电路基本概念定理.ppt

第1章电路的基本概念与基本定律,1.1电路的作用与组成部分,1.2理想元件与电路模型,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.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位。,本章要求:,1.1电路的作用与组成部分,(1)实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1.电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。,2.电路的组成部分,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,直流电源:提供能源,负载,信号源:提供信息,2.电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,信号处理：放大、调谐、检波等,6,电容器,晶体管,电阻器,线圈,运算放大器,电池,实际器件,二极管,1.2理想元件与电路模型,1.理想电路元件,1.2理想元件与电路模型,1.理想电路元件,实际器件,理想电路元件是实际器件的数学模型，它用精确的数学定义描述实际器件的主要电磁特性。简称为电路元件，用图形符号和数学表达式描述。,注1.理想电路元件只是实际电路器、部件的电磁特性的近似表示；,注2.不同工作条件下，同一实际器、部件可以用不同模型（一个理想电路元件或多个元件的组合）表示。,(b)线圈通过低频交流的模型(c)线圈通过高频交流的模型,(a)线圈的图形符号,1.理想电路元件,电阻,电感,电容,电压源,常用电路元件图形符号：,10,电路模型是由理想电路元件构成的实际电路的理想化模型。,实际电路,电路模型,在本课程中，研究的电路是指电路模型，简称电路。,2.电路模型,1.3电压和电流的参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,1.电路基本物理量的实际方向,12,问题：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？,电流方向ABorBA？,A,B,U1,R,IR,R,R,R,假设电流AB可以吗？,(2)参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1)参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2.电路基本物理量的参考方向,注意：在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。,14,u或i0时，实际方向与参考方向一致。u或i0时，实际方向与参考方向相反。,设定参考方向之后，根据电压、电流数值的正负来确定实际方向。,(3)实际方向与参考方向的关系,I=0.28A,I=0.28A,2.8V,2.8V,(4)关联参考方向与非关联参考方向,当两者方向一致时，称为关联参考方向当方向不一致时，称为非关联参考方向,电压和电流的参考方向可以任意假定,(a)关联参考方向,(b)非关联参考方向,16,(4)为了避免列方程时出错，习惯上把I与U的方向按关联方向假设。,(3)方程式U=RI仅适用于电压和电流参考方向一致的情况。,(1)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“参考方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。没有“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,已知：US=2V,R=1问:当Uab分别为3V和1V时，IR=?,解：(1)假定电路中电流电压的参考方向；,(2)列电路方程：,IR,(3)数值计算,(实际方向与参考方向一致),（实际方向与参考方向相反）,18,普通金属膜电阻,电阻排,热敏电阻,绕线电阻,表贴电阻,电阻的图形符号：,1.4.1电阻元件,1.4电阻元件与欧姆定律,1.4电阻元件与欧姆定律,U、I参考方向相同时,U、I参考方向相反时,表达式中有两套正负号：(1)式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；,(2)U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。,通常取U、I参考方向相同。,U=IR,U=IR,1.4.2电阻元件伏安特性-欧姆定律,解:对图(a)有,U=IR,例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有,U=IR,电流的参考方向与实际方向相反,电压与电流参考方向相反,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1.6基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路的回路。,（回路1，回路2，回路3）,（回路1，回路2）,例1：,支路：ab、bc、ca、（共6条）,回路：abda、abca、adbca（共7个）,结点：a、b、c、d(共4个）,网孔：abd、abc、bcd（共3个）,1.6.1基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即:入=出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质:电流连续性的体现。,或:=0,对结点a：,I1+I2=I3,或I1+I2I3=0,或在任一瞬间，流入任一结点的电流代数和等于零。,流入为正流出为负,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2推广,I=?,例:,I=0,IA+IB+IC=0,广义结点,例:图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求I2，I3和I6。,对节点C有:I6=I1I2=11(7)=18mA,对节点A有:I3I1I51165mA,对节点B有:I2=I3I4=512=7mA,解:根据KCL,基尔霍夫电流定律举例,A,B,C,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.6.2基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即：U=0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1=I1R1+I3R3,I2R2+I3R3=E2,或I1R1+I3R3E1=0,或I2R2+I3R3E2=0,1列方程前标注回路循行方向；,电位升=电位降E2=UBE+I2R2,或U=0I2R2E2+UBE=0,2应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3.开口电压可按回路处理,注意：,对回路1：,例右图中US1=12V，US2=8V。求Ude?,解：沿图示路径计算电压Ude,Ude=US1+US2=12+8=4(V),KVL推论：两点之间的电压与路径无关。,30,1,+,+,-,-,3V,4V,1,+,-,5V,I1,I2,I3,在图示电路中，已知：US5V，I11A。电流I2为()。(a)1A(b)2A(c)3A,C,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6R6I3R3+I1R1=0,I2R2I4R4I6R6=0,I4R4+I3R3E=0,对回路adbca，沿逆时针方向循行：,I1R1+I3R3+I4R4I2R2=0,应用U=0列方程,对回路cadc，沿逆时针方向循行：,I2R2I1R1+E=0,1.5电源有载工作、开路与短路,开关闭合,接通电源与负载,负载端电压,U=IR,1.电压电流关系,1.5.1电源有载工作,(1)电流的大小由负载决定。,(2)在电源有内阻时，IU。,或U=EIR0,当R00时,则说明U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,在进行功率计算时，如果假设U、I参考方向关联,当计算的P0时,则说明U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,一个电路元件在电路中是起电源还是负载作用，要根据该元件上电压和电流的实际方向确定。,电源与负载的判别：,例：求图示电路中，已知U1=220V，U2=110V，I=5A，说明两个电压源哪个是电源，哪个是负载?,根据U、I的实际方向判别,解：,电压源U1的电压电流实际方向相反，故为电源；,电压源U2的电压电流实际方向相同，故为负载；,例:图示电路中，供出功率的电源是()。(a)理想电压源(b)理想电流源(c)理想电压源与理想电流源,b,通常负载都是并联运行的。当负载增加时，电源输出的功率也相应增加。即电源输出的功率和电流决定于负载的大小。,既然电源输出的功率和电流决定于负载的大小，是可大可小的，那么，有没有一个最合适的数值呢？回答是肯定的，这个合适的值就是额定值。,各种电气设备的电压、电流及功率都有一个额定值，额定值是标明设备在给定条件下能正常工作而规定的正常允许值。,电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,例：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?,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,解:通过电灯的电流为,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：IPN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),在220V电压下工作时的电阻,一个月用电,W=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h,特征:,开关断开,1.5.2电源开路,1.开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压U视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,电源外部端子被短接,1.5.3电源短路,1.短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流I视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,1.7电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。,1.电位的概念,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2.举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：设a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80VVd=Uda=65=30V,设b为参考点，即Vb=0V,Va=Uab=106=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90V,b,a,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；,(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路如图（b）,电流I2=0，电位VA=0V。,电流I1=I2=0，电位VA=6V。,电流在闭合路径中流通,例2：,电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2)当电位器RP的滑动