电路基础与实践.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目,1,认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律,1.1,电路和,电路模型,1.2,电路的,基本物理量,及其,参考方向,1.3,无源元件,1.4,电源,1.5,基尔霍夫定律,项目,1,认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律,【,项目要求,】,了解电路的基本组成及基本物理量的意义；,掌握电压、电流的概念及其正方向的规定；掌握电能与电功率的计算方法；掌握电阻、电感、电容和电源元件的特性；掌握基尔霍夫定律在电路中的应用；熟悉测量仪表使用。,1.,知识要求,（,1,）掌握电流、电压参考方向及电能与电功率的计算方法；,（,2掌握电阻、电感、电容和电源元件的特性；,（,3,）掌握基尔霍夫定律及应用。,2.,技能要求,（,1,）根据要求能够正确连接电路；,（,2,）能够正确使用电流表、电压表及万用表，准确测量电路中电流、电压、电位等物理量；,（,3,）根据测得电路的物理量，能够分析电路的工作状态；,（,4,）能够对电路元件识读、检测。,【,实施目标,】,（,1,）熟悉电流表、电压表、万用表使用方法；,（,2,）连接一个具有三个回路的实际电路，对各物理量进行测试，并能分析电路的工作状态；,（,3,）能够利用基尔霍夫定律解决电路计算问题；,（,4,）掌握电路各元件的特性并能够识读、检测。,【,实施器材,】,（,1,）电源、导线、元件、开关若干；,（,2,）配备电流表、电压表、万用表。,【,实施步骤,】,（,1,）讲解项目要求的相关知识；,（,2,）连接一个具有三个回路的实际电路，检查无误后，通电测试；,（,3,）利用电流表、电压表、万用表，在线测量各物理量；,（,4,）利用基尔霍夫定律计算得到结果与实际测得数据比较；,（,5,）对电阻、电容、电感器件进行识读、检测。,【,实训报告,】,实训报告内容包括实施目标、实施器材、实施步骤、测量数据、比较数据，并总结体会。,【,相关知识,】,1.1,电路和电路模型,案例,1.1,手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图,1-1,所示。,图,1-1手电筒电路,1.1.1,电路,电路,是为了实现某种功能由电气器件按一定方式连接而成的集合体。,作用,：实现,电能,的,传输,和,转换,；,实现,信号,的,传递,和,处理,。,一个完整的,电路,应包括,电源,、,负载,和,中间环节,三部分，是由,发生,、,传送,和,应用电能,（或电信号）的各种部件组成的总体。,电源,是提供电能或电信号的设备；,负载,是使用电能或输出电信号的设备；,中间环节,用于传输、控制电能和电信号。,1.1.2,理想元件,实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件，称为,理想电路元件,，简称为,电路元件,。每一种电路元件体现某种基本现象，具有某种,确定的电磁性质和,精确的数学定义,。,电路元件按照其与电路其他部分相连接的,端钮数,，可以分为,二端元件和多端元件,。二端元件通过两个端钮与电路其他部分连接，多端元件通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接。,1.1.3,电路模型,由,理想电路元件,互相连接组成的电路称为,电路模型,。,手电筒电路,1.2,电路的基本物理量及其参考方向,1.2.1,电流及其参考方向,金属内的自由电子在电场的作用下做定向运动，形成,电流,。电流的强弱用,电流强度,来衡量。,电流强度,在数值上等于,单位时间内,通过导体某一,横截面,的,电荷量,。规定,正电荷运动的方向,或,负电荷运动的相反方向,为电流的,实际方向,。在外电场的作用下，正电荷将沿着电场方向运动，而负电荷将逆着电场方向运动，电流的实际方向总是和外电场的方向一致。电流强度习惯上,简称为电流,。,大小,和,方向,都,随时间,而,变化,的电流称为,交流电流,，用小写字母,i,表示。,如果电流的,大小,和,方向,不随时间,而,变化,，则称其为,直流电流,，用大写字母,I,表示。,电流的,单位,是,安培,（,A,），简称,安,。当每秒通过导体横截面的电量为,1,库仑（,C,）时，电流为,1A,。表示微小电流时，以,毫安,（,mA,）或,微安,（,A,）为单位；表示大电流时，以,千安,（,kA,）为单位。,电流的参考方向,任意,规定某一方向,作为电流数值为,正,的方向，称为,电流的参考方向,，也称为电流的正方向。它是一个,任意假定,的电流方向，用,箭头,表示在电路上，并标以,符号,。,未规定电流的参考方向,时，电流的正负,没有任何意义,。,1.2.2,电压和电动势,1.,电压,电压,的,实际方向,是从,高,电位点指向,低,电位点，即电位降的方向。,单位是,伏特,（,V,）。,2.,电动势,电动势的方向是从,低电位,点指向,高电位,点，,即,电位升,的方向。,电动势的,单位,也是,伏特,（,V,）,3.,电压和电动势的参考方向,一般地，在,元件或电路两端用符号“,+”,、“,-”,分别标定正负极性,，由,正极,指向,负极,的方向为,电压的参考方向,，并以箭头,表示,。如果,电压,为,正,值，则,实际方向与参考方向,一致,；如果,电压,为,负,值，则,实际方向与参考方向,相反,。,4.,关联与非关联参考方向,如果指定流过元件的,电流参考方向,是,从标以电压正极性的一端指向负极性的一端,，即两者的参考方向,一致,，则把电流和电压的这种参考方向称为,关联参考方向,；当两者,不一致,时，称为,非关联参考方向,。,方法：,电路中,任意指定,一点作为,参考点,，,假定该点电位是零。,例,1-1,在如图,1-9,所示的电路中，已知,U,1,=10V,，,U,2,=-16V,，,U,3,=-4V,，试求,U,ab,。,=-10V+,（,-16,）,V-,（4,）,V=-22V,1.2.3,电功率和电能,1.,电功率,电流通过电路时传输或转换电能的速率称为,电功率,，简称为,功率,，用符号,p,表示。,单位,是,瓦特,（,W,），简称瓦。,若,p,0,，表示元件实际,吸收或消耗功率,；,若,p,0,，表示元件实际,发出或提供功率,。,2.,电能,电能的,单位,是,焦耳,（,J,）,1.3,无源元件,案例,1.2,单相异步电动机属于感性负载。图,1-14,是吊扇的电气原理图。其中，,L,A,、,L,B,分别是单相异步电动机（,M,）的工作绕组、起动绕组；电容是起动电容，它与起动绕组串联；,S,是开关；电感是吊扇的调速电抗器。,1.3.1,电阻元件单位是欧姆（,），简称欧。,（,a,）线性电阻的伏安特性曲线,(b),非线性电阻的伏安特性曲线,(c),线性电阻的电路符号,非线性电阻的电路符号,在关联参考方向下，,欧姆定律,非关联参考方向，,电阻器的电路符号,1.3.2,电容元件,单位是,法拉（,F,），简称法。,线性电容元件是一个二端元件，电荷量与电压的比值称为电容,电容元件的图形符号,电容元件的电压电流关系,当电压、电流为,关联参考方向,时,非关联参考方向,3.,电容元件的电场能量,n,个电容,串联,n,个电容,并联,常用电容元件的外形,1.3.3,电感元件,1.,电感元件,电感线圈简称,线圈,，在电路图中用字母“,L,”,表示。,自感磁通链与电流,的关系为,电感的,单位,是,亨利,，简称,亨（,H,）,2.,电感元件的电压电流关系,3.,电感元件的能量,4.,常用电感元件的外形和特点,1.4,电源,案例,1.3,蓄电池是一种常见的电源，它多用于汽车、电力机车、应急灯等。下图是汽车照明灯的电气原理图。其中，,R,A,、,R,B,、是一对汽车照明灯；,S,是开关；,U,S,是,12V,的蓄电池,。,1.4.1,电压源,1.,实际电压源,实际电压源如大型电网、直流稳压电源、新的干电池及信号源等，,内阻,通常,很小,，在电路中工作时，,端电压基本不随外电路的变化而变化,。,2.,理想电压源,理想电压源,是一种,理想,的二端元件，元件的,电压,与,通过的电流无关,，总保持某给定的数值或给定的时间函数。常将理想电压源,简称为电压源,。,理想电压源输出电压和所连接的电路无关，,独立于电路之外,，所以称为,独立电源,；对应于某一时刻，,理想电压源流过的电流的大小与方向由与它连接的外部电路确定,。,1.4.2,电流源,1.,实际电流源,2.,理想电流源,理想电流源,是一种,理想,的二端元件，元件的电流与它的电压无关，,总保持某给定的数值或给定的时间函数,，即 。常将理想电流源简称为电流源。,理想电流源的伏安特性,理想电流源输出电流和所连接的电路无关，独立于电路之外，所以也称为,独立电源,；对应于某一时刻，,理想电流源两端的电压的大小和极性由与它连接的外部电路确定。,1.4.3,受控电源,1.,定义和分类,受控电源主要用来表示电路内不同支路物理量之间的控制关系，它本身也是一种电路元件，将控制支路和被控制支路耦合起来，使两个支路中的,电压和电流保持一定的数学关系,，即受控电源的电压或电流受某一支路电压或电流的控制，,是非独立的,，故称为,受控电源,。,受控电源是一个,二端口元件,，,由一对输入端钮施加控制量,，称为,输入端口,；,一对输出端钮对外提供电压或电流,，称为,输出端口,。,2.,电路符号及特性,例,1-4,求如图所示电路中,ab,端的等效电阻。,解 由图,1-31,易知,化简得,所以,故,ab,端的等效电阻为13,1.5,基尔霍夫定律,1.5.1,一些有关的电路术语,1.,支路和节点,一般地，把,每个二端元件,称为一条,支路,，电路中两条或两条以上支路的,连接点,称为,节点,。,流经任意支路的电流称为,支路电流,，任意支路两端的电压称为,支路电压,。,为方便起见，,在电路分析中，常把几个元件互相串接组成的二端电路称为支路，,3,条或,3,条以上支路的连接点称作节点。,电路图,2.,回路,由几条支路构成的,封闭路径,称为一个,回路,。,3.,网孔,所谓,平面电路,，就是电路图上,无不连接的交叉点,的电路。,在平面电路中，如果回路除了组成其本身的那些支路外，在回路限定面内,不含另外的支路,，这样的回路称为,网孔,。,网孔,是不能够再分割的,最小回路,。,电路图,1,电路图,2,1.5.2,基尔霍夫定律,1.,基尔霍夫电流定律（,KCL,）,对于电路中任意节点，在任意时刻，,流出节点的电流之和,等于,流入节点的电流之和,。,按照电流的参考方向，若规定,流出,节点的电流取“,+,”,号，,流入,节点的电流取“,-,”,号，则基尔霍夫电流定律可以表述为：对于电路中的任意节点，在任意时刻，流出或流入节点的各支路电流的,代数和等于零,。其数学表示式为,节点,节点,节点,节点,对于任意电路，在任意时刻，,流出包围部分电路的任意闭合曲面的各支路电流代数和等于零。,2.,基尔霍夫电压定律（,KVL,）,在,任意时刻,，沿任意回路内的,各支路电压,的,代数和,等于,零,。,首先要,给定各支路电压参考方向,，其次必须,指定回路的绕行方向,，当支路电压的参考方向与回路的绕行方向,一致,时，该电压前取“,+,”,号，,相反,时前面取“,-,”,号。回路的,绕行方向,用带,箭头,的虚线表示。,电路图,在任意时刻，沿回路各支路电压降的和等于电压升的和。,移项得到,1.5.3,基尔霍夫定律的应用步骤,（,1,）,假设,各支路,电流参考方向,，写出,KCL,方程；,（,2,）规定,回路绕行方向,，写出,KVL,方程；,（,3,）,求解,KCL,、,KVL,联立方程组。,用,KCL,对,n-1,个,节点列方程,;,用,KVL,对,b-(n-1),个,独立回路,列方程。,例,1-5,如图,1-39,所示电路由三个电源及电阻组成，求各支路电流。,解,:,对节点,对节点,应用,KVL,写出回路电压方程为,