《电工电子技术基础教学资料》第1章--电路基本概念和基本定律

电工电子技术基础电工电子技术基础第第1章章 电路基本概念与基本定电路基本概念与基本定律律1PPT课件 在在楼楼道道里里有有声声控控灯灯，在在家家里里有有空空调调、电电扇扇、洗洗衣衣机机、电电脑脑等等家家用用电电器器，这这些些电电器器为为什什么么通通入入电电源源就就能能工工作作呢呢？这这些些电电器器的的电电压压、电电流流又又是是多多少少呢呢？家家里里所所有有电电器器一一个个月月消消耗耗多多少少电电能能呢呢？如如果果用用电电电电器器出出现现故故障障了了，如如何何分分析析与与维维修修呢呢？下下面面就一起来讨论这个问题。就一起来讨论这个问题。2PPT课件学习目标：学习目标：1.掌握电路及电路模型；2.掌握电压、电流及其参考方向的定义及测量、计算；3.掌握电功率和电能的度量及计算；4.熟悉电阻、电感、电容等电气元件的识别与测量；5.熟悉基尔霍夫电压、电流定律的计算。第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律3PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型1.1.1 1.1.1 电路的概念电路的概念电路的概念电路的概念1.1.电路及其组成电路及其组成电路及其组成电路及其组成 简单地讲，电路是电流通过的路径。实际电路通常由各种电路实体部件（如电源、电阻器、电感线圈、电容器、变压器、仪表、二极管、三极管等）组成，每一种电路实体部件具有各自不同的电磁特性和功能。人们按照需要，把相关电路实体部件按一定方式进行组合，就组成了一个个电路。如果某个电路元器件数很多且电路结构较为复杂，则又称为电路网络。不管简单还是复杂，电路的基本组成部分都离不开三个基本环节：电源、负载和中间环节。4PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型 电源是向电路提供电能的装置。它可以将其他形式的能量，如化学能、太阳能、机械能、核能等转换为电能。在电路中，电源是激励，是激发和产生电流的因素。负载是取用电能的装置，其作用是把电能转换为其他形式的能（如机械能、热能、光能等）。在生产与生活中经常用到的电灯、电动机、电炉、扬声器等用电设备，都是电路中的负载。中间环节在电路中起着传递电能、分配电能和控制整个电路的作用。最简单的中间环节即开关和连接导线；一个实用电路的中间环节通常还有一些保护和检测装置。复杂的中间环节可以是由许多电路元件组成的网络系统。5PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型 如图1-1所示的手电筒照明电路中，电池作电源，灯作负载，导线和开关作为中间环节将灯和电池连接起来。6PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型1.1.1 1.1.1 电路的概念电路的概念电路的概念电路的概念2.2.电路的种类及功能电路的种类及功能电路的种类及功能电路的种类及功能 工程应用中的实际电路，按照功能的不同可概括为两大类。一是完成能量的传输、分配和转换的电路。二是实现对电信号的传递、变换、储存和处理的电路。如图1-1中，电池通过导线将电能传递给灯，灯将电能转化为光能和热能。这类电路的特点是大功率、大电流。如图1-2所示是一个扩音机的工作过程。话筒将声音的振动信号转换为电信号，即相应的电压和电流，经过放大处理后，通过电路传递给扬声器，再由扬声器还原为声音。这类电路特点是功率低、电流小。7PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型1.1.2 1.1.2 电路模型电路模型电路模型电路模型 实际电路的电磁过程是相当复杂的，难以进行有效的分析计算。在电路理论中，为了便于对实际电路进行分析和计算，人们通常在工程实际允许的条件下对实际电路进行模型化处理，即忽略次要因素，抓住足以反映其功能的主要电磁特性，抽象出实际电路器件的“电路模型”。例如电阻器、白炽灯、电炉等，这些电气设备接收电能并将电能转换成光能或热能，光能和热能显然不可能再回到电路中，因此这种能量转换过程不可逆的电磁特性称为耗能。这些电气设备除了具有耗能的电磁特性，当然还有其他一些电磁特性，但在研究和分析问题时，即使忽略这些电磁特性，也不会影响整个电路的分析和计算。因此，就可以用一个只具有耗能电磁特性的“电阻元件”作为它们的电路模型。8PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型 实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件，称为理想电路元件，简称为电路元件。每一种电路元件体现某种基本现象，具有某种确定的电磁性质和精确的数学定义。常用的有表示将电能转换为热能的电阻元件、表示电场性质的电容元件、表示磁场性质的电感元件及电压源元件和电流源元件等，各元件的电路符号如图1-3所示。9PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型电路和电路模型 由理想电路元件相互连接组成的电路称为电路模型。例如图1-1所示，电池对外提供电压的同时，内部也有电阻消耗能量，所以电池用其电动势E和内阻R0的串联表示；灯除了具有消耗电能的性质（电阻性）外，通电时还会产生磁场，具有电感性。但电感微弱，可忽略不计，于是可认为灯是一个电阻元件，用RL表示。如图1-4所示是手电筒电路的电路模型。10PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 电路中的变量是电流和电压。无论是电能的传输和转换，还是信号的传递和处理，都是这两个量变化的结果，因此，弄清电流与电压及其参考方向，对进一步掌握电路的分析与计算是十分重要的。11PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.2.1 1.2.1 电流及其参考方电流及其参考方电流及其参考方电流及其参考方向向向向 电荷的定向移动形成电流，通常把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流，用符号I或i表示。电流主要分为两种：一类是大小和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流，简写为DC或dc，其电流强度的大小用符号I表示。一类是大小和方向均随时间变化的电流，称为变动电流，其强度大小用符号i表示。其中，一个周期内电流的平均值为零的变动电流称为交流，用AC或ac表示。12PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电电电电流、电压及其参考方向流、电压及其参考方向流、电压及其参考方向流、电压及其参考方向 图1-5给出了几种常见的电流，其中图（a）为直流，图（b）为正弦交流电流，图（c）为锯齿交流电流。13PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 对于直流电流，单位时间内通过导体横截面的电荷量是不变的，其电流强度定义为 对于变动电流，若假设在很小的时间间隔dt内，通过导体横截面的电荷量为dq，则该瞬间电流强度为 电流的单位是安培，SI符号是A。电力系统中安培单位较小，有时取千安（kA）为电流强度的单位。而在无线电系统中（如晶体管电路中），安培这个单位又太大，常用毫安（mA）或微安（A）作为电流强度的单位。它们之间的换算关系为14PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 电流有大小有方向，通常把正电荷的运动方向定义为电流的实际方向。但是在电路较复杂时，很难直接确定电流的实际方向。为了分析电路方便，在一段电路中，事先任意假定一个电流方向作为电流的参考方向。电流的参考方向可以任意假设，但电流的实际方向客观存在，因此，假设的电流参考方向并不一定是电流的实际方向。在对电路中的电流设定了参考方向后，若经计算得出电流为正值，说明所设参考方向与实际方向一致，若经计算得到电流为负值，说明所设参考方向与实际方向相反。15PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向小提示小提示小提示小提示 电流值的正负在设定参考方向的前提下才有意义。在本书中，电路图上所标的电流方向均为参考方向。电流的实际方向和参考方向的关系可以用图1-6表示。16PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.2.2 1.2.2 电压及其参考方电压及其参考方电压及其参考方电压及其参考方向向向向 在物理学中已经学过，a、b两点间的电压定义为电场力把单位正电荷由a点移动到b点所做的功。电压的实际方向就是正电荷在电场力中受电场力作用移动的方向。17PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 在直流电路中，电压为一恒定值，用U表示，即 在变动电流电路中，电压为一变值，用u表示，即 电压的单位是伏特，简称伏，SI符号为V。在电力系统中，会用到千伏（kV），在无线电系统中，还会用到毫伏（mV)和微伏（V）。18PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 与电流相同，电压也有大小和方向。规定电位真正降低的方向为电压的实际方向。在分析电路时，也需要事先选择电压的参考方向，电压的参考方向也是任意选择的，在电路中通常用“+”“-”极性表示，如图1-7a所示。电压的参考方向还可以用双下标uab（电压参考方向由a点指向b点）表示，如图1-7b所示，也可以用实线箭头表示，如图1-7c所示。19PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 在设定的参考方向下进行计算，若计算后得到的电压值为正，则说明电压的参考方向与实际方向一致，若为负，则参考方向与实际方向相反，如图1-8所示。20PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 在电路分析中，电流和电压的参考方向可以任意单独假设，但是为了分析电路方便，通常将一段电路或一个元件的电压和电流设成关联参考方向，即电流从电压的“+”极流向“-”极，如图1-9所示。21PPT课件第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律1.2 1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.2.3 1.2.3 电位的概念及其分析计算电位的概念及其分析计算电位的概念及其分析计算电位的概念及其分析计算 为了分析问题方便，常在电路中指定一点作为参考点，假定该点的电位是零，用符号“”表示。在生产实践中，把地球做为零电