第一章--电路的基本概念和基本定律

,课程简介：,一、教材,吉林大学电工电子技术,二、教学内容,第一部分电工技术,吉林大学电工电子技术,第一篇直流电路,第二篇交流电路,第三篇电机与控制,第二部分电子技术,第四篇模拟电子电路,第五篇数字电子电路,吉林大学电工电子技术,吉林大学电工电子技术,三、学习方法及考核方式,1.使用好教材，全面掌握教材结构。,2.抓重点，抓规律，善于总结。,3.注意理论联系实际，做好作业，重视实验。,4.卷面成绩占80-90%，平时成绩占10-20%。,D,wangfr,第一节电路和电路模型第二节电路的基本物理量及其参考方向第三节理想电路元件第四节基尔霍夫定律第五节电路中的电位及其计算,第一章电路的基本概念和基本定律,吉林大学电工电子技术,第一节电路和电路模型,一、电路二、电路模型,返回,吉林大学电工电子技术,一、电路,为能够实现某种需要，由若干电工元器件按一定方式相互联接起来的组合。,1.定义:,返回,吉林大学电工电子技术,电源、负载、中间环节组成,吉林大学电工电子技术,2.组成:,返回,3.作用：,（1）实现能量的传输、分配和转换。,二、电路模型,1.定义：,电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的电路图。,返回,吉林大学电工电子技术,（3）信息的存储。,（2）实现信号的传递与处理。,2.常见的理想电路元件,返回,吉林大学电工电子技术,3.手电筒的电路模型,电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。,返回,S,吉林大学电工电子技术,第二节电路的基本物理量及其参考方向,一、电流及其参考方向二、电压及其参考方向三、关联参考方向四、电能和电功率,返回,吉林大学电工电子技术,一、电流,1.定义：,单位时间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。,i=dq/dt,大小和方向都不随时间改变的叫直流,用I表示。,返回,吉林大学电工电子技术,大小和方向都随时间改变的叫交流,用i表示。,2.单位：,1安培（A）=1000毫安(mA)1毫安(mA)=1000微安(A),4.参考方向：在分析和计算电路时往往任意选定某一方向作为电流的正方向，也称参考方向。,返回,吉林大学电工电子技术,电流方向AB？,电流方向BA？,IR,U1,A,B,R,U2,(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；,解决方法,(3)根据计算结果确定实际方向和参考方向的关系。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系代数表达式并进行求解，得到代数值；,吉林大学电工电子技术,返回,二、电压,1.定义：,电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功定义为a、b两点间的电压。,大小和方向随时间改变的电压叫交流电压，用u表示,6.参考方向与实际方向的关系,返回,吉林大学电工电子技术,u=dw/dq,大小和方向不随时间改变的电压叫直流电压，用U表示,若计算结果I0参考方向与实际方向一致I0参考方向与实际方向一致U0参考方向与实际方向相反,7.电动势与电压的比较,2.电功率,1）定义:单位时间内电能所做的功称为电功率,简称功率。,四、电能和电功率,1.电能,返回,吉林大学电工电子技术,p=dW/dt=ui,p=ui,返回,吉林大学电工电子技术,电压电流关联参考方向时,电压电流非关联参考方向时,p=-ui,吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若P0,输出功率（起电源作用）,若P0,电阻消耗功率肯定为正,电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）,功率有正负,吉林大学汽车电工电子技术,功率平衡：P=0,返回,a,1,4,+,10V,I,R1,R2,E1,E2,b,+,5V,返回,吉林大学电工电子技术,例1、在图示电路中,Uab=5V，I2A，求:(1)各个元件的功率;(2)这段电路上的总功率。,解:,(吸收）,(吸收）,(吸收）,(吸收）,（发出）,Uab=5V，I2A,A,1,4,+,10V,I,R1,R2,E1,E2,B,+,5V,返回,吉林大学电工电子技术,2018.03.05第一讲结束。,例2、,图中五个元件代表电源或负载。参考方向如图所示。已知：I1=4A、I2=6A、U1=140V、U2=90V、U3=60V、U4=80V、U5=30V。（1）试标出各电流和电压的实际方向；（2）判断哪些元件是电源，哪些是负载；（3）计算各元件功率。,U,I,电流、电压同相负载电流、电压反相电源,元件1、2电源元件3、4、5负载,P1=140V4A560WP290V6A540WP480V4A320WP530V6A180WP3(560+540320180)W600W,返回,吉林大学电工电子技术,第三节理想电路元件,一、无源理想元件二、有源理想元件,返回,吉林大学电工电子技术,1.电阻,一、无源理想元件,吉林大学电工电子技术,伏-安特性,线性电阻,非线性电阻,1)电压电流关系,返回,（常用单位：、k、M）,注意：欧姆定律是线性电路的基本定律,关联,非关联,2)电阻串联,电流相等,特点：,常用电阻,吉林大学电工电子技术,返回,3)电阻并联,电压相等,特点：,吉林大学汽车电工电子技术,返回,*P总是大于0即P0电阻是耗能元件。(一般电阻上电压与电流取关联参考方向。),返回,吉林大学电工电子技术,3)功率,2.电感元件,1)电感L,i,u,eL,电感L为衡量线圈产生磁场能力的参数，用L=i表示，N，其单位为亨利(H),吉林大学电工电子技术,返回,空心线圈L为常数称为线性电感铁心线圈L不是常数称为非线性电感,2)自感电动势,3)电压与电流的关系,*若i=I，u=0电感对直流相当于短路,吉林大学电工电子技术,返回,常用电感,能量,*它是一种储能元件不消耗能量,返回,吉林大学电工电子技术,WL=,1,2,Li2,返回,吉林大学电工电子技术,3.电容元件,1F=106F1F=106pF,C为常数-线性电容C不是常数-非线性电容,返回,吉林大学电工电子技术,电压与电流关系,若uCUC则i0*电容元件对直流相当于开路,返回,吉林大学电工电子技术,电容是一种储能元件,不消耗电能,返回,吉林大学电工电子技术,吉林大学电工电子技术,1.电压源,返回,二、有源理想元件,吉林大学电工电子技术,特点:,(1)输出电压恒定U=US(2)输出电流取决于外电路(3)内阻R0=0,伏安特性：,R1时，U不变，I,10A,R10时，U不变，I,1A,R100时，U不变，I,0.1A,恒压源,实际电压源,US,U,R0,U=USIR0,I,当R0R时，R00,U=US，实际电压源就变成理想电压源,返回,吉林大学电工电子技术,2.电流源,返回,吉林大学电工电子技术,恒流源,伏安特性:,特点:,(1)输出电流恒定I=IS(2)输出端电压取决于外电路(3)内阻R0=,R1时，I不变，U,1V,R10时，I不变，U,10V,R100时，I不变，U,100V,实际电流源,I=ISUR0,返回,吉林大学电工电子技术,当R0=时，实际电流源就变成理想电流源,例1、电路如图，求理想电压源和理想电流源的功率。,US1V,R1,IS1A,解:该电路为串联电路各元件的电流均为IS.,PUS=USIS=1WPR=IS2R=1WPIS=(PUS+PR)=2W,此时电压源吸收功率(负载),返回,吉林大学电工电子技术,在电路中起电源作用，但其大小和方向受电路中其它支路的电流或电压控制，这种电源称为受控源。,VCVS,CCVS,VCCS,CCCS,u1,ri1,i1,gu1,常见的受控电流源和电压源，如下图,3.受控源,返回,吉林大学电工电子技术,电流控制的电流源,Ii,ri,Ii,I0,r0,电压控制的电压源,ri,r0,ui,u0,ui,返回,吉林大学电工电子技术,第四节基尔霍夫定律,一、基尔霍夫电流定律（KCL)二、基尔霍夫电压定律（KVL),返回,吉林大学电工电子技术,用来描述电路结构中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括节点电流定律（KCL)和回路电压定律（KVL)两个定律。,电路结构几个名词,返回,吉林大学电工电子技术,支路:电路中的每一分支。,节点:由三条或三条以上支路的联结点。,回路:电路中的任一闭合路径。,网孔:电路中不含支路的回路。,支路：共3条,回路：共3个,结点：a、b(共2个）,例1：,吉林大学电工电子技术,返回,吉林大学电工电子技术,例2：,返回,2018.03.08星期四第二讲结束,一、基尔霍夫电流定律(KCL),规定：流入节点的电流取正号,流出节点的电流取负号。,返回,吉林大学电工电子技术,电流定律的依据：电流的连续性,返回,吉林大学电工电子技术,任意的封闭面可视为一个节点,I1+I2=I3,I=0,3)节点电流定律的扩展形式,I=?,广义结点,例：标出图中未知电流大小。,返回,吉林大学电工电子技术,例：标出图中未知电流大小。,2A8A,3A,3,4,6A,1A,5A,吉林大学电工技术,返回,U1US1US2U2=0,2）在电路中任意回路绕行方向上电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,规定：与绕向一致的电动势和电压降取正号，反之取负号。,US1US2I1R1I2R2,返回,吉林大学电工电子技术,二、基尔霍夫电压定律(KVL),1）在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零。,规定：参考方向与绕向一致的电压取正号，反之取负号。,U,I1R1US1US2I2R20,USIR,吉林大学电工电子技术,3)回路电压定律的扩展形式,返回,适用于开口电路U开=U,注意:上述两定律适用于任何变化的电压和电流。,例1、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16R2=3，R3=9。求：K打开时，Uab=？K闭合时，I3=？,1、K打开，I3=0UR3=0,Uab=E1E3+E2Uab=(714+16)V=9V,2、K闭合，Uab=0I3R3=E1E3+E2I3=(E1E3+E2)R3=99A=1A,吉林大学电工电子技术,返回,+,+,60V,U,10,20V,例2、计算电流、电压。,+,60U200U40VI40/104A,+,1A,U,2,I,10,4A,I,I413AU3（210）36V,吉林大学电工电子技术,返回,例3、计算I1、I2、I3、I4。,+,-,3V,6,6,I4,6,+,-,3V,-,+,9V,I2,I3,I1,I6,I5,336I40I41A936I60I62A396I50I51AI1I6I43AI2I4I50AI3I5I63A,返回,吉林大学电工电子技术,例4、求图中的U2,I1,U110V,U2,R22,E2,E1,R1,R35,4,4V,2V,I1=(104)/(R1+R2)=1A,U2=E2+I1R1+E1=6V,I3=0（开路）I2=0,I2,I3,U1=I1(R1+R2)+E1,吉林大学电工电子技术,返回,吉林大学电工电子技术,例5、判别下图中理想电压源和理想电流源，做电源还是做负载？,负载,电源,电源,电源,返回,第五节电路中的电位及其计算,一、电位二、电源的习惯画法,返回,吉林大学电工电子技术,一、电位电路中某点的电位等于该点到参考点之间的电压，参考点就是零电位点。,Ue=0I=9/9A=1AUa=5VUb=5V2V=3VUc=5V6V=1VUd=4VUab=2V,返回,吉林大学电工电子技术,e,5V,4V,a,b,c,d,3,2,4,若参考点选在d点则：Ua=9VUb=7VUc=3VUd=0VUe=4VUab=2V,电路中某点的电位与参考点的选择有关，而任意两点之间的电压与参考点的选择无关。,返回,吉林大学电工电子技术,二、电路中电源的习惯画法与参考点相联的一端不画，另外一端标出极性，写出电位值。如图