chapter1电路的基本概念与基本定律解析.ppt

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1、(Base Concept and Laws of Circuit) P30： 1.5.9 1.5.11 1.6.4 1.7.3 1.7.6 本章作业（第七版）本章作业（第七版）放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路电路Circuit是电流的通路，是为了某种需要由是电流的通路，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。电工设备或电路元件按一定方式组合而成。 发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变

2、压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置sourcelode直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励电源或信号源的电压或电流称为激励(excitation)，它它推动电路工作；由激励在电路各部分所产生的电压和推动电路工作；由激励在电路各部分所产生的电压和电流称为响应电流称为响应(response)。Signle source手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用

3、数学方法分析电路，一般要将实际电路为了便于用数学方法分析电路，一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，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。相对应的电路模型。R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。switchR+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开

4、关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件，其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通断。断。物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 单

5、单 位位kA 、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V问题的提出：问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？U1ABRU2IR电流电流 Current ：Uab 双下标双下标电压电压 Voltage：IE+_ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_polarityarrowdouble subscript

6、实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指向 a 。 同一电路元件，如果规定电流（流过该电路元件同一电路元件，如果规定电流（流过该电路元件的电流）与电压的的电流）与电压的参考

7、方向一致参考方向一致，则称为，则称为关联的参考关联的参考方向方向；否则为；否则为非关联的参考方向（电压电流参考方向非关联的参考方向（电压电流参考方向相反）相反）。IabRU+IbaR+U 电流与电压的参考方向一致，电流与电压的参考方向一致，为关联的参考方向；为关联的参考方向； 电流与电压的参考方向不一电流与电压的参考方向不一致，为非关联的参考方向。致，为非关联的参考方向。 注意：注意： 欧姆定律：欧姆定律： 流过电阻的电流与流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。电阻两端的电压成正比。或者表示为或者表示为： 欧姆定律的单位：欧姆定律的单位： 在在SI中，电阻为欧姆中，电阻为欧姆( ) 或者为千欧

8、或者为千欧(k ) 、兆欧、兆欧(M ) UIR 欧姆定律欧姆定律（Ohm law)U = I RURI 欧姆定律欧姆定律 (Ohm law)U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明各自实际方向与参考值本身的正负则说明各自实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常在电路图中取通常在电路图中取 U、I 参考方向相同（关联参参考方向相同（关联参考方向）。考方向）。U = IR解：解：对图对图(a)有有, U = IR例例

9、1：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段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。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即： IUR 非线性电阻见非线性电阻见2.9。1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路开关闭合，接通电源与负载开关闭合，接通电源与负载RREI 0负载端电压负载端

10、电压 U = IR IR0R EU I 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U = E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0 如果不考虑电源的内阻，外特性为虚线所示。如果不考虑电源的内阻，外特性为虚线所示。 开关闭合，接通开关闭合，接通电源与负载。电源与负载。RREI 0U = IR 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。 在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U 。或或 U = E IRoUI = EI IRoP = PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 电源输出的功率由负载决定。电源

11、输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念: 负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。IR0R EU I如果如果P 0，元件吸收功率，为，元件吸收功率，为负载负载；如果如果P 0，元件释放功率，为，元件释放功率，为电源电源。 UI = EI IRoP = PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率 在一个电路中，电源产生的在一个电路中，电源产生的功率与负载取用的功率，以及内功率与负载取用的功率，以及内阻上所损耗的功率是相等的，称阻上所损耗的功率是相等的，称为功率平衡。为功率平衡。（1）U、I 关联的

12、关联的参考方向，参考方向，P =UI；IN+U（2）U、I 非关联的非关联的参考方向，参考方向，P = UI；U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出；端流出； （发出功率）（发出功率） 负载：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）例例2：在图示电路中，已知：在图示电路中，已知：I=2A，U1=10

13、V， U2 =6V，U3= 4V，问哪些元件是电源？哪些元件是负，问哪些元件是电源？哪些元件是负载？载？= I U2= 26= 12W0= I U3= 2（ 4）= 8W0元件元件1为电源为电源= I U1= 210= 20W0解：解：元件元件1：P1元件元件2：P2元件元件2为负载为负载元件元件3：P3元件元件3为负载为负载213U2+U1U3I例例3: 在图示电路中，在图示电路中，US1、 US2 、I均为正值，问供均为正值，问供出功率的电源是哪个？出功率的电源是哪个？IR1US1US2+R2解：电源解：电源US1的功率的功率PUS1= US1I 0发出功率发出功率电源电源US2的功率的功

14、率PUS2= US2I 0吸收功率吸收功率电路中供出功率的电源是电路中供出功率的电源是US1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在正常运行时的规定使用值： I IN ，P IN ，P PN I = IN ，P = PN （1）额定值反映电气设备的使用安全性；）额定值反映电气设备的使用安全性；（2）额定值表示电气设备的使用能力。）额定值表示电气设备的使用能力。例：例：灯泡：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W电阻：电阻： RN = 100 ，PN =1 W 解解A273022060.UPI806273.0220 IUR一个月的用电量一个月的用电量 : : WPt0.0

15、6kW(330 )(h)5.4kWh来计算和或可用PURIPR22例例4：已知有一已知有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源的电源上，求通过电灯的电流和电灯在上，求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻如每晚用电阻如每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？小时，问一个月消耗电能多少？3. 额定值为额定值为1W/100的碳膜电阻，在使用时电流和的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大数值？电压不得超过多大数值？练习与讨论：练习与讨论：1.设电源的额定功率为设电源的额定功率为125kW，端电压为，端电压为220V，当，当只接上一个只接上一个220V/60W的白

16、炽灯时，白炽灯会不会被的白炽灯时，白炽灯会不会被烧毁？烧毁？2.在图示电路中，方框代表电源或负载。已知在图示电路中，方框代表电源或负载。已知U=220V,I=1A，试问哪些方框是电源，哪些是，试问哪些方框是电源，哪些是负载？负载？ ()()()()4. 图图(a)是一电池电路，当是一电池电路，当U=3V，E=5V时，该电池时，该电池作电源（供电）还是作负载（充电）用？图作电源（供电）还是作负载（充电）用？图(b)所示所示也是一电池电路，当也是一电池电路，当U=5V，E=3V时，则又如何？时，则又如何？两图中，电流两图中，电流I是正值还是负值？是正值还是负值？5. 有一台直流发电机，其铭牌上标有

17、有一台直流发电机，其铭牌上标有40kW/230V/174A。试问什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运。试问什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过在运行？负载的大小，一般指什么而言？行和过在运行？负载的大小，一般指什么而言？ 图（b） 图（a）+E2+E2+特征特征:I = 0电源端电压电源端电压 ( 开路电压开路电压 )负载功率负载功率U = U0 = EP = 01. 开路处的电流等于零开路处的电流等于零I = 0；2. 开路处的电压开路处的电压 U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征: :I+U有有源源电电路路IRoR EU0 开关断开

18、，开关断开， 电源处电源处于开路状态于开路状态(空载空载)电源外部端子被短接电源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01. 短路处的电压等于零短路处的电压等于零U = 0；2. 短路处的电流短路处的电流 I 视电路情况而定。视电路情况而定。I+U有有源源电电路路IR0R EU0 实际电源实际电源干电池钮扣电池 干电池电动势干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V V，用固体化学材料，化学反应不可逆。

19、，用固体化学材料，化学反应不可逆。 氢氧燃料电池示意图 电池电动势电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。 一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-N结上，结上，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约 11%的光能转变为电的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。能，故常用太阳能电池板。 一个一个50cm2太阳能电池的电动势太阳能电池的电动势0.6V，电流电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池板太阳能电池板蓄

20、电池示意图 电池电动势电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。直流稳压源直流稳压源变频器变频器频率计频率计函数发生器函数发生器发电机组发电机组草原上的风力发电草原上的风力发电支路支路：电路中的每一个分支。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。一条支路流过一个电流，称为支路电流。：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba

21、 E2R2 R3R1E11 12 23 3练习和讨论：练习和讨论： 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 或或: = 0I1I2I3ba E2R2 R3R1E1对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0I =?例例:广义结点广义结点supernodeI = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V解解I1I2I3I4由基尔霍夫电流定律可列出由基尔霍夫电流定律可列出I1I2I3I402（3）（）（2）I40可得可得 I43A例例6：已知如图所

22、示，已知如图所示，I12A，I23A，I32A，试求试求I4。（2） 电路中有电路中有n个结点，则根据个结点，则根据KCL可列出可列出(n-1) 个独立的电流方程。个独立的电流方程。 注意：注意： （1）KCL适用于任何电路；适用于任何电路； （3）用）用KCL解题时，先要取定各支路电流的解题时，先要取定各支路电流的参考参考 方向方向。即：即： E = ( IR )对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 2即：即： U = 0对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3

23、R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 2 实质实质:对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：

24、I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I基尔霍夫电压定律的推广：基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路 UUAUBUAB 0或或 UABUAUBEURI0或或 UERIER+-+-UI+-ABC-UABUAUB1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开路的部分电路可按回路处理开路的部分电路可按回路处理 注意：注意：对回路对回路1：E1

25、B1 1UBEE+R1+E2R2I2_2. 举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dbca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd图示电路，计算开关图示电路，计算开关S断开和闭合时断开和闭合时A点的电位点的电位VA。解解: (1) 当开关当开关S断开时断开时 如图如图（b）(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路变电路变为：为：电流电流 I2

26、 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2k +6VA2k SI2I1(a)(b)AI22k +I12k 6VA+12V12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1IA3 543II例例1： 求电流求电流 I解：解：总结：总结：1. 能熟练求解含源支路的电压和电流。能熟练求解含源支路的电压和电流。2. 根据电路正确的判断电源和负载。根据电路正确的判断电源和负载。3. 正确的使用电路的定律求解未知量。正确的使用电路的定律求解未知量。例例2： 计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率

27、解解发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）W1011010EIPVW5155EIPVW5152RIPRA155RUIRA5) 2(3IV1552010U例例3： 求电流求电流 I解：解：例例4：解：解：求电压求电压 U例例5：求电路中求电路中A点的电位点的电位VA。已知。已知: US1=5V， US2=4V，IS1 =3A，IS2 =2A， R1=2， R2=3。AUS1+ US2IS1IS2R1R2IR2+UR2解：电阻解：电阻R2的电流与两端的电流与两端电压的参考方向如图示。电压的参考方向如图示。B对结点对结点B列电流方程：列电流方程：IS1 = IS2 + IR2IR2 = IS1 IS2=1A求求VA ： VA = US1 US2UR2= US1 US2IR2 R2= 2V练习练习THANKS!