《電路基本概念》PPT課件.ppt

第1章 電路的基本概念和基本定律 1.1 電路和電路模型 1.2 電流電壓及其參考方向 1.3 電功率和電能 1.4 電阻元件和歐姆定律 1.5 電容和電感元件 1.6 基爾霍夫定律,圖1.1 電路的組成,1.2 電流、 電壓及其參考方向 1.2.1 電流及其參考方向 帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動, 稱為電流。用符號i表示, 即 q為極短時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 電流的實(shí)際方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動方向。 ,當(dāng)電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí), 稱為直流電流, 簡稱直流。 直流電流常用英文大寫字母I表示。 量值和方向隨著時(shí)間按周期性變化的電流, 稱為交流電流, 常用英文小寫字母i表示。單位是安培, 符號為A。常用的有千安（kA）, 毫安（mA）, 微安（A）等。 在分析與計(jì)算電路時(shí), 常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。,圖1.2 電流的參考方向,1.2.2 電壓及其參考方向 電路中A、 B兩點(diǎn)間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點(diǎn)移動到B點(diǎn)所減少的電能, 即 式中, q為由A點(diǎn)移動到B點(diǎn)的電荷量, WAB為移動過程中電荷所減少的電能。 電壓的實(shí)際方向是使正電荷電能減少的方向, 電壓的SI單位是伏特, 符號為V。 常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、 微伏（V）等。,量值和方向都不隨時(shí)間變化的直流電壓, 用大寫字母U表示。交流電壓, 用小寫字母u表示。,圖1.3 電壓的參考方向,元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的, 稱為關(guān)聯(lián)參考方向。,圖1.4 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向,1.3 電功率和電能,傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率, 簡稱功率,用p或P表示。,1.4 電阻元件和歐姆定律 電阻元件是一個二端元件, 它的電流和電壓的方向總是一致的, 它的電流和電壓的大小成代數(shù)關(guān)系。 電流和電壓的大小成正比的電阻元件叫線性電阻元件。 元件的電流與電壓的關(guān)系曲線叫做元件的伏安特性曲線。線性電阻元件的伏安特性為通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線, 這個關(guān)系稱為歐姆定律。在電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向下, 線性電阻元件的伏安特性如圖1.6所示, 歐姆定律的表達(dá)式為,圖 1.6 線性電阻的伏安特性曲線,式中, R是元件的電阻, 它是一個反映電路中電能消耗的電路參數(shù), 是一個正實(shí)常數(shù)。式中電壓用V 表示, 電流用A表示時(shí), 電阻的單位是歐姆, 符號為。電阻的十進(jìn)倍數(shù)單位有千歐（k）、 兆歐（M）等。 電流和電壓的大小不成正比的電阻元件叫非線性電阻元件, 本書只討論線性電阻電路。 令G=1/R, 則式（1.7）變?yōu)?式中, G稱為電阻元件的電導(dǎo), 單位是西門子, 符號為S。,如果線性電阻元件的電流和電壓的參考方向不關(guān)聯(lián), 則歐姆定律的表達(dá)式為 在電流和電壓關(guān)聯(lián)參考方向下, 任何瞬時(shí)線性電阻元件接受的電功率為,或,1.5 電容與電感,電 容 元 件,電容元件的基本概念 電容元件是一個理想的二端元件, 它的圖形符號如圖3.1所示。,(3.1),圖3.1 線性電容元件的圖形符號,電容元件的ui關(guān)系,電容元件的儲能 在電壓和電流關(guān)聯(lián)的參考方向下, 電容元件吸收的功率為,電 感 元 件,電感元件的基本概念,自感磁鏈,稱為電感元件的自感系數(shù), 或電感系數(shù), 簡稱電感。,線圈的磁通和磁鏈,線性電感元件,電感元件的ui關(guān)系,電感元件的儲能,在電壓和電流關(guān)聯(lián)參考方向下, 電感元件吸收的功率為,1.6 基爾霍夫定律,基爾霍夫定律是集中參數(shù)電路的基本定律, 它包括電流定律和電壓定律。為了便于討論, 先介紹幾個名詞。 （1）支路: 電路中流過同一電流的一個分支稱為一條支路。 （2）節(jié)點(diǎn): 三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 (3) 回路: 由若干支路組成的閉合路徑,其中每個節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過一次, 這條閉合路徑稱為回路。 (4) 網(wǎng)孔: 網(wǎng)孔是回路的一種。將電路畫在平面上, 在回路內(nèi)部不另含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。,1.6.1 基爾霍夫電流定律（KCL） 在集中參數(shù)電路中, 任何時(shí)刻, 流出（或流入）一個節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零, 這就是基爾霍夫電流定律, 簡寫為KCL。 對圖 1.11 中的節(jié)點(diǎn)a, 應(yīng)用KCL則有 寫出一般式子, 為 i=0 把式（1.14）改寫成下式, 即i1=i3+i4 ,（1.14）,在集中參數(shù)電路中, 任何時(shí)刻, 流入一個節(jié)點(diǎn)電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)電流之和。 ,圖1.11 電路實(shí)例,KCL原是適用于節(jié)點(diǎn)的, 也可以把它推廣運(yùn)用于電路的任一假設(shè)的封閉面。例如圖1.11所示封閉面S所包圍的電路。 1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL） 在集中參數(shù)電路中, 任何時(shí)刻, 沿著任一個回路繞行一周, 所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零, 這就是基爾霍夫電壓定律, 簡寫為KVL, 用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為,（1.16）,在寫出式（1.16）時(shí), 先要任意規(guī)定回路繞行的方向, 凡支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致者, 此電壓前面取“+”號, 支路電壓的參考方向與回路繞行方向相反者, 則電壓前面取“-”號。 在圖1.11中, 對回路abcga 應(yīng)用KVL, 有 如果一個閉合節(jié)點(diǎn)序列不構(gòu)成回路, 例如圖1.11中的節(jié)點(diǎn)序列acga,在節(jié)點(diǎn)ac之間沒有支路, 但節(jié)點(diǎn)ac之間有開路電壓uac, KVL同樣適用于這樣的閉合節(jié)點(diǎn)序列, 即有,（1.17）,將式（1.17）改寫為 電路中任意兩