电路的基本理论.ppt

返回 后一页 电工与电子技术 电气与信息工程学院 辛元芳 参考教材：秦曾煌电工技术 电子技术 电工电子技术： 电工技术 电子技术 模拟电子技术 数字电子技术 第1章 电路的基本理论 1.1 1.1 电路的作用与基本组成电路的作用与基本组成 1.2 1.2 电路模型电路模型 1.3 1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 后一页 1.4 1.4 欧姆定律欧姆定律 1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路 1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算 返回 前一页 1.1 电路的作用与基本组成 1.1. 实现电能的传输与转换实现电能的传输与转换 电池 灯泡 2.实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理 后一页前一页 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 一、电路的作用 返回 电路：电流的通路。 3.测量电量 4.存贮信息 二、电路的组成部分 前一页 后一页 电池 灯泡 电源: 提供 电能的装置 负载: 取用 电能的装置 中间环节：传递、分 配和控制电能的作用 返回 前一页 后一页 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 直流电源直流电源 直流电源: 提供能源 信号处理： 放大、检波等 负载 信号源: 提供信息 二、电路的组成部分 负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加。 返回 激励 响应 1.2 电路模型 R + Ro E - 手电筒的电路模型 灯 泡 开关 电 池 导线 S 为了便于用数学方法分析电路,将实际电路元 件理想化，突出其主要电磁性质，忽略次要因 素，从而构成与实际电路相对应的电路模型。 前一页 后一页 返回 理想电路元件： 有源元件： 无源元件： 电压源、电流源 R、L、C 1.3 电压和电流的参考方向 物理中对电量规定的方向。 物理量单 位实 际 方 向 电流 I A、mA、 A 正电荷运动的方向 电动势 E V、kV、mV、 V 电位升高的方向 (低电位 高电位) 电压 U 、V、kV、mV V 电位降低的方向 ( 高电位 低电位) 一、实际方向： 前一页 后一页 返回 2、参考方向的表示方法 a b I R 电流： Uab 双下标 电压： + 正负号 ab U I 1、参考方向 + _ U + E a R b 在分析计算电路时， 对电量任意假定的方向。 箭标 Iab 双下标 二、参考方向(正方向) 前一页 后一页 返回 实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负。 3、实际方向与参考方向的关系 注意： 在参考方向选定后，电流（或电压） 值 才有正负之分。 a b I R 例： 若 I = 5A ，则实际方向与参考方向一致， 若 I =5A ，则实际方向与参考方向相反。 前一页 后一页 返回 u当电压的参考方向指定后，若电流从电压参 考方向的“+”端流入，并从“-”端流出，则电 压与电流参考方向一致，相关联；否则为非 关联参考方向。 关联参考方向 注意：分析计算电路时一般先标出电 压或电流的参考方向，参考方向一旦 选定，不能中途更改。 1.4 欧姆定律 U、I 参考方向一致时，U = I R U、I参考方向相反时， U =IR I RU + + IR U 线性电阻的伏安特性 I U o 前一页 后一页 返回 Ro R E U I 开关闭合 负载电流 电源产生 的功率 电源内部 消耗的功率 负载端电压 U = IR 特征: 负载功率 ( 电源输出功率 ) 1.5 电源有载工作、开路与短路 一、电源有载工作 电源外特性 I U E 前一页 后一页 返回 元件性质（电源、负载）的判别： 若U、I参考方向关联 P = UI 0，负载； P = UI 0，电源。 1. 参考方向 2. 实际方向 若I实际方向从U的正端“+”流出，为电源。 （发出功率） 若I实际方向从U的负端“+”端流入，为负载。 （吸收功率） 前一页 后一页 返回 例例1 1： 已知：方框代表电源或负载，已知：方框代表电源或负载，U U = 220V = 220V，I I = -1A = -1A 试问试问试问试问 ：哪些方框是：哪些方框是电电电电源，哪些是源，哪些是负载负载负载负载 ？ U I + + - - (a(a ) ) U I + + - - (b(b ) ) U I - - + + (c(c ) ) U I - - + + (d(d ) ) 解：解： (a) (a) 电流从电流从“ “+”+”流出，故为电源；流出，故为电源； (b) (b) 电流从电流从“ “+”+”流入，故为负载；流入，故为负载； (c) (c) 电流从电流从“ “+”+”流入，故为负载流入，故为负载 ； (d) (d) 电流从电流从“ “+”+”流出，故为电源。流出，故为电源。 例例2 2： 已知：已知：U U 1 1 = 9V = 9V，I I = -1A = -1A，R R = 3 = 3 求：元件求：元件1 1、2 2分分别别别别是是电电电电源源还还还还是是负载负载负载负载 ，并，并验证验证验证验证 电电电电路功率是否平衡？路功率是否平衡？ 解：解： I I 1 1 R R U U1 1 U U2 22 2 因为因为U U 2 2 = - = -RIRI + + U U 1 1 = 12V = 12V 所以电流从元件所以电流从元件1 1的的“ “+”+”流流 入，从元件入，从元件2 2的的“ “+”+”流出，流出， 故故元件元件1 1为为负载负载，元件元件2 2为为电源电源。 电源产生功率：电源产生功率： P P 2 2 = =U U 2 2 I I= 12W= 12W 负载取用功率：负载取用功率： P P 1 1 + + P P R R = =U U 1 1 I I+ +R R I I 2 2 = 9+3 = 12W = 9+3 = 12W 因为P2 = P1 + PR，所以电路的功率平衡。 额定值与实际值 额定值: 电器设备的安全使用值 电器设备的三种运行状态 欠载（轻载）：（不经济） 过载（超载）：（设备易损坏） 额定工作状态： （经济合理 安全可靠） 1. 额定值是电气设备额定的工作条件。 2. 额定值是电气设备的工作能力。 如：灯泡： 电阻： 注意: 前一页 后一页 返回 特征: 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 Ro R E U I 开关断开 二、电源开路 前一页 后一页 返回 特征: 电源端电压 负载功率 电源功率 短路电流 Ro R E U I 三、电源短路 前一页 后一页 返回 例1：有一220V,60W电灯接在220V电源上， 求I=? 及电灯在220V工作时的R=？ 若每晚 用3h（小时），求每月耗电多少？ 例2：若电源开路电压UO=12V,短路电流 IS=30A，求电源电动势US及其内阻RS. 例3：已知IS=2A 、 US=10V，求： 1）PIS 、PUS 电源或负载？ 2) 若PIS=0 , a、b间应放入何元件？功率？ 其为电源或负载？ 3) 若PUS=0 , c、b间应放入何元件？功率？ 其为电源或负载？ 电流源IS电流恒定，其端电压由外电路决定； 电压源US端电压恒定，其电流由外电路决定 。 1. 6 基尔霍夫定律 支路：电路中的每一个分支。 结点：三条或三条以上支路的联接点。 回路：由支路组成的闭合回路。 网孔：内部不含支路的回路。 b a E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 d c 前一页 后一页 返回 （一支电流） 例： 支路：ab、bc、ca （共6条） 回路：abd、abcd （共7 个） 结点：a、 b、c、d (共4个） b I6 E5 E6_ + R6 R3 + R5 R4 R1 R2 a c d I1 I2 I4 I3 I5 - 网孔：abd、bcd （共3 个） 前一页 后一页 返回 一、基尔霍夫电流定律（KCL定律） u1定律 u 即： 入= 出 或: = 0 I1 I2 I3 I4 例: 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于 流出该结点的电流。 实质：电流连续性体现。 或： 跳转 前一页 后一页 返回 广义结点 电流定律可以扩展到电路的任意封闭面。 I =? 2推广 I = 0 _ R E2E3E1 + _ R R1 R + _ + I 例例: : 前一页 后一页 返回 在任一瞬间，回路中沿任意回路循行 方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。 二、基尔霍夫电压定律（KVL定律) a E2 R2 b R3 R1 E1 I1 I3 I2 d c 1定律 即 U = 0 或： E = I R 跳转 前一页 后一页 返回 1列方程前标注回路循行方向 E2 =UBE + I2R2 UBE = E2 I2R2 E1 + B + - R1 + - E2 R2 E UBE I2 _ 2正负号选择： 按照回路循行方向，若取电压升为正，则电 压降为负；反之亦然。 3. 开口电压可按回路处理 注意： 前一页 后一页 返回 例： I3 E4 E3_ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 - 回路1： I1R1+I2R2+I3R3=E3 回路2： I4R4+I1R1-I6R6=E4 回路3： I2R2+I5R5+I6R6=0 前一页 后一页 返回 1.7 电路中电位的概念及计算 电位：某点到参考点的电压。 注意：电位为单下标，记为：“VX” 。 一、电位的概念 计算步骤: 1.任选参考点，设其电位为零 。 2.标出各电流参考方向并计算。 3.以零电位参考点为准，逐点计算各点电位。 前一页 后一页 返回 二、举例 求图示电路中 各点的电位Va、 Vb、Vc、Vd。 解：设 Va = 0 V Vb =106 =60 V Vc = 420 = 80 V Vd = 65 = 30 V 设 Vb= 0 V ca 20 4A 6 10A E2 90V E1 d b 5 6A 140V Va = 106 = 60 V Vc = E1 = 140 V Vd = E2 = 90 V 前一页 后一页 返回 结论： 2.电位值是相对的，参考点不同，同一点 的电位值也不同，但任意两点间的电压时 固定的； 1.参考点选定后，某一点的电位就有了确 定的值，且与所选路径无关。 前一页 后一页 返回 3.参考点一旦确定后，在研究同一个电 路 问题时不可随意更改。 -9V R1 = 100k +6V R2 = 50k A C B 例例1 1：求求B B点的电位。点的电位。 解法解法1 1： C BR1 6V 9V R2 I A 将原电路改为下图：将原电路改为下图： -9V R1 = 100k +6V R2 = 50k A C B 例例1 1：求求B B点的电位。点的电位。 解法解法2 2： I I 解法解法3 3： R R 1 1 、R R 2 2 的电流相等，有：的电流相等，有： 例2：图示电路，计算开关S断开和闭合时A点 的电位VA 解:（1）当开关S断开时 （2）当开关闭合时 2K +6V A 2K S I2 I1 （a） +6V I1 2K A 2K I2 电流在闭合 路径中流通 电流I2 = 0， 电位VA = 0V 。 电流I1 = I2 = 0， 电位VA = 6V 。 前一页 后一页 返回 例例3 3： 电路如下图所示，电路如下图所示，(1) (1) 零电位参考点在哪里？零电位参考点在哪里？ 画电路图表示出来。画电路图表示出来。(2) (2) 当电位器当电位器R R P P 的滑动触点向的滑动触点向 下滑动时，下滑动时，A A、B B两点的电位增高了还是降低了？两点的电位增高了还是降低了？ A +12V 12V B RP R1 R2 12V 12V B A RP R2 R1 I 解：（解：（1 1）电路如左图，）电路如左图， 零电位参考点为零电位参考点为+12V+12V电电 源的源的“ “ ” ”端与端与12V12V电源的电源的 “ “+ +” ”端的联接处。端的联接处。 当电位器当电位器R R P P 的滑动触点