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文檔簡(jiǎn)介
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
歐姆定律1.5
電源有載工作、開(kāi)路與短路1.6
基爾霍夫定律1.7
電路中電位的概念及計(jì)算本章要求: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(kāi)路與短路狀態(tài),理解電功率和額定值的意義;4.會(huì)計(jì)算電路中各點(diǎn)的電位。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)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用
電路是電流的通路,是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。
發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:
提供電能的裝置負(fù)載: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(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:
提供能源信號(hào)處理:放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:
提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒
電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì),它推動(dòng)電路工作;由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。1.2
電路模型手電筒的電路模型
為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化,用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件,從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。例:手電筒R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開(kāi)關(guān)
手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。
理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開(kāi)關(guān)
電池是電源元件,其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻Ro;
燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì),是電阻元件,其參數(shù)為電阻R;
筒體用來(lái)連接電池和燈泡,其電阻忽略不計(jì),認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。
開(kāi)關(guān)用來(lái)控制電路的通斷。
今后分析的都是指電路模型,簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中,各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。1.3
電壓和電流的參考方向
物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實(shí)際方向物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)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、μA低電位
高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(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(jì)算電路時(shí),對(duì)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(fù)極性+–abUU+_實(shí)際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值;實(shí)際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負(fù)值。(3)
實(shí)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(fù)之分。若I=5A,則電流從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(shí)際方向從a指向b;若U=–5V,則電壓的實(shí)際方向從b指向a。1.4
歐姆定律U、I參考方向相同時(shí),U、I參考方向相反時(shí),RU+–IRU+–I
表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào):①式前的正負(fù)號(hào)由U、I
參考方向的關(guān)系確定;②U、I
值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)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=IR
U=–IR解:對(duì)圖(a)有,U=IR例:應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子,并求電阻R。對(duì)圖(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A1.5
電源有載工作、開(kāi)路與短路
開(kāi)關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載U=IR
特征:1.5.1電源有載工作IR0R+
-EU+
-I
U=E–IR0P=PE
–P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率P=UIUI=EI–I2Ro①
電流的大小由負(fù)載決定。②在電源有內(nèi)阻時(shí),IU。③元件功率滿足功率平衡關(guān)系。電源與負(fù)載的判別U、I參考方向不同,P=UI
0,電源;
P=UI
0,負(fù)載。U、I參考方向相同,P=UI0,負(fù)載;
P=UI
0,電源。
1.
根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別2.
根據(jù)U、I的參考方向判別電源:
U、I實(shí)際方向相反,即電流從“+”端流出,(發(fā)出功率);
負(fù)載:
U、I實(shí)際方向相同,即電流從“-”端流出。(吸收功率)。課堂練習(xí):答案(a)(b)(c)(d)電源負(fù)載負(fù)載電源電氣設(shè)備的額定值額定值:電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)欠載(輕載):I<IN
,P<PN(不經(jīng)濟(jì))
過(guò)載(超載):
I>IN
,P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài):I=IN
,P=PN
(經(jīng)濟(jì)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=1W
特征:
開(kāi)關(guān)斷開(kāi)1.5.2
電源開(kāi)路I=0電源端電壓
(開(kāi)路電壓)負(fù)載功率U
=U0=EP
=01.開(kāi)路處的電流等于零;
I
=02.開(kāi)路處的電壓U視電路情況而定。電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征:I+–U有源電路IRoR+
-EU0+
-電源外部端子被短接1.5.3
電源短路
特征:電源端電壓負(fù)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=I2R0P
=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(shí)的特征:I+–U有源電路IR0R+
-EU0+
-1.6
基爾霍夫定律支路:電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過(guò)一個(gè)電流,稱為支路電流。結(jié)點(diǎn):三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)?;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+-E2R2+-R3R1E11231.6.1
基爾霍夫電流定律(KCL定律)1.定律
即:I入=
I出
在任一瞬間,流入任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。實(shí)質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)?;?I=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1對(duì)結(jié)點(diǎn)a:I1+I2=I3或I1+I2–I3=0
基爾霍夫電流定律(KCL)反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。
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(diǎn)I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V
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(diǎn)出發(fā),沿回路循行一周,則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路1:對(duì)回路2:
E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-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。1.列方程前標(biāo)注回路循行方向;
電位升=電位降
E2=UBE+I2R2U=0
I2R2–E2+
UBE
=02.應(yīng)用
U=0列方程時(shí),項(xiàng)前符號(hào)的確定:
如果規(guī)定電位降取正號(hào),則電位升就取負(fù)號(hào)。3.開(kāi)口電壓可按回路處理
注意:1對(duì)回路1:E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_例:對(duì)網(wǎng)孔abda:對(duì)網(wǎng)孔acba:對(duì)網(wǎng)孔bcdb:R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–
I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對(duì)回路adbca,沿逆時(shí)針?lè)较蜓校酣CI1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用U=0列方程對(duì)回路cadc,沿逆時(shí)針?lè)较蜓校酣CI2R2–I1R1+E
=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1.7
電路中電位的概念及計(jì)算電位:電路中某點(diǎn)至參考點(diǎn)的電壓,記為“VX”
。
通常設(shè)參考點(diǎn)的電位為零。1.電位的概念
電位的計(jì)算步驟:
(1)任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn),設(shè)其電位為零;
(2)標(biāo)出各電流參考方向并計(jì)算;
(3)計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。某點(diǎn)電位為正,說(shuō)明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)高;某點(diǎn)電位為負(fù),說(shuō)明該點(diǎn)電位比參考點(diǎn)低。2.舉例
求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Va、Vb、Vc、Vd
。解:設(shè)a為參考點(diǎn),即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca
=4×20=80VVd
=Uda=6×5=30V
設(shè)b為參考點(diǎn),即Vb=0VVa
=Uab=10×6=60VVc
=Ucb=E1=140VVd
=Udb=E2=90V
bac204A610AE290VE1140V56AdUab
=10×6=60VUcb
=E1=140VUdb
=E2=90V
Uab
=10×6=60VUcb
=E1=140VUdb
=E2=90V
結(jié)論:(1)電位值是相對(duì)的,參考點(diǎn)選取的不同,電路中
各點(diǎn)的電位也將隨之改變;(2)電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的,不會(huì)因參考
點(diǎn)的不同而變,即與零電位參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。借助電位的概念可以簡(jiǎn)化電路作圖bca2
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