第一章電路的基本概念和基本定律

1、電工技術(shù)（電工學電工技術(shù)（電工學I I）第一章 電路的基本概念和基本定律Basic conception and Laws of circuit 江蘇大學電氣信息工程學院電氣信息工程學院 School of electric and informationSchool of electric and information，UJSUJS 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律講課教師：任明煒講課教師：任明煒電氣信息工程學院電氣信息工程學院 電工電子教研室電工電子教研室聯(lián)系方式：聯(lián)系方式疑地點：電氣樓答疑地點：電氣樓309 時時 間：星期三晚上間：星期三晚上7:

2、00-9:00 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.1 電路的作用與組成電路的作用與組成 1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.3 電路的元件電路的元件 1.4 電路的基本電路的基本定律定律 1.5 電路中的電位及其計算電路中的電位及其計算 內(nèi)容內(nèi)容 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律功率的分析計算功率的分析計算 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向 電路元件特性電路元件特性 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 重重點點 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.1 電路的作用與組成電路的作用與組成一、電路的作用：一、電路的作用： l 能量（電能）的

3、傳輸、分配和轉(zhuǎn)換能量（電能）的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換電燈電燈電動機等電動機等升壓升壓變壓器變壓器發(fā)電機發(fā)電機降壓變降壓變壓器壓器輸電線輸電線l 信息的采集、傳遞和處理信息的采集、傳遞和處理聲音（弱）聲音（弱）電（弱）電（弱）電（強）電（強）聲音（強）聲音（強）放大放大電路電路話筒話筒 揚聲器揚聲器，如電力系統(tǒng)（強電），如電力系統(tǒng)（強電） ，如半導體擴音器電路（弱電），如半導體擴音器電路（弱電） 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律二、電路的組成：二、電路的組成： 電源（信號源）電源（信號源）：提供電能：提供電能 負載負載：消耗、傳輸、分配電能：消耗、傳輸、分配電能 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)：起溝通

4、電路和輸送電能的作用：起溝通電路和輸送電能的作用 其繁簡決定了電路的復雜程度其繁簡決定了電路的復雜程度 電池（電池（電源電源）燈泡（燈泡（負載負載）導線（導線（中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)）舉例：舉例： 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律關(guān)于電路參數(shù)及變量的文字符號關(guān)于電路參數(shù)及變量的文字符號電路模型中，元件用大寫斜體字母表示，如：電路模型中，元件用大寫斜體字母表示，如：R，L，C; 時變量用小寫斜體字母表示，如：時變量用小寫斜體字母表示，如：, ;u i小寫斜體字母也可表示廣義變量，即所描述的數(shù)學小寫斜體字母也可表示廣義變量，即所描述的數(shù)學 模型對直流和對變量都適用時模型對直流和對變量都適用

5、時;3.3.電路的參數(shù)和電路分析中的變量單位：必須使用國際電路的參數(shù)和電路分析中的變量單位：必須使用國際 上通用的文字符號表示。單個字母必須用大寫字母，復上通用的文字符號表示。單個字母必須用大寫字母，復合字母表示的單位其第一個字母用大寫正體，第二個及合字母表示的單位其第一個字母用大寫正體，第二個及 以后的字母表示用小寫，如：以后的字母表示用小寫，如：HzHz，WbWb等。等。 2.2.電路分析中的變量：電路分析中的變量：恒定的直流量用大寫斜體字母表示，如：恒定的直流量用大寫斜體字母表示，如：U U，I; I; 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓

6、的參考方向 1.2.1 電流和電壓的實際方向：電流和電壓的實際方向：物理中對電量規(guī)定的方向物理中對電量規(guī)定的方向 電流：電流：正電荷移動正電荷移動的方向的方向 電壓：電壓：由高電位到低電位即由高電位到低電位即電位降低電位降低的方向的方向 電動勢：電動勢：電源內(nèi)部由低電位到高電位即電源內(nèi)部由低電位到高電位即電位升高電位升高方向方向 電源電源燈泡燈泡IRUE+_ab簡單電路：簡單電路： 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 ( (1) )復雜電路：復雜電路：事先無法確定實際方向。為分析方便，只能事先無法確定實際方向。為分析方便，只能 先任意假設(shè)一種方向（即參考方向），根據(jù)計算結(jié)果，才先任

7、意假設(shè)一種方向（即參考方向），根據(jù)計算結(jié)果，才 能最終確定電流的實際方向。能最終確定電流的實際方向。為什么要引入?yún)⒖挤较?？為什么要引入?yún)⒖挤较颍?(2)交變電路：交變電路：電流電壓是交變的，無法標出實際方向。設(shè)定參電流電壓是交變的，無法標出實際方向。設(shè)定參 考方向和其相應(yīng)表達式，表示出電流的大小和實際方向?？挤较蚝推湎鄳?yīng)表達式，表示出電流的大小和實際方向。 電流方向電流方向 AB？ BA？ 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.2.2 1.2.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.1.電路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向，正方向，是是人為假定的方向人為假定的方向 （不

8、管實際方向如何）（不管實際方向如何）2.2.參考方向的參考方向的表示方法（標注）：表示方法（標注）： 電流參考方向電流參考方向有兩種標注表示：有兩種標注表示： 用箭頭表示：箭頭的指向為用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。電流的參考方向。 用雙下標表示：如用雙下標表示：如iAB, ,電流的參考方向由電流的參考方向由A點指向點指向B點。點。 IABiABiABAB 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律電壓參考方向電壓參考方向有三種表示方式有三種表示方式： 用箭頭表示：箭頭指向為電壓（降）的參考方向用箭頭表示：箭頭指向為電壓（降）的參考方向 用正負極性表示：由正極指向負極的方向為電壓用

9、正負極性表示：由正極指向負極的方向為電壓 的參考方向的參考方向 用雙下標表示：如用雙下標表示：如UAB , ,由由A指向指向B的方向為電壓的方向為電壓 ( (降降) )的參考方向的參考方向 ABUABUABU+AB 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律參考方向與實際方向的關(guān)系參考方向與實際方向的關(guān)系： 參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向 ABi 0 0 i 0P =U I = 5= 51W 00時，吸收能量，電能時，吸收能量，電能000時，吸收能量，電能時，吸收能量，電能 02s時時，u0v，21( )( 2 )00 .5 A2ti tid 解：由圖可知，解：由圖可知，u u 為為分段

10、函數(shù)，求分段函數(shù)，求i應(yīng)分段積分應(yīng)分段積分 0t 1s時時，u1v，011( )( 0 )122ti tidt1t 2s時時，u-2v，11( )(1)20 .511 .52ti tidtt則則 i(1)0.5A例例如圖所示為如圖所示為2H2H電感上的電壓波形，電感上的電壓波形，求電流求電流i并畫波形并畫波形i（0）0i/At/s02-0.5本例目的：本例目的：熟悉元件的伏安關(guān)系，體會元件的記憶功能熟悉元件的伏安關(guān)系，體會元件的記憶功能 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律無源元件特性小結(jié)無源元件特性小結(jié) 電感電感L 電容電容C 電阻電阻R uR idiuLdtduiCdtU, ,i

11、均可躍變均可躍變i不能躍變不能躍變u不能躍變不能躍變 元件元件 電壓電電壓電流關(guān)系流關(guān)系 參數(shù)參數(shù)定義定義能量能量uqC LNiuRi耗能元件耗能元件20tR i dt儲能元件儲能元件212C u儲能元件儲能元件212L i其他其他電阻電阻R短路（短路（u0 0）開路（開路（i0 0）直流特性直流特性 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.3.4 1.3.4 電壓源電壓源 伏安特性伏安特性: :（外特性）（外特性）模型：模型：電動勢電動勢E串聯(lián)內(nèi)阻串聯(lián)內(nèi)阻RououUEIRU UI IR Rouou+ +- -E E工作分析工作分析RL，即空載，即空載RLIUE伏安特性曲線伏安特性

12、曲線0RL,UE,差值降在內(nèi)阻上差值降在內(nèi)阻上 RL0，即短路，即短路，ouIRIE/Rou,U=0 ，I=0,U=E 電壓源電壓源 為外電路提供穩(wěn)定電壓為外電路提供穩(wěn)定電壓 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律I IU UE E理想理想 特點特點輸出電壓輸出電壓U不變，其值恒等于電動勢。不變，其值恒等于電動勢。 即即 U E； 電源中的電流電源中的電流I由外電路決定由外電路決定。IE E+ +_ _UouUEIRRou越小越小,斜率越小斜率越小 Rou= 0，特性曲線與橫軸，特性曲線與橫軸I平行平行 此時的電壓源為此時的電壓源為理想電壓源理想電壓源 或或恒壓源恒壓源，模型為：，模型

13、為：實際電壓源由實際電壓源由恒壓源與內(nèi)阻串聯(lián)恒壓源與內(nèi)阻串聯(lián)而成而成。UIRou+ +- -E恒壓源恒壓源內(nèi)阻內(nèi)阻 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律當當R1 R2 同時接入時：同時接入時：I IE E+_a ab bU Uabab設(shè)設(shè): :E=10V，求外電路改變時的電流求外電路改變時的電流I I和電壓和電壓Uab 例例 當當R1接入時接入時 ：當當IS=1A的電流源接入時：的電流源接入時：電壓電壓 UabEE不變不變 2 R1R22 I Is s本例目的：熟悉并體會恒壓源的特點本例目的：熟悉并體會恒壓源的特點 I=5A I=10AI=-1A 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念

14、和基本定律ISROiUISoiUIIRUI1.3.5 1.3.5 電流源：電流源：模型：模型：電激流電激流IS并聯(lián)內(nèi)阻并聯(lián)內(nèi)阻Roi 伏安特性伏安特性（外特性）（外特性） 工作分析工作分析 RL0，短路，短路RL外特性曲線外特性曲線 RL，空載，空載，0RL, IVbab1 5A 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 求圖示電路中各求圖示電路中各點的電位點的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。設(shè)設(shè) a a為參考點，即為參考點，即V Va a=0V=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè)設(shè) b b為參考點，即為參

15、考點，即V Vb b=0V=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 Vc20 4A6 10AE290V E1140V5 6A da ab 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變；各點的電位也將隨之改變； 電路中兩點間的電

16、壓值是固定的，不會因參考電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而變，點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關(guān)。即與零電位參考點的選取無關(guān)。借助電位的概念可以簡化電路圖借助電位的概念可以簡化電路圖b bc ca a2020 4A4A6 6 10A10AE E2 290V90V E E1 1140V140V5 5 6A6A d d+90V+90V2020 5 5 +140V+140V6 6 c cd d電位圖電位圖 江蘇大學電工電子教研室電路的基本概念和基本定律2 2 A A+ +I I1 12 2 I I2 26V6V(b)(b) 圖示電路，計算開關(guān)圖示電路，計算開關(guān)S S 斷開和閉合時斷開和閉合時A A點的電位點的電位V VA A解解: (1): (1)當開關(guān)當開關(guān)S S斷開時斷開時(2) (2) 當開關(guān)閉合時當開關(guān)閉合時, ,電路電路 如圖（如圖（b b）電流電流 I I2 2 = 0= 0，I I1 1=3A=3A電位電位 V VA A =