第一章--电路的基本概念和基本定律

课程简介：一、教材吉林大学电工电子技术二、教学内容第一部分电工技术吉林大学电工电子技术第一篇直流电路第二篇交流电路第三篇电机与控制第二部分电子技术第四篇模拟电子电路第五篇数字电子电路吉林大学电工电子技术吉林大学电工电子技术三、学习方法及考核方式1.使用好教材，全面掌握教材结构。2.抓重点，抓规律，善于总结。3.注意理论联系实际，做好作业，重视实验。4.卷面成绩占80-90%，平时成绩占10-20%。Dce.jlu.edu.cn/[e-mail]第一节电路和电路模型第二节电路的基本物理量及其参考方向第三节理想电路元件第四节基尔霍夫定律第五节电路中的电位及其计算第一章电路的基本概念和基本定律吉林大学电工电子技术第一节电路和电路模型一、电路二、电路模型返回吉林大学电工电子技术一、电路为能够实现某种需要，由若干电工元器件按一定方式相互联接起来的组合。1.定义:返回吉林大学电工电子技术电源、负载、中间环节组成吉林大学电工电子技术电源电源：其它形式的能量（信号）电能（电信号）负载负载：电能其它形式的能量。指电流、功率、能量。2.组成:返回中间环节：传递、分配和控制电能的作用中间环节3.作用：（1）实现能量的传输、分配和转换。二、电路模型1.定义：电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的电路图。返回吉林大学电工电子技术（3）信息的存储。（2）实现信号的传递与处理。2.常见的理想电路元件电阻电容电压源电流源返回电感吉林大学电工电子技术3.手电筒的电路模型R0RUS电源中间环节负载电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。返回S吉林大学电工电子技术第二节电路的基本物理量及其参考方向一、电流及其参考方向二、电压及其参考方向三、关联参考方向四、电能和电功率返回吉林大学电工电子技术一、电流1.定义：单位时间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。i=dq/dt大小和方向都不随时间改变的叫直流,用I表示。返回吉林大学电工电子技术大小和方向都随时间改变的叫交流,用i表示。2.单位：1安培（A）=1000毫安(mA)1毫安(mA)=1000微安(μA)3.实际方向：规定正电荷运动的方向。4.参考方向：在分析和计算电路时往往任意选定某一方向作为电流的正方向，也称参考方向。5.电流参考方向的表示方法:abIabIab返回吉林大学电工电子技术电流方向AB？电流方向BA？IRU1ABRU2＋＋(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向和参考方向的关系。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系代数表达式并进行求解，得到代数值；吉林大学电工电子技术返回二、电压1.定义：电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功定义为a、b两点间的电压。大小和方向随时间改变的电压叫交流电压，用u表示6.参考方向与实际方向的关系返回吉林大学电工电子技术u=dw/dq大小和方向不随时间改变的电压叫直流电压，用U表示若计算结果I0参考方向与实际方向一致I0参考方向与实际方向相反3.实际方向：高电位指向低电位。4.参考方向：任意选定某一方向作为电压的正方向，也称参考方向。5.电压参考方向的表示方法:abUabUabab返回吉林大学电工电子技术2.单位:1千伏特(kV)=1000伏(V)1伏(V)＝1000毫伏(mV)1毫伏(mV)＝1000微伏(μV)6.参考方向与实际方向的关系三、关联参考方向若电流和电压的参考方向取得相同，称为关联参考方向，否则称为非关联参考方向。返回吉林大学电工电子技术在规定的参考方向下，若计算结果U0参考方向与实际方向一致U0参考方向与实际方向相反7.电动势与电压的比较KV、V、mV电源内部电位升高方向电动势EKV、V、mV电源外电位降低的方向电压Uuab=dwab/dqeba=dwba/dq2.电功率1）定义:单位时间内电能所做的功称为电功率,简称功率。四、电能和电功率1.电能10ddttWuqu(t)i(t)t返回吉林大学电工电子技术p=dW/dt=uip=uiabIUabIU返回吉林大学电工电子技术电压电流关联参考方向时电压电流非关联参考方向时p=-ui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）功率有正负吉林大学汽车电工电子技术功率平衡：∑P=0返回○○○○a1Ω4Ω－+10VIR1R2E1E2b+－5V返回吉林大学电工电子技术例1、在图示电路中,Uab=5V，I＝2A，求:(1)各个元件的功率;(2)这段电路上的总功率。ABab1122221122225V2A10W5V2A10W10V2A20W21W4W24W16WEERRPUIPEIPEIPRIPRI解:(吸收）(吸收）(吸收）(吸收）（发出）Uab=5V，I＝2A○○○○A1Ω4Ω－+10VIR1R2E1E2B+－5V返回吉林大学电工电子技术第三节理想电路元件一、无源理想元件二、有源理想元件返回吉林大学电工电子技术1.电阻一、无源理想元件吉林大学电工电子技术伏-安特性iuRiuuiuri线性电阻非线性电阻1)电压电流关系返回（常用单位：、k、M）注意：欧姆定律是线性电路的基本定律uRi关联uRiuRi非关联uRiuri2)电阻串联R1U1R2U2＋－＋－I＋－U电流相等12RRR12UUU12121212RRUUUURRRR特点：⑴⑷⑶⑵常用电阻吉林大学电工电子技术返回3)电阻并联电压相等特点：R1R2I＋－UI1I212121212111RRRR//RRRRR12III21121212RRIIIIRRRR⑴⑷⑶⑵吉林大学汽车电工电子技术返回*P总是大于0即P≥0电阻是耗能元件。(一般电阻上电压与电流取关联参考方向。)返回吉林大学电工电子技术3)功率p=ui=iR=u/R22关联非关联p=-ui=iR=u/R222.电感元件1)电感LφiueLLiueL电感L为衡量线圈产生磁场能力的参数，用L=Ψ／i表示，Ψ＝Nφ，其单位为亨利(H)吉林大学电工电子技术返回空心线圈L为常数称为线性电感铁心线圈L不是常数称为非线性电感2)自感电动势3)电压与电流的关系*若i=I，u=0电感对直流相当于短路u=－=LdidteL=dΨdt=LdidteLdφdtN=吉林大学电工电子技术返回常用电感⑷能量P=ui=Lididt*它是一种储能元件不消耗能量0则P0吸收能量电能磁场能0则P0放出能量磁场能电能返回吉林大学电工电子技术WL=∫t0Pdt=t0∫LididtdtWL=12Li2磁场能是逐渐积累不能突变∴电感中的电流不能突变*WL与i2成正比，与u无关，当u＝0WL仍可能存在返回吉林大学电工电子技术3.电容元件⑴电容uiCC(法拉F)=q(库仑)u(伏)1F=106μF1μF=106pFC为常数---线性电容C不是常数---非线性电容返回吉林大学电工电子技术⑵电压与电流关系i=dqdt=CduCdt若uC＝UC则i＝0*电容元件对直流相当于开路⑶能量P=uCi=CuCduCdt0则P0吸收功率电容充电0则P0发出功率电容放电返回吉林大学电工电子技术电容是一种储能元件,不消耗电能WC=∫t0Pdt=CuC212*WC与U成正比，与i无关，当i=0时，WC仍可能存在。2返回吉林大学电工电子技术电场能不能突变∴电容两端的电压不能突变常用电容吉林大学电工电子技术1.电压源返回二、有源理想元件吉林大学电工电子技术特点:(1)输出电压恒定U=US(2)输出电流取决于外电路(3)内阻R0=0伏安特性：USUIR＝1Ω时，U不变，I＝10AR＝10Ω时，U不变，I＝1AR＝100Ω时，U不变，I＝0.1AIUUS⑴恒压源USIU10VR⑵实际电压源USUR0U=US－IR0IUIIR0伏安特性:USIU当R0R时，R0≈0,U=US，实际电压源就变成理想电压源返回吉林大学电工电子技术2.电流源IISU返回吉林大学电工电子技术⑴恒流源伏安特性:UIIS特点:(1)输出电流恒定I=IS(2)输出端电压取决于外电路(3)内阻R0=∞R＝1Ω时，I不变，U＝1VI1ARISR＝10Ω时，I不变，U＝10VR＝100Ω时，I不变，U＝100V⑵实际电流源ISIUR0I=IS－U／R0UIU伏安特性IISU/R0返回吉林大学电工电子技术当R0=∞时，实际电流源就变成理想电流源例1、电路如图，求理想电压源和理想电流源的功率。US1VR1ΩIS1A解:该电路为串联电路各元件的电流均为IS.PUS=US·IS=1WPR=IS2·R=1WPIS=－(PUS+PR)=－2W此时电压源吸收功率(负载)＋－功率平衡：ΣΣP吸=P发U返回吉林大学电工电子技术在电路中起电源作用，但其大小和方向受电路中其它支路的电流或电压控制，这种电源称为受控源。＋－＋－VCVSCCVSVCCSCCCSμu1ri1βi1gu1常见的受控电流源和电压源，如下图3.受控源返回吉林大学电工电子技术电流控制的电流源βIiriIiI0r0电压控制的电压源rir0＋－μuiu0ui返回吉林大学电工电子技术第四节基尔霍夫定律一、基尔霍夫电流定律（KCL)二、基尔霍夫电压定律（KVL)返回吉林大学电工电子技术用来描述电路结构中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括节点电流定律（KCL)和回路电压定律（KVL)两个定律。电路结构几个名词返回吉林大学电工电子技术支路:电路中的每一分支。节点:由三条或三条以上支路的联结点。回路:电路中的任一闭合路径。网孔:电路中不含支路的回路。支路：共3条回路：共3个结点：a、b(共2个）例1：#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1吉林大学电工电子技术返回+abdcef吉林大学电工电子技术例2：返回一、基尔霍夫电流定律(KCL)ab＋－＋－I1I2I3E1E2R1R3R2规定：流入节点的电流取正号,流出节点的电流取负号。返回吉林大学电工电子技术i0123I=II+I=I123I=0I+I-I=0电流定律的依据：电流的连续性1)对于电路中的任一节点，在任一瞬间流入节点的电流之和一定等于流出该节点的电流之和。2)对电路中的任一节点，在任一瞬间，该节点上电流代数和等于零。返回吉林大学电工电子技术任意的封闭面可视为一个节点例I1+I2=I3例I=03)节点电流定律的扩展形式I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义结点例：标出图中未知电流大小。2A－8A3A3Ω4Ω···6A1A5A返回吉林大学电工电子技术例：标出图中未知电流大小。2A－8A3A3Ω4Ω···6A1A5A吉林大学电工技术返回I1I2a＋－＋－R1R2U1U2US1US2U1－US1＋US2－U2=02）在电路中任意回路绕行方向上电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。规定：与绕向一致的电动势和电压降取正号，反之取负号。US1－US2＝I1R1－I2R2返回吉林大学电工电子技术二、基尔霍夫电压定律(KVL)1）在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压降的代数和等于零。规定：参考方向与绕向一致的电压取正号，反之取负号。∑U＝０I1R1－US1＋US2－I2R2＝0∑US＝∑IR吉林大学电工电子技术3)回路电压定律的扩展形式＋－ERUIU+IR=EU=EIR－返回适用于开口电路U开=ΣU注意:上述两定律适用于任何变化的电压和电流。例1、已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16ΩR2=3Ω，R3=9Ω。求：K打开时，Uab=？K闭合时，I3=？1、K打开，I3=0∴UR3=0Uab=E1－E3+E2Uab=(7－14+16)V=9V2、K闭合，Uab=0I3R3=E1－E3+E2I3=(E1－E3+E2)