电路的基本概念基本定律与基本分析方法01.ppt

第 1 章 电路的基本定律与基本分析方法,返回,1.1.1 电路的作用 （1）电能的传输和转换 （2）信号的传递和处理1.1.2 电路的组成 （1）电源 （2）负载 （3）中间环节,1.1 电路的作用与组成部分,返回,中间环节,负载,,扩音机电路示意图,信号源（电源）,,返回,电路元件的理想化,在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件为什么电路元件要理想化?,便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化）1.2 电路模型,返回,,手电筒的电路模型,,,返回,几个理想电路元件,1、理想电压源US,1.2 电路模型,返回,2、理想电流源IS,3、电阻R,4、电感L,5、电容C,,U=IR,uL＝L*di/dt,ic＝C*du/dt,电压和电流的方向,实际方向参考方向,参考方向 在分析计算时人为规定的方向1.3 电压和电流的参考方向,返回,,物理量,单位,实际,方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电流,,I,A,、,kA,、,mA,、,μ,A,正电荷移动,的方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电动势,,E,V,、,kV,、,mV,、,μ,V,电源驱动正电荷的,方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电压,,U,V,、,kV,、,mV,、,μ,V,电位降低的方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电流、电动势、电压的实际方向,返回,问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，如何解决？,(1) 在解题前任选某一个方向为参考方向（或称正 方向）；,(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。

2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；,解决方法,返回,关联参考方向与非关联参考方向,当U和I 的参考方向一致时，就称作关联参考方向,返回,当U和I 的参考方向不一致时，就称作非关联参考方向,功率 设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:,W为瓦[特]KW为千瓦,返回,电源与负载的判别,分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？,U和I 的参考方向和实际方向一致,U和I的实际方向相反，电流从＋端流出，发出功率,电源,负载,U和I的实际方向相同，电流从＋端流入，吸收功率,,,当,返回,当U和I两者的参考方向选得一致,则P＝UI，如P＜0为电源；P＞0为负载,当U和I两者的参考方向选得相反,额定值与实际值,额定值是制造厂商为了使产品能在给定的条件下 正常运行而规定的正常允许值,注,在使用电气设备或元件时，电压、电流、功率的实际值不一定等于它们的额定值,,返回,则P＝-UI，如P＜0为电源；P＞0为负载,解,一个月的用电量 W＝Pt＝60(W)××30 (h) ＝5.4kWh,返回,解,在使用时电压不得超过 U＝RI＝500×0.1＝50V,返回,欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。

1.4 欧 姆 定 律,返回,关联参考方向,非关联参考方向,当电压和电流的参考方向一致时 U=RI当电压和电流的参考方向相反时 U=－RI,注意:,返回,解,返回,解,,Uab=-E1+ Unm+E2,返回,代入数值解得Unm=-10V,由欧姆定律得 R＝Unm／I＝5 ,用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律注,基尔霍夫电流定律应用于结点基尔霍夫电压定律应用于回路,1.5 基尔霍夫定律,返回,支路：ab、ad、… ... （共6条）,回路：abda、 bcdb、… ... （共7 个）,结点：a、 b、… ... (共4个）,返回,1.5.1 基尔霍夫电流定律,如图 I1＋I2＝I3 或 I1＋I2－I3＝0 即 I＝0,在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于流出该结点的电流之和即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零返回,解,由基尔霍夫电流定律可列出I1－I2＋I3－I4＝02－（－3）＋（－2）－I4＝0,可得 I4＝3A,返回,基尔霍夫电流定律的推广： 可应用于任一广义结点,1.5.2 基尔霍夫电压定律,从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和. 或电压的代数和为 0。

U1＋U4＝U2＋U3U1－U2－U3＋U4＝0即 U＝0,注：电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号基尔霍夫电压定律的推广：可应用于回路的部分电路,U＝UA－UB－UAB或 UAB＝UA－UB,,E－U－RI＝0或 U＝E－RI,,注,列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向解,由基尔霍夫电压定律可得,（1）UAB＋UBC＋UCD＋UDA=0 即 UCD＝2V,（2）UAB＋UBC＋UCA＝0 即 UCA＝－1V,解,应用基尔霍夫电压定律列出 EB－RBI2－UBE＝0得 I2＝0.315mA,EB－RBI2－R1I1＋US＝0得 I1＝0.57mA,应用基尔霍夫电流定律列出 I2－I1－IB＝0 得 IB＝－0.255mA,返回,在电路中，电阻的联接形式是多种多样的，其中最简单和最常用的是串联与并联具有串、并联关系的电阻电路总可以等效变化成一个电阻所谓等效是指两个电路的对外伏安关系相同,等效,,返回,1.6 基本元件的串并联,1.6.1 电阻串并联联接的等效变换,两个串联电阻上的电压分别为：,,,,,,如果电路中有两个或两个以上的电阻串联，这些电阻的串联可以等效为一个电阻。

1、 电阻的串联,伏安关系,式中G为电导，是电阻的倒数在国际单位 制中，电导的单位是西门子（S）上式也可写成,两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻来等效2、 电阻的并联,两个并联电阻上的电流分别为：,计算图中所示电阻电路的等效电阻R，并求电流 I 和I5 例题1.9,,,可以利用电阻串联与并联的特征对电路进行简化,,,,(a),(b),(c),(d),,,解,由(d)图可知,,,(c),,由(c) 图可知,,返回,n个电感串联的等效电感为各个电感之和； n个电感并联，其等效电感的倒数为各个电感倒数之和；,,,返回,1.6.2 电感、电容的串并联,n个电容并联的等效电容为各个电容之和； n个电容串联，其等效电容的倒数为各个电容倒数之和；,在这里指的是理想电源的串并联，分为理想电压源和电流源的串、并联关系的电路是怎样等效变化的返回,1.6.3 电源串并联联接的等效变换,,,,,如果电路中有两个或两个以上的电压源串联，可以等效为一个电压源单独作用该电压源的大小为这些串联电压源的代数和1、 电压源的串并联,凡是与理想电压源并联的元件，其两端电压均等于理想电压源的电压。

只有大小相等、极性相同的电压源才允许并联，否则违背KVL，其等效电路为其中任一电压源如果电路中有两个或两个以上的电压源串联，这些电压源的串联可以等效为一个电压源电压源的串联,等效关系,注意是代数和,,,,,,只有大小相等、极性相同的电压源才允许并联，否则违背KVL，其等效电路为其中任一电压源电压源的并联,等效关系,,,,,,凡是与理想电压源并联的元件，其两端电压均等于理想电压源的电压，其电路对外等效为电压源单独作用电压源与其他元件的并联,,,,,如果电路中有两个或两个以上的电流源并联，可以等效为一个电流源单独作用该电流源的大小为这些并联电流源的代数和2、 电流源的串并联,凡是与理想电流源串联的元件，其电流均等于理想电流源的电流只有大小相等、方向一致的电流源才允许串联，否则违背KCL，其等效电路为其中任一电流源如果电路中有两个或两个以上的电流源并联，可以等效为一个电流源单独作用该电流源的大小为这些并联电流源的代数和电流源的并联,等效关系,注意是代数和,,,,,,只有大小相等、方向一致的电流源才允许串联，否则违背KCL，其等效电路为其中任一电流源电流源的串联,等效关系,,,,,,凡是与理想电流源串联的元件，其电流均等于理想电流源的电流，其电路对外等效为电流源单独作用。

电流源与其他元件的串联,1.7.1 电源有载工作,开关闭合,有载,,开关断开,开路,,cd短接,,短路,1.7 电路的三种基本工作状态,返回,1．电压和电流,由欧姆定律可列上图的电流,负载电阻两端电压,电源的外特性曲线,当,R0＜＜R时,由上两式得,返回,2.功率与功率平衡,由U＝E－R0I得 UI＝EI－R0I2,P＝PE－ P,电源输出的功率,电源内阻上损耗功率,电源产生的功率,返回,达到功率平衡,解,例题1.10,,返回,E2I＝1085W,R01I2＝15W,R02I2＝15W,负载取用功率,电源产生的功率,负载内阻损耗功率,电源内阻损耗功率,返回,1.7.2 电源开路,特征：I＝0 U＝U0＝E P＝0,1.7.3 电源短路,特征：U＝0 I＝IS＝E／R0 PE＝P＝R0I2 P＝0,,返回,Uab＝6×10＝60VUca＝20×4＝80VUda＝5×6＝30VUcb＝140VUdb＝90V,Vb－Va＝Uba Vb＝－60VVc－Va＝Uca Vc＝＋80VVd－Va＝Uda Vd＝＋30V,,1.7.4 电路中电位的概念及计算,电位：在电路中任意选取一个参考点，若取该参考点的电位为零，那么电路中某一点到该参考点的电压降就为该点的电位。

E,1,=140V,4A,,,6A,,,,,5,20,6,a,b,c,d,E,2,＝90V,10A,,,Va=Uab=＋60VVc=Ucb=＋140VVd=Udb=＋90V,结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点 （电位为零）之间的电压 （2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着 改变，但是任意两点间的电位差是不变的各点电位的高低是相对的，而两点间电位的差值是绝对的注,返回,解,I＝（VA－VC）／（R1＋R2） ＝[6－（－9）]／[（100＋50） ×103] ＝0.1mA,UAB＝VA－VB＝R2IVB＝VA－R2I ＝6－（50 ×103) ×(0.1 ×10-3) ＝＋1V,返回,解,I1＝I2＝E1／（R1＋R2） ＝6／（4＋2） ＝1AI3＝0VA ＝R3I3－E2＋R2I2 ＝0－4＋2 ×1 ＝ －2V,或 VA＝R3I3－E2－R1I1＋E1 ＝0－4－4 ×1＋6＝－2V,返回,1.8.1 支路电流法,凡不能用电阻串并联化简的电路，一般称为复杂电路。

在计算复杂电路的各种方法中，支路电流法是最基本的它是应用基尔霍夫电流定律和电压定律分别对结点和回路列出方程，求出未知量返回,1.8 电路的基本分析方法,一般地说，若一个电路有b条支路，n个结点，可列n-1个独立的电流方程和b-(n-1)个电压方程。