电路的基本概念与基本定律.pptVIP

第 1 章 电路的基本概念 与基本定律 第1节节 电路及电路模型 电路即电流的通路。 电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的，但主要 分为两类： 一类是实现电能的传输和转换的电路，比如夜景照 明电路；另一类是实现信号的传递和处理的电路，比如手机。 *激励和响应 无论实现电能的传输和转换的电路，还是实现信号 的传递和处理的电路，其中电源或信号源的电压和电流 称为激励，推动电路工作；激励在电路各部分所产生的 电压和电流则称为响应。所谓电路分析即分析激励与响 应之间的关系。 电路分析首先要建立电路模型。 I U E + - R0 RL 电路模型 1 电流 电路中的电流是电荷作有规则的定向运动所形成的。电流的通 用定义式为: 直流电流为恒定不变的电流，直流电流可定义为： 电流的方向通常规定为正电荷的移动方向（在金属导体中，实 际移动的电荷为负电荷，即自由电子，所以电流的方向和自由电子 的移动方向是相反的）。 第2节节 电路的基本物理量 电流的方向可用箭头表示；也可用双下标表示。 ab Iab 用双下标表示时，必然有：Iab = -Iba 在分析一个具体电路时，一般难以事先判断出电流的实际方向 ，为此规定一个假设方向，即参考方向。当计算出的电流为正时， 表明实际方向和参考方向一致；否则相反。 2 电压 电路中的电压一定要指两点之间的电压。电路中任意两点之间 的电压在数值上等于单位正电荷从高电位点移到低电位点时，电场 力所作的功。电压的通用定义式为: 电压的方向通常规定为高电位点指向低电位点。 直流电压为恒定不变的电压，直流电压可定义为： 在分析一个具体电路时，一般难以事先判断出电压的实际方向 ，为此规定一个假设方向，即参考方向。当计算出的电压为正时， 表明实际方向和参考方向一致；否则相反。 电压的方向可用（+）、（-）极性表示；也可用箭头表示；还 可用双下标表示。 用双下标表示时，必然有： Uab = -Uba + ab Uab - VaVb 特别指出：电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位 差：即Uab = Va - Vb 若Vb = 0，则Uab = Va - Vb = Va，所以电压有时也用电位表示。 注意：如果电路元件是负载，那么其电压、电 流的实际方向是关联的；如果电路元件是电源，那 么其电压电流实际方向是不关联的。 ab Iab Uab 电压电流的关联参考方向 为分析方便，常将电路中同一元件的电压、电 流参考方向规定一致，称为关联参考方向。这样， 同一元件上只要规定了电压参考方向，则电流参考 方向也随之确定；同一元件上只要规定了电流参考 方向，则电压参考也随之确定。 电动势是表征电源特性 的物理量。 为了维持电源两端的电压不变，在电源内部，正 电荷必须从电源负极移向电源正极，这是电源力（可 以是化学能、机械能、势能等）作功的结果。 3 电动势 在电源外接导体中，正 电荷总是从电源正极流向电 源负极，这是电场力作功的 结果。 + - + + E U 电源电动势在数值上等于单位 正电荷从电源负极移到电源正极时 ，电源力所作的功。电动势的通用 定义式为: 电动势的方向规定为低电位点 指向高电位点。所以电动势的方向 总和其两端的电压方向相反。 + - + + E U 直流电动势为恒定不变的电动势， 直流电动势可定义为： E + - e + - 电动势的两种图形符号 U + - EU + - E 已知E=2V， 则U=E=2V 已知E=2V， 则U=-2V 单位时间内，电场力所作的功，称为电功率。简称功率。功 率的通用定义式为: 4 功率 直流功率为恒定不变的功率，直流功率可定义为： 若电压电流参考方向相关联，根据电压、电流及功率的定义 式，可得功率和电压、电流的关系式为： 在直流电路中：P = UI 如果电路元件是负载： 因为U、I实际方向一致， 所以P0; 如果电路元件是电源： 因为U、I实际方向相反， 所以P 0，这时元件吸收功率，是负载；否则元 件释放功率，是电源。 I UE + - RL 直流 定义 WVVA单位 通用 定义 功率电动势电压电流 电路基本物理量的定义及单位 1 电阻元件 i u + u - i R 电路元件很多，尤其是电子元器件非常多。但基本元件一般指电阻元件、电 感元件和电容元件。这些元件既有线性的，也有非线性的，一般不特别说明，都 指线性元件。 第3节节 电电路的基本元件 i N i + u - + eL - 磁通 N匝 + u - + eL - i L 2 电感元件 u q + u - i C 3 电容元件 储能元件储能元件耗能元件元件性质 吸收的 电能 电压电流 关系 参数定义 电路 电容元件电感元件电阻元件 + u - i R + u - + eL - i L + u - i C 电路基本 元件的特性 1 电源的有载工作状态 第4节 电源的有载工作状态、开路及短路 通常电源内阻R0很小，所以在进行电路分析时，可以忽略电源 内阻。但电源内阻较大时，就不可以忽略。 I U E + - R0 RL *负载获得最大功率的条件 I U E + - R0 RL 当负载电阻等于电源内阻时，负载获得最大功 率，这时称阻抗匹配。这时负载获得最大功率，但 效率较低，为50%。 阻抗匹配只适用于小信号情况。 *电源负载增加的概念 通常负载都是并联运行的。并且认为电源端电 压基本不变，也即负载端电压基本不变。那么，当 电源并联的负载数目增加时，电源所输出的总电流 和总功率都增加。所以电源负载增加是指电源输出 的总电流和总功率增加。 *额定值的概念： 电源以及接在电源上的各种电气设备，它们的 电压、电流及功率都有额定值。额定值是制造厂为 了使产品能在给定工作条件下正常工作而规定的值 。一般电源电压是额定值，所以接在电源上的各种 电气设备都必然工作于额定值；但电源的电流和功 率决定于负载，电源的电流和功率不一定等于额定 值，但不应超过额定值。 2 开路（空载） （Open-Circuit ） I=0 Uo E + - R0 RL 3 短路 （Short-Circuit ） 在电源发生短路时，由于其内阻很小，所以短路电流很大，这 时电源产生的功率全部被其内阻所消耗，有可能烧毁电源，所以在 电路中，应避免发生电源短路现象。 Is U=0 E + - R0 RL 反映电路结构的名词： 节点（三条或三条以上支路相联结的点） 支路（电路中每一个分支） 回路（电路中任一闭合路径） 网孔（没有任何支路横跨的回路） 第5节节 基尔霍夫定律 欧姆定律反映元件特性 基尔霍夫定律反映电路结构 电路定律 3条支路 2个节点 3个回路 2个网孔 I1I2 I3 R1R2 E1E2R3 a b cd + - + - I3 E4 E3 _ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 - 6条支路 4个节点 7个回路 3个网孔 1 基尔霍夫电流定律（KCL） 对电路中的任何节点，在任一瞬间，流入某一节点的电 流之和等于流出该节点的电流之和。或者说，在任一瞬间， 各节点上电流的代数和恒等于0。 I1I2 I3 R1R2 E1E2R3 a b cd + - + - KCL也适用于广义节点： A BC IAB IA IC IB IBC ICA 2 基尔霍夫电压定律（KVL） 对电路中的任何回路，在任一瞬间，沿某一回路的一个循 行方向（顺时针方向或逆时针方向），各段电压升之和等于电 压降之和。或者说，在任一瞬间，沿某一回路的一个循行方向 ，各段电压的代数和恒等于0。 I1I2 R1R2 E1E2 a b cd + - + - KVL也适用于广义回