第一章电路基本概念PPT课件

1、绪论 电工学是大学工科各非电专业必设的技术基础课, 是研究电磁现象在工程中应用的技术科学。 电工学电工学包括电工技术和电子技术。 电工及电子技术已深入到生产、生活、国民经济的所有行业，电工和电子技术与其他技术的交叉融合，也产生了许多新兴学科。电子信息类产业已经成为增长最快的产业之一。第1页/共59页电能的应用及其与生产发展的关系第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发越来越广泛的机械化大大提高了越来越广泛的机械化大大提高了工农业的生产效率工农业的生产效率第二次工业革命由电动机的发明而引发 越来越广泛的电气化进一步推动 人类文明的发展，极大地改变着 物质生活和精神生活

2、的条件第2页/共59页 工业生产中电力机械的动力设备电动机采矿、冶金、轧钢、锻造和铸造机械、金属冷加工机械机床等 机械加工工艺电加工技术电镀、电焊、电炉冶金、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等 测量与控制长度、速度、温度、时间、压力、 流量、照度和色度等第3页/共59页 交通与通讯汽车与火车、飞机、轮船广播、电视、电影及电话 农业 医疗 军事 国防 信息第4页/共59页 第二次工业革命对社会生产力的发展起着变革性的推动作用 电子技术的发展和广泛应用极大地促进了社会生产力的提高第5页/共59页电能的应用为人们提供了极大便利 便于转换电能水能电能热能电能光能电能机械能电能化学能 第6页/共

3、59页电工技术 的 发展概况 1819世纪电磁理论与技术的快速发展 1785年库仑定律 1820年奥斯特及安培各自揭示的电磁作用 1826年发现的欧姆定律 1831年总结出的电磁感应定律 1834年制造了世界第一台电动机 1873年麦克斯韦完善了电磁理论 古代发现的电磁现象 古籍中记载“慈石招铁”、“琥珀拾芥”磁石首先应用于指示方向和校正时间，韩非子和论衡中的“司南”十一世纪发明了指南针第7页/共59页电子技术 的 发展概况 1888年赫兹进行了电磁波实验 1892年马可尼和波波夫分别进行了无线电通讯实验 1883年爱迪生发现电子的热效应及1904年佛莱明制成了电子二极管 1906年德福雷斯发

4、明了电子三极管 1948年美国贝尔实验室发明了晶体三极管 1958年第一块集成电路问世 第8页/共59页电子计算机 的 发展概况 1943年英国制造了第一台电子计算机 1946年美国的ENIAC成为世界公认的电子计算机 1974年微型计算机（微处理器）问世 1980年起美国Intel公司推出通用型单片机以及个人计算机 九十年代Internet广泛应用第9页/共59页课程 的 要求 电工学课程是必修课（学院规定为考试课）是大学工科各专业的技术基础课 电工理论是在实验基础上发展起来的一门学科。本课程具有理论与实践紧密结合的特点，是后续专业课程及以后从事工业技术的必要基础。 出勤： 作业 答疑： 课

5、堂：第10页/共59页课程 的 学习方法（1）课堂学习 最快最有效的学习途径， 认真听课、主动学习（2）习题 巩固和加深所学理论知识，培养分析和运算能力（3）实验 验证和巩固所学理论，训练实验技能，培养严谨的科学作风（4）各个学习环节 培养分析和解决问题的能力和创新精神 按要求参加实验 培养良好的实验素质 注重实践技能的培养 掌握常用实验仪器的功能及使用方法 理论与实践相结合，互相促进，全面提高 及时完成实验报告第11页/共59页 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

6、：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12页/共59页下面我们看一个例题USRRLIL求图示电路中的电流。LILSRRU 第13页/共59页USRRLILUS1求图示电路中的电流。 LIL1RRUUSS 第14页/共59页USRRLILUS1求图示电路中的电流。US2R2 LI？第15页/共59页第16页/共59页第17页/共59页第18页/共59页发电机升压变压器降压变压器输电线负载电路电路: 电路是电流的通道1、实现电能的传输和转换电路的作用电路的作用:第19页/共59页l声音信号放大器放大器话筒扬声器电路电路: 电路是电流的通道电路的作用电路的作用:

7、2、传递和处理信号图象信号l测量信号或控制信号第20页/共59页即 寻 找 xo= f ( xi) 的 关 系l电路=电源+中间环节+负载l电力系统： (发电机)+(变压器、输电线)+(电炉、电动机)结构模型：激励 响应电路的结构电路的结构:l扩音机（话筒）+（放大器 ）+(扬声器)第21页/共59页电源: 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发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线第22页/共59页直流电源: 提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源: 提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作

8、；由激励所产生的电压和电流称为响应。第23页/共59页l实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。l如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等。但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化）。 所谓电路模型就是指一个实际元件在特定的条件下，所表现的主要的电磁特性，而忽略其次要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我们称为集总参数。第24页/共59页导线开关电池灯泡+R0RL开关E电 池灯泡Sl实际电路l电路模型：l电路与电路模型第25页/共59页+R0RL开关E电 池灯泡SI导线开关电池l电路模型：l电路

9、与电路模型l实际电路第26页/共59页即讨论响应响应与激励激励的关系分析电路问题的核心点l任何电路，都是在电动势、电压或电流的作用下进行工作的，对于电路的分析和计算就是要讨论电压、电动势和电流状态以及它们之间的关系。第27页/共59页电路的分类线性非线性时变时不变集总参数分布参数动态静态第28页/共59页abSIab电电 流流概念:电荷有规则的定向运动方向:正电荷移动的方向)(直流tqI tqidd 大小:单位时间通过导体横截面的电荷量单位：安培(A) 毫安(mA) 微安( A)第29页/共59页电流的正方向第30页/共59页IUab+_ab+l概念：电荷在导体中定向运动时，一定要受到力的作用

10、。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或者说电场力对电荷作了功。 为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量电压dqwudab l大小：Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。电电 压压第31页/共59页l方向方向：正电荷在电场的作用下，从高电位向低电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的方向。参考方向：参考方向：在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时，电压值为正，反之为负。l单位单位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV)电电 压压IUab+_ab+第32页/共5

11、9页如图为关 联 方 向定义的电压和电流电压和电流电压和电流l关联方向 当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时，也选择电流的参考方向经电路由a指向b，这种参考方向的定义方式称为关联方向。IabU+_abIU+_第33页/共59页IUab+_ab+E电 源 力电 源 力+ 为维持导体中的电流能够连续不断，应使得导体a、b两端的电压不致丧失，就要将b端的正电荷移至a端。 但电场力的作用方向恰好与此相反，因此就必须要有另一种力去克服电场力而使b端的正电荷移至a端。 衡量电源力对电荷作功的能力的物理量电动势E电动势电动势 电源中必须具有这种力电源力(非静电力)。第34页/共59页l大小：电动势

12、E的数值等于电源力把单位正电荷从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电位a端所作的功，l方向：电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。l标量性：电动势与电压和电流都是标量。 也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电位端所获得的能量。在分析问题时可设参考方向。电动势电动势l单位：电动势与电压的单位相同，为伏特(V)第35页/共59页U+ +- -IU- -+II（A）U（V）0第36页/共59页 开关闭合,接通电源与负载RREI 0负载端电压U = IRIR0R EU I 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，I U 。或 U = E IR0电源的外特性EUI01.5电源有载工作、开路

13、与短路1、电压与电流第37页/共59页 开关闭合,接通电源与负载。RREI 0U = IR 电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，I U 。或 U = E IRoUI = EI IRoP = 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)。IR0R EU I2功率及功率平衡 可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗的功率是平衡的。 第38页/共59页3、电源与负载的判别方法元件I+-UP=UI关联方向0电源（发出功率）0负载 (吸收功率)元件I-+U非关联方向0电源（发出功率）0负载(吸收功率)UIP第3

14、9页/共59页吸收）(W414UIP吸收）(W11100IUP发出）(W551 EIPE00PPPE0P即：例1.5.11.5.1试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。解：ER0U05V4I+-U11A4V+-+-1V第40页/共59页 （5）当R=R0时，电源输出功率为最大（最大功率传输）。几点注意事项： （1）功率与电压的平方成比，即电压增大1倍，P增大4倍；（2）P=UI为关联方向的关系式；。 （3）在关联方向下功率大于0为耗能，小于0为放能（电源与负载的判别）；（4）对于独立电路来说P0；第41页/共59页 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

15、正常工作而规定的正常允许值。UN额定电压IN额定电流PN额定功率第42页/共59页特征: 开关 断开I = 0电源端电压 ( 开路电压 )负载功率U = U0 = EP = 01. 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: :I+U有源电路IRoR EU0 1.5.2电源开路（引伸为支路电流为零）第43页/共59页电源外部端子被短接 特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01.1. 短路处的电压等于零； U = 02. 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。I+U有源电路IR0R EU0 1.5.3 电源短路第

16、44页/共59页 除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，还有基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。基尔霍夫电流定律应用于结点 ，基尔霍夫电压定律应用于回路 。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第45页/共59页5网络：指较多元件组成的电路。1.6.1 名词解释 1支路：电路中的每一分支称为支路（流过同一电流）。流过支路的电流称为支路电流。2结点：支路的交叉点称为结点。3回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。4网孔：不含支路的回路。+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第46页/共59页1定义：在任一时刻，任一结点上的所有支 路电流的代数和恒为零。 即I=0；或 I

17、入= I出 1.6.2 KCL（电流定律） I1+ I2-I3=0或 -I1- I2+I3=0也可写成： I1+ I2 = I3 （入） （出）+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第47页/共59页3推广到广义结点上使用，任一闭合面。IAIBICIABIBCICAABCIC= ICA- IBC将三式相加得： IA+IB+IC=0或 I=0IA= IAB- ICAIB= IBC- IABIA+IB+IC=0【证明】第48页/共59页图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求I2，I3和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例1.6.1解：I3=I1I5=116=

18、5（mA)I2=I3I4=512=7（mA)I6=I1I2=11(7)=18（mA)I6=I4+I5=12+6=18（mA)第49页/共59页4物理意义：KCL是电流的连续 性的体现，也是能量守衡的体现。5KCL对各支路电流施加了约束， 而与支路元件的性质无关。qq2q1第50页/共59页1定义：在任一时刻，沿任一回路内所有支路或元件电压降的代数和恒为零。1.6.3 KVL（电压定律）E= (RI) 2表达式 U=0 E1=I1R1+ I3R3E2=I2R2+ I3R3E1=I1R1I2R2+E2+-E1E2R2R1R3I1I2I3cabd第51页/共59页 （1）列KVL前，要首先选定回路绕行方向，然后再列方程，电压降和回路绕行方向一致取正，否则取负。 （2）KVL对闭合回路中各支路电压施加了约束，它与元件性质无关。3讨论4绕行方向的选择：原则上是任意的。第52页/共59页 电路如图所示，已知UAB=5V，UBC=4V，