第一章电路的基本概念与基本定律.ppt

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1、第1章 电路的基本概念与基本定律,1.1 电路的作用与组成部分,1.2 电路模型,1.3 电压和电流的参考方向,1.4 欧姆定律,1.5 电源有载工作、开路与短路,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电路中电位的概念及计算,1.了解电路的作用与组成部分； 2.了解电路的建模思想； 3.理解电压与电流参考方向的意义及其与实际 方向的关系； 4. 掌握KCL、KVL的内容并能熟练列出其方程；,本章教学要求,5. 了解电源的有载工作、开路与短路状态中， 电压、电流与功率的特征；理解电功率和额 定值的意义； 6. 会计算电路中各点的电位,熟悉电位的特点。,本节的要求：了解电路的作用及组成,1.1 电路的作用

2、与组成部分,电路：电流流通的路径。,返 回,下一页,上一页,下一节,作用之一：实现电能的传输、分配与转换,1. 电路的作用,请欣赏例子,强电电路的作用,电能的输送和分配,架空输电线,电能的应用,作用之二：实现信号的传递与处理,1. 电路的作用,请欣赏例子,弱电电路的作用,早期的通讯,现代通信,上一页,返 回,各种检测仪器,上一页,返 回,2. 电路的组成部分,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,直流电源: 提供能源,信号处理： 放大、调谐、检波等,负载,信号源: 提供信息,2.电路的组成部分,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工

3、作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,电源、负载和中间环节,电路的组成是什么？,最简单电路的组成,返回,下一页,上一页,下一节,简单照明电路,1.2 电路模型,本节要求： 了解几种理想电路元件；了解实际电路的建模思想,电路模型： 实际电路的数学模型,如何建模？,由理想元件的串、并联组成，近似地描述实际电路的电气特性。,有哪些理想元件？,电阻元件：描述消耗电能的特性，把电能转变为 热能、光能、声能、机械能等,符号：,电感元件：描述存贮磁场能的特性,符号：,L,R,电容元件：描述存贮电场能量的特性,符号：,理想电压源：描述提供一定的电压的特性,符号：,理想电流源：描述提供一定的电流的特性,符号：

4、,还有许多其它的理想元件， 以后慢慢学吧！,建模思想是科研中一种很 重要的思维方法,请欣赏实际电路建模例！,手电筒电路模型,(a) 实物电路 (b) 电路模型,(b),干电池提供 电压,干电池把电能转变为 热能,灯泡把电能转化为光能、热能,日光灯电路,晶体管放大电路 (a)实物电路 (b)电路模型,(b),信号源,晶体管,电池（忽略内阻）,变压器,扬声器,电阻器,根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型描述同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。,线圈的几种电路模型 (a)线圈通过低频交流且忽略内阻的模型 (b)线圈通过低频交流的模型 (c)线圈通过高频交流的模

5、型,记住啰，很有用啰！,线圈内阻,存贮磁场能,匝间电容 效应,温馨提示：本课程介绍 电路模型（简 称电路）的分 析计算,请欣赏一些元器件 实物！,低频信号发生器的内部结构,常用的干电池和可充电电池,1.3 电压和电流的参考方向,本节的要求：理解电压与电流参考方向的 意义及其与实际方向关系,本节很重要，别打瞌睡啰！,电路中对基本物理量规定的实际方向,1. 电路基本物理量的实际方向,简单电路中的实际方向,E,若为实际方向 （极性）,任一电路元件上有电压，但只有发电机、蓄电池等能提供电能的元件才具有电动势,复杂电路中的实际方向,能判别出各元件中电流、电压的实际方向吗？,如何解决实际方向 的判别问题？

6、,(2) 参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1) 参考方向,在分析与计算电路时，对电压、电流任意假定的方向。,2. 电路基本物理量的参考方向,复杂电路中参考方向的选取举例,任意选取,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,(3) 实际方向与参考方向的关系,务必集中2分钟的精力,注意：在电路分析计算时，一定要交代电流、电压的参考方向，否则，计算出来电流 、电压值无意义。,若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。,若 U = 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U = 5

7、V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。,每个二端元件，电压、电流的参考 方向应如何取？,理论上，爱咋样取，就咋样取。,不过，有大家习惯的取法。 FOLLOW ME ！,对于二端元件而言，电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式，如图下所示。,习惯的取法：取关联参考方向,电流、电压关联方向选取举例,U2,在选取电流（电压）参考方向（极性）时，除了画箭头（标正、负号）外，还要在旁边写上字母。,关联方向的正确理解,对1号元件，该电流、电压为 非关联方向,对2号元件，该电流、电压为 关联方向,技巧：求解电路时，若事先并不知某 元件上电流、电压的实际方向 时，就取参考方向，通过计算 结果就知

8、啦！你知吗？,1.4 欧姆定律,本节的要求：复习欧姆定律内容； 注意欧姆定律的公式 表达。,欧姆定律：流过电阻元件的电流与其两端的电 压成正比，与其阻值成反比。,初中就学过啦，不必啰嗦了！,U、I 参考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；, U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。,通常取 U、I 参考方向相同。,U = I R,U = IR,公式表达：,请集中3分钟精神！,解：对图(a)有, U = IR,例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,二端元件或单口网络端

9、电压与电流的关系称为伏安特性。,线性电阻、非线性电阻的概念：,线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。,1.5 电源有载工作、开路与短路,本节的要求：了解电源的有载工 作、开路与短路状 态中，电压、电流 与功率的特征； 理解电功率和额定 值的意义。,状态：开关闭合,接通电源与负载,负载端电压（电源端电压）：,U = IR,特征:,1. 电源有载工作,电流的大小由负载决定。,或 U = E IR0,电流的特征,电压的特征,电源端电压：,在电源有内阻时，I U 。,U = E IR0,当 R0R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。,电源端电压的特征,UI = E

10、I IRo,P = PE P,负载 取用 功率,电源 产生 功率,内阻 消耗 功率,负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)，等效电阻减小。,U = E IR0,电路功率的特征,为什么？,负载并联也！,电源与负载的判别, 根据 U、I 的实际方向判别,请集中4分钟的精神！,都是实际方向,电源：发出电功率,负载：吸收电功率,电源：电流从“+”端流出（发出功率）；,负载：电流从“+”端流进（吸收功率）。,都是实际方向,由此可得：,电源与负载的判别,U、I 为非关联参考方向时，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。,U、I为关联参考方向时，P =UI 0，负载；

11、P = UI 0，电源。, 根据 U、I 的参考方向判别,还有2分钟！,可以证明：,电源与负载的判别,U、I 为非关联参考方向时，P = UI 0，负载； P = UI 0，电源。, 根据 U、I 的参考方向判别,还有2分钟！,可以证明：,例1：判断下图元件是电源还是负载。,解法一：根据实际方向判别,所以，判断为电源。,例1：判断下图元件是电源还是负载。,解法二：根据参考方向判别,P = UI = (6) 2 = 12W0,所以，判断为电源。,例2：判断下图元件是电源还是负载。,1,电源,负载,负载,具有电动势的元件在电路中不一定是电源,充电状态,例2 在图示电路中，已知U1=1V, U2=-

12、6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。 试求：(1) 各二端元件吸收的功率； (2) 整个电路吸收的功率。,例11,例2 在图图示电路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。,整个电路吸收的功率为,解：各二端元件吸收的功率为,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I I

13、N ，P PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),特征:,状态：开关 断开,2. 电源开路,I = 0,电源端电压 ( 开路电压 ),U = U0 = E,P =PE=P=0, 开路处的电流等于零，I = 0 开路处的电压 U 视电路情况而定。,电路中某处断开时的特征:,功率的特征,电压的特征,电流的特征,状态：电源外部端子被短接,3. 电源短路, 短路处的电压等于零，U = 0 短路处的电流 I 视电路情况而定。,电路中某处短路时的特征:,电流的特征,电压的特征,功率的特征,你能设计出至少3种确定某一蓄电池的电动势和内阻的实验方法吗？课后试一

14、试！,1. 6 基尔霍夫定律,本节的要求：掌握KCL、KVL的内容； 能熟练地列写KCL、KVL 方程,本节是本章的重点！,支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过同一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含支路（中空）的回路。,介绍几个名词,支路：ab、bc、ca、 （共6条）,下面可是个很好的例子，莫错过啰！,几条支路？,几个结点？,结点：a、 b、c、d (共4个）,回路：abda、abca、 adbca （共7 个）,网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）,几个回路？,几个网孔？,数一数图示电路的支路、结点、回路 和

15、网孔数。,重点开始啦！,1. 基尔霍夫电流定律(KCL),定律的内容：,即: 入= 出,叙述法之一：在任一瞬间，流进任一结点的电流等于流出该结点的电流。,一般地: = 0,例：对于结点 a，有：,I1+I2 = I3,或 ：I1+I2I3= 0,1. 基尔霍夫电流定律(KCL),定律的内容：,一般地: = 0,叙述法之二：在任一瞬间，流进（或流出）任一结点的电流代数和为零。,一般地： 流进结点： + 流出结点：,均为：参考方向,1. 基尔霍夫电流定律(KCL),KCL的实质: 电流连续性的体现。,KCL：约束了电路中任一结点各支路间的电流,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。

16、,KCL的推广应用：,I =?,例:,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,这些电流： 有的为正； 有的为负,2. 基尔霍夫电压定律（KVL),定律的内容：,即： U = 0,叙述法之一： 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路顺时针或逆时针绕行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,即: 电位升= 电位降,即： U = 0,叙述方法之二：在任一瞬间，沿任一回路顺时针或逆时针绕行一周，回路中各段

17、电压的代数和恒等于零。,2. 基尔霍夫电压定律（KVL),定律的内容, U = 0,一般地： 电位降： + 电位升：,KVL：约束了电路中任一回路各元件间 的电压,电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,开口电压可按回路处理,对回路1：,KCL的推广应用,本重点讲解大约需要0.9分钟！ 坚持就是胜利！,重点结束啦！,各位辛苦了！,你现在打瞌睡，我没意见啦！,请欣赏例题,例1：,对网孔abda：,对网孔acba：,对网孔bcdb：,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4

18、 + I3 R3 E = 0,对回路 adbca，沿逆时针方向循行：, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,应用 U = 0列方程,对回路 cadc，沿逆时针方向循行：, I2 R2 I1 R1 + E = 0,例2：如对图示电路的三个回路，沿顺时针方向绕行回路一周，写出的KVL方程。,1,2,3,1.7 电路中电位的概念及计算,本节的要求：熟悉电位的概念； 会进行电位计算； 熟悉电位的特点； 熟悉电路的简化 画法,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。,1. 电位的概念,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明

19、该点电位比参考点低。,电压与电位的关系：,a、b之间的电压,a点电位,b点电位,你们的师兄、师姐经常在此犯错误！,注意： 说某点电位的大小，一定要指 明参考点； 某点有电位，但一点没有电压， 两点之间才有电压!,你可记住了？,电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流、电压参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,请欣赏例子， 并注意归纳总结,下面的重点内容讲解大约需要3分钟,例1：求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 设 a为参考点， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 4

20、20 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,从上述计算，你能归纳出什么结论？,(1) 电位值是相对的，和参考点有关，参考点选取的不 同，电路中各点的电位也将随之改变；,(2) 电路中两点间的电压值是固定的，和参考点无 关，不

21、会因参考点的不同而变；,结论：,你也归纳出了上述的结论吗？,(3) 电路中两点间的电压值是固定的，和计算路径 无关。,电位计算举例,Va = 5+(-2) 2+10 = 11 V Vb=5+(-2) 2-6+31= -2V Vc = -12+36= 6V Vd = -10-101+10-（-3）3= -1 V,爬山法 求电位,练习e点电位的求取,电路的简化画法,省略电源， 交代电位,例2: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电位VA,解: (1)当开关S断开时，如图（a),(2) 当开关闭合时,电路如图（b）,电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。,电流 I1 = I2 = 0， 电位 VA = 6V 。,电流在闭合 路径中流通,开路了,开路了,例3：电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？,解：,零电位参考点 去哪儿了？,电路简化时， 简没了。,咋办？,补上。,例3：电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？,（2） VA = IR1 +12 VB = IR2 12,当电位器RP的滑动触点向下滑动时，,R1、R2不变,本章结束， 能跟上吗？,