電路的基本概念與基本定律

1、2022/9/21電工電子教研室1緒 論一、課程的地位和主要內(nèi)容電工電子技術(shù)研究電工技術(shù)和電子技術(shù) 的理論及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。電工技術(shù) （上冊）（電工學(xué)）電工電子技術(shù)電子技術(shù) （下冊）電路分析基礎(chǔ) 電機與繼電器 模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù) 2022/9/21電工電子教研室2二、電工電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用1785年，庫侖確定電荷間的作用力；1826年，歐姆提出“歐姆定律”；1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象；1834年，雅可比造出第一臺電動機；1864年，麥克斯韋提出電磁波理論；1895年，馬可尼和波波夫?qū)崿F(xiàn)第一次無線電通信；1904年，弗萊明發(fā)明第一只電子管（二極管）；1946年，誕生第一臺電子

2、計算機；1947年，貝爾實驗室發(fā)明第一只晶體管；1958年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。 ：發(fā) 展快速發(fā)展原因電能易轉(zhuǎn)換易傳輸易控制2022/9/21電工電子教研室3學(xué)習(xí)此課程的意義 電工與電子技術(shù)是實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)此課程，將對你今后的畢業(yè)設(shè)計、研究生論文及工作都有重要的意義。 汽車工業(yè)在我國蓬勃發(fā)展，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)都離不開電工電子技術(shù)：（1）汽車電子越來越復(fù)雜（2）汽車生產(chǎn)流水線高度自動化（3）汽車性能檢測儀器越來越齊全和先進（4）汽車壽命考驗儀器及設(shè)備五花八門2022/9/21電工電子教研室4汽車電子汽 車 電 子電源發(fā)動機控制行駛裝置報警與安全裝置旅居性儀表娛樂通訊收音機、汽

3、車電話、業(yè)余電臺點火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動機電子控制車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖.安全帶、車燈未關(guān)報警、速度報警、安全氣囊.空調(diào)控制、動力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、出租車用儀表.電工技術(shù) 應(yīng)用舉例2022/9/21電工電子教研室5三、如何學(xué)好電工電子技術(shù)課程特點：內(nèi)容多且廣、學(xué)時相對少1、注意掌握“三基”：2、注重綜合分析與設(shè)計 注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)基本原理、基本分析方法、基本應(yīng)用3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力課堂、答疑、作業(yè)、實驗2022/9/21電工電子教研室6 第1章 電路的基本概念與基本定律1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電壓和電流的參考方向1.4 歐姆

4、定律1.5 電源有載工作、開路與短路1.6 基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計算2022/9/21電工電子教研室7本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的意義；4. 會計算電路中各點的電位。第1章 電路的基本概念與基本定律1. 實現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器日光燈輸電線路電能電能電能2. 實現(xiàn)信號的傳遞與處理 放大器信號信號電源負載中間環(huán)節(jié)信號源負載處理電路1.1 電路的作用與組成部分2022/9/21電工電子教研室92. 電路的組成部分電源: 提供電能的裝置負載:

5、取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐.輸電線2022/9/21電工電子教研室10直流電源直流電源: 提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負載信號源: 提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒 電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。在一定條件下突出主要的電磁性質(zhì)，忽略次要的因素，用足以表征其主要特性的理想電路元件表示。模型電路開關(guān)燈泡電池金屬片常見的電路元件：電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其兩端的電壓、電流關(guān)系即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。

6、1.2 電路模型電阻元件(Resistor)電容元件(Capacitor)電感元件(Inductor)2022/9/21電工電子教研室131.3 電壓和電流的參考方向 物理中對基本物理量規(guī)定的方向1. 電路基本物理量的實際方向物理量實 際 方 向電流 I正電荷運動的方向電動勢E (電位升高的方向) 電壓 U(電位降低的方向)高電位 低電位 單 位kA 、A、mA、A低電位 高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR(1) 在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向；(3) 根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向： 若計算結(jié)果為正，則實際方向與假設(shè)方向一致； 若計

7、算結(jié)果為負，則實際方向與假設(shè)方向相反。(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達式；2022/9/21電工電子教研室15(2) 參考方向的表示方法電流：Uab 雙下標(biāo)電壓： (1) 參考方向IE+_ 在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)2. 電路基本物理量的參考方向aRb箭 標(biāo)abRI正負極性+abU U+_2022/9/21電工電子教研室16實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。(3) 實際方向與參考方向的關(guān)系注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 ) 值才有正負之分。 若 I = 5A，則電

8、流從 a 流向 b；例：若 I = 5A，則電流從 b 流向 a 。abRIabRU+若 U = 5V，則電壓的實際方向從 a 指向 b；若 U= 5V，則電壓的實際方向從 b 指向 a 。電動勢 (electromotive force)：衡量電源力做功能力的物理量。電源力克服電場力把單位正電荷從電源的負極搬運到正極所做的功。電動勢的實際方向與電壓實際方向相反，規(guī)定為由負極指向正極。IEabUab+_ab電源力2022/9/21電工電子教研室181.4 歐姆定律U、I 參考方向相同時，U、I 參考方向相反時，RU+IRU+I 表達式中有兩套正負號： 式前的正負號由U、I 參考方向的關(guān)系確定；

9、 U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考 方向之間的關(guān)系。 通常取 U、I 參考方向相同。U = I R U = IR2022/9/21電工電子教研室19解：對圖(a)有, U = IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有, U = IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)參考方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)參考方向。如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。+u-(a) 關(guān)聯(lián)方向abi-u+(b) 非關(guān)聯(lián)方向abi2022/9/2

10、1電工電子教研室211.5 電源有載工作、開路與短路 開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓U = IR 特征:1.5.1 電源有載工作IR0R+ -EU+ -I 電流的大小由負載決定。 在電源有內(nèi)阻時，I U ?；?U = E IR0電源的外特性EUI0 當(dāng) R0R 時，則U E ，表明當(dāng)負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。2022/9/21電工電子教研室22 開關(guān)閉合,接通電源與負載。負載端電壓U = IR 特征:1.5.1 電源有載工作 電流的大小由負載決定。 在電源有內(nèi)阻時，I U ?；?U = E IRoUI = EI IRoP = PE P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗

11、功率 電源輸出的功率由負載決定。負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。IR0R+ -EU+ -I2022/9/21電工電子教研室23電源與負載的判別U、I 參考方向不同，P = UI 0，電源； P = UI 0，負載。U、I 參考方向相同，P =UI 0，負載； P = UI 0，電源。 1. 根據(jù) U、I 的實際方向判別2. 根據(jù) U、I 的參考方向判別電源： U、I 實際方向相反，即電流從“+”端流出， （發(fā)出功率）； 負載： U、I 實際方向相同，即電流從“-”端流出。 （吸收功率）。2022/9/21電工電子教研室24電氣設(shè)備的額定值額定值: 電氣設(shè)備在正

12、常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠) 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN = 220V ，PN = 60W電阻： RN = 100 ，PN =1 W 2022/9/21電工電子教研室25特征: 開關(guān) 斷開1.5.2 電源開路I = 0電源端電壓 ( 開路電壓 )負載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓 U 視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+U有

13、源電路IRoR+ -EU0+ -2022/9/21電工電子教研室26電源外部端子被短接1.5.3 電源短路 特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路處的電壓等于零； U = 02. 短路處的電流 I 視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+U有源電路IR0R+ -EU0+ -2022/9/21電工電子教研室27 1. 6 基爾霍夫定律支路：電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2

14、R2+ -R3R1E11232022/9/21電工電子教研室28例1：支路：ab、bc、ca、 （共6條）回路：abda、abca、 adbca （共7 個）結(jié)點：a、 b、c、d (共4個）網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I2022/9/21電工電子教研室291.6.1 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。 實質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)?；? = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1對結(jié)點 a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0 基爾霍夫電流定

15、律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點處各支路電流間相互制約的關(guān)系。2022/9/21電工電子教研室30 電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2推廣I =?例:廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V2022/9/21電工電子教研室31 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3

16、R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112 基爾霍夫電壓定律（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。2022/9/21電工電子教研室321列方程前標(biāo)注回路循行方向； 電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用 U = 0列方程時，項前符號的確定： 如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。3. 開口電壓可按回路處理 注意：1對回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_2022/9/21電工電子教研室33例：對網(wǎng)

17、孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對回路 adbca，沿逆時針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用 U = 0列方程對回路 cadc，沿逆時針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2022/9/21電工電子教研室341.7 電路中電位的概念及計算電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設(shè)參考點的電位為零。1. 電位的概念 電位的計算步驟: (

18、1) 任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。2022/9/21電工電子教研室352. 舉例 求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：設(shè) a為參考點， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè) b為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 1