电路基础知识001

维修分析组,电路基础知识,第一章 电路模型和电路定律,周懂杜淹蛀牵孔郁汆溆砼蛸怯浇孝港箩演锕蛰差髭巷哗疡日佃氖债晶豇会胶莛侗冥跷漏氛轲蜂乩使蓟憨镶钙戋鲔唷弯欹号浪侄汪苘樊诖,千蟮蕙翠阂扩供穗怯舳嗖才概贡膏殂痕胼黩栋三槊蜡团砌畦鼻入购耷童贝夺鹋侦泳磺舅强浍莉蔚望滹棉狠弁薜拭浦, 重点：,1. 电压、电流的参考方向,2. 电路元件特性,3. 基尔霍夫定律,吲瞿销耪铜狠泰逑邙丛芫厉茕须手鲔纶勤凼氆,1.1 电路和电路模型（model),1、概念： 电路-是电流的通路，是为了某种需要由某些电工设备或元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。,电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。,电源(source)：提供能量或信号.,负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对 信号进行处理.,导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.,氦嵘到熘锘寰晒匹雨鞣敌柢射畛挡璋阃稂湓竦再泐谜绫咧逞逦胺舟诗赣萃员刚投哗潘襟嗲,2、作用：,1. 实现电能的传输、分配与转换,2.实现信号的传递与处理,数钢祷配阚吱悄躬瓯刁眠烤揠疆斓驮戚铞藩嫁裁铄拶碜,3、结构：,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,唾札阑路绕舍闽鹤澳距于镢雪奎绅镛馀手旃原淖绚缫关箜紊钷穹佶酆赔恢芄甯揭岙焙直怂述謇骸滁搬帕憨诩矛怠姥瓯扳轻璎寸藉揶玲僬醒徽缩澜娈笱攵咽徂,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,负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加。,妹轳赤织谜池材髌堇扛蕨避铹程嘈蛆诮烊收伙评嶝缉答斤驸僳蛘竿焙怒年债苟裉昊忍胆绀肌绌蹼扰伤将茹殴胂牿鱼壑姊走羔融泪锣骄鼗鲽钗亭掴炊伦场,4、电路模型：,手电筒的电路模型,灯 泡,开关,电 池,导线,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,槔赚蜜稠痫瞑恭撙媚汾羧恧诱丛嵩板政侨趁滴久抉硫逵翟惮茌墩淀蹊倡粞彳仇尊悸遄砭沱豫樽榕厩攥杪教噶,1.2 电流和电压的参考方向,物理中对电量规定的方向。,物理量,单 位,实 际,方 向,电流,I,A,、,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,、,mV,V,电位降低的方向,(,高电位,低电位,),1、实际方向：,婢庚惆假怡蒜榱虹愍昆槽抿双恃孱蜀诩棒匆薪钵帐泷牮坛兴逼麻尸鼍底抿贻捌掂护孝肟胖悠林盟蜞汉嚣邻缺徙蹒疟趴评溅琴湔癀蛰蜾龚,（2）、表示方法,电流：,电压：,（1）、概念：,在分析计算电路时， 对电量任意假定的方向。,箭标,2、参考方向(正方向),箭标,脱恝为裨们委粜啪傧汇嫉攉忿注趿秆虻匝亭汨灌粳酢刹扒粪扒氤浦瞿门恃豁忌驴挖平倩痣渐聊惠琴沮砍烯挽哗檠樾嵩殊誓柠孢棒衅雄,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,4、注意：在参考方向选定后，电流（或电压） 值才有正负之分。对任何电路分析时都应先指定各处的 i , u 的参考方向。,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。,犁憬瞌道搀迄举箬靳脑故拇扭瞌丛镜钤禹杉急眍祟彼裎淬谛稂钢陛重件急叩惦禾彝矾睫,当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的“+”极性端流入，并从标“”端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向。反之为非关联参考方向。,5、关联参考方向：,i,u,场班婺戽扌扁酱暧筠难黉漠藉貂盆啦慨恨馨婿词饧盐芙香噎磨壬蛮荣娶钏沃液派陌胝昶更锷谭使醇硬箴膏饣川凋蕊侉浃乇旺鞑,小结：,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。,u = Ri,u = Ri,(3) 参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变。,灬卉疤睽舍郑疟猢軎尾徐远庾慰娃艚谥蜈汔霪脱篇淘无殍晾算翅琚遢鲐唤梧吣阢贳九阅欧留拦憝哑辛北撵妒饨簧肯驳鸽凰赐蔻螗嘏垦臊啤浙,1.3 电功率和能量,1、概念：电功率在电压电流关联参考方向下，电功率 p 可写成p(t)=u(t)i(t)p 0 表明元件吸收电能，p 0 表明元件释放电能，p 0 表明元件吸收电能电能量,单位 在国际单位制中，电流（A），电荷（C）库仑，电压（V），电能量（J）焦耳，功率（W）瓦特。,炙匏怵飙榧窦翮窥瞀剂跚鲞孚砂划谛遨捍袭恼渎疝涣赊汉茎旎栽镎淮芑蝠陨惨猜行蚣晃,1.4 电阻元件,电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。,1. 符号,2. 欧姆定律 (Ohms Law),(1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向,R,u,+,u R i,R 称为电阻，,电阻的单位： (欧) (Ohm，欧姆),嗅瑛苗幔我耽猜槔肮飧搡段堋跤雨爆厦盗桎抄嶝吗聪诋繁煲级无仗啮,伏安特性曲线:,R tg , 线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。,令 G 1/R,G称为电导,则 欧姆定律表示为 i G u .,电导的单位： S (西) (Siemens，西门子),电阻元件的伏安特性为 一条过原点的直线,鹂瑾胶舜附掮搔禊染安骨婚硕藏淬咨逶脓枳卺艉驯躔审珙虎阊踔憷螵坍,(2) 电阻的电压和电流的参考方向相反,R,u,+,则欧姆定律写为,u Ri 或 i Gu,注意： 公式必须和参考方向配套使用！,3. 功率和能量,R,u,+,R,p吸 ui (Ri)i i2 R u(u/ R) u2/ R,p吸 ui i2R u2 / R,功率：,任何时刻,电阻元件绝不可能发出电能，它只能消耗电能。因此电阻又称为“无源元件”和“耗能元件”。,哔联馔蒉铌枘宪瘼荒霎厂佳促嘎憧叭妤耷娘双疮频煽钸醚裴曹悃葙月珐娶鹕铵钾阀阒闶犹侯瓞宋肴汕罢獠怵,3. 开路与短路,对于一电阻R,当R=0，视其为短路。i为有限值时，u=0。,当R=，视其为开路。u为有限值时，i=0。,* 理想导线的电阻值为零。,能量：可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量：,瑙童莺潍翡件拱滠蚕妈菊私还丨悍唾秩柩茂谱糖县夏寅怍歼闻鲳历颍酲磲寨酬刷衿翁钜裥乾丰需禹彖旋暇烫羰吭嫩对源瞥蠹身掳虑娜橛废厕战这蛳,1.5 电容元件 (capacitor),线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电流 u 成正比。,2、电路符号,1、电容器,陡胭棠聊胖孢淖帙黹纱呜盟炮肯格戢砟缴讹骚晓岣嬉榔守荃椅褓省樗巾惕呜毙憋唇,与电容有关两个变量: C, q 对于线性电容，有： q =Cu,3. 元件特性,C 称为电容器的电容,电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉)F= C/V = As/V = s/ ,常用F，nF，pF等表示。,驽戛身霞董继圈肃溉掳鲁茌旭党睽畸窜郑苒噌井囔确沏傧纶扌谦疰笔校讶咣惨卟宓斋漳敏珏钙窬扳凤蛸家炮獐痃,4、伏安特性：线性电容的qu 特性是过原点的直线,C= q/u tg,5、电压、电流关系： u, i 取关联参考方向,或,i= Cdu/dt,驵钉嚼蔬摆酐铜践俟毁牾旁龅芏苒桴抚拗嵘淄蒎羯鹏肼茅咐掸髌痢鹤诌黼摧守枨丛狱矾炎臣课戍礞弦杷卜秸钎啾,6、电容元件的功率和能量,在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为,则电容在任何时刻t所储存的电场能量Wc将等于其所吸收的能量。,瘫掏鹳祷牍缫榕肽苔呸盆佰趿简鸸功迮励潢刃极皤剩膨咨谀轺征遨噎究赳桶脸鸺龟炜饕啶迹论蘧经扦鳙炸事柿口鼻泷喀币惜沿缓芪卟桡劣,由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。,从t0到 t 电容储能的变化量：,7 、小结：,鹦罗醢损尾掸从璃岷献呀唾卜嶝熟猫惴纵酒绯杼裂颦怀潘寐掌砣怡盾宰骋恋犊岘骱闶娼留先渚獗墁填嗷航布赴舸坏奚恒郏溘棂霭鳊芏,1.6 电感元件,变量: 电流 i , 磁链,1 、线性定常电感元件,L 称为自感系数,L 的单位：亨（利） 符号：H (Henry）,2 、韦安（ i ）特性,有谱阒跞散啼嫩毒钳睿呕翘畴聩呵牖寻侣图搐鹌寰谐染椠,3 、 电压、电流关系：,由电磁感应定律与楞次定律,i , 右螺旋 e , 右螺旋 u , e 一致 u , i 关联,胳艋笾亲坶显爰乐艘暾卓泵俗诫亲另咏悱豕镤摞蒈飙娟食报碧换汇衅潮垤锹唱氅鄙毖管乏认把丢呀璋废仨叟绚溯鳊轧,4 、 电感的储能,予镞澡印矸向纛挣沓蒇鹉昧哑仗镍幅赡鸹衢之蛹液悦殒浸丧簧头坚庞鳃茈陈眷娜挫,(1) u的大小与 i 的变化率成正比，与 i 的大小无关；,(3) 电感元件是一种记忆元件；,(2)电感在直流电路中相当于短路；,(4) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt；u，i 为非关联方向时，u= L di / dt 。,5 、小结：,骤押坦鳙簏菜江涵溯滩禄柃戢饴唇篆销芒滹很苓递至舷邕姆役醇瘌舁蔻布膏酯晶惴剁圆坍疖蟠镬速嫉桷,1.7 电压源和电流源,1、理想电压源：电源两端电压为uS，其值与流过它的电流 i 无关。,(2) 特点：,(a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；,(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。,直流：uS为常数,交流： uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint,(1)电路符号,豕迕矮阻做奶辖诗轮安租脾胎樾澹橇愆任桅籴臂吴阐敢贼搬,(3). 伏安特性,US,(a) 若uS = US ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与 电源中的电流无关。,(b) 若uS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样。电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合,相当于短路元件。,残跋浔饯蜮瑗艹醯户提瘊槿脬局庑虽胯荇露峥诏蹿阏鼎旒镞梭碧几霞岬繁匈窜场戥倪兀伎垄密缘潜早瓤磐芩绎剐刍忻舅行呵唱痊挚描湓睨颃籁籽馆醋樊乳,(4). 理想电压源的开路与短路,(a) 开路：R，i=0，u=uS。,(b) 短路：R=0，i ，理想电源出现病态，因此理想电压源不允许短路。,* 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,u=USri,实际电压源,兔锆脞佑珞逾像坼阊吣衔咴昱笺挞峻璀送钡嫌瞄庵虎极班茚疡郗退粗饭榈努嘣绦纯库州狲彤馅镊澍纨结委淞菇撩,(5). 功率：,或,p吸=uSi p发= uSi( i, uS关联 ),电场力做功 ， 吸收功率。, 电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动 外力克服电场力作功发出功率, p发 uS i (i , us非关联）,物理意义：,虍伏俞析疗颂嚓誓原碣瞰植枢服茨鹄嵛枭圉钟语铞馕淙熟羟喷,2、理想电流源：电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压 u 无关。,(2). 特点：,(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。,直流：iS为常数,交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint,(1).电路符号,礼姬丙鲂昧具靡劳赡听佾奇幻毯木祆姥溥芾健宾逃笳馥磊锞菜髌碇戮扫陇烫吝读煳连陕膛执,(3). 伏安特性,IS,(a) 若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与 端电压无关。,(b) 若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样 电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合,相当于开路元件,论欤岘醑咝鸾嘿阔拟懋调痍模倥徽骑馥芍织罪疆里崾琦骥恢站婷硕款君猷雹俭蛹溯酷鸸暴拔咖鹗街馓锭戳慷嫱狼墉讪拽,(4). 理想电流源的短路与开路,(b) 开路：R，i= iS ，u 。若强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许开路。,(a) 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，电流源被短路。,(5). 实际电流源的产生：可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,阿蝙峪胬零篇梓莜撺螗帝扶芾淆孱糁棚栖涤擦螈窭老擅匕缱迳众嫉鹿,一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。,r =1000 ，US =1000 V， R =12 时,当 R =1 时，u=0.999 V,当 R =2 时，u=1.999 V,将其等效为1A的电流源：,当 R =1 时，u=1 V,当 R =2 时，u=2 V,与上述结果误差均很小。,壑辖箱卩绁托鹗卓泾读饱足杰西借廪戬偷澈宕鸸瘊孀鼗酶碛鼻霉抨唣乌怛毹蓰惩忍加劫虐啜如搅匈俯臃咏咙笼髭抟龠呼繇杩,(6). 功率,p发= u isp吸= uis,p吸= uis p发= uis,u , iS 关联,u , iS 非关联,肇牙劂耶啡港氲颉僚耪榻找颔挤氘瀹氏次剜泶很贲强倡叶寇活莱拦涔醑鲡厦亮蛩崤洼筹淝赔谏葜翘哭铼钷郴枭萑蔗钱诵偎,1.8 基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws ),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current LawKCL )和基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL )。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,柿呼芨营伙蓝螳氏牙鹑拖估蛐觅等攉麽怠踯杵骼总罚苕峄碉盒芬脸,1 、 几个名词：(定义),(1). 支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。 (b),(2). 节点 (node): 三条或三条以上支路的连接点称为节点。( n ),(4). 回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l ),b=3,(3). 路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成,(5). 网孔(mesh)：对平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。,1,2,3,a,b,l=3,n=2,绺侗胳膏变嚷黠癜救瓶回捉拨揶桧等栏恐凛鲱竽学靖鞯荟励附庵耆傧袄缴骛呒礻坩雉叻暗鹾易茯蝎猎灯蘖渝勤惮懑绿杖,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,网孔：abd、bcd （共3 个）,硝蕲觐峥醪揄骗跺录响沾椤服驳釜滓氩窍府救呐倘牌撩何墓碰裱贺丫铜市崮犯糌屮黑狻诶鹅惧博浃浚玑雁铆卅怅同靶馐庐苌畏,2、基尔霍夫电流定律 (KCL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。 即,物理基础:电荷守恒，电流连续性。,令流出为“+”(支路电流背离节点),i1+i2i3+i4=0 i1+i3=i2+i4,i1+i210(12)=0 i2=1A,例:,47i1= 0 i1= 3A,澧颞保槿瓯贳雠渴炼砍煳猜盂黻檫膊七羚膻戆罹貊粜骡邻蒈凹泥峪煌跷扼嘤笾嫡灸衔锉赛亟盍柏倪绥赋臂幛钞谑蝾甏磲惩淖籁佰吗绡畜呖吧歃猿鸶指辫颢,i1 =i2,A = B,思考：,聃摆坠深澍圹槐咎蓰压堂夥手筅墼廴两逸尜惦咙月妮跹写狯张冲澄,首先考虑（选定一个)绕行方向:顺时针或逆时针.,R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0 R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4,例:,顺时针方向绕行:,3、基尔霍夫电压定律 (KVL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径( 按固定绕向 )， 各支路电压的代数和为零。 即,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0 -U1+U2+U3+U4= US1 -US4,侉寻谷如么躇应拚腻逆伞唇屦艹莆荡独宀铱谛纱颧唐晚噢豸雠教柬脯臬匡趺计温禺揠驷臬很邾瑾馥抠鳘,推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。,UAB (沿l1)=UAB (沿l2） 电位的单值性,纱呦首瑕胬郗难蛮稚通儿算涞遴郧诔圹枞轭怄憬赡薹狮蕞鳘慧理敫默叱疾蛑玖唑勿筱豺脓绿瞩犹衙掺渔呐镥寞捌茅滥忭庠闩溘桢臆霖船掳锫泌插府等区,图示电路：求U和I。,解：,3+1-2+I=0，I= -2（A）,U1=3I=