北京科技大学电工学第1章课件

第一章电路的基本概念和基本定律0第一章电路的基本概念

和基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算1§1.1电路的作用与组成部分电路：电流的通路。它由电工设备或元件按一定方式组合而成。22.实现信号的传递和处理话筒放大器电路作用：信号源负载4激励：电路中的电源或信号源的电压或电流。响应：激励在电路中各部分产生的电压或电流。电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应的关系。5电工技术应用

实例一工业控制电机控制机床控制生产过程自动化控制

......电工技术的应用家用电器电灯、电话广播、电视冰箱、洗衣机家庭影院

......电工技术应用

实例三楼宇控制电工技术应用

实例四电梯系统门禁系统

......汽车电子汽车电子电源发动机控制行驶装置报警与安全装置旅居性仪表娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁….安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊….空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、出租车用仪表….点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制电工技术应用

实例五手电筒的电路模型

电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；

灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；

筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。

开关用来控制电路的通断。

今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。+RoR开关EI电珠+U干电池导线12伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻

电阻R（常用单位：、k、M）13绕线电阻金属膜电阻RJ13MF金属膜固定电阻器CR碳膜固定电阻器水泥电阻14热敏电阻光敏电阻16湿敏、光敏电阻压敏电阻17物理量的实际正方向§1.3电压和电流的参考方向物理量

单位

实际正方向

电流I

A、kA、mA、μA

正电荷移动的方向

电动势E

V、kV、mV、μV电源驱动正电荷移动的方向

(低电位高电位)

电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向

(高电位低电位)(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；20电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。21物理量正方向的表示方法电池灯泡EIRUab+_ab+-IR电流：从高电位指向低电位。u_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头uab电压22RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明正方向。RUIRUI§1.4

欧姆定律24例

I2AU6V+-RI-2AU6V+-RI2AU-6V-+RI-2AU-6V-+RR=U/I=3ΩR=-U/I=3ΩR=U/I=3ΩR=-U/I=3ΩP13例1.4.125例已知：E=2V,R=1Ω试问：当U分别为3V和1V时，IR=?解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：E

IRRURabU+-26(4)为了避免列方程时出错，习惯上把

I

与U

的方向按相同方向假设。(1)方程式R=

U/I

仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”

则是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”

(即在图中标明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少参考方向的物理量是无意义的.提示28

课堂练习

I2=-1A5Ωabc5Ω5ΩI1=2AI3=-3A1.4.2(b):Uab=?Ubc=?Uca=?Uab=10+(-5)=5VUbc=-(-5)-(-15)=20VUca=(-15)-10=-25VP14:

1.4.2（b）

同乘I:UI=EI-I2R0功率平衡式:P=PE-△P电源的外特性曲线U=E-IR0§1.5

电源的有载工作、开路与短路电源的有载工作30电功率aIRUb功率的概念：设电路任意两点间的电压为

U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:功率有无正负？如果UI方向不一致结果如何？31电源与负载的判别IRUabIUab+-负载：U和I的实际方向相同，电流从实际的“+”端流入。电源：U和I的实际方向相反，

电流从实际的“+”端流出。电源与负载的判别U、I参考方向一致

P=UI>0―→实际方向相同

―→负载

P=UI<0―→实际方向相反

―→电源U、I参考方向相反

P=UI>0―→实际方向相反

―→电源

P=UI<0―→实际方向相同

―→负载IUIU例：电路如图所示，试求各电压源,电流源

的功率，并说明其为电源还是负载。解：2A：P=IU=20W

实际方向相同---负载+-+-3A：P=IU=30W

实际方向相反

--电源10V：P=IU=10W

实际方向相同---负载IIR+-EbaUabIR+-EbaUab例：已知：A、若Uab=3V，E=5V，说明E为电源还是负载？

B、若Uab=5V，E=3V，说明E为电源还是负载？解：Uab=E+IRI=（

Uab-E）/R=-1AE的电压和电流实际方向相反

--电源Uab=E-IRI=（

E-Uab

）/R=-1AE的电压和电流实际方向相同--负载A:B:2Ω2Ω

课堂练习

1.5.4：已知：U=220V,I=-1A，试问：各方框元件为负载？还是为电源?负载电源负载电源P20：1.5.4额定值和实际值额定值：是制造厂为方便电气设备或元件能在给定条件下正常运行而规定的正常允许值。它充分地考虑了使用的经济性和可靠性。实际值：使用时的具体数值，它不一定和额定值相等。额定值：UN、IN、PN。常标于铭牌或其它

说明中。例：有一额定值为5W500Ω的绕线电阻，其额定电流是多少？在使用时电压不得超过多大的数值？解：∵PN=I2N

R∴IN=(PN/R)0.5=(5/500)0.5=0.1A

UMax=INR=0.1×500=50V注意：选择电阻时，不但应考虑阻值，还应考虑电流，进而确定功率。P18：例1.5.3例2：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?

解:

通过电灯的电流为在220V电压下工作时的电阻P17：例1.5.239电气设备的三种运行状态:欠载(轻载)：I<IN

，P<PN(不经济)

过载(超载)：

I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=PN

(经济合理安全可靠)

一个月用电:W

=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h40

课堂练习：1：试问可否将110Ｖ、100W和110V、40W

两只白炽灯串联在220V的电源上使用？P29:

1.5.4

41（1-42）

课堂练习：2：试问将40Ω、10W和200Ω、40W的两只电阻串联使用，其两端最高允许电压应多大？（1-43）

课堂练习：P21:

1.5.83：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些，为什么？黄昏时用电量大(即并联于电源的负载多),负载电流大,在线路等效电阻上产生的损耗压降就大,发电机输出电压一定时,用户端实际获得的电压就要降低,因此电灯要暗一些.而深夜时,用电量小,即负载电流小,线路上的损耗压降低,因此用户端的实际电压比黄昏时要高,电灯相对就要亮一些.

课堂练习：4.为使6V、50mA的电珠正常发光，应采用哪个电路？P31题1.5.1344电源开路特征:

I=0

U=U0

=E

P=0开路电压(空载电压):U0

45电源短路特征:

U=0

I=IS=E/R0

PE=△P=I2R0

P=0短路电流:IS

46例：若电源的开路电压Uo=12V，短路电流Is=30A，试问电源的电动势和内阻各为多少？解：

E=Uo=12V

R

=E/Is=Uo/Is

=12/30=0.4Ω注意：此题给出了由电源的开路电压和短路电流计算其电动势和内阻的一种方法。P19：例1.5.4ER

0+-+-UIo47

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括电流(KCL)和电压(KVL)两个定律。名词注释：结点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径§1.6

基尔霍夫定律48支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）结点：a、b、…...(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-49一、基尔霍夫电流定律

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。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。I1I2I3I4基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性。I=0即：例或：50电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R51二、基尔霍夫电压定律

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或电压的代数和为

0。例如：回路a-d-c-a电位升电位降即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-52E+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路例电位升电位降53例：已知：UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V。

试求：UCD=？UCA=？解：由KVL知：UAB+UBC+UCD+UDA=05+(-4)+UCD+(-3)=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=05+(-4)+UCA=0UCA=-1VP24：例1.6.2A_+BCDUAB____+++UCDUDAUCA+54例：已知：如图所示是电路中截取的一部分,R1=10kΩ,RB=20kΩ,EB=6V,US=6V,UBE=-0.3V。

试求：IB、

I2、

I1。解：对右回路用KVL列方程：-I2RB+EB-UBE=0-20I2+6-(-0.3)=0I2=0.315mAR1US+-RB+_A+_UBEBEEBI1IBI2对A用KCL列方程：

I2–I1–IB=0IB=-0.255mA对左回路用KVL列方程：-I2RB+EB+US–I1R1=0-20×0.315

+6+6-10I1=0I1=0.57mA55电位的概念：Va=5V

a

点电位：ab15Aab15AVb=-5V

b

点电位：在电路中任选一结点，设其电位为零（用标记），此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。§1.7

电路中电位的概念及计算56电位的特点：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别。57电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E258R1R2+15V-15V

参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-591.7.2：试问:①零电位参考点在何处？②若将Rp的滑动触点向下滑动，A、B两点的电位会增高还是降低？

课堂练习：P28：题1.7.260例：已知：R1=100kΩ,R2=50kΩ。

试求：电路图中B点的电位

。解：∵B点开路∴UAC=VA-VC

=I(R2+

R1)I=(VA-VC)/(R2+

R1)=0.1mAVB=VA-IR2

=

1VP27：例1.7.1+6VACIBR1R2-9V+_ABCR1R29V+_6V61例：试求开关S闭合和断开时A点的电位

。解：开关S闭合：∵A点开路∴UA=IR=0VP28：1.7.3开关S打开：∵A点开路∴UA=I(R+R)+6V=6VARR+6VSI62例：已知：E1=6V,E2=4V,R1=4Ω,R2=R3=2Ω。

试求：电路图中A点的电位

。解：∵A点开路∴I3=0I1=I2=E1/(R1+

R2)=6/(4+2)=1AUA=I2R2-E2+

I3R3=2×1–4+0=-2VP27：例1.7.2+_ABR1I1+_I2I3E1E2R3R263试求：I1、I2

、I3

。1++--3V4V11+-5VI1I2I3讨论题64例：计算图中A点的电位VA。A+12V241236-24VII解：设由A点经由36电阻流向-24V的电流为I，则故：P28：题1.7.465例：试求电路中A点和B点的