電路的基本概念和基本定律.ppt

1、,本課程是一門實踐性較強的專業(yè)基礎課。 學習目的：掌握電路基礎知識和模擬電子的基本理論及分析方法，為后續(xù)課打基礎，為工程實踐培養(yǎng)操作技能。 共11章， 1-5章 電路基礎知識、6-10章 模擬電子技術、11章 技能訓練及應用實踐三個部分。章末有小結和習題便于自學。,電路與模擬電子技術 緒論,電路是學習電子技術的基礎。 本章主要介紹： 三個物理量 （電流、電壓、功率） 三種狀態(tài) （開路、負載和短路） 三個定律（歐姆定律、電流定律和電壓定律） 一個概念（電位）,上篇 電路基礎知識第1章 電路的基本概念和基本定律,電路是電流流通的路徑 1.1.1 電路的作用 電路的作用是進行電能的傳輸和轉換，或是實

2、現信號的傳遞和處理。 1.1.2 電路的組成 電路是由某些電氣設備和元器件按一定方式連接組成。電路可分成電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分 電源是提供電能的設備，是電路工作的能源，電源的作用是將非電能轉換成電能。 負載是用電設備，是電路中的主要耗電器件。負載的作用是將電能轉換成非電能。 中間環(huán)節(jié)是指電源與負載之間的部分。,1.1 電路,1.1.3 電路模型,忽略電路元器件的次要因素，將其理想化，并用規(guī) 定的電氣圖形符號表示所組成的電路，稱為電路,電荷的定向運動形成電流。電流的方向不變?yōu)橹绷鱅。方向和大小都變化為交流 i。 1A103 mA106A， 1 kA103A 規(guī)定：正電荷運動的方向為電流的實

3、際方向。 假設的電流流向稱為電流的參考方向。,1.2 電流、電壓、功率1.2.1 電流,電場力將單位正電荷從電場中的a 點移到b點所做的功，稱其為a、b兩點間的電壓。直流電壓Uab，交流電壓uab。 1V103mV106V， 1kV103V 習慣上把電位降低的方向作為電壓的實際方向。 電壓實際方向和電壓參考方向,1.2.2 電壓 1.電壓,電壓等于電路中兩點間的電位差 UabUaUb 電位是電路中某點到參考點之間的電壓 參考點是任意選擇的一點“”（零電位點，“接地”點）， 選b點為參考點Ub0， UabUaUbUa。,2.電壓與電位,E是電源力將單位正電荷從低電位點b移動 到高電位點a所做的功

4、 E的方向是從低電位（電源負極）指向高 電位（電源正極）,3.電動勢E,電場力在單位時間內所做的功，單位 瓦 W。 關聯參考方向：元件上電流和電壓的參考方向一致。 PU I （1.1） 非關聯參考方向：電流和電壓的參考方向不一致 。 PU I （1.2） P0 吸收功率（消耗功率）為負載； P0 發(fā)出功率（產生功率）為電源。,1.2.3 功率,有一個收錄機供電電路，用萬用表測出收錄機的供電電流為80mA，供電電源為3V，忽略電源的內阻，收錄機和電源的功率各是多少？根據計算結果說明是發(fā)出功率還是吸收功率？ 解：收錄機 流與壓是關聯參考方向 PU I3V80mA240mW0.24W 結果為正，說明

5、收錄機是吸收功率。 電池 流與壓是非關聯參考方向 PU I3V80mA0.24W 結果為負，說明電池是發(fā)出功率。,【例1.1】,如果例1.1題中的電池已經降為2V,現將收錄機換為充電器,充電電流為150mA，問此時電池的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？充電器的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？ 解：電池為非關聯 PU I2V（150mA）0.3W 結果為正吸收功率，電池是充電器的負載。 充電器為關聯 PU I2V（150mA）0.3W 結果為負發(fā)出功率，充電器是電路中的電源。 規(guī)定：1千瓦的用電設備使用1小時消耗的電量為1度電。 1kW1h1度電 (1.3),【例1.2】,有一個電飯鍋，

6、額定功率為750W，每天使用2小時；一臺25吋電視機，功率為150W，每天使用4小時；一臺電冰箱，輸入功率為120W，電冰箱的壓縮機每天工作8小時。計算每月（30天）耗電多少度？ 解： （0.75kW2 h0.15kW4h 0.12kW8h）30天 （1.5度 0.6度 0.96度）30 91.8度 答:每月耗電91.8度,【例1.3】,流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，與電阻本身成反比。 I (1.4) 式中R為電阻，單位為歐姆，常用的單位還有k和M（兆歐），1M106。 電阻一定時，電壓愈高電流愈大； 電壓一定，電阻愈大電流就愈小。 根據歐姆定律可以推導出功率與電阻的關系式為： PU

7、II 2 R （1.5）,1.3 歐姆定律,在電路分析時，如果電流與電壓的參考方向不一致，既為非 關聯參考方向時，如圖1.12 (b)、(c)所示，歐姆定律的表達式為： I 或 UI R （1.6）,已知圖1.12中的電阻為6，電流為2A，求電阻兩端的電壓U。 解：圖1.12（a）關聯 UI R2A612V 圖1.12（b）非關聯 UI R2A612V 圖1.12（c）非關聯 UI R2A612V 計算結果圖1.12（a）電壓是正值，說明圖1.12（a）中的電壓實際方向與所標的參考方向一致；圖1.12（b）、（c）電壓為負值，說明圖1.12（b）、（c）中的電壓實際方向與所標的參考方向相反。,

8、【例1.4】,一個100W的燈泡，額定電壓為220V，求燈泡的電流和電阻？ 解： I 0.45A R 489,【例1.5】,電路如圖1.13 所示，E140V、E25V、R1R210、R35、 I13A、I20.5A、I32A。取d點為參考點，求各點的電位及電壓Uab 和Ubc。 解：各點的電位 d點為參考點，Ud0V UbUbdI3R32A510V UaUabUbdI1R1Ubd3A1010V40V 或 UaUadE140V UcUcbUbdI2R2Ubd0.5A1010V5V 或 UcUcdE25V 電壓 Uab = Ua Ub = 40V10V = 30V Ubc = Ub Uc = 1

9、0V5V = 5V,【例1.6】,如果選取圖1.13中b點為參考點，如圖1.14所示，再求各點的電位及電壓Uab 和Ubc。 則可得出： 電位 Ub0V UdUdbI3R310V UaUabI1R13A1030V UcUcbI2R20.5A105V 電壓 Uab = Ua Ub = 30V0V = 30V Ubc = Ub Uc = 0V（5V）=5V,利用電位的概念可將圖1.13所示的電路簡化為圖1.15所示的形式，不畫電源，只標出電位值。這是電子電路慣用的畫法。,開路、負載和短路 1.4.1開路狀態(tài) 電源與負載斷開，稱為開路狀態(tài),又稱空載狀態(tài)。 開路狀態(tài)電流為零，負載不工作UIR0，而開路

10、處的端電壓U0E 。,1.4 電路的三種狀態(tài),電源與負載接通，構成回路，稱為有載狀態(tài)。 I （1.7） UIREIR0 (1.8) 有載狀態(tài)時的功率平衡關系為： 電源電動勢輸出的功率 PEE I 電源內阻損耗的功率 PR 0I 2R0 負載吸收的功率 PI 2RPEPR 0 功率平衡關系 PEPPR0 （1.9） 用電設備都有限定的工作條件和能力，稱為額定值。使用值等于額定值為額定狀態(tài)；實際電流或功率大于額定值為過載；小于額定值為欠載。,1.4.2有載狀態(tài),電源兩端沒有經過負載而直接連在一起時,稱為短路狀態(tài)。 短路是電路最嚴重、最危險的事故，是禁止的狀態(tài)。 短路電流ISE / R0很大，如果沒

11、有短路保護，會發(fā)生火災。 產生短路的原因主要是接線不當，線路絕緣老化損壞等。應在電路中接入過載和短路保護。,1.4.3短路狀態(tài),基爾霍夫定律分為電流定律和電壓定律。 三個術語： 支路：電路中流過同一電流的分支，稱為支路。 圖1.19 中 共有三條支路。 結點：三條或三條以上支路的連接點，稱為結點。 圖1.19中共有兩個結點。 回路：電路中任一閉合的路徑，稱為回路。 圖1.19中共有三個回路。,1.5 基爾霍夫定律,在任一瞬間流入任一結點的電流之和等于流出該結點的電流之和。 對結點a可以寫出： I1I2I3 （1.10） 改寫成： I1I2I30 即： I0 （1.11） 這說明在任一瞬間，一個

12、結點上電流的代數和等于零。 KCL解題，首先應標出各支路電流的參考方向，列I0表達式時，流入結點的電流取正號，流出結點的電流取負號。,1.5.1基爾霍夫電流定律(KCL),KCL也可以推廣應用于電路中任何一個 假定的閉合面。對虛線所包圍的閉合面可視 為一個結點，而面外三條支路的電流關系可 應用KCL得：IBICIE，或IBICIE0,已知圖1.20中的IC1.5mA，IE1.54 mA，求IB? 解：根據KCL可得 IBICIE IBIEIC 1.54 mA1.5 mA 0.04 mA 40A,【例1.7】,1.5.2基爾霍夫電壓定律(KVL),在任一瞬間沿任一回路繞行一周，回路中各個元件上電

13、壓的代數和等于零?？捎霉奖硎緸?U0 （1.12） KVL解題，先標出回路中各個支路的電流方向、各個元件的電壓方向和回路的繞行方向（順時針方向或逆時針方向均可），然后列U0 表達式。 在列U0 表達式時，電壓方向與繞行方向一致取正號，相反取負號。,列出圖1.21所示電路中回路和回路 的KVL表達式。 解：標出各支路的電流方向、各元件的電壓方向和回路的繞行方向，如圖1.12中所示。列回路U0 表達式 回路：UE1UR1UR30 E1I1R1I3R30 回路：UE2UR2UR30 E2I2R2I3R30,【例1.8】,1.三個物理量 電流、電壓的參考方向是任意假定的； 數值是正，實際方向與參考方向一致； 數值是負，實際方向與參考方向相反。 功率 PUI， 如果電流和電