电路的基本概念与基本定律PPT课件.ppt

电工及工业电子学I 沈阳航空航天大学电工教研室 参考书 一 姚海彬 电工技术 电工学 二 李翰荪 电路分析基础 三 王卫 电工学 上册 第2版 参考教材 电工学 第七版 上册 两个作业本 认真 及时 独立 我的联系方式 wxh1643 电工及工业电子学I 要求 每周交作业一次 3次不交者取消期末考试资格 无故旷课3次者取消期末考试资格 总学时 80学时 本学期 40学时 下学期 40学时 实验 16 16学时 绪论 电工学是一门研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课 它包括 电工技术和电子技术两部分 电工技术 电路理论 直流 交流 暂态等 磁路和电机 变压器 电磁铁 三相异步电动机及控制 电子技术 模拟电子线路 半导体器件 分离件放大器 集成运放 电源 数字电路 组合逻辑电路 时序逻辑电路 一 电工学课程的作用和任务 一 电工学课程的作用和任务 电工学课程的作用是让同学们掌握必要的电学知识 为将来的发展打下良好的基础 电工学课程的任务是研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程 电工学课程应具有基础性 应用性和先进性 绪论 基础性是指基本理论 基本知识和基本技能 应用性是指课程内容要理论联系实际 建立系统概念 培养大家分析和解决问题的能力 重视实验技能的训练 先进性是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新 绪论 一 电工学课程的作用和任务 二 电工技术和电子技术发展概况 绪论 一 电工学课程的作用和任务 电和磁总是相伴而生的 我国古代早就发现了电磁现象 在公元前2600多年 我国人祖黄帝利用磁制成了罗盘针 1600年 英国医生吉尔伯特 1544 1603 做了多年的实验 发现了 电力 电吸引 等许多现象 并最先使用了 电力 电吸引 等专用术语 因此许多人称他是电学之父 1785年 法国库伦 库伦定律 最早的电学定律 1800年 意大利伏特 化学电源 化学能变为电能 二 电工技术和电子技术发展概况 绪论 一 电工学课程的作用和任务 1825年 法国安培 安培环路定律 电流与磁通量 1826年 德国欧姆 欧姆定律 电压电流电阻 1831年 英国法拉第 电磁感应 机械能电能 1845年 德国基尔霍夫 电压 电流定律 1864年 英国麦克斯韦 电磁波 1866年 德国西门子 发现了电动机原理 1834年俄国科学家雅可比制造出第一台电动机 二 电工技术和电子技术发展概况 绪论 一 电工学课程的作用和任务 1875年 美国贝尔 电话 1879年 美国爱迪生 电灯 1906年 美国德福雷斯特 真空三极管 1888年德国物理学家赫兹通过实验获得了电磁波 证实了麦克斯韦提出的电磁波理论 1895年意大利和俄国分别进行了通信实验 从而为无线电技术的发展开辟了道路 二 电工技术和电子技术发展概况 绪论 一 电工学课程的作用和任务 1875年 美国贝尔 电话 1879年 美国爱迪生 电灯 1906年 美国德福雷斯特 真空三极管 1888年德国物理学家赫兹通过实验获得了电磁波 证实了麦克斯韦提出的电磁波理论 1895年意大利和俄国分别进行了通信实验 从而为无线电技术的发展开辟了道路 二 电工技术和电子技术发展概况 绪论 一 电工学课程的作用和任务 1925年 英国贝尔德 电视 1946年 美国诺依曼 计算机 1948年 美国半导体晶体管 1958年 美国第一片集成电路IC 二 电工技术和电子技术发展概况 三 课程的学习方法 2 上课注意听讲 下课要看除教材外的其它参考书及做适当的习题 1 重点放在物理概念和基本分析方法上 3 要重视实践技能的培养 绪论 一 电工学课程的作用和任务 第一部分电路理论 电路理论就是研究电路基本规律的一门学科 它是一门具有丰富内容的学科 它的理论和方法 在其它领域也得到了广泛的应用 已知输出输入的条件 求元件参数和电路结构 电路理论 电路分析 电路综合 已知电路结构 元件参数 求电路中的电流 电压和功率 第一部分电路理论 电路理论就是研究电路基本规律的一门学科 它是一门具有丰富内容的学科 它的理论和方法 在其它领域也得到了广泛的应用 下面我们看一个例题 求图示电路中的电流 第一部分电路理论 US1 下面我们看一个例题 求图示电路中的电流 第一部分电路理论 US1 下面我们看一个例题 求图示电路中的电流 第一部分电路理论 US1 下面我们看一个例题 求图示电路中的电流 第一部分电路理论 第1章电路的基本概念与基本定律 沈阳航空航天大学电工教研室 1 1电路的作用与组成部分 1 2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 本章要求 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 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 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 我国已投运的直流输电工程 2 电路的组成部分 中间环节 传递 分配和控制电能的作用 电源 提供电能的装置 负载 取用电能的装置 1 电源 提供能量 2 负载 消耗能量 3 中间环节 连接电源和负载的导线及控制元件 直流电源 提供能源 负载 信号源 提供信息 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 2 电路的组成部分 1 2电路模型 消耗电能 电阻性 产生磁场储存磁场能量 电感性 忽略L 例 白炽灯通过电流 理想电路元件 电阻元件 电感元件 电容元件和电源元件等 电阻元件电感元件电容元件 在实际分析中 可将实际电路理想化 即在一定条件下突出主要的电磁性质 忽略起次要因素的影响 由一些理想元件组成电路模型 1 2电路模型 消耗电能 电阻性 产生磁场储存磁场能量 电感性 忽略L 例 白炽灯通过电流 在实际分析中 可将实际电路理想化 即在一定条件下突出主要的电磁性质 忽略起次要因素的影响 由一些理想元件组成电路模型 R L C的标称值 1 2电路模型 消耗电能 电阻性 产生磁场储存磁场能量 电感性 忽略L 例 白炽灯通过电流 在实际分析中 可将实际电路理想化 即在一定条件下突出主要的电磁性质 忽略起次要因素的影响 由一些理想元件组成电路模型 1 2电路模型 消耗电能 电阻性 产生磁场储存磁场能量 电感性 忽略L 例 白炽灯通过电流 在实际分析中 可将实际电路理想化 即在一定条件下突出主要的电磁性质 忽略起次要因素的影响 由一些理想元件组成电路模型 C 1 2电路模型 消耗电能 电阻性 产生磁场储存磁场能量 电感性 忽略L 例 白炽灯通过电流 在实际分析中 可将实际电路理想化 即在一定条件下突出主要的电磁性质 忽略起次要因素的影响 由一些理想元件组成电路模型 C 今后分析的都是指电路模型 简称电路 1 2电路模型 电阻器resistor 电容器capacitor 电感inductor 电池battery 放大器amplifier 晶体管transistor 保险管fuse 灯泡bulb LED light emittingdiode 1 2电路模型 手电筒的电路模型 干电池 导线 灯泡 例 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 电路分析是在已知电路结构和参数的条件下 讨论激励与响应的关系 手电筒电路 1 2电路模型 1 3电压和电流的参考方向 1 电路基本物理量的实际方向 电流I 电压U和电动势E是电路的基本物理量 关于电压和电流的方向 有实际方向和参考方向之分 I 1 3电压和电流的参考方向 1 电路基本物理量的实际方向 电流I 电压U和电动势E是电路的基本物理量 关于电压和电流的方向 有实际方向和参考方向之分 习惯上规定 电压的实际方向 由高电位端指向低电位端 电流的实际方向 正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 电动势的实际方向 由低电位端指向高电位端 1 3电压和电流的参考方向 1 电路基本物理量的实际方向 电流I 电压U和电动势E是电路的基本物理量 关于电压和电流的方向 有实际方向和参考方向之分 习惯上规定 1 为什么要引入参考方向 a 复杂电路很难确定电流的实际方向 b 在交流电路中 电流本身就是交变的 在分析与计算电路时 对电量任意假定的方向 1 3电压和电流的参考方向 1 电路基本物理量的实际方向 电流I 电压U和电动势E是电路的基本物理量 关于电压和电流的方向 有实际方向和参考方向之分 2 参考方向的表示方法 电压 注意 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分 电流 箭标 1 3电压和电流的参考方向 1 电路基本物理量的实际方向 电流I 电压U和电动势E是电路的基本物理量 关于电压和电流的方向 有实际方向和参考方向之分 2 参考方向的表示方法 实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值 3 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值 I 1A I 1A 电动势为E 3V方向由负极 指向正极 例 电路如图所示 电流I的参考方向与实际方向相同 I 1A 由 流向 反之亦然 电压U 的参考方向与实际方向相反 U 2 8V 即 U U 电压U的参考方向与实际方向相同 U 2 8V 方向由 指向 2 8V 2 8V 1 3电压和电流的参考方向 U I参考方向相同时 关联方向 U I参考方向相反时 非关联方向 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 1 4欧姆定律 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 4欧姆定律 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 I U 或U E IR0 当R0 R时 则U E 表明当负载变化时 电源的端电压变化不大 即带负载能力强 负载端电压 U IR 1 5 1电源有载工作 或U E IRo UI EI I2Ro P PE P 负载取用功率 电源产生功率 内阻消耗功率 电源输出的功率由负载决定 负载大小的概念 负载增加指负载取用的电流和功率增加 电压一定 1 电压电流关系 2 功率与功率平衡 3 电源与负载的判别 U I参考方向不同 P UI 0 电源 P UI 0 负载 U I参考方向相同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 1 根据U I的实际方向判别 2 根据U I的参考方向判别 电源 U I实际方向相反 即电流从 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即电流从 端流出 吸收功率 3 电源与负载的判别 U I参考方向不同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 U I参考方向相同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 1 根据U I的实际方向判别 2 根据U I的参考方向判别 电源 U I实际方向相反 即电流从 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即电流从 端流出 吸收功率 例 已知 电路中U 220V I 5A 内阻R01 R02 0 6 求 1 电源的电动势E1和负载的反电动势E2 2 说明功率的平衡关系 解 1 对于电源U E1 U1 E1 IR01即E1 U IR01 220 5 0 6 223VU E2 U2 E2 IR02即E2 U IR01 220 5 0 6 217V 2 功率的平衡关系E1 E2 IR01 IR02等号两边同时乘以I 则得E1I E2I I2R01 I2R02代入数据有223 5 217 5 52 0 6 5 52 0 61115W 1085W 15W 15W 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 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 电气设备的三种运行状态 欠载 轻载 I IN P PN 不经济 过载 超载 I IN P PN 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 4 30 h 0 06kW 120h 7 2kW h 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4h 小时 问一个月消耗多少电能 解 通过电灯的电流为 特征 开关断开 I 0 电源端电压 负载功率 U0 E P 0 电源外部端子被短接 特征 1 5 3电源短路 1 5 2电源开路 U 0 负载端电压 为防止事故发生 需在电路中接入熔断器或自动断路器 用以保护电路 1 6基尔霍夫定律 1 2 3 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 例1 支路 回路 a b c d 共4个 网孔 ab bc ca 共6条 结点 abda abca adbca 共7个 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 I2 I3 0 基尔霍夫电流定律 KCL 反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系 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 图示电路中 已知I1 30mA I4 25mA I5 15mA 求I2 I3和I6 例题 解 I3 I1 I5 30 15 15 mA I2 I3 I4 15 25 10 mA I6 I1 I2 30 10 40 mA I6 I4 I5 25 15 40 mA 1 6 2基尔霍夫电压定律 KVL定律 1 定律 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 即 U 0 对回路1 对回路2 I1R1 I3R3 E1 0 I2R2 I3R3 E2 0 基尔霍夫电压定律 KVL 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系 1 2 1 列方程前标注回路循行方向 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 1 U 0 对回路1 I2R2 E2 UBE 0 U1 U2 U3 U4 U5 0 例2 图中若U1 2V U2 8V U3 5V U5 3V R4 2 求电阻R4两端的电压及流过它的电流 解 设电阻R4两端电压的极性及流过它的电流I的参考方向如图示 2 8 5 U4 3 0 U4 2V I 0 5A 沿顺时针方向列写回路的KVL方程式 代入数据 有 U4 IR4 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