第1章 电路的基本概念与基本定律

电工与电子技术基础华南理工大学电子与信息学院第一部分电路基础电工与电子技术基础华南理工大学电子与信息学院第1章电路的基本概念与基本定律第一部分电路基础第3章正弦交流电路第5章线性电路的暂态过程第4章三相电路第2章电路的基本分析方法电工与电子技术基础华南理工大学电子与信息学院第1章电路的基本概念与基本定律1.2电路的基本物理量1.3电路的基本定律1.4电路的基本连接方式1.5电路的基本工作状态1.1电路的作用与组成返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律电路:电路是由一些电气设备和元件连接而成。1.1电路的作用与组成1.1.1电路的作用电阻电容运算放大器晶体管光耦器件返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律例如，电力系统输送、分配电能的电路如下图：1.实现电能的输送和转换返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律2.实现电信号的输送和转换例如，常见的扩音机电路如下图：返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律1.实际电路实际电路是由电源、负载和中间环节三个基本部分组成。1.1.2电路的组成中间转换电路电源负载返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律中间环节：输送和分配电能的设备，即导线、开关、转换电路等。电源：供电设备，向用电设备提供电能。常用的电源装置为交流电源、直流电源和信号源。返回发电机直流电源信号源电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律2.电路模型(1)实际元器件的电磁性能电路中使用的元器件，如电阻、电感、电容、晶体管等，它们的电磁性质较为复杂。负载：用电设备,将电能转换为机械能。电动机、日光灯、各种家用电器等均为用电负载。白炽灯是耗能元件,但还存在微小的电感；电感线圈是储能元件，但还存在很小的电阻；电容是储能元件，但也存在介质损耗。返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律(2)实际元器件的理想化在工程应用中，常常需要分析实际元件的主要特性。因此，在理论上常将实际元件理想化处理，即在一定条件下突出元件的主要电磁性质，忽略其次要因素。所以白炽灯、电感线圈、电容等均认为是理想元件。(3)电路模型电路模型：由理想元件组成的电路即为实际电路的电路模型。例如，手电筒电路的电路模型如下：返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律电源负载返回手电筒电路的电路模型：电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律1.电流正电荷的定向运动。单位：安培（A）361mA=10A1μA=10A－－1.2电路的基本物理量1.2.1电路的基本物理量返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律2.电动势电压源内部的电源力通过电源内部运送电荷的能力。单位：伏特（V）31kV=10V1mV=10V1μV=10V－3－63.电压在电场力的作用下，通过外电路运送电荷的能力。单位：伏特（V）返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律实际方向：物理中对电量规定的方向。电流I:正电荷运动的方向。电源负载＋＋－－II电流流过电压源时，是从电压源的负极到正极；电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位。USR+_+_II1.2.2电流和电压的实际方向返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律电源端电压与负载端电压:从高电位到低电位。电动势E:从电压源的负极到电压源的正极。电源负载＋－ER+_E返回USR+_+_EU电源负载＋＋－－UU电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律1.参考方向在分析电路时，对电量人为规定的方向。2.设参考方向的意义例如:在如下复杂电路中很难判断出中流过电流的实际方向，电路如何求解？3R1.2.3电流和电压的参考方向返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律3.解决的方法(1)在解题前先假设一个电流方向，作为参考方向。(2)根据电路的基本定律列出电压、电流方程。(3)根据计算结果确定电流的实际方向：若计算结果I3为正,则实际方向与参考方向一致；若计算结果I3为负,则实际方向与参考方向相反。I3返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律解SUE因为所以6VSUE62A3SIUIR由于电流的参考方向与实际方向相反，则电源电压的参考方向与实际方向相同。SU,6V,=3SERUI已知电路如图所示。试求电源电压和电流的数值。【例1.1】返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律4.电压参考方向的三种表示正负号,下标a、b和箭头都是表示电位降低的方向。返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律返回关联参考方向：电压与电流的参考方向相同非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反注意:1.分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。2.参考方向选定之后，在计算过程中不能改变。1.2.4电压和电流的关联参考方向电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律【例1.2】已知元件A、B的电压、电流参考方向如图所示。试判断A、B元件的电压、电流的参考方向是否关联？解A元件的电压、电流参考方向非关联；B元件的电压、电流参考方向关联。＋－BAUI返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律解12V(,ABUU因为正值）所以确定、两元件的电压的方向就是实际方向。2A(,ABII因为负值）所以确定、两元件的电流的方向均与实际方向相反。可判断出：A元件是电源，B元件是负载。12V,1AUI已知电路如图所示，。试判断A、B元件是电源还是负载？【例1.3】返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是该点的电位，用VX表示。（电位为单下标）。在电路中任选一点，设其电位为零,用表示。1.电位的概念ab2A1ab2A11.2.5电路中电位的计算a点电位V2aVb点电位V2bV返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律返回2.电位的计算设b为参考点，即Vb=0。4AE1aE2+20Ω+_d_6A10A5Ω6Ω140V90VCbV60abaUVV140cbcUVV90dbdUV从结果中看出,a、c、d点的电位比b点分别高60V、140V、90V。如下电路只能求出两点间的电压值,而不能求出某一点的电位值。因此，若要计算电位时，必须在电路中设参考点。电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律设a为参考点，即Va=0,则V60babUVV80cacUVV30dadUV从结果中看出,b点的电位比a点的电位低60V，而c点和d点的电位比a点分别高80V、30V。结论：E1aE2+20Ω+_d_6A4A10A5Ω6Ω140V90VCb参考点的位置不同，电路中其它各点的电位也不同；但是两点之间的电压值（电位差）是不变的。返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律3.利用电位简化电路图R1R2R3+uS1-uS2uS1+_uS2+_R1R2R3返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律【例1.4】三点的电位。、、算已知电路如图所示，计cba解V12SaUVV661255512125)64//(1051212)//(12143211RRRRRUIRVVSabV6.366.06)55(2122442RIRIVc电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律【例1.5】。图得经化简，由（点是等电位点。点和型电路，则是两个有对称性的：图（解5.23//31))abRdcbTa的数值。阻所示电阻电路的等效电计算图abRa)(电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即可见，当电压U一定时，电阻R越大，电流I越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。UIRURI或,kΩ,M1.3电路的基本定律1.3.1欧姆定律返回电阻的单位:IRU电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律可见，遵循欧姆定律的电阻是线性电阻，不遵循欧姆定律的电阻是非线性电阻。电阻元件的伏安特性线性电阻非线性电阻返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律欧姆定律的几种表示形式一个式子中有两套正负号，一套正负号是由参考方向决定的，另一套是由电压和电流本身的正负值决定的。IRU＋－IRU＋－IRU＋－U=RI(a)(b)(c)U=–RIU=–RI返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律【例1.6】。。试计算电压在图中，已知URI2,A5解关联参考方向图V1025,)(IRUa非关联参考方向图V102)5(,)(IRUbV102)5(,)(IRUc图V1025,)(IRUd图电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各部分电流之间的关系,其中包括电流定律和电压定律。名词解释：支路：电路中每一个分支。结点：三个或三个以上支路的联接点。回路：电路中任一闭合的路径。1.3.2基尔霍夫定律U2+-R1R3R2+_U1返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律1一条支路流过一个电流结点:回路:2支路:acb,adb,ab(3个)a,b(2个)acba,adba,cadba(3个)bI3I2I1aU2+R1R3R2+_U1Cd_返回3电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为零，I1I2I3I44231IIIII=0即或04231IIII1.基尔霍夫电流定律(KCL)【例1.7】返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律I1+I2=I3基尔霍夫电流定律可以扩展到电路的任意闭合面:I1I2I3电路A电路BI2I1=I2I1=?【例1.8】【例1.9】返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律BICIEIECBIII晶体三极管相当是一个大结点。【例1.10】返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律2.基尔霍夫电压定律对于任一回路，沿任意循行方向绕一周，其电位降之和等于电位升之和。或者说,回路中各段电压的代数和恒等于零，即0U回路1：13311UIRIR电位降电位升22332IRIRU电位降电位升回路2：12I3I2I1aU2+R1R3R2+_U1bCd_返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律回路1：013311UIRIR022332IRIRU规定电位降取正号,电位升取负号回路2：12I3I2I1aU2+R1R3R2+_U1bCd_用0U列方程：返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律SabUIRU基尔霍夫电压定律扩展到开口电路：将开口电路假想接一个无穷大的电阻，组成闭合电路，设无穷大电阻两端的电压为。abU【例1.11】返回+_RabUabI+-RSU+_RabI+-SUabU电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律【例1.12】。两点之间的电压试求图中BDBDU解沿着假想的回路ABDA绕行一周，由KVL得，S2BD1UUIRV51491S2BDIRUU电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律思考题【1.1】求图(a)中的电流I和图(b)中的Uab。返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律串联的特点：每个元件流过的电流相等。1.等效电阻R如图(b)21RRR2.分压公式2212212111RRRUIRURRRUIRU＋－UIR1R2＋－－U1U2＋图(a)＋－URI图(b)1.4电路的基本连接方式1.4.1电阻的串联返回电工与电子技术基础第1章电路的基本概念与基本定律3.电阻的分压作用当R1»R2时,0,21UUUR2的分压作用忽略不计。4.电阻串联的应用与负载串联,降压。＋－UIR1R2＋－－U1