电路基础知识

第一章 电路基础知识,内容提要,电路的基本物理量 电流 电压 功率 电路状态 开路 短路 负载 电路约束关系 元件的伏安关系 基尔霍夫定律,电路基础知识,电路的一些基本概念 电路基本物理量 电路基本元件及伏安关系 电路状态 基尔霍夫定律,基本概念,电路 由电子器件或部件按一定的方式连接起来的电流的通路 电路的作用 实现电能的传输和转换，或说是实现信号的传递和处理 电路的组成 电源 中间环节 负载,基本概念（续）,电路分析 在已知电路结构及参数的条件下，求解电路中待求物理量的过程。电路设计 在设定输入信号或功率（能量）的条件下，欲输出产生给定的信号或功率（能量），而求解电路应有的结构及参数的过程。,电路图,电阻,电流源,电压源,支路,结点,回路,参考点,电路基础知识,电路的一些基本概念 电路基本物理量 电路基本元件及伏安关系 电路状态 基尔霍夫定律,电流,电荷的定向运动形成电流，具有大小和方向。 用字母i或I来表示 I表示直流电流 大小电流的单位：安培（A） 毫安（mA），微安（A） 方向参考方向和真实方向 规定正电荷的运动方向为电流方向,参考方向和真实方向,a,b,i = +12mA,参考方向,a,b,i = -12mA,真实方向,i,i,电流方向涉及的概念：参考方向真实方向计算值的正负,电压,具有大小和方向，与电路中的两个节点有关。 用字母u和U（直流）表示 电压单位：伏特 V，kV，mV 电压方向（极性） 参考极性和真实极性,电压极性,b,u = +12V,参考极性,u,a,+,+,b,u = -12V,u,a,-,+,+,真实极性,电压极性涉及的概念：参考极性真实极性计算值的正负,电位,零电位点 任意选定电路中某一点作为电压参考点，用字母O表示 电位 电路中的某一点到参考点之间的电压称为电位 数字电路中只有高、低两种电位,直流与交流,直流电流：电流的大小和方向不随时间变化，用大写字母I表示。 交流电流：电流的大小和方向都随时间变化，用小写字母i表示。,直流电流,交流电流,0,0,t,I,i,i,i,i,t,关联参考方向,电压的参考极性与电流的参考方向一致时，称为关联参考方向例题1.1,功率,元件的功率：流过元件的电流和元件两端电压的乘积，计算公式为 P = UI 功率单位：瓦特（W） 负载和电源 关联参考方向，P0，吸收功率，负载；P0，提供功率，电源 非关联参考方向则相反示例1.2,电路基础知识,电路的一些基本概念 电路基本物理量 电路基本元件及伏安关系 电路状态 基尔霍夫定律,电阻,物体对电流的阻碍作用叫该物体的电阻 最基本的二端元件，用R表示 电阻的单位：欧姆（） 电阻的倒数电导 用G表示 G=1/R 单位：西门子（S）,电阻的伏安关系,b,U = RI U = -RI,U,a,+,I,R,关联 非关联,PUI=(RI)IRI2I2/G PUI=U(U/R)U2/RU2G,欧姆定律,U,I,0,电阻吸收功率,电容,电容元件所带的电荷量与其两端电压的比值叫该元件的电容 通常用C表示，单位为法拉（F） C=q/u 电容的伏安关系,u,+,i,C,电容的特点,电容上的电压一般不能突变在直流电路中，u恒定，电容的电流i0，所以在直流电路中电容相当于开路，具有隔直作用,电感,电流发生变化时，电感元件对这种变化的阻碍作用叫做电感 用L表示，单位为亨利（H） 电感的伏安关系,u,+,i,L,电感的特点,电感上的电流一般不能突变在直流电路中，i恒定，电感的电压u0，所以电感先当于短路,电压源,如干电池、发电机、信号源等等 含有电动势E和内阻RS RS=0，端电压U0=E RS0，U随电流I的增大而下降 理想电压源模型,US0，短路 零值电压源,U=E,U,I,0,I=E/RS,电压源输出特性,电流源,电流源电流IS，内阻RS 电流源的输出特性 理想电流源模型,IS0，开路 零值电流源,U,I,0,IS,ISRS,恒 流 源,受控源,电流或电压受到电路中其他支路的电流或电压控制的电源，称为受控源受控源分4类 电压控制电压源（VCVS） 电压控制电流源（VCCS） 电流控制电压源（CCVS） 电流控制电流源（CCCS）,电路基础知识,电路的一些基本概念 电路基本物理量 电路基本元件及伏安关系 电路状态 基尔霍夫定律,开路状态,电源与负载不连接，电源处于无负载状态，也称空载状态 外电路电阻认为无穷大，电路中电流为0 开路状态的特性 U0=E I=0 PE=0,短路状态,电源两端直接相连，称为短路状态 外电路电阻为0，短路电流IS很大 短路状态的特性 U=0 IS=E/RS PS=IS2RS=E2/RS,有载状态,电源与负载连通形成回路，称为有载状态 有载状态下各物理量关系,电流 I = E/(RS+RL) 负载电压 UL = IRL=E-IRS 电源输出功率 PE = IE 负载吸收功率 PL = I2RL 电源消耗功率 PS = I2RS 功率平衡 PE = PS+PL,电路基础知识,电路的一些基本概念 电路基本物理量 电路基本元件及伏安关系 电路状态 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律,说明电路中流入和流出结点的电流间以及沿回路的各段电压间的约束关系的定律 只与电路结构有关 1845年，德国物理学家 G.R.基尔霍夫提出 基尔霍夫电流定律 KCL 基尔霍夫电压定律 KVL,基本概念,支路 电路中流过同一电流的分支 结点 支路的连接点，也叫节点 电路中3条或以上的支路相连形成一个结点 回路 由一条或多条支路所组成的任何一个闭合电路,KCL,又称基尔霍夫第一定律，描述电路中连接在同一个结点上的各条支路电流之间的关系内容表述： 在电路中的任一结点，在任一时刻，流进结点的电流之和等于从该结点流出的电流之和,i0,列写KCL方程,方法一 在与结点相连接的支路上先表明支路电流方向。习惯设流入结点的电流为正，流出结点的电流为负。如图，a点的KCL方程为i1+i2+i3-i4-i5 = 0 方法二 流入结点的电流流出结点的电流。如a点KCL方程为i1+i2+i3 = i4+i5,KCL符号,应用KCL解题涉及了两套正负符号： 1列写KCL方程时由各支路电流的参考方向决定的正、负号； 2代入数值时各支路电流本身的正、负值。,KVL,基尔霍夫第二定律，描述回路中各条支路上电压之间的关系。内容描述： 在任一瞬间，沿任一回路设定方向（顺时针或逆时针），回路中所有支路电压降的和为零。,u0,KVL的使用,选择方向 首先在选定的回路中设定一个绕行的方向，以此方向作为回路中各支路电流的参考方向，也是电压参考方向 确定支路电压正负 再沿回路绕行一周，支路上电压与参考方向一致的取正值，否则为负,KVL示例,假设选定顺时针方向，列写KVL方程为：,KVL解题同样涉及了两套正负符号,本章小结,电路的基本物理量