1电路基本分析_课件_第一章_电路的基本概念和定律_

1、1第1奪电路的基本概念和定律J欢迎同学们学习本课本课对同学们电路设计电路 维修打下基础本课是同学们高自考必过课 程之一主讲：机电工程系一曹银生第1奪电路的基本概念和定律内容概述：本章主要介绍实际电路，电路模型，电路中的基本物理 量：电流、电压、功率和能量，电阻元件，独立电压源和独 立电流源，基尔霍夫电压定律（KVL）和电流定律（KCL） o重点：1. 电流、电压的参考方向概念及功率的计算。2. 基尔霍夫电压定律和电流定律实质及应用。难点：1. 功率的计算。2. 依据基尔霍夫电压定律和电流定律列方程求解电量。1.3.1实际电路和电路模型、实际电路实际电路元件：实际中电气元件的物理实体。女山 电灯

2、等。 实际电路：由实际电路元件按一定方式连接起来的物理实体。 如：日光灯等。22(1 Yffl 1 -1日光灯实际电路第1奪电路的基本概念和定律电路的功能：(1) 进行电能的产生、传输、分配与转化。(2) 实现信号的产生、传递、变换、处理与控制。二、理想电路元件、电路模型理想电路元件：是实际电气器件主要电磁特性的科学抽象。电阻凡消耗电能的单一电磁特性；电感厶建立磁场，储存磁场能量的单一电磁特性；电容C：建立电场，储存电场能量的单一电磁特性；丄nr第1奪电路的基本概念和定律电路模型:由理想电路元件组成的电路。例如：一实际线圈宜淤卜交汎卜高频下实际线圈在各种条件下的电路模型三、电路图电路原理图：只

3、表示元件的连接关系。电气图所用元件 图形符号见表11。电路模型图：由理想电路元件通过一定的连接构成的图。 模型图所用元件图形符号见表12。第1集电路的基本概念和定律J* 11 分电代BB用图老神号根细込标GB4728>«W««Hie的环线攒地开英灯0©-<I>-传声務场声XJ二扱音穆忌二85代£« 追二 BLU乩怵看电池电Ri器可変电限祸伏心交圧器电机B廉电动机CZZZJr>rv-v-vX強立电故E竝立q&£EM我1-2 部分电路元件的图形符号名你符号|名你的号名你符号X理想甘线连搖的导线魁容

4、电皱II建宜电滦源住宜电圧源| 一1-O-电位參兹点-1-耦合电想3 C爻搜电压谅e理型开关00何转器X电 RIX.开路O O理思运敏-O-可亦电IM8fei 路二1元竹作线件电瞅s2-理越二扱命-*-MftfHlS-Z>2X第1奪电路的基本概念和定律J集总参数电路与分布参数电路集总参数电路:其电路的几何尺寸/VV电路的工作频率对应的波长九。女口：电力系统工频50Hz时，波长九=6000km,所以大多数 电路满足/v<A,可作为集总参数电路分析。集总参数电路又分为线性电路和非线性电路。线性电路：元件参数是常数。2分布参数电路:曲 的电路。如：无线电接收系统的频率100MHz,波长X

5、=3m,所以接 收天线工作状态要用分布参数电路分析。本门课程学习集总参数线性电路的分析方法。-二-77；二 K-一二-F 第1奪电路的基本概念和定律1.3.2电路的基本物理量一、电流及电流的参考方向1. 定义：电荷的定向运动称为电流。其大小用电流强度 表示。电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。 可表为：单位：时间r：/=d7秒(s)；电荷牛 库仑(c)；,电流几 安培(A)第1 章.电路的基本概念和定律2方向（1）实际方向：规定为正电荷的移动方向。（2）参考方向：人为规定。为什么引入参考方向？电路复杂，方向难定;标示：实线箭头如：交流屯路，方向瞬变。参考方向Oab二者关系:如： o

6、/>0,相同；ivO,相反。z=3A/=-2AIIooi iobab实际方向与参考方向相同实际方向与参考方向相反门=页二 丘心匚后_浪21【二一二 Bp .一 TTTF第1 章.电路的基本概念和定律例11电流参考方向如图示。已知：（1）q=2/A,求i并 指出其实际方向。解:d(2r)dr=2A > 0实际方向和参考方向相同，由ab。二、电压、电位及电压的参考方向1.电压：定义：单位正电荷从a点移至b点时电场力所作的功，称为a、 b两点间的电压。表示为6A单位：电荷牛 库仑(c)；功4：焦耳(J)；电压心 伏特(V)单位及换算：lMV = 103kV lkV = 103V lV =

7、 103mV第1奪电路的基本概念和定律2 电位定义：单位正电荷从a点沿任意路径移至参考点时电场力 所作的功，称为a点的电位。表示为叫。单位：伏特(V)参考点：电路中的任意点。常用o表示。规定参考点电位为零。贝Jwao=VAo 工程上常选大地或机壳为参考点。3电压与电位的关系：电压与参考点的选择无关，电位与参考点的选择有关。严丁第1章_电路的基本概念和定律 J4. 方向:(1)电压的实际方向：电荷能量失去的方向，即高电位指向低电位。高电位用“+”，低电位用(2)电压的参考方向：人为规定。标不:如:极性或实线箭头。二者关系：w>0相同，uvO相反。(3) 电位的参考方向规定为从某点指向参考点

8、。说明：电位是可正、可负的。正号表示某点电位高于参考 点电位，负号表示某点电位低于参考点电位。第1奪电路的基本概念和定律J5. 电动势定义：在非电场丿J作用下，单位正电荷在电源内部从低电 位向高电位移动时所增加的电能。实际方向：由电源负极指向正极，即由低电位指向高电位。 参考方向：人为规定。电动势与电压的参考方向关系：(a)<b)(c)电压和电动势的参考方向(a) u=e(b) u=e(c) u=-e第1章_电路的基本概念和定律三、电压电流的参考方向之间的关系电压电流的参考方向关系共4种：雪十 ao- + ao- (a)关联参考方向Illi(b)关联参考方向犯“训“旳“(C)非关联参考方

9、向丨 I丨(d)非关联参考方向说明：1选用哪一种，原则上任意。习惯上：R、L、C取一致方向; 电源元件取不一致方向。2. u. i参考方向一经确定，计算过程中不得改变。3. 电路图中标出的方向均为参考方向。四、电功率与电能1. 电功率：单位时间电路吸收的能量称为电路吸收的电功率。 简称功率。表示为：u，参考方向一致，d/内：dq=idt , dw=udq代入上式，得： p=ui 此段电路吸收的功率单位：电圧心 伏特(V)；电流：安培(A)；功率：瓦特(W)；第1奪电路的基本概念和定律“、i参考方向与p的关系：（1）u、i取关联参考方向时：为吸收功率， pX）为实际吸收功率，pvO为实际发出功率

10、；（2）“、，取非关联参考方向时：卩=历为发出功率,P>0为实际发出功率，pvO为实际吸收功率。2电能定义：一段时间内电路消耗的功率。表示为:W = Lpdt = idt单位：焦耳能量的吸收、发出与“、，参考方向之间的关系同“功率”类似。小结:1. 实际电路或实际电路元件可以用理想电路或理想电路 元件组合的电路模型进行模拟。2. 电流、电压均有实际方向和参考方向之分，后者原则 上可任意规定。同一支路二者参考方向有关联参考方向和非 关联参考方向之分。3判断元件吸收还是发出功率，和其电压、电流参考方 向的选择有关。重点掌握电流、电压的参考方向和功率的计算。难点在 于功率的吸收或发出与电压、电

11、流参考方向之间的关系。萨第时奄路礎* 和定律呻1.3.3电阻元件及其特性一、电阻元件1.定义：二端元件在任一时刻的电压电流关系可由ud 平面的一条曲线确定，此二端元件称为二端电阻元件。数学表达式为：f (u, /) =0此曲线称为伏安特性曲线。2.分类:时变 时不变线性电阻电阻元件非线性电阻縣变(a)非线性时不变电阻(b)线性时变电阻 (c)非线性吋变电阻3 线性电阻(线性时不变电阻)(1) 定义：元件上电压正比于电流的二端元件称为线性电阻。(2) 数学表达式：% = /? Hi欧姆定律丁u电阻元件的电路符号当、i取关联参考方向时，上式成立。 单位：电压(V),电流(A),电阻(G)第1奪电路

12、的基本概念和定律(3) VA曲线:电丫的定义： ”二日单位:西门子（S）欧姆定律还可表为：i=Guu = -“、，取关联参考方向。注意：上面欧姆定律的使用条件为 若取非关联参考方向，各式前加负号。（4）吸收的功率u、i取关联参考方向时，吸收的功率为：p = ui（5）吸收的电能i取关联参考方向时，F时间内吸收的电能为：叫=£ pdt =加dr = £ Ri电阻元件为耗能元件。 /?=0,心0,为短路，短路电流由外电路决定;dt = £ Gu2dt直流时：i=IR=g， /=0,为开路，开路电压由外电路决定。（3）尺为无源元件，电源供给u、7时，叱严0,但尺本 身不

13、产生能量。上式为： WR=P（hO）=Pt=Rl2t=Gu2t例12作时电流、有一个220V、40W的白炽灯，在额定电压220V下工 电阻为多少？该灯泡消耗lkW-h电需要多长时间？解：P 407= 0.18(A)U 220J= 1210(2)第1奪电路的基本概念和定律U2 _ 2202 戶一 40100040=25(h)I-电路符号:01独立电源是指其对外特性由电源本身决定，而不受电源 以外的其它电路所控制。独立电源是实际电源的一种科学抽 象，是理想电路元件。、独立电压源1 理想电压源(1)定义：输出的电压与流过该元件 的电流无关的二端元件。直流理想电压源的VA特性OwI-第1章_电路的基本

14、概念和定律J(2) 特点：(a)其端电压与外电路无关；(b)其电流可以是任意的，由外电路决定。(3) 特例情况：6=0时，VA特性与i轴重合。电源短路。(4) 电源的功率：心与，取非关联参考方向时， 电源发出功率为：a =心几>0，实际发出；ps <0 ,实际吸收。 农与i取关联参考方向时，电源吸收功率为：Ps =心久>0,实际吸收；Ps<0,实际发出。第1車电路的基本概念和定律J2 实际电源的电压源模型实际电源是存在内阻的，通过测量一实际的直流电源，可得到其vA特性曲线，如图示：所以，VA特性曲线方程：u = ki + %可见R为电阻量纲，令k=Ry, «o

15、c=ws有u =Rsi + us此式为实际电源的电路方程，由它可画 出实际电压源的电路模型。如图所示：&电源内阻第1奪电路的基本概念和定律特例：(1)不接负载时，a, b端开路，此时u = w(x? = usjz=0o(2) a、b短路时，心&二子。当他很小时，也很大,KsR此种情况不允许出现。，-一般情况下，电源与负载连接处于工作 状态。如图所示：%oc 开路电压 ix短路电流Cm CmI r: ： t产斗第1章W W WHMW WOWWwwMl -巧 例13开路时测得某直流电源端电压为2/1V,接上外电 阻尺后，用电压表测得7?两端电压为20V,用电流表测得流 经/?的电流

16、/=10A,求电阻R与电源内阻心。第1羣电路的基本概念和定律J解：本题的电路模型如图所示。由题意知 R = = 20.10 24-2010=0.4QR第1羣电路的基本概念和定律J二、独立电流源1 理想电流源(1)定义：输出的电流与该元件 的端电压无关的二端元件。电路符号：直流理想电流源的VA特性如图示。(2)特点：(a) 其电流与外电路无关；(b) 其端电压可以是任意的，由外电路决定。(3) 特例：人=°时，VA特性与u轴重合。此时电源开路。(4) 电源发出的功率计算与理想电压源相同。即：Ps = uis第1奪电路的基本概念和定律2 实际电源的电流源模型辰来虽載丿3左亠r: : ：

17、r :密；第應POWWOrWW w w WWt* r WWW特例：(1) a、b端开路，不接负载时，此时，,=0, u = Wqc = Gs(2) a、b端短路，即电源短路时,此时,w=0, i = isc = 's+u=-般情况下，为带负载正常工作。1第1章一电路的基本概念和定律例14计算图示6G电阻上的电流和两电源的功率。12 解：6Q电阻上的电流：A = = 2A6L =I,_I? =4-2 = 2A电压源吸收的功率为片=(/人=12x2 = 24W电流源吸收的功率为P2 =t/3/3 =12x4 = 48W第廉电路的基本概念和定律J小结：1. 电阻元件是电路中消耗能量的电磁现象

18、。其S，关系为:, 2u=Ri;吸收功率：戸=uj =rR2. 理想电压源和理想电流源是忽略了实际电源内阻后的理 想电路元件。前者的电压和后者的电流与负载无关，而前者的 电流和后者的电压则与负载有关。实际电压源模型是理想电压源与电阻串联，输出电压随 端口电流增大而减小；实际电流源模型是理想电流源与电导并 联，输出电流随端口电压增大而减小。叫第1羣电路的基本概念和定律J1.3.5基尔霍夫定律电路中常用的几个名称1支路：电路中的每一个二端元件称为一条支路。（10条）习惯上：儿个相串联的元件分支构成一条支路。（6条）2节点：元件之间的联接点。（8个）习惯上：三条以及三条以上支路的联接点。（4个）3回

19、路：电路中任意闭合路径。（7个）网孔：把电路画到平面上，再分不出其他回路的回路（即网孔是最小的回路）。（4个，有3个内网孔，1个外网孔）若规定流出节点的电流为正，流入的为负,则KCL又可表二、基尔霍夫电流定律1内容：对于集总参数电路，在任意时刻，流出电路任一节 点的电流之和等于流入该节点的电流之和。即FRhT示为：流出节点的电流代数和等于零。即|»出=0例如图中节点a的KCL为：2+ 3= I或为： 八+，2+3=（）r第1卓电路的基本概念和定律2实质：电荷守恒，电流连续。3推广：KCL可以推广到电路中任意封闭面。例如图中红色虚线包围的封闭面有KCL：T2T3+ E+，6=°

20、;上式可由节点b、d的KCL方程相加得到:b 点： 一zo +,斗 + $ = 0d 点：，5 3 +6 = 0 ( +_乙 _ & + & + 6 = °说明：_346（1）KCL与电路元件的性质无关;（2） KCL对电路中任意节点的电流施加了线性约束。丁第章_电路的基本概念和定律三、基尔霍夫电压定律1. 内容：对于集总参数电路，在任一时刻，任一回路中，沿 该回路全部支路电压的代数和等于零。Xw=02. 使用KVL的方法：先选定回路，再规定各支路（或元件的）电压参考方向，再 碓定回路绕行方向，最后列出KVL方程。列写KVL方程时，分电压的参考方向与回路绕行方向一致 的项取正号，反之取负号。第1奪电路的基本概念和定律例如图示电路，则有：