电路的基本概念课件.ppt

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1、第一章 电路的基本概念,1. 电路的作用与组成,2. 电路模型及基本物理量,3. 实际电源的等效变换,4. 电气设备额定值和电路的工作状态,5. 基尔霍夫定律,第一章 电路的基本概念1. 电路的作用与组成2. 电路模型及,a. 理解电路的基本物理量并能正确应用； b. 理解电压与电流参考方向的意义；c. 会计算电路中各点的电位；d. 了解电路的有载工作、开路与短路状态；e. 掌握两种电源模型与变换方法f. 理解电功率的计算并判断物理作用。g. 掌握基本定律的使用,本章要求,a. 理解电路的基本物理量并能正确应用； 本章要求,1. 电路的作用与组成,(1) 实现电能的输送和转换,(2) 实现信息

2、的处理和传递,1.1 电路的作用,电路：电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。,1. 电路的作用与组成 (1) 实现电能的输送和转换,1.2 电能电路的组成,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,1.2 电能电路的组成电源: 提供负载: 取用中间环节：,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,1.2 信息电路的组成,电源或信号源的电压或电流称为激励，由激励所产生的电压和电流称为响应。,直流电源直流电源: 信号处理：负载信号源: 1.2 信息电,2. 电路模型及基本物理量,手电筒的电

3、路模型,数学方法,电池,导线,灯泡,开关,理想电路元件：电阻R、电感L、电容C和电源ES、IS,实际电路,电磁性质,电路(模型),2.1,2. 电路模型及基本物理量手电筒的电路模型数学方法 R+R,电荷在电场力作用下移动形成电流I，单位：A电压U等于电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功 ，单位：V电动势E等于电源力把单位正电荷从低电位点移动到高电位点所做的功，单位：V,2.2 电路基本物理量,电荷在电场力作用下移动形成电流I，单位：A2.2 电路基本物,2.2 电路基本物理量,2.2 电路基本物理量物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动,例：图中标识的都是参考(正)方向,例：图中标识的都

4、是参考(正)方向 +-+-,(2) 表示方法,(1) 参考方向(正方向),在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。,2.3 电路基本物理量的参考方向,(2) 表示方法 (1) 参考方向(正方向) 在分析与,一致(关联一致)，电流(或电压)值为正值；相反，电流(或电压)值为负值。,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 = 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。,一致(关联一致)，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方

5、向,U与E的关系,E=U=4V,E=-U=4V,-E=U=4V,-E=-U=4V,|E|=|U|=4V,U与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=, 2.4 欧姆定律U=IR,U、I 参考方向相同时，,U、I 参考方向相反时，,通常取 U、I 参考方向相同(关联一致)。,U = I R,U = IR, 2.4 欧姆定律U=IRU、I 参考方向相同时， U、,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,解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列,2.5 电路中电位的概念及计算,电位：电路中某

6、点A至参考点O的电压，记为“VA”.,电位的计算步骤: (1) 选参考点，设其电位为0； (2) 标出电流参考方向； (3) 计算各点至参考点间的电压。,常用符号：电工工程：大地 ； 电子电路：导线的交汇点,UAO=VA-VO; VA=UAO (VO=0),2.5 电路中电位的概念及计算电位：电路中某点A至参考点O的,例 分别以a,b为参考点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= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 =

7、60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V,例 分别以a,b为参考点求图示电路中各点的电位: Va、Vb,结论：,(1)电位是相对的，取决于参考点的选取;,(2)两点间的电压是固定的，与零电位参考点的选取无关;,(3)借助电位的概念可作简化电路图,结论：(1)电位是相对的，取决于参考点的选取;(2)两点间,例 图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位

8、VA,解: (1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,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 图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解: (,例 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？,I,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

9、+12 VB = IR2 12,例 电路如下图所示,(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出,功率,单位时间内电场力所做的功，为电功率。 用P来表示，单位为W。P=W/T=UI；当电压、电流的正方向关联一致时，P=+UI；当电压、电流的正方向不一致时， P=-UI,功率单位时间内电场力所做的功，为电功率。 用P,2.6 电源与负载的判别(元件作用),U、I 参考方向不同，P = -UI 0，负载； P = -UI 0，电源。,U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载，消耗功率； P = UI 0，电源，发出功率。,1. 根据U、I 的实际方向判别,2. 根据P值判别,电源： U、I 实际方向

10、相反，即电流从“+”端流出，,负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。,（发出功率）,（吸收功率）,I,2.6 电源与负载的判别(元件作用)U、I 参考方向不同，P,例：US=30V,电压源和电流源发出或吸收的功率值,并说明哪个是电源,哪个是负载？,例：US=30V,电压源和电流源发出或吸收的功率值,并说明哪,例：,I1=( ) ；I=( )；判断3V电源是发出功率还是吸收功率?（ ）,例： I1=( ) ；I=( )；,3. 实际电源的等效变换,3.1 电阻的串联,特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公式：,R =R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4

11、)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用：降压、限流、调节电压等。,3. 实际电源的等效变换3.1 电阻的串联特点:两电阻串联时,3.2 电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；,(2)各电阻两端的电压相同；,应用：分流、调节电流等。,3.2 电阻的并联两电阻并联时的分流公式：(3)等效电阻的倒,例：求US的输出功率,例：求US的输出功率,(R1+R2/R3)/(R4/R5),R1,R2/R3,+,-,US,R6,R4/R5,(R1+R2/

12、R3)/(R4/R5)R1R2/R3,3.3 电压源与电流源及其等效变换,3.3.1 电压源,电压源模型,由上图电路可得: U = E IR0,若 R0 = 0,理想电压源 : U E,U0=E,电压源的外特性,电压源是由电动势E和内阻 R0串联的电源的电路模型。,若 R0 RL ，U E ，可近似认为是理想电压源。,理想电压源,O,电压源,3.3 电压源与电流源及其等效变换3.3.1 电压源 电,理想电压源（恒压源）,例：,(2) 输出电压是一定值，恒等于电动势。 对直流电压，有 U E。,(3) 恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = 0,设 E = 10 V，接上RL

13、 后，恒压源对外输出电流，,当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A 当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A,电压恒定，电流随负载变化,理想电压源（恒压源）例：(2) 输出电压是一定值，恒等于电,3.3.2 电流源,I,U0=ISR0,电流源的外特性,理想电流源,O,IS,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。,电流源,3.3.2 电流源IRLU0=ISR0 电流源的外特性IU理,理想电流源（恒流源),例：,(2) 输出电流是一定值

14、，恒等于电流 IS ；,(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = ；,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 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V,外特性曲线,I,U,IS,O,电流恒定，电压随负载变化。,理想电流源（恒流源)例：(2) 输出电流是一定值，恒等于电,3.3.3 电压源与电流源的等效变换,由图a： U = E IR0,由图b： U = ISR0 IR0,等效变换条件:,E = ISR0,s.t. E与IS的极性一致,等效变换: 不改变电路中外电路的

15、电量,等效表示原电路；,3.3.3 电压源与电流源的等效变换由图a：由图b： 等效, 等效变换时，E、IS极性要一致；, 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。, 等效关系只对外电路而言，对电源内部不等效。,注意事项：,例：当RL=时，电压源R0不损耗功率，而电流源R0损耗功率。, 一个E和R串联，可化为一个IS和R并联。, 等效变换时，E、IS极性要一致； 理想电压源与理想电流,对外电路的电量计算而言，进行等效变换时：可以断开与恒压源并联的支路或元件；可以短接与恒流源串联的支路或元件；若进行电源内部的分析，应恢复原电路。,对外电路的电量计算而言，进行等效变换时：,例,求下列各电路的等效电源,

16、解:,例求下列各电路的等效电源解:+abU25V(a)+ab,例试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。(并联部分转换成电流源；串联部分化成电压源）,解:,由图(d)可得,例试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。解:,例,解：统一电源形式,试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1 电阻中的电流。,例 解：统一电源形式试用电压源与电流源等效变换的方法计算图,解：I4211A24A1I421A28V+I,例,电路如图。U110V，IS2A，R11，R22，R35，R1。(1) 求电阻R中的电流I；(2)计算理想电压源U1中的电流IU1和理想电流源IS两端的电压UI

17、S；(3)分析功率平衡。,解：(1)由电源的性质及电源的等效变换可得：,例 电路如图。U110V，IS2A，R1,(2)由图(a)可得：,理想电压源中的电流,理想电流源两端的电压,(2)由图(a)可得： 理想电压源中的电流 理想电流源两端的,各个电阻所消耗的功率分别是：,两者平衡：,(60+20)W=(36+16+8+20)W,80W=80W,(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：,各个电阻所消耗的功率分别是：两者平衡：(60+20)W=(3,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)

18、,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),4. 电气设备额定值和电路工作状态,额定值：电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三,三种工作状态：通路、开路、短路,负载端电压,U = IR,特征:,4.1 电路的工作状态, 电流的大小由负载决定。, 在电源有内阻时，I U 。,或 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。,三种工作状态：负载端电压U = IR 特征:4.1 电路的工,开关闭合,接通电源与负载。,负载端电压,U = IR,特征:,4.2

19、电源有载工作, 电流的大小由负载决定。, 在电源有内阻时，I U 。,或 U = E IRo,UI = EI IRo,P = PE P,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率, 电源输出的功率由负载决定。,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)。,开关闭合,接通电源与负载。负载端电压U = IR 特征:4,特征:,开关 断开,4.3 电源开路,1. 开路处的电流等于零； I = 02. 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:,特征: 开关 断开4.3 电源开路I = 0电源端电压 (,电源外部端子被短接,4.4 电源短路,1. 短路处的电压等于

20、零: U = 0;2. 短路处的电流 I 视电路情况而定:电源电压全部降在内阻上，产生很大的短路电流，容易损坏电器设备，加入熔断器，发生事故时自动切断。,电路中某处短路时的特征:,电源外部端子被短接4.4 电源短路 特征:电源端电压负载功率,5.1 电路的基本概念结点N:电路中3个或3个以上元件的联结点支路B:电路中两结点之间的每一个分支网孔:电路中未被任何支路分割的最简单的回路B-(N-1),5.基尔霍夫定律,5.1 电路的基本概念+-+-5.基尔霍夫定律,某电路经串、并联等效变换可化简为网孔的称为简单电路; 否则，称为复杂电路。,例：,某电路经串、并联等效变换可化简为网孔的称为简单电路;

21、否则，,结点， 支路， 网孔， 回路,两 四 三 六,结点， 支路， 网孔， 回路ab两,三结点、五支路（五个不同的电流）,三结点、五支路（五个不同的电流）cab12345,5.2 基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬间，流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= 0,5.2 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 即: ,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,电流定律可以

22、推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面,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。,5.3 基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，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 = 0,1,2,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。,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数,1列方程前标注回路循

23、行方向；,电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,2应用 U = 0列方程时，项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,1,对回路1：,1列方程前标注回路循行方向； 电位升 = 电位降 U =,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 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：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6,+,+,-,-,4V,5V,i =?,3.,+,+,-,-,-,4V,5V,1A,+,-,u =?,4.,1.2.+-4V5Vi =?3.+-4V5V1A+,本章难点,正方向问题； 电路的识别； 电动势与电压的关系； 元件作用判别； 电源变换 基尔霍夫定律熟练使用。,本章难点,