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文檔簡介
1、第一章電路的基本概念與基本分析方法本章講授學(xué)時:12學(xué)時1.理解電路模型及理想電路元件(電阻、電感、理解電路模型及理想電路元件(電阻、電感、電容、電壓源和電流源)的電壓電容、電壓源和電流源)的電壓電流關(guān)系電流關(guān)系2.理解電壓、電流參考方向的意義。理解電壓、電流參考方向的意義。3.理解實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換。理解實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換。4.理解基爾霍夫定律。掌握用支路電流法、彌理解基爾霍夫定律。掌握用支路電流法、彌爾曼定理、疊加原理和戴維寧定理分析電路爾曼定理、疊加原理和戴維寧定理分析電路的方法。的方法。5.理解電功率和額定值的意義。理解電功率和額定值的意義。本章基本要求:本章基
2、本要求: 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 基本概念 基本定律及應(yīng)用 基本分析方法1 電路的組成及作用2 電路中的基本物理量及參考方向3 電路元件及電路模型4 電路的工作狀態(tài)基本概念基本定律及應(yīng)用1 基爾霍夫定律2 電路中電位的計算基本分析方法1 電源的等效變換法2 支路電流法3 彌爾曼定理4 疊加原理5 戴維南定理(等效電源定理)1.1 電路的組成及作用 電路指的是由一些電氣設(shè)備或器件組成的以備電流流過的通路?;蛘哒f:由若干電氣裝置與器件為了某種需要按一定方式組合而成的電流的通路稱為電路。 電路的結(jié)構(gòu)將依它所完成的任務(wù)不同而不同,可以簡單到由幾個元件構(gòu)成,也可以復(fù)雜到由上千個甚至數(shù)萬個元件構(gòu)成。電源
3、電源負(fù)載負(fù)載中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)信號源信號源蓄電池對白熾燈供電(圖1-1)熱電偶測溫(圖1-2)其它:其它:開關(guān)、熔斷器、電表等。 其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能電能轉(zhuǎn)換為其它形式的能量1.1.1電路的組成電源電源 負(fù)載負(fù)載 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 電源(或信號源):是供應(yīng)電能的設(shè)備。如干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)或其它設(shè)備 負(fù)載:是取用電能的設(shè)備,把電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量,如燈泡、電動機(jī) 中間環(huán)節(jié):是連接電源和負(fù)載的部分,可以是開關(guān)、導(dǎo)線、控制環(huán)節(jié)、放大器、傳輸線和變換環(huán)節(jié)等。1.實(shí)現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換電力系統(tǒng)的電路 發(fā)電機(jī) 升壓變壓器 降壓變壓器 電燈電動機(jī) 電爐輸電線圖1.3 電力系統(tǒng)示意圖2.實(shí)現(xiàn)信號的傳遞
4、與處理電子信號電路如圖1.2 熱電偶測溫電路1.1.2電路的作用 一般而言,第二類電路中也伴隨著 能量的傳輸和轉(zhuǎn)換,但數(shù)量及能耗相對較小。1.2 電路中的基本物理量及參考方向1.2.1電路的基本物理量與參考方向1.2.2電壓與電流參考方向之間電壓與電流參考方向之間的關(guān)系的關(guān)系1.2.3電路中各物理量的計算1.2.1電路的基本物理量 與參考方向 電流 電壓與電動勢 電功率電流電流有兩個涵義電流的單位電流的真實(shí)方向和正方向電流有兩個涵義第一 :電流表示一種物理現(xiàn)象第二 :電流的大小用電流強(qiáng)度表示 電荷有規(guī)則的運(yùn)動就形成電流電荷有規(guī)則的運(yùn)動就形成電流.通常在金屬導(dǎo)體內(nèi)部的電流是通常在金屬導(dǎo)體內(nèi)部的電
5、流是由自由電子在電場力作用下運(yùn)動而形成的。而在電解液中(如蓄由自由電子在電場力作用下運(yùn)動而形成的。而在電解液中(如蓄電池),或者被電離后的氣體導(dǎo)電過程中,電流是由正、負(fù)離子電池),或者被電離后的氣體導(dǎo)電過程中,電流是由正、負(fù)離子在電場力作用下,沿著相反方向的運(yùn)動而形成的。負(fù)電荷的運(yùn)動在電場力作用下,沿著相反方向的運(yùn)動而形成的。負(fù)電荷的運(yùn)動效果與等量的正電荷在相反方向上的運(yùn)動效果是相同的。效果與等量的正電荷在相反方向上的運(yùn)動效果是相同的。 電流強(qiáng)度是指在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流強(qiáng)度是指在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 如果電流的大小和方向都不隨時間變化,則稱為直流電流如果電流的
6、大小和方向都不隨時間變化,則稱為直流電流(direct current(direct current,簡寫為,簡寫為DC)DC),用大寫字母用大寫字母I I表示表示。 如果電流的大小和方向都隨時間變化、則稱為交流電流如果電流的大小和方向都隨時間變化、則稱為交流電流(alternating current (alternating current ,簡寫為,簡寫為AC)AC),用小寫字母,用小寫字母i表示表示 。tqI dtdqi 電流強(qiáng)度平時多簡稱電流,所以,電流又代電流強(qiáng)度平時多簡稱電流,所以,電流又代表了一個物理量。表了一個物理量。電流的單位 電流的單位是安培(庫侖/秒),簡稱安, 用A表
7、示。比安培小的單位是毫安和微安。 三者的關(guān)系是: 1mA(毫安)=10-3A 1A(微安)=10-6A電流的真實(shí)方向和正方向 電流的規(guī)則運(yùn)動形成了電流,所以電流就應(yīng)該有方向,習(xí)慣上,是把正電荷運(yùn)動的方向作為電流的方向。而電子運(yùn)動的方向與等量正電荷的運(yùn)動的效果相同,方向相反。 在實(shí)際電路的任何一段導(dǎo)體中,電流的真實(shí)方向都有兩種在實(shí)際電路的任何一段導(dǎo)體中,電流的真實(shí)方向都有兩種可能??赡?。 所謂正方向就是在一段電路里,在電流兩種可能所謂正方向就是在一段電路里,在電流兩種可能的實(shí)際方向中,任意選擇一個作為標(biāo)準(zhǔn)(參考)。的實(shí)際方向中,任意選擇一個作為標(biāo)準(zhǔn)(參考)。當(dāng)當(dāng)實(shí)際方向與參考方向一致,為正;相反
8、,為負(fù)。實(shí)際方向與參考方向一致,為正;相反,為負(fù)。 在很多時候,我們不一定能知道電流的實(shí)際方向究竟是怎在很多時候,我們不一定能知道電流的實(shí)際方向究竟是怎么樣的,所以,根據(jù)分析與計算電路的需要,我們引入了參考么樣的,所以,根據(jù)分析與計算電路的需要,我們引入了參考方向(正方向)的概念。方向(正方向)的概念。ABIABIABIABI0I0I注意注意 電流的真實(shí)(實(shí)際)方向是一種客觀存在,不能任電流的真實(shí)(實(shí)際)方向是一種客觀存在,不能任意選擇。電流的正方向是分析計算電路的一種方法意選擇。電流的正方向是分析計算電路的一種方法和手段和手段用來確定真實(shí)(實(shí)際)方向的方法和手用來確定真實(shí)(實(shí)際)方向的方法和
9、手段。電流的正方向是我們事先規(guī)定的分析問題的標(biāo)段。電流的正方向是我們事先規(guī)定的分析問題的標(biāo)準(zhǔn),它是可以任意選擇的。準(zhǔn),它是可以任意選擇的。 一個直流電路確定后,電路中各部分的真實(shí)方向也一個直流電路確定后,電路中各部分的真實(shí)方向也就完全確定了,它不受正方向的影響。但是,在規(guī)就完全確定了,它不受正方向的影響。但是,在規(guī)定了正方向以后,電流就是一個代數(shù)量,可正、可定了正方向以后,電流就是一個代數(shù)量,可正、可負(fù)。負(fù)。電流的正負(fù)是相對于某一個確定的正方向電流的正負(fù)是相對于某一個確定的正方向而言的。即當(dāng)電路中電流的正方向確定了,則電流而言的。即當(dāng)電路中電流的正方向確定了,則電流的正負(fù)也就確定了。的正負(fù)也就
10、確定了。 再今后的電路中,所標(biāo)注的電流方向一般都是正方再今后的電路中,所標(biāo)注的電流方向一般都是正方向,如果不是需作特殊說明。向,如果不是需作特殊說明。電壓與電動勢 電壓與電位電壓與電位 電動勢電動勢 電壓與電動勢的關(guān)系電壓與電動勢的關(guān)系電壓與電位 電壓的概念電壓的概念 電壓的單位電壓的單位 電位的概念電位的概念 電壓的正方向電壓的正方向 電壓與電位的關(guān)系電壓與電位的關(guān)系電壓的概念 電荷在電場力作用下形成電流,在這個過電荷在電場力作用下形成電流,在這個過程中電場力推動電荷運(yùn)動做功,電壓就是表示程中電場力推動電荷運(yùn)動做功,電壓就是表示電場力移動電荷做功的能力的物理量。電場力移動電荷做功的能力的物理
11、量。 電路通電之后,可以電路通電之后,可以近似看著是限定在一定空近似看著是限定在一定空間之內(nèi)的電場,如圖:電間之內(nèi)的電場,如圖:電荷荷dq從從A點(diǎn)運(yùn)動到點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)所點(diǎn)所做的功是做的功是dw,則,則A點(diǎn)與點(diǎn)與B點(diǎn)之間的電壓為:點(diǎn)之間的電壓為:dqdWuAB即:在數(shù)值上,即:在數(shù)值上,A、B兩點(diǎn)間的電壓就是兩點(diǎn)間的電壓就是電場力把單位正電電場力把單位正電荷從荷從A點(diǎn)移動到點(diǎn)移動到B點(diǎn)點(diǎn)所做的功。所做的功。dqdWuAB電壓的單位電壓的單位 電壓的單位用伏特(電壓的單位用伏特(V)表示:)表示: 1(V)伏特)伏特=1(J)焦耳)焦耳/1(C)庫侖)庫侖CJV11VmVVKV33101101對直流
12、電壓:QWUAB電位的概念電位的概念 電位是表示電場中某一點(diǎn)性質(zhì)的物理量,而電位是表示電場中某一點(diǎn)性質(zhì)的物理量,而且是相對于確定的參考點(diǎn)而言的。且是相對于確定的參考點(diǎn)而言的。 定義:電場中某點(diǎn)定義:電場中某點(diǎn)A的電位在數(shù)值上等于電場的電位在數(shù)值上等于電場力將單位正電荷從力將單位正電荷從A點(diǎn)沿任意路徑移動到參考點(diǎn)沿任意路徑移動到參考點(diǎn)所做的功。點(diǎn)所做的功。 注意:注意: 1、電位是一個相對的物理量,不確定參考點(diǎn),、電位是一個相對的物理量,不確定參考點(diǎn),討論電位就沒有意義;討論電位就沒有意義; 2、在同一電路中,當(dāng)選定不同的參考點(diǎn)時,、在同一電路中,當(dāng)選定不同的參考點(diǎn)時,同一點(diǎn)的電位是不同的。同一
13、點(diǎn)的電位是不同的。電壓的正方向電壓的正方向 電壓的正方向又叫電壓的極性電壓的正方向又叫電壓的極性 規(guī)定電路中電壓的真實(shí)方向是由高電位指向低規(guī)定電路中電壓的真實(shí)方向是由高電位指向低電位的方向,即:電場力移動單位正電荷做正電位的方向,即:電場力移動單位正電荷做正功的方向。功的方向。 和電流一樣,在分析計算電路的時候電壓也需和電流一樣,在分析計算電路的時候電壓也需要一個正方向。其選擇方法和電流的正方向一要一個正方向。其選擇方法和電流的正方向一樣,當(dāng)選定正方向以后,電壓的值也有了正負(fù)樣,當(dāng)選定正方向以后,電壓的值也有了正負(fù)之分,當(dāng)正方向與實(shí)際方向一致,為正;反之,之分,當(dāng)正方向與實(shí)際方向一致,為正;反
14、之,為負(fù)。為負(fù)。電壓的表示方法電壓的表示方法ABRABU 1.直接寫成直接寫成UAB2.用箭頭表示用箭頭表示UAB3.用正負(fù)號表示用正負(fù)號表示UAB說明說明1:這三種表示方法所代表的意義相同這三種表示方法所代表的意義相同,可以可以互相通用互相通用,實(shí)際使用時可以任選一種實(shí)際使用時可以任選一種.說明說明2:同一段電路的電壓相對于不同的正方向同一段電路的電壓相對于不同的正方向可能是正值可能是正值,也可能是負(fù)值也可能是負(fù)值.VUVUBAAB110110 電壓與電位的關(guān)系電壓與電位的關(guān)系 相同點(diǎn)相同點(diǎn):它們都反映了電場力移動單位正電荷它們都反映了電場力移動單位正電荷做功的物理性質(zhì)做功的物理性質(zhì). 區(qū)別
15、區(qū)別: 1、電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)之間、電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓。的電壓。 2、電路中某兩點(diǎn)之間的電壓就等于這兩點(diǎn)的、電路中某兩點(diǎn)之間的電壓就等于這兩點(diǎn)的電位之差。所以,電壓通常又稱為電位差。電位之差。所以,電壓通常又稱為電位差。 3、電路中某點(diǎn)電位的大小與參考點(diǎn)的選擇有、電路中某點(diǎn)電位的大小與參考點(diǎn)的選擇有關(guān),但任意電壓的值與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。關(guān),但任意電壓的值與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。電動勢 電動勢的概念 電動勢的正方向電動勢的概念電動勢的概念 電動勢是表示電源性質(zhì)的物理量。電動勢是表示電源性質(zhì)的物理量。 電動勢表征了電源內(nèi)部的非電場力電動勢表征了電源內(nèi)部的非電場力移
16、動單位正電荷做功的能力,或者移動單位正電荷做功的能力,或者說,電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成說,電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的能力。電能的能力。 電動勢在數(shù)值上等于非電場力將單電動勢在數(shù)值上等于非電場力將單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動到電源正極時所做的功。動到電源正極時所做的功。電動勢的單位也為伏特電動勢的單位也為伏特電動勢的符號電動勢的符號直流電動勢直流電動勢E交流電動勢交流電動勢e RI E電動勢的正方向及表示方法電動勢的正方向及表示方法 因?yàn)殡妱觿莸淖饔檬鞘拐姾勺缘碗娨驗(yàn)殡妱觿莸淖饔檬鞘拐姾勺缘碗娢稽c(diǎn)移動到高電位點(diǎn),使正電荷的電位點(diǎn)移動到高電位點(diǎn),使正
17、電荷的電位能增加,所以規(guī)定電動勢的真實(shí)方位能增加,所以規(guī)定電動勢的真實(shí)方向是電位升高的方向,剛好與電壓的向是電位升高的方向,剛好與電壓的真實(shí)方向相反。真實(shí)方向相反。 和電壓一樣,電動勢也有正方向。在和電壓一樣,電動勢也有正方向。在規(guī)定的正方向下,電動勢也是一個代規(guī)定的正方向下,電動勢也是一個代數(shù)量。數(shù)量。 電動勢的真實(shí)方向與正方向相同為正,電動勢的真實(shí)方向與正方向相同為正,反之,為負(fù)。反之,為負(fù)。E電動勢的正方向及表示方法電動勢的電動勢的真實(shí)方向真實(shí)方向 VE5 VE5 電動勢的電動勢的正方向正方向 電壓與電動勢的關(guān)系電壓與電動勢的關(guān)系 電壓與電動勢是兩個不同的概念,電壓與電動勢是兩個不同的概
18、念,但是都可以用來表示電源正、負(fù)極但是都可以用來表示電源正、負(fù)極之間的電位差。之間的電位差。 當(dāng)同一電源用電壓表示和電動勢表當(dāng)同一電源用電壓表示和電動勢表示的數(shù)值量都為正(或負(fù))時,稱示的數(shù)值量都為正(或負(fù))時,稱電壓與電動勢正方向關(guān)聯(lián)一致,簡電壓與電動勢正方向關(guān)聯(lián)一致,簡稱正方向一致。稱正方向一致。電動勢與電動勢與電壓的關(guān)電壓的關(guān)系系EABUBA EABUBA EABUBA EABUBA EABUBA 電動勢與電壓的正方向一致電動勢與電壓的正方向一致電動勢與電壓的正方向不一致電動勢與電壓的正方向不一致UEUE UEUE UEUE UEUE 電功率使用電路的目的就是為了進(jìn)行電能使用電路的目的就
19、是為了進(jìn)行電能與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)換,所以,與其他形式的能量之間的轉(zhuǎn)換,所以,在電路分析中經(jīng)常會用到電功率這個概在電路分析中經(jīng)常會用到電功率這個概念,簡稱功率念,簡稱功率功率的概念功率的概念功率的單位功率的單位電功(電能)電功(電能)功率的概念功率的概念A(yù)BRABUI 根據(jù)電壓的定義可知:根據(jù)電壓的定義可知:tIUWtIQQUWABAB 定義:功率是表征電路中能量變換的速度的物理量。其值等于單位時間內(nèi)電場力所做的功。UItWP 功率的單位功率的單位 如果電壓的單位是伏特,電流的單位是安如果電壓的單位是伏特,電流的單位是安培,則功率的單位就是瓦特,簡稱瓦(培,則功率的單位就是瓦特,簡稱瓦(W
20、)。)。 1瓦特的功率等于每秒消耗(或產(chǎn)生)瓦特的功率等于每秒消耗(或產(chǎn)生)1焦焦耳的功耳的功。 1瓦特的功率等于每秒消耗(或產(chǎn)生)瓦特的功率等于每秒消耗(或產(chǎn)生)1焦焦耳的功耳的功。 比瓦特大的單位是千瓦(比瓦特大的單位是千瓦(kW),小的單),小的單位是毫瓦(位是毫瓦(mW)。)。1kW=103W 1mW=10-3W電功(電能)電功(電能) 除了電功率以外,有時我們也需要計算一除了電功率以外,有時我們也需要計算一段時間內(nèi)電路所消耗(或產(chǎn)生)的電功(電能段時間內(nèi)電路所消耗(或產(chǎn)生)的電功(電能),用),用W表示。表示。UIttPW 電功(電能)的單位是焦耳。也可以是電功(電能)的單位是焦耳。
21、也可以是 度度=千瓦小時千瓦小時電壓與電流的正方向之間的關(guān)系電壓與電流的正方向之間的關(guān)系 電壓和電流是我們分析電路的最基本的物理量,這是因?yàn)殡娫措妱觿菘梢杂枚穗妷和耆妫β实拇笮『驼?fù)也完全取決于電壓和電流的大小和方向。1.電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向2.功率的正負(fù)功率的正負(fù) 因?yàn)殡妷旱姆较蚓褪请娢唤档偷姆较颍矗弘妶隽σ苿诱姾勺鞴Φ姆较蛞簿褪请娏髁鲃拥姆较颍?,所以,電壓和電流的正方向都與正電荷移動的方向一電壓和電流的正方向都與正電荷移動的方向一致。致。因此,我們稱電壓和電流的參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向。 +-I元件U電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向1.電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向電壓與電
22、流的關(guān)聯(lián)正方向 為分析方便我們一般都采用關(guān)聯(lián)的正方向:為分析方便我們一般都采用關(guān)聯(lián)的正方向:即在同一段電路中電壓和電流的正方向相同,即即在同一段電路中電壓和電流的正方向相同,即電流的正方向是從電壓的正方向表示的高電位端電流的正方向是從電壓的正方向表示的高電位端流向低電位端的。流向低電位端的。ABRABUIABRABUIU I方向關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)U I方向非關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián) 本教材在求解和分析電路時,本教材在求解和分析電路時,如未作特殊聲明均采用關(guān)聯(lián)正方如未作特殊聲明均采用關(guān)聯(lián)正方向向2.功率的正負(fù)功率的正負(fù) 對于一段電路而言,其功率的計算公式是對于一段電路而言,其功率的計算公式是P=UI 而因?yàn)殡娏?/p>
23、和電壓都可能有正有負(fù),所以,而因?yàn)殡娏骱碗妷憾伎赡苡姓胸?fù),所以,功率的值也是有正有負(fù)的??梢?,一段電路的功率的值也是有正有負(fù)的??梢?,一段電路的功率的正負(fù)值是與電壓和電流的正方向有關(guān)的。功率的正負(fù)值是與電壓和電流的正方向有關(guān)的。 因?yàn)槲覀兛偸窃陔妷号c電流正方向關(guān)聯(lián)的因?yàn)槲覀兛偸窃陔妷号c電流正方向關(guān)聯(lián)的條件下分析電路,所以,在討論功率的正負(fù)時,條件下分析電路,所以,在討論功率的正負(fù)時,我們?nèi)匀辉谶@個前提下進(jìn)行。我們?nèi)匀辉谶@個前提下進(jìn)行。以以U I的正方向分析的正方向分析IUIU或UIP0 消耗功率消耗功率或IUIUUIP0,則說明電流是在電場力的作則說明電流是在電場力的作用下從高電位流向低電位
24、用下從高電位流向低電位,電場力做功消耗功率電場力做功消耗功率;反之反之,當(dāng)算出當(dāng)算出P0則方框中包含有電源則方框中包含有電源,將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能,是向外電路是向外電路發(fā)出功率。發(fā)出功率。電路中各物理量的計算電路中各物理量的計算通過例題分析電壓、電流正通過例題分析電壓、電流正負(fù)與正方向及功率性質(zhì)的關(guān)系負(fù)與正方向及功率性質(zhì)的關(guān)系123456U2U3U5U6I6I5I4I3I2I1U1U4 例1: 電路如圖,各元件電壓和電流的參考方向如圖所示,且測得:I1=-4A,I2=6A,I3=10A,I4=1A,I5=8A,I6=3A,U1=140V,U2=-90V,U3=6
25、0V,U4=-80V,U5=30V,U6=60V。試標(biāo)出圖示電路中各電流電壓的實(shí)際方向,計算各元件功率的大小,說明該元件是吸收還是發(fā)出功率。01I02U04U123456U2U3U5U6I6I5I4I3I2I1U1U4WIUP560)4(140111WIUP540690222WIUP6001060333WIUP801)80(444WIUP240830555WIUP180360666發(fā)出:發(fā)出:P1,P2消耗:消耗:P3,P4P5,P6 。 實(shí)際電路 電路模型 電路元件1.3電路元件及電路模型實(shí)際電路 上述實(shí)際電路的示意圖畫出了組成該電路的電氣設(shè)備和器件(或稱電路部件)的實(shí)物。在電力和電信工程上
26、,通常按國家統(tǒng)一規(guī)定的各種電氣設(shè)備和器件的符號繪制電路圖。 用電路部件符號繪制的電路圖電路模型電路模型電路元件電路元件 在電路理論上,為了表征電路部件的主要物理性質(zhì),以便進(jìn)行定量分析,通常將電路部件的實(shí)體用它的模型來代替。電路部件的模型由一些具有典型物理性質(zhì)的理想電路元件構(gòu)成。 基本理想電路元件有五種,即:電阻元件、電感元件,電容元件、理想電壓源和理想電流源。 在電路圖中,五種基本的電路元件分別用圖l8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)所示符號表示。 圖l8電路元件圖電阻、電容、電感元件 的特性方程及參數(shù) 電阻元件 電容元件 電感元件 例題分析電阻元件電阻元件 電阻元件的性質(zhì) 電阻元件的電
27、壓、電流關(guān)系 歐姆定律 電阻元件的功率關(guān)系 電阻元件的能量關(guān)系電阻元件元件的性質(zhì) 理想電阻元件只具有消耗電能這一理想電阻元件只具有消耗電能這一種電磁性質(zhì)(電阻性)。常見的電阻元種電磁性質(zhì)(電阻性)。常見的電阻元件如白熾燈、電爐等。件如白熾燈、電爐等。 一段導(dǎo)體的電阻與該導(dǎo)體的長度和一段導(dǎo)體的電阻與該導(dǎo)體的長度和該導(dǎo)體的電阻率成正比與它的截面積成該導(dǎo)體的電阻率成正比與它的截面積成反比:反比:SLR R電阻值電阻值 電阻率電阻率L導(dǎo)體長度導(dǎo)體長度S導(dǎo)體橫截面積導(dǎo)體橫截面積 如果長度的單位是米,面積的單位是如果長度的單位是米,面積的單位是米米2,則電阻的單位是歐姆。所以,電阻率,則電阻的單位是歐姆。
28、所以,電阻率的單位為:歐米。的單位為:歐米。 比歐姆大的單位有千歐和兆歐。他們比歐姆大的單位有千歐和兆歐。他們之間的關(guān)系為:之間的關(guān)系為:631011011 MKk電阻在電路中的表示符號為:電阻在電路中的表示符號為:R電壓、電流關(guān)系 歐姆定律 如果一段電阻的阻值為常數(shù),則稱為線性電阻,如果一段電阻的阻值為常數(shù),則稱為線性電阻,線性電阻遵循線性電阻遵循歐姆定律歐姆定律其端電壓和流過的電流是其端電壓和流過的電流是正比關(guān)系,比例常數(shù)叫做電阻正比關(guān)系,比例常數(shù)叫做電阻(符號為符號為R)??梢姡???梢?R既既是這種元件的名稱,又是表示其物理性質(zhì)的電路參數(shù),是這種元件的名稱,又是表示其物理性質(zhì)的電路參數(shù),
29、Riu+-iuR RuiRiu 0i/Au/VR1 如果電阻元件的阻值不為常數(shù),則如果電阻元件的阻值不為常數(shù),則該電阻為非線性電阻,元件上的電壓電該電阻為非線性電阻,元件上的電壓電流關(guān)系用曲線或者函數(shù)表示。流關(guān)系用曲線或者函數(shù)表示。)(ifu )(ugi 0i/Au/V)(ugi 功率關(guān)系功率關(guān)系電阻元件所消耗電阻元件所消耗的功率為:的功率為:RuRiuip22 對直流而言,電壓電流均用大寫字母表示,對直流而言,電壓電流均用大寫字母表示,所以,所以, 歐姆定律就為:歐姆定律就為:RIU RUI所消耗的功率為:所消耗的功率為:RURIUIP22 能量關(guān)系能量關(guān)系電阻元件所消耗的能量為:電阻元件所
30、消耗的能量為:dtRidtuipdtW2對直流而言,所消耗的能量為:對直流而言,所消耗的能量為:tRUtRIUItW22 由于能量是時間的函數(shù),所以,分析由于能量是時間的函數(shù),所以,分析時常用功率而不考慮能量的關(guān)系。時常用功率而不考慮能量的關(guān)系。電容元件電容元件 電容元件的性質(zhì)電容元件的性質(zhì) 電容元件的電壓電流關(guān)系電容元件的電壓電流關(guān)系 電容元件中的功率關(guān)系電容元件中的功率關(guān)系 電容元件中的能量關(guān)系電容元件中的能量關(guān)系Cuq 即:電容極板上的電量即:電容極板上的電量q與其上的電壓與其上的電壓u之間呈線性關(guān)系。之間呈線性關(guān)系。表示符號:表示符號:u+-qC 電容元件的性質(zhì)電容元件的性質(zhì) 理想電容
31、元件就是只具有儲存電場能理想電容元件就是只具有儲存電場能量這樣一種電磁性質(zhì)(電容性)的電路元量這樣一種電磁性質(zhì)(電容性)的電路元件。如果電容元件參數(shù)為常數(shù),且用件。如果電容元件參數(shù)為常數(shù),且用C表表示,則它與電容器上所加電壓的關(guān)系為:示,則它與電容器上所加電壓的關(guān)系為:電容的單位為:法拉,用電容的單位為:法拉,用F表示。表示。 微法,用微法,用F表示。表示。 皮法,用皮法,用 pF表示。表示。 pFFF12610101三者的關(guān)系為三者的關(guān)系為電容元件的電壓電流關(guān)系電容元件的電壓電流關(guān)系由電流的定義可知由電流的定義可知dtdqi 所以所以dtduCdtdqi+-uiC 在任意瞬時,流經(jīng)電容的電流
32、的大小在任意瞬時,流經(jīng)電容的電流的大小與它兩端的電壓的變化率成正比。與它兩端的電壓的變化率成正比。圖中圖中00idtdu電容器充電電容器充電00idtdu電容器放電電容器放電00idtdu電容器對直流相當(dāng)于開路電容器對直流相當(dāng)于開路+-uiCttidtCuidtCu01)0(1 如果已知電容元件上的電流,則電如果已知電容元件上的電流,則電容電壓的表達(dá)式為:容電壓的表達(dá)式為: 可見,電容電壓在某一時刻的大小,可見,電容電壓在某一時刻的大小,不僅與充電電流有關(guān),而且與電容元件不僅與充電電流有關(guān),而且與電容元件的初始電壓有關(guān)。的初始電壓有關(guān)。電容元件中的功率關(guān)系電容元件中的功率關(guān)系 電容器吸收或者釋
33、放的瞬時電容器吸收或者釋放的瞬時功率為:功率為:dtduCuuip 電容元件的瞬時功率與電壓電容元件的瞬時功率與電壓的變化率成正比。的變化率成正比。電容元件中的能量關(guān)系電容元件中的能量關(guān)系 電容器儲存或釋放的電場能電容器儲存或釋放的電場能量為量為 : 221CuCuduuidtpdtW電容器儲存或釋放的電場能量與電容器儲存或釋放的電場能量與其兩端的電壓的平方成正比。其兩端的電壓的平方成正比。 所以所以Wu電容器儲存能量電容器儲存能量充電充電Wu電容器釋放能量電容器釋放能量放電放電221CuCuduuidtpdtW電感元件電感元件 電感元件的性質(zhì)電感元件的性質(zhì) 電感元件的電壓電流關(guān)系電感元件的電
34、壓電流關(guān)系 電感元件中的功率關(guān)系電感元件中的功率關(guān)系 電感元件中的能量關(guān)系電感元件中的能量關(guān)系電感元件的性質(zhì)電感元件的性質(zhì) 理想的電感元件定義為只有儲存磁場理想的電感元件定義為只有儲存磁場能量這樣一種電磁特性(電感性)的一個能量這樣一種電磁特性(電感性)的一個元件。元件。 由物理學(xué)己知由物理學(xué)己知 ,當(dāng)有,當(dāng)有電流通過線圈的電流通過線圈的時候,將在線圈中產(chǎn)生磁通時候,將在線圈中產(chǎn)生磁通 ,這個磁通這個磁通穿過每一匝線圈穿過每一匝線圈, ,并與之交鏈并與之交鏈, ,稱為線圈的稱為線圈的磁通鏈數(shù)磁通鏈數(shù), ,簡稱磁鏈。設(shè)線圈為簡稱磁鏈。設(shè)線圈為N N匝匝, ,則線圈則線圈的總磁鏈數(shù)即是的總磁鏈數(shù)即
35、是NN。如果。如果線圈中沒有鐵磁線圈中沒有鐵磁材料時材料時, ,通過電流的回路所包圍的總磁鏈數(shù)通過電流的回路所包圍的總磁鏈數(shù)與與該該電流成正比電流成正比 。iiNLiN如圖:如圖:電感的表示符號為:電感的表示符號為:電感的單位為:亨利,用電感的單位為:亨利,用H表示表示 小的有:毫亨,用小的有:毫亨,用 mH表示表示 mHH3101二者的關(guān)系為二者的關(guān)系為 電感元件的電壓電流關(guān)系電感元件的電壓電流關(guān)系 同時,我們也知道,當(dāng)穿過每一匝線圈同時,我們也知道,當(dāng)穿過每一匝線圈的磁通發(fā)生變化時,線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動的磁通發(fā)生變化時,線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電動勢的方向與磁通的方向符合右勢,感應(yīng)電動
36、勢的方向與磁通的方向符合右手螺旋法則。電動勢的大小與磁通的變化率手螺旋法則。電動勢的大小與磁通的變化率成正比,并且滿足楞次定理:成正比,并且滿足楞次定理:Ndtdedtde|LiiLdtdiLdtdedtdiLdtdeuttudtLiudtLi01)0(1 如果已知電感元件上的電壓,則電如果已知電感元件上的電壓,則電感電流的表達(dá)式為:感電流的表達(dá)式為: 可見,電感電流在某一時刻的大小,可見,電感電流在某一時刻的大小,不僅與元件端電壓有關(guān),而且與電感元不僅與元件端電壓有關(guān),而且與電感元件的初始電流有關(guān)。件的初始電流有關(guān)。電感元件中的功率關(guān)系電感元件中的功率關(guān)系 電感元件吸收或者釋放的瞬電感元件吸
37、收或者釋放的瞬時功率為:時功率為:dtdiLiuip 電感元件的瞬時功率與電流電感元件的瞬時功率與電流的變化率成正比。的變化率成正比。電感元件中的能量關(guān)系電感元件中的能量關(guān)系221LiLidiuidtpdtW 電感元件儲存或釋放的電場能電感元件儲存或釋放的電場能量為:量為: 電感元件儲存或釋放的電場能電感元件儲存或釋放的電場能量與電流的平方成正比。量與電流的平方成正比。221LiLidiuidtpdtW所以所以Wi電感元件儲存能量電感元件儲存能量Wi電感元件釋放能量電感元件釋放能量例題分析例題分析 例:在圖例:在圖a電路中電容元件電路中電容元件C=0.25F,i(t)的波形如圖)的波形如圖b示
38、,示,1.試求出試求出u(t)2.畫出畫出u(t)的波形。設(shè))的波形。設(shè)(1)u(0)=0V;(;(2)u(0)=-1V+- -uiC圖圖a13t(s)t(s)i(A)i(A)21A0圖圖b解解dtduCticc)(ttccdttiCudttiCtu0)(1)0()(1)(寫出寫出i(t)的表達(dá)式如下:)的表達(dá)式如下:121)(tti13t(s)t(s)i(A)i(A)21A0圖圖b0)0(u(1)ttdtttutc4)121(25.01)(20(2)Vu1)0(14)(2tttuc畫出畫出u(t)的波形如下:)的波形如下:t(s)t(s)u(t)Vu(t)V12334210-1-2電路的工作
39、狀態(tài) 電路的負(fù)載工作狀態(tài)電路的負(fù)載工作狀態(tài) 電路的空載工作狀態(tài)電路的空載工作狀態(tài) 電路的短路狀態(tài)電路的短路狀態(tài)電路的負(fù)載工作狀態(tài)電路的負(fù)載工作狀態(tài) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 功率關(guān)系功率關(guān)系 額定值額定值 例題分析例題分析電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)開關(guān)閉合開關(guān)閉合 電源向外部電源向外部電路提供電能,電路提供電能,電流通過電阻電流通過電阻, ,電阻消耗電能。電阻消耗電能。這種狀態(tài)稱為負(fù)這種狀態(tài)稱為負(fù)載狀態(tài)。載狀態(tài)。- -E EU UR R0 0R Rb ba ac c. .K KI I負(fù)載工作狀態(tài)負(fù)載工作狀態(tài)電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系0IREU電路方程電路方程特性曲線特性曲線- -E EU
40、 UR R0 0R Rb ba ac c. .K KI I負(fù)載工作狀態(tài)負(fù)載工作狀態(tài) 負(fù)載運(yùn)行時負(fù)載運(yùn)行時,由于內(nèi)阻要消耗電能,由于內(nèi)阻要消耗電能,電源端電壓總是小于電動勢。電源端電壓總是小于電動勢。 由電路方程可見由電路方程可見0IREUEU 功率關(guān)系功率關(guān)系 如果將電壓電流關(guān)系兩端同如果將電壓電流關(guān)系兩端同時乘以時乘以I則可得:則可得:02RIIEIU PPPEP=UI負(fù)載消耗功率負(fù)載消耗功率PE=IE電源產(chǎn)生的功率電源產(chǎn)生的功率P=I2R0內(nèi)阻消耗的功率內(nèi)阻消耗的功率PPPE功率平衡關(guān)系。功率平衡關(guān)系。 負(fù)載消耗的功率等于電源產(chǎn)生的功負(fù)載消耗的功率等于電源產(chǎn)生的功率減去內(nèi)阻消耗的功率。率減
41、去內(nèi)阻消耗的功率。 在此,我們看到了兩個計算元件功在此,我們看到了兩個計算元件功率的表達(dá)式:率的表達(dá)式:EIP UIP E+- -I IUR+- -I IEIP UIP 電動勢與電流正方電動勢與電流正方向關(guān)聯(lián)發(fā)出功率向關(guān)聯(lián)發(fā)出功率電壓與電流正方向電壓與電流正方向關(guān)聯(lián)負(fù)載消耗功率關(guān)聯(lián)負(fù)載消耗功率 但是,我們也知道,電壓、電流和電動勢的但是,我們也知道,電壓、電流和電動勢的正方向是假定的,如果假設(shè)的方向正好與實(shí)際方正方向是假定的,如果假設(shè)的方向正好與實(shí)際方向相反,則為負(fù)值。所以,如果我們對元件的性向相反,則為負(fù)值。所以,如果我們對元件的性質(zhì)不了解的話,只看上述兩個公式并不能確定元質(zhì)不了解的話,只看
42、上述兩個公式并不能確定元件是電源還是負(fù)載,還必須結(jié)合計算結(jié)果才能判件是電源還是負(fù)載,還必須結(jié)合計算結(jié)果才能判斷元件的性質(zhì)。斷元件的性質(zhì)。U+- -I IUIP 用電動勢用電動勢與電流正方向與電流正方向關(guān)聯(lián)的公式關(guān)聯(lián)的公式0P元件發(fā)出功率,元件發(fā)出功率,工作在電源狀態(tài)工作在電源狀態(tài)0P元件消耗功率,元件消耗功率,工作在負(fù)載狀態(tài)工作在負(fù)載狀態(tài)U+- -I IUIP 用電壓與用電壓與電流正方向關(guān)電流正方向關(guān)聯(lián)的公式聯(lián)的公式0P元件消耗功率,元件消耗功率,工作在負(fù)載狀態(tài)工作在負(fù)載狀態(tài)0P元件發(fā)出功率,元件發(fā)出功率,工作在電源狀態(tài)工作在電源狀態(tài)U+-IUIP 通常我們都通常我們都用用電壓與電流正方向電壓
43、與電流正方向關(guān)聯(lián)的公式關(guān)聯(lián)的公式0P元件消耗功率,工作元件消耗功率,工作 在負(fù)載狀態(tài)在負(fù)載狀態(tài)0P元件發(fā)出功率,工作元件發(fā)出功率,工作在電源狀態(tài)在電源狀態(tài)額定值額定值 在通常情況下,供電電源的電壓都是在通常情況下,供電電源的電壓都是給定的,所以,所帶負(fù)載越大,則負(fù)載的給定的,所以,所帶負(fù)載越大,則負(fù)載的電流也就越大??梢姡娫摧敵龅墓β蚀箅娏饕簿驮酱???梢?,電源輸出的功率大小取決于負(fù)載的大小。小取決于負(fù)載的大小。 額定值額定值制造廠家對產(chǎn)品規(guī)定制造廠家對產(chǎn)品規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn),按額定值使用電氣產(chǎn)品的使用標(biāo)準(zhǔn),按額定值使用電氣產(chǎn)品能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的工作,能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的工作,并能保
44、證一定的使用壽命。并能保證一定的使用壽命。 任何一個電氣設(shè)備或元件都有額任何一個電氣設(shè)備或元件都有額定值,不同的設(shè)備或元件有自己特殊定值,不同的設(shè)備或元件有自己特殊的額定值,但所有的電氣設(shè)備或元件的額定值,但所有的電氣設(shè)備或元件都規(guī)定了額定電壓、額定電流和額定都規(guī)定了額定電壓、額定電流和額定功率。功率。 電氣設(shè)備的工作電流等于額定電電氣設(shè)備的工作電流等于額定電流時稱為額定工作狀態(tài),也稱為滿載;流時稱為額定工作狀態(tài),也稱為滿載;低于額定電流的工作狀態(tài)稱為欠載或低于額定電流的工作狀態(tài)稱為欠載或輕載;高于額定工作電流的狀態(tài)稱為輕載;高于額定工作電流的狀態(tài)稱為過載。過載。例題分析例題分析例例 練習(xí)與思
45、考練習(xí)與思考IUaIUbIUcIUdWUIP220) 1(220圖圖a圖圖bWUIP220) 1(220電源電源負(fù)載負(fù)載圖圖dWUIP220) 1(220負(fù)載負(fù)載WUIP220) 1(220電源電源圖圖c電路的空載工作狀態(tài)電路的空載工作狀態(tài) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 電壓電流關(guān)系及功率關(guān)系電壓電流關(guān)系及功率關(guān)系 例題分析例題分析電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S S斷開,斷開,電路所處的狀態(tài)就電路所處的狀態(tài)就稱為開路(空載)稱為開路(空載)狀態(tài)。狀態(tài)。EUR0RbaSI 在開路狀態(tài)下,電源輸出電流為在開路狀態(tài)下,電源輸出電流為零。負(fù)載上的電壓和電流都為零。零。負(fù)載上的電壓和電流都為零。電壓電流關(guān)系及功率
46、關(guān)系電壓電流關(guān)系及功率關(guān)系 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S S打開時打開時, ,電路電流為零電路電流為零, ,輸出功輸出功率為零,內(nèi)阻壓降也等干零率為零,內(nèi)阻壓降也等干零, ,故電源端電壓故電源端電壓等于電動勢等于電動勢, ,即即U=E,U=E,負(fù)載不消耗功率。負(fù)載不消耗功率。 000PEUUI電源的開路電壓等電源的開路電壓等于電源電動勢于電源電動勢電路電流為零電路電流為零輸出功率為零輸出功率為零負(fù)載消耗功率為零負(fù)載消耗功率為零例題分析例題分析例例 練習(xí)與思考練習(xí)與思考 某實(shí)際電壓源的開路電壓為某實(shí)際電壓源的開路電壓為UOC=10V,若,若外接負(fù)載電阻外接負(fù)載電阻R=4歐時,電源的端電壓歐時,電源的端電壓U=
47、8V,試計算此電源的內(nèi)阻試計算此電源的內(nèi)阻R0及及E。E EU UOCOCR R0 0R Rb ba aS SI I解:解:因?yàn)?,因?yàn)椋琔OC=10V所以所以 ,E=10V再由再由RUI 0IREU得得 1488100IUER電路的短路狀態(tài)電路的短路狀態(tài) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn) 電壓電流關(guān)系及功率關(guān)系電壓電流關(guān)系及功率關(guān)系 例題分析例題分析電路特點(diǎn) 當(dāng)電源兩端當(dāng)電源兩端a(c)、)、b(d)因)因?yàn)槟撤N原因而連接為某種原因而連接時,則稱電源(或時,則稱電源(或負(fù)載)被短路。負(fù)載)被短路。EUR0RbaIcd 可見:短路是一種嚴(yán)重的事故,應(yīng)該盡量可見:短路是一種嚴(yán)重的事故,應(yīng)該盡量避免。避免。電壓電流
48、關(guān)系及功率關(guān)系 由于是短路事故,所以負(fù)載消耗功率為零,電源發(fā)出的功率全部消耗在內(nèi)阻上,因?yàn)閮?nèi)阻通常很小,電源電壓不變,所以短路電流很大。0200,0RIPREIIPUSEES EUR0RbaIcd 為了防止因?yàn)槎搪吩斐傻碾娫春碗姎庠O(shè)備為了防止因?yàn)槎搪吩斐傻碾娫春碗姎庠O(shè)備的損壞,通常在電路中接入熔斷器或自動斷路的損壞,通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器,以便在萬一發(fā)生短路的時候能迅速將故障器,以便在萬一發(fā)生短路的時候能迅速將故障電路自動切斷。電路自動切斷。 但是,有時但是,有時候也會因?yàn)槟撤N候也會因?yàn)槟撤N需要將某一斷電需要將某一斷電路短接或短路而路短接或短路而做實(shí)驗(yàn)的。做實(shí)驗(yàn)的。E EU UR
49、R0 0R Rb ba aI IA AS S例題分析例題分析例例開關(guān)扳至開關(guān)扳至1和和2為負(fù)載工作狀態(tài)為負(fù)載工作狀態(tài)開關(guān)扳至開關(guān)扳至3為短路工作狀態(tài)為短路工作狀態(tài)開關(guān)扳至開關(guān)扳至4為開路工作狀態(tài)為開路工作狀態(tài) 負(fù)載工作狀態(tài)時,其輸出的電流和功負(fù)載工作狀態(tài)時,其輸出的電流和功率隨負(fù)載電阻的不同而不同。率隨負(fù)載電阻的不同而不同。1234S S+- -U US SR R0 0R R1 1R R2 2U U電電源源I I基爾霍夫定律 名詞介紹名詞介紹 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律KCL 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律KVL名詞介紹名詞介紹 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 支路支路 回路回路 例題分析例題分析節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)+
50、- - -E E1 1E E2 2R R1 1R R2 2R R0 0R R3I IS Sa ab b1 12 2c cI I0 0I I3I I1 1I I2 2 節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)(Node):電路中三條或三條):電路中三條或三條以上支路的交點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)。以上支路的交點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)。 如圖中,如圖中,a點(diǎn)、點(diǎn)、b點(diǎn)都是節(jié)點(diǎn)。虛點(diǎn)都是節(jié)點(diǎn)。虛線框住的線框住的c點(diǎn)包含點(diǎn)包含了點(diǎn)了點(diǎn)1和和2,也是,也是一個節(jié)點(diǎn)。一個節(jié)點(diǎn)。支路支路 支路(支路(Branch):連接任何兩個節(jié)點(diǎn)):連接任何兩個節(jié)點(diǎn)之間的一段電路叫支路。如之間的一段電路叫支路。如a、b二節(jié)點(diǎn)之二節(jié)點(diǎn)之間包含有電阻間包含有電阻R3的一段電路就是一條支路
51、。的一段電路就是一條支路。 注意,在圖中,點(diǎn)注意,在圖中,點(diǎn)1及點(diǎn)及點(diǎn)2之間的一段電路之間的一段電路不是支路,因?yàn)樗话皇侵罚驗(yàn)樗话魏坞娮?、電源等電含任何電阻、電源等電路元件,而只是一段?dǎo)路元件,而只是一段導(dǎo)線,所以算一個節(jié)點(diǎn)。線,所以算一個節(jié)點(diǎn)。 該電路共包含該電路共包含3個節(jié)個節(jié)點(diǎn)和點(diǎn)和5條支路。條支路。+- - -E E1 1E E2 2R R1 1R R2 2R R0 0R R3I IS Sa ab b1 12 2c cI I0 0I I3I I1 1I I2 2回路回路 回路(回路(LoopLoop):電路中任何一個閉合的路徑叫回):電路中任何一個閉合的路徑叫回路。通?;?/p>
52、路是由若干支路將一些節(jié)點(diǎn)連接起來而構(gòu)路。通常回路是由若干支路將一些節(jié)點(diǎn)連接起來而構(gòu)成的。從電路中某一點(diǎn)出發(fā),沿任意支路循行一周,成的。從電路中某一點(diǎn)出發(fā),沿任意支路循行一周,回到原來的出發(fā)點(diǎn),就形成一個回路?;氐皆瓉淼某霭l(fā)點(diǎn),就形成一個回路。 一個電路至少應(yīng)該一個電路至少應(yīng)該包含一個回路,這種包含一個回路,這種只只包含一個回路的包含一個回路的電路叫電路叫單回路電路。而單回路電路。而上上圖所圖所示的這種有多個電源和示的這種有多個電源和回路的電路稱為多回路回路的電路稱為多回路( (復(fù)雜復(fù)雜) )電路。電路。 在圖示電路中,共有在圖示電路中,共有6 6各回路,如:各回路,如:a-Ra-R0 0-c-
53、I-c-IS S-a-a,a-Ra-R3 3-b-E-b-E1 1-R-R1 1-c-R-c-R0 0-a-a,b-Eb-E2 2-R-R2 2-c-R-c-R1 1-E-E1 1-b-b等。等。+- - -E E1 1E E2 2R R1 1R R2 2R R0 0R R3I IS Sa ab b1 12 2c cI I0 0I I3I I1 1I I2 2例題分析例題分析試判斷下圖電路中有多少節(jié)點(diǎn)?多少支路試判斷下圖電路中有多少節(jié)點(diǎn)?多少支路 246310VabIa分析分析 a圖中,因?yàn)閳D中,因?yàn)閍、b兩點(diǎn)兩點(diǎn)間沒有元件,所以,不能算間沒有元件,所以,不能算我們定義的支路。同理,我們定義的
54、支路。同理,a、b只能算一個節(jié)點(diǎn)。只能算一個節(jié)點(diǎn)。 而對于而對于10V電壓對應(yīng)的兩端,雖然看不見電路元件,電壓對應(yīng)的兩端,雖然看不見電路元件,但它對電路提供但它對電路提供10V電壓,相當(dāng)于電壓源的作用,我們電壓,相當(dāng)于電壓源的作用,我們可以用一個理想電壓源來代替,所以,它是一條支路。可以用一個理想電壓源來代替,所以,它是一條支路。同理,電源的兩端應(yīng)該是兩個節(jié)點(diǎn)。同理,電源的兩端應(yīng)該是兩個節(jié)點(diǎn)。所以,該電路有所以,該電路有3個節(jié)點(diǎn)。個節(jié)點(diǎn)。5條支路條支路分析分析 b圖中,因?yàn)閳D中,因?yàn)閍、b兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間接有接有2電阻元件并分別與一個電阻元件并分別與一個回路相連,所以,回路相連,所以, 2電阻元電
55、阻元件是一條支路。件是一條支路。 同理,同理,a、b兩點(diǎn)也都稱為節(jié)點(diǎn)。兩點(diǎn)也都稱為節(jié)點(diǎn)。I I6V12V51152+- - -bba 對于對于a點(diǎn)左邊的電路,由于通過的是同一個電流,點(diǎn)左邊的電路,由于通過的是同一個電流,所以,是一條支路,該支路自己構(gòu)成回路,稱之為自所以,是一條支路,該支路自己構(gòu)成回路,稱之為自回路,或單回路。同理,回路,或單回路。同理,b點(diǎn)右邊的回路也是單回路。點(diǎn)右邊的回路也是單回路。所以,該電路有所以,該電路有2個節(jié)點(diǎn)。個節(jié)點(diǎn)。3條支路條支路而且,該電路只有而且,該電路只有2個單回路個單回路基爾霍夫電流定律(基爾霍夫電流定律(KCL)定律的描述定律的描述1 1定律的描述定律
56、的描述2 2 KCL中的電流正方向及中的電流正方向及其正負(fù)值其正負(fù)值 KCL擴(kuò)展應(yīng)用擴(kuò)展應(yīng)用定律的描述定律的描述1 1 對電路中的任何一個節(jié)點(diǎn)來說,在任意一對電路中的任何一個節(jié)點(diǎn)來說,在任意一時刻,流入該節(jié)點(diǎn)的電流總和等于流出該節(jié)點(diǎn)時刻,流入該節(jié)點(diǎn)的電流總和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流的總和。的電流的總和。 出入II30IIISa點(diǎn)點(diǎn)b點(diǎn)點(diǎn)0213IIIc點(diǎn)點(diǎn)sIIII210+- - -E E1 1E E2 2R R1 1R R2 2R R0 0R R3I IS Sa ab b1 12 2c cI I0 0I I3I I1 1I I2 2整理上述等式整理上述等式00021032130SSIIIIIII
57、III用公式表達(dá):用公式表達(dá):)0(0出入或II定律的描述定律的描述2 2 對電路中的任何一個節(jié)點(diǎn)來說,在任意一時對電路中的任何一個節(jié)點(diǎn)來說,在任意一時刻,流入(或流出)該節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于刻,流入(或流出)該節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。零。 )0(0出入或II注意注意 在這里,對電流的在這里,對電流的“代數(shù)和代數(shù)和”做做出了這樣的規(guī)定出了這樣的規(guī)定:如果以流入節(jié)點(diǎn)的電如果以流入節(jié)點(diǎn)的電流為正流為正,則流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。(反則流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。(反之亦然)。之亦然)。KCL中的電流正方向及其中的電流正方向及其正負(fù)值正負(fù)值舉例說明舉例說明 圖示某電路的一部分。已知圖示某電路的一部分。已知I
58、l=2A、I2=3A、I3=-0.5A、I4=1A。求。求AB支路的電流支路的電流IR=?交于交于B節(jié)點(diǎn)的另一支路電流節(jié)點(diǎn)的另一支路電流I5是多少安是多少安? RI1I2I3I4I5IRKCL應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例AB可對可對A節(jié)點(diǎn)列寫節(jié)點(diǎn)列寫KCL方程方程解:求解:求IR 0I021IIIR所以所以AIIIR53221又求又求I5 對對B節(jié)點(diǎn)列寫節(jié)點(diǎn)列寫KCL方程方程0543IIIIR所以所以AIIIIR5 . 35)5 . 0(1345通過以上計算,可以見:通過以上計算,可以見: 1.要列寫要列寫KCL方程,首先必須對未知電流方程,首先必須對未知電流確定正方向。根據(jù)該正方向,計算出電流可能的確定
59、正方向。根據(jù)該正方向,計算出電流可能的正負(fù)值。正負(fù)值。 2.各支路電流的正方向確定之后,可按規(guī)定各支路電流的正方向確定之后,可按規(guī)定列寫列寫KCL方程,如取流入節(jié)點(diǎn)的電流為正,流出方程,如取流入節(jié)點(diǎn)的電流為正,流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。KCL擴(kuò)展應(yīng)用擴(kuò)展應(yīng)用 基爾霍夫電流定律不僅僅適用于節(jié)點(diǎn),還可基爾霍夫電流定律不僅僅適用于節(jié)點(diǎn),還可以擴(kuò)展應(yīng)用于電路中的某一部分。以擴(kuò)展應(yīng)用于電路中的某一部分。 US1US2US3I1I2I3I12I31I23o o+- - - - 對于虛線框內(nèi)部對于虛線框內(nèi)部的部分,可以直接看的部分,可以直接看成一個節(jié)點(diǎn),應(yīng)用成一個節(jié)點(diǎn),應(yīng)用KCL列寫電流方程和列寫
60、電流方程和求解未知電流。求解未知電流。 我們稱虛線框我們稱虛線框?yàn)閺V義節(jié)點(diǎn)為廣義節(jié)點(diǎn)O0321III對廣義節(jié)點(diǎn)對廣義節(jié)點(diǎn)O: 0I該式也可通過該式也可通過如下算式推得如下算式推得 031121III節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)012232III023313IIIUS1US2US3I1I2I3I12I31I23o o+- - - -例題分析例題分析 練習(xí)與思考:在圖練習(xí)與思考:在圖示示電路中,已知:電路中,已知:IamA,Ib0mA,IcmA,求電流,求電流Id。 IaIbIdIc分析分析 把由四個電阻構(gòu)成的閉把由四個電阻構(gòu)成的閉合回路看成一個廣義節(jié)點(diǎn),合回路看成一個廣義節(jié)點(diǎn),則直接由則直接由KCL
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