电工学-电子技术(-第七版-秦增煌)课件-第1章

下一页总目录章目录返回上一页第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算下一页总目录章目录返回上一页本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；4.会计算电路中各点的电位。第1章电路的基本概念与基本定律下一页总目录章目录返回上一页1.1电路的作用与组成部分(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用电路是电流的通路，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。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线下一页总目录章目录返回上一页2.电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线下一页总目录章目录返回上一页直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。下一页总目录章目录返回上一页电路的组成：电源，负载和中间环节电源：将非电能转换成电能的装置，例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置例如：电动机、电炉、灯中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。例如：输电线路下一页总目录章目录返回上一页简单电路：S电源中间环节负载E下一页总目录章目录返回上一页复杂电路：下一页总目录章目录返回上一页下一页总目录章目录返回上一页发电机电灯电动机电炉升压变压器降压变压器输电线电源中间环节负载下一页总目录章目录返回上一页我们常将具有一定功能的电路视为一个系统。对一个系统而言，电源（或信号源）的作用称为激励，由激励引起的结果（如某个元件上的电流、电压）称为响应。激励和响应的关系就是作用和结果的关系，往往对应着输入与输出的关系。下一页总目录章目录返回上一页分析“电路”问题的核心点•任何电路，都是在电动势、电压或电流的作用下进行工作的，对于电路的分析和计算就是要讨论电压、电动势和电流状态以及它们之间的关系。即讨论响应的状态及与激励的关系下一页总目录章目录返回上一页1.2电路模型（circuitmodel)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。实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等，但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化）下一页总目录章目录返回上一页实际电路实际器件（电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、集成电路等）电路模型抽象近似理想电路元件（电阻元件、电容元件、电感元件、电源、理想运放等）器件建模：1.保留主要电磁特性2.一个器件可由多个元件模型表示电路的建模过程下一页总目录章目录返回上一页理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。下一页总目录章目录返回上一页手电筒的电路模型例：手电筒R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。下一页总目录章目录返回上一页手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。下一页总目录章目录返回上一页电路与电路模型•实际电路：•电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线开关电池+R0R开关E干电池电珠SI下一页总目录章目录返回上一页电阻(resistance)R电感(inductance)L电容(capacitance)C电压源(voltagesource)电流源(currentsource)Is常用理想元件如下：E下一页总目录章目录返回上一页电路的基本物理量1.电流(current)概念:电荷有规则的定向运动大小:单位时间通过导体横截面的电荷量方向:正电荷移动的方向单位:安培(A)毫安(mA)微安(A)abSIabi=dq/dtI=q/t(直流)下一页总目录章目录返回上一页2.电压(voltage)ab两点间的电压Uab在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功。abEbaIUabUab=Va-Vb单位：伏特(V)千伏(kV)毫伏(mV)下一页总目录章目录返回上一页3.电位（electricpotential)电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压，数值上等于电场力把单位正电荷从该点移到参考点所做的功。参考点用或表示。Va=Uao下一页总目录章目录返回上一页4.电动势（electromotiveforce)abEbaIUab电源的电动势Eba在数值上等于电场力把单位正电荷从电源的低电位端b经电源内部移到高电位端a所做的功。单位：电动势与电压的单位相同。为伏特(V)下一页总目录章目录返回上一页1.3电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压U(电位降低的方向)高电位低电位单位kA、A、mA、μA低电位高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV下一页总目录章目录返回上一页电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：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？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR下一页总目录章目录返回上一页解决方法(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(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；下一页总目录章目录返回上一页(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压：(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。Iab双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRI正负极性+–abUU+_下一页总目录章目录返回上一页实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。(3)实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU+–若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。下一页总目录章目录返回上一页参考方向：人为规定的方向。关联的参考方向：U=IR非关联的参考方向：U=-IRUIUI下一页总目录章目录返回上一页abaaabbbII+-+-+--UU+实际方向实际方向实际极性实际极性I0I0U0U0(a)(b)(c)(d)下一页总目录章目录返回上一页例：如图，设I=1A,则Iab=?(1)+1A(2)-1AabRI下一页总目录章目录返回上一页1.4欧姆定律U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同。U=IRU=–IR下一页总目录章目录返回上一页解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRΩ326:IUR所以Ω326:IUR所以RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A下一页总目录章目录返回上一页电路端电压与电流的关系称为伏安特性。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。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：常数即：IUR线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。下一页总目录章目录返回上一页1.5电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载RREI0负载端电压U=IR特征:1.5.1电源有载工作IR0REUI①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0电源的外特性EUI0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。下一页总目录章目录返回上一页开关闭合,接通电源与负载。RREI0负载端电压U=IR特征:1.5.1电源有载工作①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IRoUI=EI–I²RoP=PE–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0REUI下一页总目录章目录返回上一页电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI0，电源；P=UI0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。1.根据U、I的实际方向判别2.根据U、I的参考方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。下一页总目录章目录返回上一页规定正方向的情况下电功率的写法IUP如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb下一页总目录章目录返回上一页规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=–UI功率有正负？下一页总目录章目录返回上一页吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0输出功率（起电源作用）若P0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负下一页总目录章目录返回上一页电源与负载的判别:关联的参考方向：P=UI非关联的参考方向：P=-UI若P0表明元件是吸收功率是负载若P0表明元件是发出功率是电源下一页总目录章目录返回上一页含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=–UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络下一页总目录章目录返回上一页当计算的P0时,则说明U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结论在进行功率计算时，如果假设U、I正方向一致。当计算的P0时,则说明U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。下一页总目录章目录返回上一页例1：已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？UI+-(a)UI+-(b)UI-+(c)UI-+(d)解：(a)电流从“+”流出，故为电源；(b)电流从“+”流入，故为负载；(c)电流从“+”流入，故为负载；(d)电流从“+”流出，故为电源。下一页总目录章目录返回上一页例2：已知：U1=9V，I=-1A，R=3Ω求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证电路功率是否平衡？解：I1RU1U22因为U2=-RI+U1=12V所以电流从元件1的“+”流入，从元件2的“+”流出，故元件1为负载，元件2为电源。电源产生功率：P2=︱U2I︱=12W负载取用功率：P1+PR=︱U1I︱+RI2=9+3=12W因为P2=P1+PR，所以电路的功率平衡。下一页总目录章目录返回上一页电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：IIN，PPN(不