运行而规定的值。如下标识：件下额定运行而规定的值。如下标识：UN 、IN 、PN 实际工作时，电压、电流、功率的实际值不一定等实际工作时，电压、电流、功率的实际值不一定等于额定值。往往存在三种情况：于额定值。往往存在三种情况：I IN过载过载I IN轻载轻载I=IN额定工作状态额定工作状态1-5 电源的工作状态电源的工作状态2024/5/10 2024/5/10 周五周五.二、开路（断路或空载二、开路（断路或空载）电路特征：电路特征：I=0U=0 U0=EPE=P=0I=0+_RUEabSU0R0 PE =U0I(为电源发出功率）为电源发出功率）P=UI（为负载获得功率）（为负载获得功率）1-5 电源的工作状态电源的工作状态1、2、2024/5/10 2024/5/10 周五周五.三、三、短路短路U=0 I=0P=0电路特征：电路特征：+-E E+-0RUIsI=0+_RUEabSR0电压源不允许短路！电压源不允许短路！IS1-5 电源的工作状态电源的工作状态1、2、2024/5/10 2024/5/10 周五周五.基尔霍夫定律是电路中最基本的定律之一，是用来描述基尔霍夫定律是电路中最基本的定律之一，是用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系定律电路中各部分电压或各部分电流间的关系定律,定律包括基尔定律包括基尔霍夫电流（霍夫电流（KCL)和基尔霍夫电压和基尔霍夫电压(KVL)两个定律。两个定律。术语名称：术语名称：网孔网孔(mesh)：也称独立回路，是回路的一种，也称独立回路，是回路的一种，但回路不一定构成网孔。但回路不一定构成网孔。含独有支路的回路方能构成网孔。含独有支路的回路方能构成网孔。支路（支路（branch)：电路中的每一个分电路中的每一个分支支 （一个支路流过一个电流）（一个支路流过一个电流）结点结点(node)：三条或三条以上支路的联结点三条或三条以上支路的联结点回路回路(loop)：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径1-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2024/5/10 2024/5/10 周五周五.支路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个结点：结点：a、b (共共2个）个）#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU11-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律判断支路数和结点数判断支路数和结点数?1、2024/5/10 2024/5/10 周五周五.支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）结点：结点：a、b、.(共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2、2024/5/10 2024/5/10 周五周五.对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。结点流出的电流。I入入=I出出即：即：1-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KCL 对任何结点，在任一瞬间，所有流过一个结点上电对任何结点，在任一瞬间，所有流过一个结点上电流的代数和为流的代数和为 0。I=0即：即：2024/5/10 2024/5/10 周五周五.KCL依据依据：电流的连续性电流的连续性I1I2I3I4例例1：或：或：约定：电流流入结点为正，流出结点为负。约定：电流流入结点为正，流出结点为负。1-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KCL2024/5/10 2024/5/10 周五周五.KCL 还可以扩展到电路的任意封闭面（还可以扩展到电路的任意封闭面（广义结点广义结点）。）。I1+I2=I3I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R1-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KCL2024/5/10 2024/5/10 周五周五.对电路中的任一回路，沿任意绕行方向的各对电路中的任一回路，沿任意绕行方向的各段电压的代数和等于零。段电压的代数和等于零。即：即：即：即：在任一回路的绕行方向上，电动势的代数在任一回路的绕行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。和等于电阻上电压降的代数和。Tips:Tips:E、U和和IR与循环方向相同为正，反之为负。与循环方向相同为正，反之为负。（列列方程前必须说明。方程前必须说明。1-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KVL2024/5/10 2024/5/10 周五周五.如：如：回路回路 a-d-c-a或：或：设：设：与绕行方向相同为正，与绕行方向相同为正，反之为负。反之为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-其中其中:US3=-E3，US4=-E41-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KVL2024/5/10 2024/5/10 周五周五.KVL也适合开口电路。也适合开口电路。由：由：得：得：E+_RabUabI1-6 基尔霍夫定律之基尔霍夫定律之KVL2024/5/10 2024/5/10 周五周五.求：求：I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？1+-3V4V1 1+-5VI1I2I31-6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律例：例：2024/5/10 2024/5/10 周五周五.例：例：2024/5/10 2024/5/10 周五周五.电位电位单位正电荷从电场中移到参考点，电场力所做的功。单位正电荷从电场中移到参考点，电场力所做的功。也是该点与参考点之间的电压。也是该点与参考点之间的电压。参考点通常用参考点通常用“接地接地”符号表示，但该点实际并没有和大地相连。符号表示，但该点实际并没有和大地相连。1、电位是相对值，随著参考点选择的不同而不同；、电位是相对值，随著参考点选择的不同而不同；2、电压是绝对值，不随参考点的变化而变化；、电压是绝对值，不随参考点的变化而变化；3、电流由高电位流向低电位。、电流由高电位流向低电位。-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb求：求：A点电位。点电位。1-7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算2024/5/10 2024/5/10 周五周五.设设b点为参考点：点为参考点：Vb=0则：则：VA=0设设c点为参考点：点为参考点：Vc=0则：则：S断开时：断开时：S闭合时：闭合时：则：则：解：解：-7V3K1KAS1K+6V+8Vcb1-7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算2024/5/10 2024/5/10 周五周五.计算图中A点的电位。解：解：-24V电源的正极在接地点电源的正极在接地点上，上，12和和36两两 电阻串联，电阻串联，流过电流为：流过电流为：I=24/（12+36）=0.5AA +12V 24 36 12 -24VI例例2:方向向左再向下，故方向向左再向下，故A点电位点电位VA=-I x12=-0.5x12=-6V1-7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算2024/5/10 2024/5/10 周五周五.+-+-U3U1U2-R1RRRI1I2I3I4I5I6求解支路电流用什么方法最方便求解支路电流用什么方法最方便？R=3 R1=2 8V6V12VI4=(18-6)/3=4AI5=(6-0)/3=2A+6V+18VI6=（0-18）/3=-6AI1=（8-18）/2=-5AI2=（-5）+（-6）-4=-15AI3=（-15）+4-2=-13A例例1：bac？2024/5/10 2024/5/10 周五周五.i1=i2?UA=UB?下 页上 页思考I=01.？AB+_13V+_2V2.i111111i2返 回2024/5/10 2024/5/10 周五周五.下 页上 页例例1求电流求电流 i解解例例2解解求电压求电压 u返 回2024/5/10 2024/5/10 周五周五.下 页上 页+-4V5Vi=?3+-4V5V1A+-u=?3例例3求电流求电流 i例例4求电压求电压 u解解解解要求能熟练求解含源支路能熟练求解含源支路的电压和电流。的电压和电流。返 回2024/5/10 2024/5/10 周五周五.解解I1下 页上 页-10V10V+-1AI=?10例例5求电流求电流 I例例6求电压求电压 U解解4V+-10AU=?2+-3AI返 回2024/5/10 2024/5/10 周五周五.2024/5/10 2024/5/10 周五周五.