第一章電路的基本概念和基本定律

1、 目錄目錄 習(xí)習(xí) 題題第一節(jié)第一節(jié) 電路和電路模型電路和電路模型返回返回什么是電路呢？例如電子誘餌什么是電路呢？例如電子誘餌 R水水AB3V返回返回一、電一、電 路路電路是由某些電氣元件按一定方電路是由某些電氣元件按一定方式連接起來的總體，它提供了電式連接起來的總體，它提供了電流流通的路徑。流流通的路徑。電路主要由電路主要由電源電源、負載負載和和中間環(huán)中間環(huán)節(jié)節(jié)三部分組成。三部分組成。1.定義定義:2.組成組成:返回返回例如：手電筒電路例如：手電筒電路電源電源中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)負載負載電源：電源： 其它形式的能量其它形式的能量 （信號信號 ） 電能電能 （電信號電信號）負載：負載： 電能電能（電

2、信號電信號） 其它形式的其它形式的能量能量（信號信號 ） * 一般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能量或一般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能量或 信號的轉(zhuǎn)換信號的轉(zhuǎn)換返回返回 3. 作用作用：（1）實現(xiàn)能量的傳輸實現(xiàn)能量的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。分配和轉(zhuǎn)換。（2）實現(xiàn)信號的傳遞與處理。實現(xiàn)信號的傳遞與處理。（3）信息的存儲。信息的存儲。二、電路模型二、電路模型1. 定義：定義： 電路模型就是將實際電路中的各種電路模型就是將實際電路中的各種元件按其主要物理性質(zhì)分別用一些元件按其主要物理性質(zhì)分別用一些理想電路元件來表示所構(gòu)成的電路理想電路元件來表示所構(gòu)成的電路圖。圖。返回返回2. 常見的理想電路元件常見的理想電路元件電阻電阻電容

3、電容電壓源電壓源返回返回電感電感電流源電流源3. 手電筒的電路模型手電筒的電路模型R0RUS電源電源中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)負載負載 電路模型只反映實際電路的作用及其相互電路模型只反映實際電路的作用及其相互的連接方式，不反映實際電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾的連接方式，不反映實際電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾何形狀及相互位置。何形狀及相互位置。返回返回S第二節(jié)第二節(jié) 電路的基本物理電路的基本物理量及其參考方向量及其參考方向返回返回一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向1. 定義：定義：在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面

4、積的電荷量定義為電流過導(dǎo)體橫截面積的電荷量定義為電流強度。強度。i = dq/dt大小和方向都隨時間改變的叫交流大小和方向都隨時間改變的叫交流 用用i 表示，表示，大小和方向都不隨時間改變的叫直流大小和方向都不隨時間改變的叫直流 用用I 表示。表示。返回返回2. 單位：單位：1安培（安培（A）=1000毫安毫安(mA) 1毫安毫安(mA)=1000微安微安(A)3. 實際方向：實際方向：規(guī)定正電荷運動的方向。規(guī)定正電荷運動的方向。 4. 參考方向參考方向 ：在分析和計算電路時往往任意選在分析和計算電路時往往任意選 定某一方向作為電流的正方向定某一方向作為電流的正方向，也稱參考方也稱參考方 向。

5、向。5. .電流參考方向的表示方法電流參考方向的表示方法: :abIabIab返回返回二、電壓及其參考方向二、電壓及其參考方向1.定義定義： 電場力把單位正電荷從電場力把單位正電荷從a點移到點移到b點所點所作的功定義為作的功定義為a、b兩點間的電壓。兩點間的電壓。 u=dw/dq交流電壓用交流電壓用u表示表示, ,直流電壓用直流電壓用U表示。表示。* 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 在規(guī)定的參考方向下，若計算結(jié)果：在規(guī)定的參考方向下，若計算結(jié)果： I 0 參考方向與實際方向一致，參考方向與實際方向一致， I 0 參考方向與實際方向一致，參考方向與實際方向一致， U 0，說明元

6、件在吸收功率，一定，說明元件在吸收功率，一定是是負載；負載；求出的求出的P 0則則 P 0 吸收能量吸收能量電能電能 磁場能磁場能0則則 P 0則則P0 0 吸收功率吸收功率 電容充電電容充電0則則P0 0 發(fā)出功率發(fā)出功率 電容放電電容放電返回返回 常用電容常用電容WC=t0P dt=C uC212能量不能突變，能量不能突變，電容兩端的電壓不能突變。電容兩端的電壓不能突變。電容是一種儲能元件，不消耗電能。電容是一種儲能元件，不消耗電能。* WC與與U 成正比，與成正比，與i無關(guān)，無關(guān)， 當(dāng)當(dāng)i =0時，時， WC 仍可能存在。仍可能存在。2 電路中能量轉(zhuǎn)換過程電路中能量轉(zhuǎn)換過程 電阻電阻 耗

7、能元件耗能元件 電電 電感電感 源源 儲能元件儲能元件 電容電容返回返回例例1、一電容器、一電容器C = 0.2F，從，從t = 0開始通入開始通入5A恒恒定電流，求定電流，求t =10s時，電容器電壓及其儲能是多時，電容器電壓及其儲能是多少少?設(shè)電容器電壓設(shè)電容器電壓uC(0) = 0。解解: uC(t)uC(0) +1Ct0i d當(dāng)當(dāng)t =10s時，時， uC(10)250VWC12CuC(10)=2120.22502J6250J= 0+10.2t05d=50.2t0=25t返回返回第四節(jié)第四節(jié) 電電 源源返回返回一、一、電壓源電壓源 1. 理想電壓源理想電壓源(恒壓源恒壓源)USIU特點

8、特點: (1)輸出電壓恒定輸出電壓恒定U= US；(2)輸出電流取決于外輸出電流取決于外 電路；電路；(3)內(nèi)阻內(nèi)阻 R0=0。伏安特性：伏安特性：USUI返回返回O2. 實際電壓源實際電壓源USUR0U = US I R0IUII R0伏安特性伏安特性:USIU當(dāng)當(dāng)R0 R時，時，R00, U= US返回返回O二、電流源二、電流源1. 理想電流源理想電流源(恒流源恒流源) IISUU伏安特性伏安特性:IIS特點特點: (1) 輸出電流恒定輸出電流恒定I= IS， 與端電壓無關(guān)；與端電壓無關(guān)；(2) 輸出端電壓取決于外輸出端電壓取決于外 電路；電路；(3) 內(nèi)阻內(nèi)阻 R0=。返回返回O2. 實

9、際電流源實際電流源ISIUR0I= IS UR0UIU伏安特性伏安特性IISU/ R0返回返回O例例1、電路如圖，求理想電壓源和理想、電路如圖，求理想電壓源和理想電流源的功率。電流源的功率。解解: 該電路為串聯(lián)電路該電路為串聯(lián)電路各元件的電流均為各元件的電流均為IS。PUS = US IS=1WPR = IS2 R = 1WPIS = (PUS +PR) = 2W此時電壓源吸收功率此時電壓源吸收功率(負載負載)功率平衡：功率平衡：P吸吸= P發(fā)發(fā)US1VR1IS1AU返回返回 在電路中起電源作用，但其大小和方向受在電路中起電源作用，但其大小和方向受電路中其它支路的電流或電壓控制，這種電源電路中

10、其它支路的電流或電壓控制，這種電源稱為受控源。稱為受控源。VCVSCCVSVCCSCCCSuri1i1gu1常見的受控電流源和電壓源，如下圖。常見的受控電流源和電壓源，如下圖。三、三、 受控源受控源返回返回電流控制的電流源電流控制的電流源iiriiiioro電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源rirouiuoui返回返回第五節(jié)第五節(jié) 基爾霍基爾霍夫定律夫定律返回返回l 幾個概念幾個概念支路支路: 電路中的每一分支叫做支路。一個支路通電路中的每一分支叫做支路。一個支路通 過同一個電流。過同一個電流。節(jié)點節(jié)點: 由三條或三條以上的支路相連接的點叫由三條或三條以上的支路相連接的點叫 做節(jié)點。做節(jié)點?；芈?/p>

11、回路:電路中的任一閉合路徑叫做回路。電路中的任一閉合路徑叫做回路。A.圖中有圖中有6個節(jié)點個節(jié)點 + abdcef純純屬屬失失誤誤B. 圖中有圖中有4個節(jié)點個節(jié)點C.圖中有圖中有6條支路條支路D.圖中有圖中有8條支路條支路E. 圖中有圖中有3個回路個回路F. 圖中有圖中有7個回路個回路你犯了嚴(yán)你犯了嚴(yán)重錯誤重錯誤不好意不好意思又錯思又錯了了 聰明聰明的腦瓜的腦瓜 OK！恭喜你恭喜你!返回返回 對于電路中的任對于電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間一節(jié)點，在任一瞬間流入節(jié)點的電流之和流入節(jié)點的電流之和一定等于流出該節(jié)點一定等于流出該節(jié)點的電流之和。的電流之和。(第一第一定律定律)abI1I2I3E1E2

12、R1R3R2如圖：如圖： I1 I2 I3 對電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間，該節(jié)點對電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間，該節(jié)點上電流代數(shù)和等于零。上電流代數(shù)和等于零。 I 如圖如圖I1 I2 I3 規(guī)定規(guī)定流入節(jié)點的電流取正流入節(jié)點的電流取正, ,流出節(jié)點的電流取負。流出節(jié)點的電流取負。Ii Io返回返回推廣：適用于封閉面推廣：適用于封閉面AIBIAICBCIABIBCICAIA IB IC 0IBICIEIB IC IE滿足晶體管電流分配關(guān)系滿足晶體管電流分配關(guān)系返回返回 例例1、標(biāo)出圖中未知電流大小。、標(biāo)出圖中未知電流大小。 2A8A3A346A1A5A返回返回二、二、基爾霍夫基爾霍夫電壓定律電

13、壓定律(KVL) 在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各部分電壓降的代數(shù)和等于零，即各部分電壓降的代數(shù)和等于零，即 U與繞向一致的電壓取正，反之取負。與繞向一致的電壓取正，反之取負。返回返回R1R2U1U2I1I2US1US2aU1US1US2U2 = 0I1 R1US1US2I2 R20 在電路中任意在電路中任意回路繞行方向上電回路繞行方向上電動勢的代數(shù)和等于動勢的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代電阻上電壓降的代數(shù)和數(shù)和 US IR規(guī)定規(guī)定 與繞行方向一致與繞行方向一致的電壓取正，反之的電壓取正，反之取負。取負。US1 US2 I1 R1 I2 R2返回返回推廣

14、推廣: 適用于開口電路適用于開口電路 U開開=U說明說明：上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。：上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。例例1、已知、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：求：S打開時，打開時，Uab=？ S閉合時，閉合時，I3=？1、S打開，打開，I3=0 UR3=0E1+Uab+E3E2= 0 Uab=(714+16)V=9V2、S閉合，閉合，Uab=0E1+E3E2 + I3R3= 0I3=(E1E3 + E2) R3 =99A=1AE1R1a bSE3E2R2R3I3解：解：返回返回例例2、求圖中的、求圖中的U2。I1U110V

15、U2R2 2E2E1R1R3 544V2VI1=(104)/(R1+R2)=1AU2=E2+ I1 R1 +E1=6VI3 = 0（開路）（開路） I2 = 0I2I3U1=I1(R1+R2)+E1返回返回例例3、電路如圖，試用基爾霍夫定律求、電路如圖，試用基爾霍夫定律求Ix和和Ux。解解:根據(jù)基爾霍夫定根據(jù)基爾霍夫定律律對節(jié)點對節(jié)點a:I1+1A4A=0I1=3A對節(jié)點對節(jié)點b:2AI1I2=0I2=1A根據(jù)基爾霍夫電壓定律根據(jù)基爾霍夫電壓定律,設(shè)繞行方向為順時針，則設(shè)繞行方向為順時針，則5I2Ux 10=0 Ux =15V4A10V2A1A3A5I1UxIxabcdI3對節(jié)點對節(jié)點c: I

16、2+I33A=0 I3=4A對節(jié)點對節(jié)點d: 1AI3Ix0 Ix5A返回返回第六節(jié)第六節(jié) 電路的工作狀態(tài)及電路的工作狀態(tài)及電氣設(shè)備的額定值電氣設(shè)備的額定值返回返回一、有載工作狀態(tài)一、有載工作狀態(tài)RR0UUSSI圖中圖中S閉合閉合I=US/(R0 +R)U=I RU = US I R0PS=PR0+PR1. 特特 征征返回返回 電氣設(shè)備在額定狀態(tài)下工作是最佳狀態(tài)，電氣設(shè)備在額定狀態(tài)下工作是最佳狀態(tài)，稱為稱為滿載滿載。在額定電壓下，電氣設(shè)備通過的。在額定電壓下，電氣設(shè)備通過的電流高于額定電流稱為電流高于額定電流稱為過載過載，低于額定電流，低于額定電流稱為稱為輕載輕載。2.電氣設(shè)備的額定值電氣設(shè)備

17、的額定值 為了安全可靠地工作，各種電氣設(shè)備承為了安全可靠地工作，各種電氣設(shè)備承受的電壓，允許通過的電流及消耗的功率都受的電壓，允許通過的電流及消耗的功率都有一個限額，這個限額稱為電氣設(shè)備的額定有一個限額，這個限額稱為電氣設(shè)備的額定值。值。UN IN PN返回返回R0UUS三、短三、短 路路II = USR0U = 0P = 0PS = PR0二、開路二、開路 ( S斷開斷開 ) I = 0 U = 0 P = 0 U0 = USRR0UUSSI返回返回例例1、有一直流電源，額定功率、有一直流電源，額定功率PN4.4kW，額電壓額電壓UN220V，內(nèi)阻，內(nèi)阻RS0.25，負載電，負載電阻為阻為R

18、，求，求:(1)電源的額定電流電源的額定電流IN及電源電壓及電源電壓US；(2)額定工作狀態(tài)下的負載電阻額定工作狀態(tài)下的負載電阻R；(3)負載發(fā)生短路時的電流負載發(fā)生短路時的電流IS。SIUSR0R+U返回返回解解: (1)電源的額定電流電源的額定電流: IN PNUN4.4103220A20A電源電壓電源電壓:USU+INRS220V+20A0.25 225V(2)額定工作狀態(tài)下的負載電阻額定工作狀態(tài)下的負載電阻:R =USRS22020= =11(3)短路電流：短路電流：ISUSRS2250.25A900A返回返回第七節(jié)第七節(jié) 電路中的電位及其計算電路中的電位及其計算返回返回一、電一、電

19、位位 電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電壓，參考點就是零電位點。電壓，參考點就是零電位點。Ve=0I=9/9A=1AVa=5VVb=5V2V=3VVc=5V6V= 1VVd=4VUab=2V3e5V4Vabcd24返回返回e5V4Vabcd324若參考點選在若參考點選在d點，則：點，則：Va = 9VVb = 7VVc = 3VVd = 0VVe = 4VUab = 2V電路中某點的電位與參考點的選擇有電路中某點的電位與參考點的選擇有關(guān)，而任意兩點之間的電壓與參考點的選關(guān)，而任意兩點之間的電壓與參考點的選擇無關(guān)。擇無關(guān)。返回返回e5V4Vabcd324二、電路中電源的習(xí)慣畫法二、電路中電源的習(xí)慣畫法 與參考點相聯(lián)的一端不畫，另外一端