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1、姓名:田艳芳 电话:8677637（H）;13886817965(6272) E-mail:tyf3576_ 办公室:电气工程系 (西一一楼1104室),1、本门课程的地位和学习本门课程的意义 2、学习本门课程的方法 3、学习本门课程的要求 （听课、请假、作业、实验、沟通）,电能的优点,1. 便于转换,2. 便于输送和分配,3. 便于控制和测量,第1章 电路模型和电路定律,1.1 电路和电路模型,1.2 电流和电压的参考方向,1.3 电功率和能量,1.4 电路元件,1.5 电阻元件,1.7 受控电源,1.6 电压源和电流源,1.8 基尔霍夫定律,本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义；
2、2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 3. 理解电功率和能量的意义，理解电源和负载的概念，掌握电源与负载的判别； 4. 掌握各种电路元件的特性。,第1章 电路模型和电路定律,1.1 电路和电路模型,(1) 实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1. 电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电器元件按一定方式组合而成的整体。,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
3、称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化（理想化），用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,例：手电筒,手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,模型化遵循的原则：在一定的条件下，突出其主要电磁性质，忽略其次要电磁性质。,3.电路模型,手电筒的电路模型,电池,导线,灯泡,开关,电池是电源元件，其参数为电动势 E 和内阻Ro；,灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；,筒体用来连接电池和灯
4、泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,1.2 电流和电压的参考方向,物理中对基本物理量规定的方向,1. 电路基本物理量的实际方向,(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，对电量任意假定的方向。,2. 电路基本物理量的参考方向,箭 标,(3) 实际方向与参考方向的关系,注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。,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
5、= 5V，则电压的实际方向从 a 指向 b；,若 U= 5V，则电压的实际方向从 b 指向 a 。,1. 电功率和能量,单位名称：瓦（特） 符号（W）,单位名称：焦（耳) 符号（J）,1.3 电功率和能量,能量,功率,2. 电源与负载的判别,若P 0，则为负载；若P 0，则为电源。,U、I 参考方向相同（关联）时： P =UI ； U、I 参考方向相反（非关联）时：P =UI,（1）根据 U、I 的实际方向判别,（2）根据 U、I 的参考方向判别,电源（发出功率） ： U、I 实际方向相反，即电流从电压的“+”端流出。,负载（吸收功率） ： U、I 实际方向相同，即电流从电压的“-”端流出。,
6、3. 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 IN ，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),电路元件是电路中最基本的组成单元。它是通过其端子与外部连接。,1.4 电路元件,电路元件：二端元件、三端元件、四端元件,电路元件：线性元件、非线性元件,电路元件：时不变元件、时变元件,电路元件：无源元件、有源元件,描述消耗电能的性质,根据欧姆定律:,即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系,线性电阻,金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材
7、料的 导电性能有关，表达式为：,表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。,电阻的能量,1.5 电阻元件,电路端电压与电流的关系称为伏安特性。,遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。,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。,u、i 参考方向相同时， (即关联参考方向）,u、i 参考方向相反时， (即非关联参考方向）,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,解：对图(a)有, U = IR,例1：应用
8、欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。,对图(b)有, U = IR,例2：应用欧姆定律求电压Uba。,解：因为Uba与I非关联参考方向,所以 Uba = -IR=-(-2) 3=6V,1.6 电压源和电流源,一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。一种是用电压的形式来表示，称为电压源；一种是用电流的形式来表示，称为电流源。,1. 理想电压源（恒压源）,(1) 输出电压是一定值，恒等于电源电压。 对直流电压，有 U US。,(2) 恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A 当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A,电压恒定，
9、电 流随负载变化,1.6.1 电压源,例2：,开关断开：0 开关合上：1,实际电压源模型,由上图电路可得: U = US IR0,若 R0 = 0,理想电压源 : U US,-,实际电压源的外特性,实际电压源是由理想电压源 US和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R0 RL ，U US ， 可近似认为是理想电压源。,2. 实际电压源,1. 理想电流源（恒流源),例1：,(1) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ；,(2) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。,特点:,设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。,当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V 当
10、 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V,电流恒定，电压随负载变化。,1.6.2 电流源,例2：,开关断开：0 开关合上：1,实际电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。,由上图电路可得:,若 R0 = ,理想电流源 : I IS,若 R0 RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。,实际电流源的外特性,2. 实际电流源,1.7 受控电源,独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受 外电路的控制而独立存在的电源。,受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时， 受控源的电压或电流也将为零。,受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中 其它部分的电流或电
11、压控制的电源。,应用：用于晶体管电路的分析。,(a)VCVS,四种理想受控电源的模型,电压控制电压源,电流控制电压源,电压控制电流源,电流控制电流源,1.8 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，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：没被任何支路分割的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、 （共6条）,回路：abda、abca、 adbca （共7 个）,结点：a、 b、c、d (共4个）,网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）,1.8.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬间，流
12、向任一结点的电流等于流出该结点的电流。, 实质: 电流连续性的体现。,或: = 0,对结点 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,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。,2推广,I =?,例:,广义结点,I = 0,IA + IB + IC = 0,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.8.2 基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,对回路1：,对回路2：,I1 R1 +I3 R3 US1 = 0,I2 R2+I3 R3 US2 = 0
13、,基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,1列方程前标注回路循行方向；, U = 0 I2R2 US2 + UBE = 0,2应用 U = 0列方程时，项前符号的确定： 如果电压的方向与循环方向一致则取正号，反之则取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,对回路1：,若电阻电流的方向与循环方向一致，则电阻的电压直接利用欧姆定律，其前面取正号，反之取负号。,例：,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 + I3 R3 US = 0,对
14、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 + US = 0,电路中电位的概念及计算,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,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。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,2. 举例,求图示电路中各点的电位:V
15、a、Vb、Vc、Vd 。,解： 设 a为参考点， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 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 = US1 = 140 V Udb = US2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = US1 = 140 V Udb = US2 = 90 V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中
16、 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，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,例1: 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,(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,例2：,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：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源的“”端与12V电源的“+”端的联接处。,当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。,（2） VA = IR1 +12 VB = IR2 12,