电路基本概念及定律.PPT

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1、电工与电子技术C,主讲：赵艾萍,电工学第七版，秦曾煌，高教出版社,1、本课程（电工学）主要学习哪些方面的内容？,2、如何学习这门课程？,电工及电子技术的基础知识,课堂教学，结合作业、自学、撰写大作业等形式,3、成绩如何算？,平时作业20，课程大作业10，期末考试70。,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,1.2 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,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

2、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。,2.电路的组成部分,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,直流电源:提供能源,中间环节：放大、调谐、检波等,负载,信号源:提供信息,2.电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励在电路中所产生的电压和电流称为响应。,电气器件,电路元件,元件符号,任何一个实际器件在电压或电流作用下都包含有能量的消耗、电场能的储存和磁场能的储存三种基本效应。在一定的条件下，其中某一种效应可能处于主导地位，从而可以用具有单一电磁性质的理想电路元件来模拟。,实际电气装置种类繁

3、多,电磁性质复杂。但在电磁现象方面却有着共同的地方。因此可以进行科学抽象的概括，用数学模型表示实际电气装置的外部功能。,1.2 电路模型,主要的理想电路元件符号及参数,例：手电筒,电池,导线,灯泡,开关,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,电器装置用电路模型近似表示是有条件的，一旦条件改变，电路模型也要作相应变动。,本课程中分析的是集中参数电路模型。,1.3 电压和电流的参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,1.电路基本物理量的实际方向,(2)参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1)参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2.电路基本物理量的参考方向,实际方向与参考方向一致

4、，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,(3)实际方向与参考方向的关系,注意：只有在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,若 I=5A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I=5A，则电流从 b 流向 a。,若 U=5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U=5V，则电压的实际方向从 b 指向 a。,1.4 欧姆定律,U、I 参考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,注意：式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；,U、I 值本身的正负则说明其实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同（即取一致参考方向）。,U=I R,

5、U=IR,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：,线性定常(时不变)电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,问：线性时变电阻的伏安特性曲线是怎样的？,1.5 电源有载工作、开路与短路,任务1：电源及其模型、根据其伏安特性曲线说明 电源的带负载能力,任务2：电源和负载的区别,任务3：电源三种工作状态的比较,1.6 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。每条支路流过的电流，称为支路电流。,节点：三条或三条以上支路

6、的连接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路的回路。,1、2、3？,网孔的概念仅适用于平面网络。平面网络是指支路间没有交叉点的网络。右图为非平面网络。,平面网络,外网孔,例1：,支路：ab、bc、ca、（共6条）,回路：abda、abca、adbca（共7 个）,节点：a、b、c、d(共4个）,内网孔：abd、abc、bcd（共3 个）,基本回路数 b-n+1,即平面网络的内网孔数,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，流向任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。,或:=0,对结点 a：,I1+I2=I3,或 I1+I2I3=0,基尔霍

7、夫电流定律（KCL）反映了电路中任一节点处各支路电流之间相互制约的关系。,KCL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（即广义节点）。,2推广,I=?,例:,广义节点,I=0,IA+IB+IC=0,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。,1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即：U=0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1=I1 R1+I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1+I3 R3 E1=0,或 I2 R2+I3 R3 E2=0,基尔霍夫

8、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。,例：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3+I1 R1=0,I2 R2 I4 R4 I6 R6=0,I4 R4+I3 R3 E=0,对回路 adbca，沿逆时针方向循行：,I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0,应用 U=0列方程,对回路 cadc，沿逆时针方向循行：,I2 R2 I1 R1+E=0,1列方程前标注回路循行方向；,电位升=电位降 E2=UBE+I2R2,U=0 I2R2 E2+UBE=0,2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

9、位升就取负号。,3.开口电压可按支路处理,对回路1：,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，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。,1.电位的概念,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各支路电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2.举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,设 a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80 VVd=Uda=65=30 V,设 b为参考点，即Vb=

10、0V,Va=Uab=106=60 VVc=Ucb=E1=140 VVd=Udb=E2=90 V,b,a,Uab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=E2=90 V,Uab=106=60 VUcb=E1=140 VUdb=E2=90 V,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；,(2)电路中两点间的电压值（电位差）是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1:图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路 如图（b）,电流 I2=0，电位 VA=0V。,电流 I1=I2=0，电位 VA=6V。,电流在闭合路径中流通,例2：,电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2)当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？,解：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源的“”端与12V电源的“+”端的联接处。,当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。,（2）VA=12 IR1 VB=12+IR2,