周赣-电路-第01讲

1、电路基础 第一讲周 赣1、如何和我联系？、如何和我联系？上课前的一些说明：上课前的一些说明：手机：手机mail：2、如何获取课件和作业？、如何获取课件和作业？去主页去主页http:/的教师园地。的教师园地。3、学习上面遇到困难怎么办？、学习上面遇到困难怎么办？ 人们想要成功人们想要成功 ，但却，但却常常回避问题。只要抓住问题常常回避问题。只要抓住问题并处理问题才能取得成功。并处理问题才能取得成功。 乔赛亚乔赛亚博尼尔博尼尔 第一章第一章 电路的基本概念和电压、电流约束关系电路的基本概念和电压、电流约束关系1.1 电路的基本概念电路的基本概念1.2 电路的主要物理量电路

2、的主要物理量1.3 电路的无源元件电路的无源元件1.4 电路的有源元件电路的有源元件1.5 常用多端电路元件介绍常用多端电路元件介绍1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律本章的主要内容包括：本章的主要内容包括：1.1 电路的基本概念电路的基本概念 车辆定向移动形成车流，人定向移动形成人流；车辆车辆定向移动形成车流，人定向移动形成人流；车辆和人在路上移动。和人在路上移动。 电荷定向移动形成电荷定向移动形成电流电流（Current）；电流流过的路）；电流流过的路径称为径称为电路电路（Circuit）。）。1.1.1 电路的组成及其功能电路的组成及其功能（1 1）电源）电源( (source) )：提供能

3、量或信号。：提供能量或信号。 比如发电机、电池、比如发电机、电池、电信号发生器等。电信号发生器等。（2 2）负载）负载( (load) )：用电设备。一般将电能转化为其它形式：用电设备。一般将电能转化为其它形式的能量。的能量。（3 3）辅助设备：起）辅助设备：起传输、控制、测量、保护等作用，包括传输、控制、测量、保护等作用，包括变压器、输电线、开关、仪表、熔断器、变压器、输电线、开关、仪表、熔断器、电力电子器件电力电子器件等。等。电路的组成：电路的组成：电源电源、负载负载、辅助设备辅助设备 在火力发电厂中，在火力发电厂中，发电机发电机由汽轮机带动运转，将机械由汽轮机带动运转，将机械能转换成电能

4、，经能转换成电能，经变压器变压器将电压升高将电压升高 （为什么？为什么？），由），由输电线输电线送往用电目的地，再经变压器将电压降低，送至送往用电目的地，再经变压器将电压降低，送至各种用电设备（各种用电设备（负载负载），把电能转换成热能、光能、机），把电能转换成热能、光能、机械能等。械能等。电路例电路例1：电力系统：电力系统 接收装置将微弱的电磁波信号接收下来，经过放大、接收装置将微弱的电磁波信号接收下来，经过放大、变化处理后，送到扬声器、显示器、记录器等设备。其变化处理后，送到扬声器、显示器、记录器等设备。其中中放大处理电路放大处理电路需有电源，作用是处理和传递信号。需有电源，作用是处理和传

5、递信号。电路例电路例2：接收机电路系统：接收机电路系统电路按其主要功能分为两类：电路按其主要功能分为两类：（1）转换与传输能量类电路，要求在转换与传输）转换与传输能量类电路，要求在转换与传输过程中损耗小，效率高。过程中损耗小，效率高。（2 2）处理与传递信号类电路，要求在处理与传递）处理与传递信号类电路，要求在处理与传递过程中失真小，灵敏度高过程中失真小，灵敏度高。激励和响应的概念：激励和响应的概念：激励激励：电路中产生电压或电流的动力。以上两类功能的电：电路中产生电压或电流的动力。以上两类功能的电路都需要有激励。路都需要有激励。响应响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流。：由激励在电路各部

6、分产生的电压或电流。 简化以突出元件的主要电磁特性，简化以突出元件的主要电磁特性，u、i间的间的关系关系可可用数学式表示。用数学式表示。理想元件的分类：理想元件的分类：（1）线性元件和非线性元件（）线性元件和非线性元件（输出随输入线性变化输出随输入线性变化）（2）时变元件和非时变元件（时变元件和非时变元件（是否随时间变化是否随时间变化）（3）有源元件和无源元件（有源元件和无源元件（是否含有激励是否含有激励）（4）二端元件、三端元件、多端元件等（二端元件、三端元件、多端元件等（对外连接端点数对外连接端点数）1.1.2 电路模型电路模型 (Circuit Model)理想元件理想元件的定义：的定义

7、：实际元件实际元件的表示方法的表示方法 由理想元件构成的电路图，简称电路由理想元件构成的电路图，简称电路。 将实际元件由理想元件或理想元件组合来模拟。将实际元件由理想元件或理想元件组合来模拟。电路模型（简称电路）电路模型（简称电路）10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡实际电路实际电路电路模型电路模型(电路电路)照明电路的电路模型照明电路的电路模型（1 1） 电池抽象为理想电压源和内电阻。电池抽象为理想电压源和内电阻。（2 2） 灯泡抽象为电阻。灯泡抽象为电阻。（3 3） 连接线抽象为理想导线。连接线抽象为理想导线。1.1.3 两条公理和一条假设 本书讨论的电路

8、分析遵循两条公理和一条假设。本书讨论的电路分析遵循两条公理和一条假设。 电荷在电路中作定向移动形成电流，在运动过程中电荷在电路中作定向移动形成电流，在运动过程中经过各个电路元件，有的元件吸收能量，有的元件放经过各个电路元件，有的元件吸收能量，有的元件放出能量。电荷的数量在运动过程中保持不变，即电荷出能量。电荷的数量在运动过程中保持不变，即电荷守恒。守恒。2 2、能量守恒、能量守恒1 1、电荷守恒、电荷守恒 电路是转换与传输能量的装置，在转换与传输过电路是转换与传输能量的装置，在转换与传输过程中遵循能量守恒定律。程中遵循能量守恒定律。3 3、集中假设集中假设 集总参数电路的判断条件集总参数电路的

9、判断条件 实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。长。 实际电路及其器件在空间上有一定的几何尺寸，若电路实际电路及其器件在空间上有一定的几何尺寸，若电路或器件的最大尺寸或器件的最大尺寸d 与与工作电流电磁波工作电流电磁波的波长的波长 比较，满足比较，满足d 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流参考方向与实际方向的关系电流参考方向与实际方向的关系i 参考方向参考方向 1.2.2 电压（电压（Voltage）及其参考方向）及其参考方向 一、电压（电位差）的定义一、电压（电位差）的定义 电场中电场中A、B两点间的电压两点间的电压

10、UAB：单位正电荷处在两点时单位正电荷处在两点时所携带的所携带的电场能量电场能量之差，将之差，将单位正电荷单位正电荷从从A点移至点移至B点过点过程中程中电场力电场力所做的功，单位：所做的功，单位：V (伏伏) (Volt，伏特，伏特)()ABdwUdq电荷微元二、电压的参考方向二、电压的参考方向U 0+实际方向实际方向参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+ 可以任意选定一个方向作为电压的可以任意选定一个方向作为电压的参考方向参考方向。电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1) 用箭头表示：箭头指向为电压的参考方向用箭头表示：箭头指向为电压的参考方向(2) 用正负极表示：由正

11、极指向负极的方向为电压用正负极表示：由正极指向负极的方向为电压 的参考方向的参考方向(3) 用双下标表示：如用双下标表示：如 UAB , 由由A指向指向B的方向为电压的方向为电压 的参考方向的参考方向UU+ABUAB小结小结： 电压和电流是电压和电流是标量标量 （有正负号的代数量）（有正负号的代数量）。(2) 参考方向一经指定并在电路图上标明后，在整个电参考方向一经指定并在电路图上标明后，在整个电路分析过程中不得改变。路分析过程中不得改变。+Riu+Riu(3) 元件或支路的元件或支路的u、i采用相同的参考方向，称之为采用相同的参考方向，称之为关联参关联参考方向考方向；反之，称为反之，称为非关

12、联参考方向非关联参考方向。 为方便，常选电路中某一点为参考点，并设参考点电位为方便，常选电路中某一点为参考点，并设参考点电位为为零零，其它点其它点到参考点的电压称为到参考点的电压称为该其它点该其它点的电位。电位的电位。电位用用 （佛爱佛爱）表示，单位与电压相同。）表示，单位与电压相同。abcd设设c点为参考点，则点为参考点，则 c = 0 a = Uac， b = Ubc， d = Udc三、电位的概念三、电位的概念 （电压的一个关联概念电压的一个关联概念）两点间两点间电压电压与与电位电位的关系的关系abcd设设c点为参考点，点为参考点， c = 0Uac = a ， Udc = dUad=

13、a d电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V(1) 以以a点为参考点点为参考点， a=0Uab= a b b = a Uab= 1.5 VUbc= b c c = b Ubc= 1.51.5= 3 VUac= a c = 0 (3)=3 V(2) 以以b点为参考点点为参考点， b=0Uab= a b a = b +Uab= 1.5 VUbc= b c c = b Ubc= 1.5 VUac= a c = 1.5 (1.5) = 3 V 结论：结论：电位参考点可任意选择

14、；当选择不同的电位参考电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考时，各点电位不同，但两点间电压保持不变。时，各点电位不同，但两点间电压保持不变。四、电动势四、电动势（1）理想电压源可用电动势）理想电压源可用电动势 Es 表示。表示。（2）电动势方向箭头电动势方向箭头：指向电压升高的方向，和一般元件：指向电压升高的方向，和一般元件的电压箭头方向相反，表示的电压箭头方向相反，表示电源将电压升高电源将电压升高 。Es+-一、一、 电功率定义电功率定义l功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)l能量的单位：能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)l当当 u、i 的的

15、参考方向一致参考方向一致时，时，p表示元件表示元件吸收的电功率吸收的电功率；l当当 u、i 的的参考方向相反参考方向相反时，时，p表示元件表示元件发出的电功率发出的电功率。 思考：为什么这么说？思考：为什么这么说？ 1.2.3 电功率电功率( (Power) )与电能与电能( (Energy) )dwpdt,dwdqdwdw dquipuidqdtdtdq dt 电场力所做功对时间的电场力所做功对时间的导数导数，即，即二、功率的计算和判断二、功率的计算和判断1、 u、i 关联参考方向关联参考方向p = ui 表示元件吸收的表示元件吸收的电电功率功率P0 吸收正功率吸收正功率 (吸收电能吸收电能

16、)P0 发出正功率发出正功率 (发出电能发出电能)P0 发出负功率发出负功率 (吸收电能吸收电能)+iu2、 u、i 非非关联参考方向关联参考方向l 上述功率计算方法不仅适用于元件，也适用于任意上述功率计算方法不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。二端网络。l 电阻元件在电路中总是消耗、吸收电功率（由电阻元件在电路中总是消耗、吸收电功率（由物理物理本质本质决定的），而电源在电路中可能吸收，也可能决定的），而电源在电路中可能吸收，也可能发出电功率（电源处于发出电功率（电源处于充电充电、放电放电状态）。状态）。注意：注意：+5 IURU1U2U1=10V， U2=5V。 分别求电源、电阻的功率。分别求电源、电阻的功率。I = UR/5 = (U1U2)/5 = (105)/5 = 1 APR吸吸= URI = 5 1 = 5 WPU1发发= U1I = 10 1 = 10 WPU2吸吸= U2I = 5 1 = 5 WP发发= 10