華南師范大學(xué)電工學(xué)-第1章電路的基本概念和基本定律

電路：將一些電氣設(shè)備或器件按照一定的方式連接的電流通路。電路的組成：電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)。

電源：提供電能的元件，將非電能轉(zhuǎn)換為電能。

負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)換為非電能或電信號(hào)的元件。

中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載的導(dǎo)線、開關(guān)等?！?.1電路與電路模型

一、電路的組成..導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡§1.1電路與電路模型

電子電路

電力電路

電路

電能傳輸和轉(zhuǎn)換電路

信號(hào)傳遞和處理電路高壓電路低壓電路模擬電路數(shù)字電路放大電路控制電路……二、電路的功能和分類..發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)等負(fù)載輸電線電力系統(tǒng)示意圖話筒擴(kuò)音機(jī)示意圖放大器揚(yáng)聲器特點(diǎn)：電壓高，電流和功率大。要求：功率損耗小，電能轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)男矢摺Ｌ攸c(diǎn)：電壓低，電流和功率小。要求：輸出信號(hào)強(qiáng)，傳遞信號(hào)不失真。§1.1電路與電路模型

電力電路—輸變電工程§1.1電路與電路模型

電子電路—直流電機(jī)調(diào)速控制電路§1.1電路與電路模型

電子電路—微機(jī)/單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)電路§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

電子電路

電力電路

電路

電能傳輸和轉(zhuǎn)換電路

信號(hào)傳遞和處理電路高壓電路低壓電路模擬電路數(shù)字電路放大電路控制電路……

本課程電路部分僅討論電路的一般規(guī)律和基本分析方法。

.§1.1電路與電路模型

電阻器基本元件：電阻器、電感器、電容器、電源§1.1電路與電路模型

電感器§1.1電路與電路模型

電容器§1.1電路與電路模型

發(fā)電機(jī)組電源§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

§1.1電路與電路模型

基本元件的理想模型..RLC_+usis§1.1電路與電路模型

三、電路模型..理想電路元件：具有單一電磁性能的電路元件。….電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件§1.1電路與電路模型

同一實(shí)際電路元件在不同的應(yīng)用條件下，其模型可以有不同的形式。例如電感元件在電路中的模型：純電感考慮線圈電阻考慮高頻電容效應(yīng)（存在電場(chǎng)）純電容考慮電容漏電和介質(zhì)極化功耗考慮高頻電感效應(yīng)（存在磁場(chǎng)）§1.1電路與電路模型

電容元件在電路中的模型：電路模型

◆反映實(shí)際電路元件的主要電磁性能的理想電路元件及其組合?！粲蓪?shí)體電路抽象和概括而成的電路圖?！?.1電路與電路模型

導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡US

RS

RL

電路圖.S12345abcd結(jié)點(diǎn)1結(jié)點(diǎn)2結(jié)點(diǎn)3§1.1電路與電路模型

四、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)..幾個(gè)名詞概念：支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔

…….

12345結(jié)點(diǎn)1結(jié)點(diǎn)2§1.1電路與電路模型

四、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)..幾個(gè)名詞概念：支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔

….

12345§1.1電路與電路模型

四、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)..幾個(gè)名詞概念：支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔

….

幾個(gè)名詞概念：支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔

….

§1.1電路與電路模型

四、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)..網(wǎng)絡(luò)——一般指比較復(fù)雜的電路。有源網(wǎng)絡(luò)….無(wú)源網(wǎng)絡(luò)….網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò)（雙口網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)一端口網(wǎng)絡(luò)（單口網(wǎng)絡(luò)）uoCEBCiUCCRcReCoCe++

ui

Rb1iCiBRb2晶體管放大電路+幾個(gè)名詞概念：支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔

….

§1.1電路與電路模型

四、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)..網(wǎng)絡(luò)——一般指比較復(fù)雜的電路。系統(tǒng)——完成一定功能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。uituotI§1.2電壓、電流及其參考方向直流符號(hào)

I

（表示直流或交流有效值）一般符號(hào)

i

（可表示交流或直流）參考方向I的實(shí)際方向與其參考方向相同直流電路一、電流及其參考方向..交流電路i~N為含源復(fù)雜電路Nii的實(shí)際方向如何?若i＞0，則表示實(shí)際方向與參考方向相同；若i＜0，則表示實(shí)際方向與參考方向相反。

在電路分析中，為了確定任一時(shí)刻電流的大小及其實(shí)際方向，必須選取參考方向，并與代數(shù)式相配合進(jìn)行描述：§1.2電壓、電流及其參考方向元件ab例1-1

設(shè)已知1A電流的實(shí)際方向由a→b

i=1Ai=－1A元件abi元件abi§1.2電壓、電流及其參考方向ab+－u

+ab－u

一般符號(hào)

u直流符號(hào)

U

若u＞0，則實(shí)際極性(方向)與參考極性(方向)相同；若u＜0，則實(shí)際極性(方向)與參考極性(方向)相反。二、電壓及其參考極性（方向）..§1.2電壓、電流及其參考方向uoCEBCiUCCRcReCoCe++

ui

Rb1Rb2+參考節(jié)點(diǎn)uoCEBCi+UCCRcReCoCe++

ui

Rb1Rb2（設(shè)電位為零）…§1.2電壓、電流及其參考方向us

+_R1

R2

12+us

R2

R1

某節(jié)點(diǎn)至參考節(jié)點(diǎn)間的電壓降稱為該節(jié)點(diǎn)的電位。3參考節(jié)點(diǎn)（V3=0）+uR1－電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)的電位之差。V1V2§1.2電壓、電流及其參考方向+_150V+_15V15V+_§1.2電壓、電流及其參考方向V1=？R1

R3

R2

V2=？+15V－15V100Ω100Ω100ΩV1=？R1

R3

R2

V2=？+150V100Ω100Ω100Ω關(guān)聯(lián)參考方向：+－u

i+－u

i+－u

i+－u

i+－u

i+－u

i+－u

i+－u

i當(dāng)i流過(guò)元件時(shí)由“+”→“－”非關(guān)聯(lián)參考方向：當(dāng)i流過(guò)元件時(shí)由“－”→“+”三、電流和電壓參考方向的配合..§1.2電壓、電流及其參考方向?qū)τ谠嗀：對(duì)于元件B：關(guān)聯(lián)參考方向iABu+非關(guān)聯(lián)參考方向§1.2電壓、電流及其參考方向p=ui+－u

i關(guān)聯(lián)方向若

p＞0則為吸收功率若

p＜0則為產(chǎn)生功率若

p＞0則為產(chǎn)生功率

若

p＜0則為吸收功率

p=ui

為統(tǒng)一起見，對(duì)于非關(guān)聯(lián)參考方向，功率可表示為

p=－uip＞0

為吸收功率；

p＜0

為產(chǎn)生功率

功率及其表達(dá)式..+－u

i非關(guān)聯(lián)方向§1.3電路的功和功率

例1-2（吸收功率2W）+

－u1abi1

（a）

（吸收功率－2W，即產(chǎn)生功率2W）（a）設(shè)u1

=1V，i1=2A，求p1p1

=u1i1=1×2=2W（b）設(shè)u2=1V，i2

=2A，求p2p2=－u2i2=－1×2=－2W（c）設(shè)p3=4W，u3=1V，求i3i3=－p3/u3

§1.3電路的功和功率+

－u2abi2

（b）－+u3abi3

（c）

（i3的實(shí)際方向與其參考方向相反，即由b→a）=－4/1=－4Ai1+i2=i3

或i1+i2－i3=0

－i1－i2+i3=0i1i3i2

任一時(shí)刻流入(或流出)任一結(jié)點(diǎn)的電流之代數(shù)和為零。.一、基爾霍夫電流定律（KCL）..§1.4基爾霍夫定律….1．KCL的一般表達(dá)式

規(guī)定：ik流入結(jié)點(diǎn)取正號(hào)，流出結(jié)點(diǎn)取負(fù)號(hào)；或ik流出結(jié)點(diǎn)取正號(hào)，流入結(jié)點(diǎn)取負(fù)號(hào)。

對(duì)于同一個(gè)結(jié)點(diǎn)列KCL方程時(shí)，只能取上述規(guī)定之一。

（Kirchhoff’sCurrentLaw）..上列三式相加得

i1+i2+i3=0廣義結(jié)點(diǎn)——

假想的閉合曲面結(jié)點(diǎn)ai1―i4―i5=0結(jié)點(diǎn)bi2+i4－i6

=0結(jié)點(diǎn)ci3+i5

+i6

=0 2．KCL的推廣應(yīng)用即可直接對(duì)廣義結(jié)點(diǎn)列出i1+i2+i3=0i3i2i1abci4i5i6§1.4基爾霍夫定律….

解：對(duì)廣義結(jié)點(diǎn)可得

i1－i2－i3－i5+i6=0i6=－i1+i2+i3+i5

=－5+2+(－3)+2=－4A

應(yīng)用KCL時(shí)涉及兩套正負(fù)號(hào)：

(1)ik前的正負(fù)號(hào)，建立KCL方程時(shí)必須正確書寫；

(2)ik值的正負(fù)號(hào)，解方程時(shí)必須正確代入。例1-3

設(shè)i1=5A、i2=2A、i3=－3A、

i5=2A，求i6=？i2i4i3

i1i6i5§1.4基爾霍夫定律….u1+u2=u3+u4

（電壓降=電壓升）或

u1+u2－u3－u4=0

任一時(shí)刻任一回路的電壓降之代數(shù)和為零。1．KVL的一般表達(dá)式規(guī)定:uk方向(+→－)順回路繞行方向取正號(hào),反之取負(fù)號(hào)。.+－+++－－－u1u4u3u2二、基爾霍夫電壓定律（KVL）..（Kirchhoff’sVoltageLaw）..§1.4基爾霍夫定律….假想回路2.KVL的推廣應(yīng)用

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓，等于由該兩點(diǎn)的參考“+”往“－”經(jīng)任一路徑上的電壓降之代數(shù)和。_i1u1_u3+uS1uS2uabu2+++++____i3ab§1.4基爾霍夫定律….

12V

4V

u3

5V

u1

+

+

－

u2

例1-4

求u1、u2、u3.§1.4基爾霍夫定律….

例1-4

求u1、u2、u3.解：u1=5－12+4=－3V§1.4基爾霍夫定律….

12V

4V

u3

5V

u1

+

+

－

u2

解：u1=5－12+4=－3V

u2=－4+12=8V或

u2=－u1+5=8V§1.4基爾霍夫定律….

例1-4

求u1、u2、u3.

12V

4V

u3

5V

u1

+

+

－

u2

12V

4V

u3

5V

u1

+

+

－

u2

或

u3=4－u1=7V

解：u1=5－12+4=－3V

u2=－4+12=8V或

u2=－u1+5=8Vu3=12－5=7V§1.4基爾霍夫定律….

例1-4

求u1、u2、u3.

12V

4V

u3

5V

u1

+

+

－

u2

或

u3=4－u1=7V

u3=4+u2－5=7V

由本例顯而易見：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓，等于由該兩點(diǎn)的參考“+”往“－”經(jīng)任一路徑上的電壓降之代數(shù)和，據(jù)此可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。解：u1=5－12+4=－3V

u2=－4+12=8V或

u2=－u1+5=8Vu3=12－5=7V§1.4基爾霍夫定律….

例1-4

求u1、u2、u3.解：u6=－u1+u2+u3+u4－u5=－2+3+3+(－7)－2=－5V+

+++++u6u5u4u3u2u1ab§1.4基爾霍夫定律….例1-5

設(shè)u1=2V、u2=u3=3V、u4=－7V

u5=2V，求u6=？、uab=？解：u6=－u1+u2+u3+u4－u5=－2+3+3+(－7)－2=－5V+

+++++u6u5u4u3u2u1ab§1.4基爾霍夫定律….uab+uab=－u1+u2=－2+3=1V例1-5

設(shè)u1=2V、u2=u3=3V、u4=－7V

u5=2V，求u6=？、uab=？解：u6=－u1+u2+u3+u4－u5=－2+3+3+(－7)－2=－5V+

+++++u6u5u4u3u2u1ab§1.4基爾霍夫定律….uab=－u1+u2=－2+3=1V或uab=u6+u5－u4－u3

=－5+

2

－(－7)－3=1V例1-5

設(shè)u1=2V、u2=u3=3V、u4=－7V

u5=2V，求u6=？、uab=？§1.5無(wú)源電路元件…u=Rii=u/R=Gu

G=1/R

電導(dǎo)單位為西門子（S）

u=－Rii=－u/R=－Gu

關(guān)聯(lián)方向+_ui