电路基础第一章课件

1、第1章 电路的基本概念和定律 面向面向21世纪高等职业技术教育电子电工类规划教材世纪高等职业技术教育电子电工类规划教材电电 路路 分分 析析（第三版）（第三版）主编主编 刘志民刘志民西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社http:/ 冯 丁TelQ： 651623150第1章 电路的基本概念和定律 联系课程：联系课程：高等数学、线性代数、复变函数 大学物理课程的性质及任务课程的性质及任务 本课程是电子信息工程、电气技术等专业的一门重要的基础课程，是研究电路理论的入门课程，具有较强的理论性和工程性。通过本课程的学习，使学生掌握一定的基础知识，基本原理，电路基本分析

2、方法和初步实验技能，为学习电路专业技术和今后从事实际操作打下重要基础。本课程以应用为目的培养学生的抽象思维能力、分析计算能力和总结归纳能力等。第1章 电路的基本概念和定律 目目 录录 第第 1 章章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律第第 2 章章 电路的等效变换电路的等效变换 第第 3 章章 线性电路的一般分析方法和基本定理线性电路的一般分析方法和基本定理 第第 4 章章 正弦交流电路正弦交流电路 第第 5 章章 互感电路及理想变压器互感电路及理想变压器 第第 6 章章 非正弦周期信号电路非正弦周期信号电路 第第 7 章章 动态电路的时域分析动态电路的时域分析 第1章 电路的基本概念和

3、定律 本课程的计划：本课程的计划：上课时间：14周上课内容：教学大纲生产实习：3周平时作业：按时完成布置作业，根据自己情况，选择一些练习题。第1章 电路的基本概念和定律 第第1 1章章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 1.3 电功率与电能电功率与电能 1.4 电阻元件电阻元件 1.5 电压源与电流源电压源与电流源 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.7 用电位的概念分析电路用电位的概念分析电路 小结小结 习题习题1 第1章 电路的基本概念和定律 本章的主要内容：本章的主要内容：1、介绍电路的

4、基本概念和基本变量电流、电压、 功率、电位2、介绍电路中基本的电路模型电压源、电流源、电阻3、介绍集中参数电路的基本定律欧姆定律和基尔霍夫定律第1章 电路的基本概念和定律 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 电路是由电路元(器)件按一定要求连接而成，为电流的流通提供闭合路径的集合体，复杂的电路也常称为网络。 对能量的传送、 转换与分配 （电力系统） 完成电信号的产生、传输、 处理及应用（手机电路等） 1.1.1 电路及其功能电路及其功能 实际应用中的电路种类繁多，用途各异，但按其功能可概括为两个方面：第1章 电路的基本概念和定律 1.1.2 理想电路元件理想电路元件 按照元件在电路中发生的电

5、磁现象可以将元(器)件分为两类： 有些元(器)件主要是储存磁场能量的，如各种各样的电感线圈。有些元(器)件主要是储存电场能量的，如各种类型的电容器。各种元(器)件除了主要物理性质之外，还有次要性质。耗能元件，如各种电阻器、电灯、电炉等供能元件，发电机和电池等第1章 电路的基本概念和定律 为了分析电路方便起见，必须在一定条件下对实际电路元(器)件加以近似化，忽略其次要性质，用一些足以表示实际电路元(器)件主要物理性质的模型来代替实际电路元(器)件。构成模型的元(器)件称为理想电路元件。 电路分析中常用的三种理想元件是： 表示将电能转换成热能的电阻元件； 表示电场现象的电容元件； 表示磁场现象的电

6、感元件。 另外还有电压源和电流源两种理想电源元件。第1章 电路的基本概念和定律 1.1.3 电路模型电路模型 各种实际元(器)件在一定条件下都可以求得其模型，有些模型比较简单，仅由一种理想元件组成，有些则比较复杂，要由几种理想元件组成。用抽象的理想元件及其组合近似代替实际元(器)件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型（电路原理图）。所谓电路模型，就是把实际电路的本质抽象出来所构成的理想化了的电路。将电路模型用规定的理想元件符号画在平面上形成的图形称作电路图。 图1.1就是一个最简单的电路图。第1章 电路的基本概念和定律 图1.1 一个最简单的电路图 电路图只反映各种理想元件在电路中的作用及其

7、相互连接方式，并不反映实际设备的内部结构、几何尺寸及其相互位置。因此有的资料也将电路图称为电路原理图，以区别于装配图。为简便起见，今后我们将省略“理想”二字，元件均指理想元件而言。第1章 电路的基本概念和定律 实际电路可分为“集中参数电路”和“分布参数电路”两大类。当一个实际电路的几何尺寸远小于电路中电磁波的波长时， 就称为集中参数电路，否则就称其为分布参数电路。集中参数电路又按其元件参数是否为常数，分为线性电路和非线性电路。 本课程讨论的都是集中参数线性电路。 第1章 电路的基本概念和定律 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向 从

8、物理学得知，电荷的定向移动形成电流，规定正电荷移动的方向为电流的方向。大小用电流强度来度量，单位时间内通过导体横截面的电荷量称为电流强度，用i 表示，即 tqidd(1-1)第1章 电路的基本概念和定律 若dq/dt为常数，则称为直流电流，简称直流(英文缩写为DC)， 用I表示，式(1 - 1)可写成tqI (1 - 2) 电流是客观存在的， 尽管看不见摸不着， 却可以通过它的各种效应来体现。日常生活中的开灯、 关灯就可体现其“存在”与“消失”。 电流强度简称电流，这样，电流一词不仅代表一种物理现象， 而且也代表一个物理量。 国际单位制(SI)中， 电荷的单位是库仑(C)； 时间的单位是秒(s

9、)； 电流的单位是安培(A)， 实用中还有毫安(mA)和微安(A)等。 第1章 电路的基本概念和定律 在电路分析中，特别是复杂电路，电流的实际方向很难确定，尤其在交流电路中，电流方向不断变化，根本无法确定。为此引入参考方向这一概念，即任意设定一个方向作为其数值为正的标准，通常用箭头表示，并且规定，电流的实际方向与参考方向一致，电流为正值；反之，电流为负值，这样电流就是一个代数量了。如图1.2所示。图1.2 电流的参考方向 第1章 电路的基本概念和定律 例如，图(a)为电路的一部分，方框泛指元件，计算流过元件的电流时，先假设参考方向为 ，如图(b)所示，在此参考方向之下计算电流，若数值为1A，

10、表示实际方向与参考方向一致；若计算的电流值为-1A，表示实际方向与参考方向相反，我们也可以选定参考方向为 ，如图（c）。 除用箭头表示电流参考方向外，还可用双下标表示，如Iab就表示电流参考方向是从a点流向b点。l 不设定参考方向而谈电流的正负是没有意义的。 abba第1章 电路的基本概念和定律 在直流电路中，测量电流时，应根据电流的实际方向将电流表串入待测支路中，如图1.3所示，电流表两旁标注的“+”、 “-”号为电流表的极性。 图1.3 直流电流测试电路 第1章 电路的基本概念和定律 例例1.1 在图1.4中，各电流的参考方向已设定。已知I1=10A, I2=-2A, I3=8A。试确定I

11、1、I2、I3的实际方向。 解：解：I1 0, 故I1的实际方向与参考方向相同，I1由a点流向b点。 I20, 故I3的实际方向与参考方向相同， I3由b点流向d点。 图1.4 例1.1图 第1章 电路的基本概念和定律 1.2.2 电压及其参考方向电压及其参考方向 从物理学中知道，电路中a、b两点的电压就是将单位正电荷由a点移动到b点时电场力所做的功。电压用u表示， 即 qwudd在式(1-3)中，dq为由a点转移到b点的电荷量，dw为移动电荷dq电场力所做的功。在SI中，电压的单位为伏特 (V)， 实用中还有千伏(kV)、 毫伏(mV)和微伏(V)等。 （1-3）第1章 电路的基本概念和定律

12、 也可用电位表示电压， 电路中某点的电位表示该点到参考点的电压。电位用(带单下标)表示，a就表示a点的电位， 其单位与电压相同。 两点间的电压就是这两点的电位之差。 电路中， 规定电位降低的方向为电压的实际方向。 故电压又称电位差或电压（位）降。 如果电压的大小和方向都不随时间变化，这样的电压叫做直流电压，用U表示。引入电位概念以后，这样a、b两点的电压可表示为 Uab=a-b (1-4)第1章 电路的基本概念和定律 与电流类似， 在分析过程中要给电压设参考方向（参考极性）， 通常在电路中用“+”（表示高电位端， 称正极）、 “-”（表示低电位端，称负极）号标出，如图1.5所示。当电压的参考方

13、向与实际方向相同时，电压为正；反之，电压为负。 图 1.5 电压的参考方向 第1章 电路的基本概念和定律 例如，图(a)为电路的一部分，方框泛指元件，计算元件两端电压时，首先标出电压的参考极性，参考极性可以任意选定，如图(b)所示，设a为参考极性“+”端，b为参考极性“-”端，在此参考方向之下计算电压，若数值为1V， 表示实际极性与参考极性一致；若计算电压值为-1V，表示实际电压极性与参考极性相反，我们也可以选定a为参考极性“-”端，b为参考极性“+”端，如图（c）。第1章 电路的基本概念和定律 电压还可以用带双下标的字母表示， 如uab就表示a、b两点之间的电压， 而且表明a点电位高于b点电

14、位。 若计算结果uab为正值， 说明a点电位确实高于b点； 若uab为负值， 说明a点电位低于b点。 除了用双下标和“+”、 “-”(电子技术中经常用“ ”、“ ”)表示电压的参考方向外，也可用带箭头的实线段表示，箭头所指即电压的参考方向(由“+”指向“-”)。第1章 电路的基本概念和定律 有了参考方向，电压也就成为一个代数量。不设定参考方向谈电压的正负也是没有意义的。电压的参考方向也称为电压的正方向。 在直流电路中，测量电压时，应根据电压的实际极性将直流电压表跨接在待测支路两端。如图1.6所示，若Uab=10V，Ubc=-3V，测量这两个电压时应按图示极性接入电压表。电压表两旁标注的“+”、

15、“-”号分别表示电压表的正极性端和负极性端。 第1章 电路的基本概念和定律 图 1.6 直流电压测试电路 Uab=10V，Ubc=-3V第1章 电路的基本概念和定律 电流的参考方向和电压的参考极性原则上可以各自独立设定。但为了方便，通常采用关联参考方向，即电流从电压“+”极流入，从“-”极流出（称两者参考方向一致），如图1.7(a) 所示。图1.7(b)中两者参考方向不一致时，称为非关联参考方向。 图1.7 关联与非关联参考方向 第1章 电路的基本概念和定律 在今后分析计算电路时，无需考虑各电流、电压的实际方向，只需在图中标定它们的参考方向，最终计算结果的正、负就反映了它们的实际方向。 电流的

16、参考方向和电压的参考极性可以任意选定，但一经选定，在整个分析计算过程中就必须以此为准而不能再变动。 第1章 电路的基本概念和定律 例例1.2 在图1.8(a)中，各方框泛指元件。已知I1=3A, I2=2A, I3=-1A, a=10V，b=8V，d=-3V。 (1) 欲验证I1、I3数值是否正确，问电流表在图中应如何连接? 并标明电流表极性。 (2) 求Uab和Ubd，若要测量这两个电压，问电压表如何连接? 并标明电压表极性。 图 1.8 例1.2图 第1章 电路的基本概念和定律 解解 (1) 电流表应按图1.8(b)所示串入所测支路，其极性如图中所标注。 (2) Uab=a-b=10-8=

17、2V Ubd=b-d=8-(-3)=11V 或 Ubd=b-d = b -a+a - d =Uba+Uad而 Uba=b-a=8-10=-2V Uad= a -d=10-(-3)=13V 故 Ubd =Uba+Uad=-2+13=11V 第1章 电路的基本概念和定律 以上用两种思路计算所得结果完全相同，由此可得出两条重要结论： (1) 两点之间的电压等于这两点之间路径上的全部电压的代数和； (2) 计算两点间的电压与路径无关。 测Uab和Ubd的电压表应按图1.8(b)所示跨接在待测电压的两端，其极性已标注在图上。 第1章 电路的基本概念和定律 练练 习习 与与 思思 考考 1.2-1 如图1

18、.9所示，已知a=10V, b=0，c=6V。求Uab、 Ubc及Uac。 图1.9 题1.2-1图 第1章 电路的基本概念和定律 图1.10 题1.2-2图 1.2-2 试标出如图1.10所示电路中，对网络N和元件R而言符合关联参考方向的电流和电压。 第1章 电路的基本概念和定律 1.3 电功率与电能电功率与电能 1.3.1 电功率电功率设在dt时间内，由a点转移到b点的正电荷量为dq，在转移过程中dq失去的能量为 dw=u dq 正电荷失去能量，则ab段吸收（或消耗）功率，该功率为 uitqutwpdddd(1 - 5) 第1章 电路的基本概念和定律 在直流电路中， P=UI (1 - 6

19、) 在SI中功率的单位为瓦特 (W)。实用中还有千瓦(kW)，毫瓦(mW)等。 需要强调的是：当电压、电流为非关联方向时，则功率计算式(1-5)、(1-6) 应为 ：p=-ui 或 P=-UI l 一段电路，若功率P0，表明该段电路吸收功率；若功率P0，电路消耗功率；P0，电路提供功率。电路中某点到参考点的电压就是该点的电位，其计算方法与计算电压相同。 第1章 电路的基本概念和定律 2. 电压源、电压源、 电流源和电阻电流源和电阻 它们都是电路中的基本二端元件，电压源的端电压总是定值US或一定的时间函数；电流源的电流总是定值IS或一定的时间函数。 电压源和电流源都是分析实际电源非常有用的工具。

20、 电阻元件是电路的主要元件，其伏安关系虽然简单，但其分析思路和方法都是分析动态元件的基础。 第1章 电路的基本概念和定律 3. 欧姆定律和基尔霍夫定律欧姆定律和基尔霍夫定律 它们都是电路理论中的重要定律，欧姆定律确定了电阻元件上电压和电流之间的约束关系，通常称为特性约束。 KCL定律确定了电路中各支路电流之间的约束关系，其内容为： 对电路中任一节点在任一时刻，有I=0；KVL确定了回路中各电压之间的约束关系，其内容为：对电路中任意回路，在任一时刻，有U=0。基尔霍夫定律表达的约束关系通常称为拓扑约束。 两种约束关系是分析电路的基础。 第1章 电路的基本概念和定律 习习 题题 1 1.1 图示电

21、路中，已知U1=2V, U2=10V, U4=2V，求电压U3, U5及U6。 题1.1图 第1章 电路的基本概念和定律 1.2 求图示电路中的电压Uab和U1。 题1.2图 第1章 电路的基本概念和定律 1.3 图示电路中，已知U1=1 V, U2=-3 V, U4=-4V，U5=7 V， 求电压Ubd。 题1.3图 第1章 电路的基本概念和定律 1.4 上题图中若已知I1=2A, I2=1 A, I3=1 A，求元件1、3、 4、6所吸收或供出的功率。 1.5 求图示电路中的电压Uab、Uac和Uad。 1.6 求图示电路中的电压U。 第1章 电路的基本概念和定律 题1.5图 第1章 电路的基本概念和定律 题1.6图 第1章 电路的基本概念和定律