电工学第六版第一章电路基本概念.ppt

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1、高中电学实验的实物图,简单明了的电路图,电子电路实物,未装元件的印刷电路板,安装元件的印刷电路板,一目了然的电路图,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 电位的概念及计算,本章要求:1.电压与电流的参考方向/实际方向；2.电路的两大基本定律：KVL、KCL；3.电路的三种状态：有载工作状态、开路状态、短路状态。4.用电器的额定值；5.电路中各点电位的计算。,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)实现电能量的传

2、输、分配与转换（电工技术）,(2)实现电信号的传递与处理（电子技术）,1.电路的作用,电路是电流的通路，是为实现某种功能由电路元件按一定方式组合而成。,2.电工电路的组成部分,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,负载,信号源:提供信息,2.电子电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励；负载的电压和电流则称为响应。,中间环节：放大、调谐、检波等,1.2 电路模型,为便于分析,要抓住主要因素，将电器理想化，从而构成与实际电器相对应的电路模型，简称电路。,理想电路元件：电阻、电感、电容、电源。,手电筒=电池+灯泡+开关+筒体,

3、手电筒的电路模型,电池-电源元件：电动势 E 和内阻Ro；,灯泡-消耗电能的电阻元件：电阻R,筒体-用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，即是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,手电筒=电池+灯泡+开关+筒体,电压和电流的方向,实际方向参考方向,参考方向 在分析计算电路的电压电流之前，事先人为假定的方向，以便列写方程式，求得电路中的电压电流。,1.3 电压和电流的参考方向,1.3 电压和电流的参考方向,实际方向,问题 在复杂电路中，难于判断电路元件中的电压电流实际方向。,？,(1)解题前，任选某方向为参考方向（或称正方向）；,(3)求解上述表达式，计算结果，确定实际方向：若计算结果为正

4、，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。,(2)根据参考方向，列出电流电压间的关系表达式；,解决方法,结论：实际方向总是在问题已解决后才能确定下来；参考方向则是在问题未解决前自己任意设定的。,(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，对电量事先任意假定的方向。,2.电路基本物理量的参考方向,注意：电路图中的方向均为参考方向。,为什么要事先设定方向？欧姆公式为例,若电流(或电压)值为正值，实际方向与参考方向一致；若电流(或电压)值为负值，实际方向与参考方向相反。,(3)实际方向与参考方向的关系,I=0.28A,I=0.28A,例:

5、电路如图所示。,2.8V,2.8V,1.4 欧姆定律,U、I 参考方向相同时,U、I 参考方向相反时,表达式中的正负号由U、I 之间的方向关系确定；,电路中的方向都是参考方向。,U、I 之间的参考方向相同，称为关联参考方向。,U=I R,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,电流的参考方向与实际方向相反,电压与电流参考方向相反,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：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1.5 电路的三种状态,开关

6、闭合,接通电源与负载,负载端电压,U=IR,1.电压电流关系,1.5.1 有载工作状态,(1)电流的大小由负载决定。,(2)在电源有内阻时，I U。,或 U=E IR0,当 R0 0 时，则U E，当负载变化时，电源的端电压恒定，即带负载能力强。,有载工作状态,PE=P+P,负载消耗功率,电源产生功率,内阻消耗功率,(3)电源的输出功率P由负载决定。,负载的概念:负载的增加负载电流和负载功率的增加。负载电阻R反而减小。,1.电压电流关系,2.功率与功率平衡,根据 U、I 的实际方向判别,电源：U、I 实际方向相反，（元器件发出功率）,负载：U、I 实际方向相同，（元器件吸收功率）,3.电路元件

7、的性质判别：电源？负载？,例:已知:电路中U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6。,求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2；(2)说明功率的平衡关系。,解：(1)对于电源 U=E1-U1=E1-IR01 即 E1=U+IR01=220+50.6=223V U=E2+U2=E2+IR02 即 E2=U-IR01=220-50.6=217V,(2)由上面可得，E1=E2+IR01+IR02 等号两边同时乘以 I，则得 E1 I=E2 I+I2R01+I2R02代入数据有 223 5=217 5+52 0.6+5+52 0.6 1115W=1085W+15W+15W。,电气设备的

8、额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。,相关的习题为26页的额定电压、额定功率通常并不是实际所使用的数值，额定电压、额定功率通常只用于求得电气设备的电阻，电阻在额定和非额定状态下才是唯一不变的。,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：I IN，P PN(不经济),过载(超载)：I IN，P PN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),特征:,开关 断开,开路状态,开路状态：开路处的电流I=0 开路处的电压(开路电压)U=UOC,电源外部端子被短接,短路状态,短路状态：1.短路处的电压 U

9、=02.短路处的电流 Is通常极大，易发生火灾。,1.6 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、（共6条）,回路：abda、abca、adbca（共7 个）,结点：a、b、c、d(共4个）,网孔：abd、abc、bcd（共3 个）,基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即:入=出,任一瞬间，流进某结点的电流=流出该结点的电流。,实质:电流连续性的体现。,或:=0,对结点 a：,I1+I2=I3,或 I1+I2I3=0,基尔霍夫电

10、流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间的相互制约关系。,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。,2推广,I=?,例:,I=0,IA+IB+IC=0,广义结点,或者，在这一闭合方向上，各局部电压（电位降）的代数和等于零。U=0,基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,从任一点出发，沿回路循行一周（顺时针或逆时针），则在这个方向上，电位升之和=电位降之和。,对回路1：,对回路2：,I1 R1+I3 R3 E1=0,I2 R2+I3 R3 E2=0,代数和：若局部电压方向与循行方向相同，则前面取“+”,1列方程前标注回路循行方向；,U=0 I2R2 E2+UBE=0,2应

11、用 U=0列方程时，项前符号的确定：局部压降与循行方向一致，则取正号，相反就取负号。,3.开口电压可按回路处理,注意：,基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间的相互制约关系。,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,应用 U=0列方程,基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路,UABUAUB,UERI,（1）UABUBCUCDUDA=0 即 UCD2V,（2）UCA UAB UBC(+5)(-4)1V,解,广义的KVL:UBE RB

12、I2+EB得 I20.315mA,KVL:EB US R1I1 RBI20得 I10.57mA,KCL:I2I1IB0 得 IB0.255mA,1.7 电路中的各点电位计算,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)标出各电流的参考方向，并据此列写计算公式；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,以b点作为参考点，则：,a点电位:-12V,n点电位:5+(-12)=-7V,m点电位:3V,可得 Unm=Vn-Vm=(-7)-(+3)=-10V,由欧姆定律得：（正欧姆定律）R

13、UnmI（-10）（-2）5,2.举例,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：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=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,结论：,(1)电位值是相对的，参考点的不同，各点电位也不同；,(2)两点间的电位差（电压值）是固定的，是绝对的，与参

14、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点电位VA（悬空点与电源点）,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？（板书）,解：（1）电路如左图。,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=IR1+12 VB=IR2 12,解

15、,I（VAVC）（R1R2）6（9）（10050）103 0.1mA,UABVAVBR2IVBVAR2I 6（50 103)(0.1 10-3)1V,返回,2,解,I30I1I2E1（R1R2）6（42）1AVA R3I3E2R2I2 042 1 2V,返回,1.6.2 已知Uab=0,求I,R,I1,解：已知条件只有1个，所以，用上已知条件，问题就会迎刃而解。2个网孔，4个节点。,求R，就需知道IR和UR,则需要再次运用基本的KVL(2个),KCL（3个）,相关的习题1.5.9,解：开关S闭合，则UAB=0 开关S断开，则可通过电位法分析UAB=VA-VB 令E点接地，则有VE=0；,？,A,0,?,A,习题（第26页）电路元件的性质判定-负载或电源1.5.12 电源的有载工作状态1.5.7 1.5.10 电路元件额定值的应用1.6.1 基尔霍夫电流定律KCL1.7.1 1.7.3 1.7.4 基尔霍夫电压定律KVL,