电子电工教材第1章.ppt

第一章,电路的基本概念和基本定律,1.1 电路的基本概念,1.1.1 电路的组成及其作用,电路的功能,实现电能的传输和转换,传递和处理信号（信息）,将一些电气设备或元器件，依所要完成的功能，按一定方式组成的整体称为电路,电路：,由理想电路元件组成的电路,电路模型：,1.1.2 电路模型,负载,基本理想电路元件,1.1.3 电路的基本物理量及其参考方向,电流：电流是电荷(带电粒子)有规则的定向运动而形成的，数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的电荷量。,实际方向： 物理中对电量规定的方向。,参考方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。,规定正电荷移动的方向为电流的方向,当电流的实际方向与其参考方向相同时，电流为正值；反之，当电流的实际方向与参考方向相反时，则电流为负值。,参考方向与实际方向相同,参考方向与实际方向相反,电动势：电动势表征电源中外力作功的能力，其大小等于外力克服电场力把单位正电荷从负极搬到正极所作的功，方向是从负极指向正极，用E表示。,电位：电场中某一点单位正电荷所具有的位能。a点的电位用Va来表示。,电压（电位差）：指两点电位之差。用U表示，a、b间的电压用Uab表示，Uab=Va-Vb。,电压的方向规定为从高电位点指向低电位点，即电位降的方向。,电路的简化,例 如图所示，已知：,在下列两种情况下求各点的电 位以及电压Uab和Ubc： (1) 取a为参考点； (2) 取b为参考点。,解 (1) 取a为参考点,(2) b为参考点,结论：从上述计算结果可以看到，电位与参考点的选取有关，参考点不同，各点电位不同；而电压与参考点的选取无关，参考点不同，两点之间的电压不变，但电压的参考方向不同，则符号不同。,功率表征电路元件中能量变换的速率。,电 功 率,电压、电流在关联参考方向下，功率的计算公式为,电压、电流在非关联参考方向下，功率的计算公式为,当功率P0时，表示该部分电路吸收功率，是负载；当功率P0时，表示该部分电路发出功率，是电源。,1.1.4 电气设备的额定值及电路的工作状态,电气设备的额定值表示电气设备的正常工作条件、状态和容量，通常标在设备的铭牌上，在产品说明书中也可以查到。使用电气设备时，一定要注意它的额定值，避免出现不正常的情况或发生事故。,1. 空载状态（开路状态）:,2. 短路状态：,3. 负载状态,满载：电路中电流达到电源或供电 线的额定电流时,过载：电路中电流超过额定电流时,欠载：电路中电流小于额定电流时,不接负载的状态。,负载电阻为零 的状态,电路的几种工作状态,1.2 基本理想电路元件,1.2.1 电阻元件,欧姆定律,（常用单位：，k，M ）,1 M = 106 1 k = 103 ,电导G：,电阻R的倒数。,单位为西门子（S）,电阻元件上的功率为：,1.2.2 电容元件,（单位：F， F， pF）,1 pF = 106 F 1 F = 10 6 F,电容上电流、电压的关系,所以，在直流稳态电路中电容相当于断路（开路）。,电容两端的电压是不能突变的，否则需无穷大的电流。,特例：电容接理想电压源时，电压可以突变。,当电容两端电压与流过的电流采用关联参考方向时，则,（单位：H， mH， H）,1 H = 10 6 H 1 mH = 103 H,1.2.3 电感元件,电感上电压、电流的关系,所以，在直流稳态电路中电感相当于短路。,流过电感的电流是不能突变的，否则需无穷大的电压。,特例：电感接理想电流源时，电流可以突变。,当电感两端电压与流过的电流采用关联参考方向时，则,(b),例 在图a所示电路中，已知电容C2F，电阻R=1k，电压u(t)的波形如图b，试画出电流,和,的波形,1.2.4 电压源,实际电压源的等效电路,1.2.5 电流源,实际电流源模型,1.2.6 受控电源,1.3 基尔霍夫定律,支路： 电路中的每一分支称为支路，一条支路流过同一个电流，称为支路电流。,节点： 电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。,回路：电路中的任意一个闭合路径称为回路。,网孔：回路中不包含其他支路的最简单的回路称为网孔，也叫做单孔回路。,基尔霍夫定律是电路的基本定律，包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,支路：三条支路，分别流过电流I1、I2、I3。,回路：abca、 abda、abda共3 个。,节点：a、 b共2个节点。,网孔：abca、abda 共2个,例,在任一瞬时，流入某节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。或者说，在任一瞬时，任一节点上电流的代数和恒等于零。即：I=0,基尔霍夫电流定律（KCL）,基尔霍夫电流定律也叫基尔霍夫第一定律或节点电流定律。,或,基尔霍夫电流定律的推广,基尔霍夫电流定律也可以应用于包围部分电路的任一假设的闭合面，即在任一瞬间，流入某一闭合面的电流之和等于流出该闭合面的电流之和。,或写成,例 已知I1=3A，I4=5A，I5=4A。求I2、I3和I6。,解 应用基尔霍夫电流定律列方程求解,由节点b得,由虚线所示的广义节点得,由节点a得,基尔霍夫电压定律（KVL）,在任一瞬时，沿任一回路环行一周（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。基尔霍夫电压定律也叫基尔霍夫第二定律或回路电压定律。其数学表达式为,或者说：在任一瞬时，沿任一回路环行一周（顺时针方向或逆时针方向），回路中电动势的代数和等于电压降的代数和。电动势的参考方向与环行方向相同的取正，相反的取负（注意：电动势的方向是从电源的负极指向正极）；电流的参考方向与环行方向相同的，则该电流在电阻上所产生的电压取正号，反之则取负号。,或改写为,以a点为起点，顺时针环行一周，取电位降为正号，电位升为负号，由基尔霍夫电压定律得,基尔霍夫电压定律的推广,基尔霍夫电压定律也可以推广到开口回路，即广义的回路。,或改写为,例 已知：E1=80V，E2=100V，R1=2，I=5A，I2=2A，试用基尔霍夫定律求电阻R2和供给负载N的功率。,解 由KCL得I1I2I=0,由KVL得：,所以供给负载N的功率为,例 分别求开关S断开和闭合时A点的电位VA。,解 (1) 当开关