現(xiàn)代電工電子技術(shù) 課件 第一章 電路基本概念

第一章

電路的基本概念與定律第一章電路的基本概念與定律介紹概念:什么是電路?電路元件?電路模型?電路參數(shù)?參考方向?什么是什么是KCL?KVL?第一節(jié)電路和電路模型第二節(jié)電路的基本物理量及其參考方向第四節(jié)電壓源和電流源第五節(jié)受控電源第六節(jié)基爾霍夫定律第七節(jié)電功率和電位的計(jì)算第三節(jié)電阻、電感和電容HOME什么是電路?

由電路器件和電路元件(如電容、電感、電阻等）相互連接而成，具有傳輸電能、處理信號(hào)、測(cè)量、控制、計(jì)算等功能

最簡(jiǎn)單的電路由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)構(gòu)成觀看電流的通路

電壓源中間環(huán)節(jié)

負(fù)載電池中間環(huán)節(jié)負(fù)載實(shí)際電路電路模型HOME第一節(jié)電路和電路模型

下面是簡(jiǎn)單電路和電路模型：實(shí)際的電路很復(fù)雜，本書只討論電路模型而非實(shí)際電路本身比如上圖的電池等效成了電壓源；而燈泡等效成了電阻。

電容電感電流源它從復(fù)雜實(shí)際電路中等效而來,是由電路元件構(gòu)成的。電阻

何為

電路模型？

何為電路元件？無源電路元件有源電路元件HOME電壓源1、電流在導(dǎo)體中，自由電子在電場(chǎng)力的作用下做有規(guī)則的移動(dòng)形成電流正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向規(guī)定：電路理論中涉及的電路變量電流、電壓、電功率I

直流電流

電流的單位是安培1A=1000mA1mA=1000μA

i

交流電流HOME第二節(jié)電路的基本物理量及其參考方向2、電壓UABABI電場(chǎng)力把單位正電荷由A搬到B所做的功

表示為

UAB也叫電壓降或電位差單位

伏特V1V=1000mV,1mV=1000μV

與電壓代表的意義相同，可以說電位是電壓的一種特例定義：A點(diǎn)與參考點(diǎn)間的電壓，記做UA方向?yàn)閺腁至B

電場(chǎng)力將電位正電荷從電源的低電位點(diǎn)移到高電位點(diǎn)所做的功電動(dòng)勢(shì)用E表示，實(shí)際方向?yàn)殡娢簧姆较?，與電壓方向相反電壓？電位？電動(dòng)勢(shì)？電壓電位電動(dòng)勢(shì)HOME電壓、電壓降、電位差、電位、電動(dòng)勢(shì)它們的相同點(diǎn)它們的區(qū)別單位相同都是伏特（V）僅電動(dòng)勢(shì)的方向與其它的相反注意電壓的名稱3.電功率

電功率與電壓和電流密切相關(guān)。當(dāng)正電荷從元件上電壓的“+”極經(jīng)元件移至“-”極時(shí)，電場(chǎng)力要對(duì)電荷作功，這時(shí)，元件吸收能量；反之，正電荷從“-”極到“+”極時(shí)，電場(chǎng)力作負(fù)功，元件向外釋放能量。功率用p來表示p(t)=u(t)i(t)單位為W

、mW

、kW定義HOME當(dāng)電壓、電流均是直流量，應(yīng)有

P=UI在直流電路中電阻元件

始終消耗功率電感和電容元件

不消耗功率電壓源和電流源

有時(shí)發(fā)出功率，也有時(shí)消耗功率，需要看I和U的方向。4.參考方向

電路變量的參考方向原則上可以任意假定,一般地，無源電路元件的電流參考方向一旦確定,則電壓的參考方向也隨之而定,即取與電流相關(guān)聯(lián)的參考方向。如：如此確定電流I如此確定電流才有如此的電壓IUABUBAHOME才有如此的電壓ABAB電壓降是有方向的abab從a到b從b到a有源元件上自有方向+US

Is電壓源電流源在這一節(jié)里要弄懂電路變量和變量的參考方向

無源電路元件：電阻R

、電感

L

、電容C

這里介紹1.電阻文字符號(hào)：R圖形符號(hào)（燈泡、電爐等均可視為電阻）當(dāng)電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，任何時(shí)刻它兩端的電壓和電流關(guān)系服從歐姆定律u=Ri{伏安關(guān)系功率情況：p=ui直流電路中：永遠(yuǎn)消耗功率2.電容{文字符號(hào)圖形符號(hào)伏安關(guān)系功率情況Cp=ui電流和電壓的變化率成正比在直流電路中P=0電容是儲(chǔ)能元件,不消耗有功功率3.電感文字符號(hào)圖形符號(hào)伏安關(guān)系功率情況Lp=ui電壓和電流的變化率成正比在直流電路中P=0電感是儲(chǔ)能元件,不消耗有功功率{

第三節(jié)電阻、電感和電容HOME無內(nèi)阻的電壓源即是理想電壓源輸出電壓恒定,即特點(diǎn)外特性u(píng)ULi特點(diǎn)有內(nèi)阻的電壓源即是實(shí)際電壓源

輸出電壓不再恒定！外特性iuUL第四節(jié)電壓源和電流源

1.電壓源理想電壓源實(shí)際電壓源輸出電流任意（隨RL

而定）HOME無內(nèi)阻的電流源即理想電流源特點(diǎn)輸出電流恒定輸出電壓隨RL而定有內(nèi)阻的電流源即實(shí)際電流源特點(diǎn)輸出電壓和電流均隨RL而定2.電流源理想電流源實(shí)際電流源HOME實(shí)際電壓源與實(shí)際電流源的端口處具有相同的伏安特性:對(duì)外電路來說,電壓源和電流源可以互相等效兩種實(shí)際電源間的等效變換電流源電壓源開路時(shí)短路時(shí)開路時(shí)短路時(shí)HOME開路電壓對(duì)等短路電流對(duì)等即即對(duì)外電路來說,電壓源和電流源可以互相等效等效互換的條件HOME將下圖中的電壓源等效為電流源,并求兩種情況下負(fù)載的I、U、P.解：仍然有I=2AU=2VP=4WI=6/3=2AU=2VP=2*2=4W

解得等效為求圖示電路的開路電壓與短路電流。例1-1例1-2HOME與理想電壓源并聯(lián)的所有電路元件失效（對(duì)外電路來說）與理想電流源串聯(lián)的所有電路元件失效（對(duì)外電路來說）化簡(jiǎn)如下電路：（a）（b）切記例1-3（c）HOME獨(dú)立電源獨(dú)立電壓源，其電壓不受外電路影響和控制獨(dú)立電流源，其電流不受外電路影響和控制受控電源電壓控制的電壓源

VCVS電流控制的電壓源

CCVS電壓控制的電流源

VCCS電流控制的電流源

CCCS受控電壓源受控電流源HOME第五節(jié)受控電源支路（Branch）：電路中的每一條分支節(jié)點(diǎn)（Node）：三條以上支路的交叉點(diǎn)回路（Loop）由支路構(gòu)成的閉合路徑6條支路----b=64個(gè)節(jié)點(diǎn)----n=47個(gè)回路----L=7該電路擁有預(yù)備知識(shí)名詞解釋：1.6.1HOME第六節(jié)基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw）基爾霍夫電壓定律（Kirchhoff’sVoltageLaw）簡(jiǎn)稱

KCL簡(jiǎn)稱

KVLKCL內(nèi)容KVL內(nèi)容對(duì)任意節(jié)點(diǎn)，任意時(shí)刻，對(duì)任意閉合回路，任意時(shí)刻，沿一定方向繞行一周，各元件上電壓降的代數(shù)和為零。流入（或流出）該節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和為零。即∑u=o即

∑i=o1.6.2HOME

基爾霍夫電流定律（KCL）祥解I1I2I3I4KCL的依據(jù)：電流的連續(xù)性

I=0即：例如在下圖節(jié)點(diǎn)中可以根據(jù)KCL列寫方程：流入為正，流出為負(fù)1.6.2定律內(nèi)容∑i=oI1I2I3KCL還可適用于任意封閉的面，對(duì)下面封閉面可列方程：I1+I2-I3

=0HOMEU2U3U1+_RR1R+_+_RI=?I=0

基爾霍夫電壓定律（KVL）詳解

回路#1

#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1回路#2：

#2回路#3

：#3第3個(gè)方程不獨(dú)立1.6.2即：對(duì)任意閉合回路，任意時(shí)刻，沿一定方向繞行一周，各元件上電壓降的代數(shù)和為零。對(duì)下圖中各回路列寫方程：HOME不要列寫不獨(dú)立的方程如何避免？？所選回路必須含有新支路?。?/p>

基爾霍夫電壓定律（KVL）詳解

回路#1

#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1回路#2

#2回路#3

#3第3個(gè)方程不獨(dú)立!1.6.2即：對(duì)任意閉合回路，任意時(shí)刻，沿一定方向繞行一周，各元件上電壓降的代數(shù)和為零。對(duì)下圖中各回路列寫方程HOME3個(gè)回路，2個(gè)方程獨(dú)立擴(kuò)展：不僅適用于封閉的回路，也適用于形式上半封閉的回路

節(jié)點(diǎn)電流方程：節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只有1個(gè)

回路電壓方程：獨(dú)立方程只有2個(gè)1.6.2HOMEaI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1

回路#1

回路#2

回路#3

設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路小結(jié)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程有(N-1)個(gè)則：歸納總結(jié)獨(dú)立的回路電壓方程有(B-N+1)個(gè)1.7.1電功率的計(jì)算在直流電路中電阻元件

始終消耗功率電感和電容元件

不消耗功率電壓源和電流源

有時(shí)發(fā)出功率，也有時(shí)消耗功率，需要看I

和U

的方向。IU1

發(fā)出功率+-U2

吸收功率當(dāng)電源上的電壓和電流方向相反時(shí)，電源發(fā)出功率。當(dāng)電源上的電壓和電流方向相同時(shí)，電源吸收功率。U1與I方向相反U2與I方向相同

在電路中，功率是平衡的HOME第七節(jié)電路中的功率和電位的計(jì)算1.7.2電位的計(jì)算a+-12V經(jīng)常這樣表示：12Vaa+12V0Va+12V-4V5030aUAUBR1R2HOME圖示電路：求U和I。例1-4解：3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）1A3A2A3V2V3UIU1HOME例1-510V55i1i2ii2S求下圖電路開關(guān)S打開和閉合時(shí)的i1和i2。S打開：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S閉合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)第一章電路的基本概念和定律習(xí)題課學(xué)習(xí)要點(diǎn)

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)是理解和掌握下述基本概念和知識(shí)點(diǎn)：

1、電路和電路模型分析方法；

2、電路變量的參考方向；

3、一般激勵(lì)時(shí)的R、L、C電路特性；

4、電壓源和電流源；

5、受控電源；

6、電源的等效變換；

7、基爾霍夫定律；

8、電功率和電位的計(jì)算。HOME選擇題1、在下圖電路中，對(duì)負(fù)載電阻RL而言，虛線框中的電路可用一個(gè)等效電源代替，該等效電源是（）。理想電壓源b)理想電流源c)不能確定a2、已知電路中,則A、B間的電壓UAB為（）c-1Vb)0c)1VHOME3、在下圖電路中，已知?jiǎng)tA、B兩點(diǎn)間的電壓UAB為（）。-18V18Vc)-6Va12V2A4、已知圖1中的電流源代替圖1所示的電路，該等效電流源的參數(shù)為（）。6A2Ac)–2A圖1圖2c用圖2所示的等效理想HOME5、在下圖電路中，當(dāng)增大電阻R1的阻值時(shí)，電流I2將（）。a)減小b)增大c)不變c6、下圖電路的開路電壓為（）。4Vb)8.67Vc)6Vc+2VI？對(duì)回路列寫KVL：HOME7、在下圖的電路中