【學(xué)習(xí)】第1章電路的基本概念與基本定律

1、封面 編輯ppt第1章 電路的基本知識(shí)編輯ppt內(nèi)容電路模型電路模型1電路變量電路變量2電源電源3基爾霍夫定律基爾霍夫定律4編輯ppt電子學(xué)概論應(yīng)用物理應(yīng)用物理應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)編輯ppt電子學(xué)概論編輯pptn電路指為了某種需要由一些電電路指為了某種需要由一些電氣器件按一定方式連接起來的電流氣器件按一定方式連接起來的電流通路。通路。n電氣器件泛指實(shí)際的電路部件，電氣器件泛指實(shí)際的電路部件，如電阻、電容器、電感線圈、晶體如電阻、電容器、電感線圈、晶體管、變壓器等。管、變壓器等。編輯ppt電子學(xué)概論編輯ppt電路的作用電路的作用n實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。例如電力系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)

2、換。例如電力系統(tǒng)。n實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理。如擴(kuò)音機(jī)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理。如擴(kuò)音機(jī)。電路的組成電路的組成電路=電源+中間環(huán)節(jié)+負(fù)載 電池電池?zé)襞轃襞軪IRU+_負(fù)載負(fù)載電源電源電路的組成電路的組成編輯ppt電路的組成電路的組成n電源提供電能或電信號(hào)的設(shè)備；電源提供電能或電信號(hào)的設(shè)備；n負(fù)載用電或者輸出信號(hào)的設(shè)備；負(fù)載用電或者輸出信號(hào)的設(shè)備；n傳輸環(huán)節(jié)用于傳輸電能和電信號(hào)。傳輸環(huán)節(jié)用于傳輸電能和電信號(hào)。n實(shí)際電路實(shí)際電路都是根據(jù)人們的需要將實(shí)際的電路都是根據(jù)人們的需要將實(shí)際的電路元件或器件搭接起來，以完成人們的預(yù)想要元件或器件搭接起來，以完成人們的預(yù)想要求。求。n如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電阻器

3、及電容如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電阻器及電容器等但是，實(shí)際元器件的電磁特性十分復(fù)雜。器等但是，實(shí)際元器件的電磁特性十分復(fù)雜。為便于對(duì)電路的分析和數(shù)學(xué)描述，常將實(shí)際為便于對(duì)電路的分析和數(shù)學(xué)描述，常將實(shí)際元器件理想化（即模型化）元器件理想化（即模型化）n由由理想電路元件理想電路元件組成的電路就是電路的組成的電路就是電路的電路電路模型模型。電路模型電路模型電路與電路模型n實(shí)際電路：n電路模型：導(dǎo)線開關(guān)電池?zé)襞?R0R開關(guān)E干電池電珠S導(dǎo)線開關(guān)電池+R0R開關(guān)E干電池電珠SI電流電流電壓電壓電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)電流概念概念:電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)大小大小:通過某處的電荷量與所通過某處的電荷量

4、與所需時(shí)間之比。需時(shí)間之比。方向方向:正電荷移動(dòng)的方向正電荷移動(dòng)的方向單位單位:安培安培(A)、毫安、毫安(mA) 、 微安微安( A) 直流（直流（DC）、交流（）、交流（AC) abSIab i =dq / dt I = q / t (直流)電流方向電流方向AB？電流方向電流方向BA？U1ABRU2IR問題：為什么要設(shè)參考方向？問題：為什么要設(shè)參考方向？(1) 在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；(2) 根據(jù)參考方向和電路的基本定律，列出物理量間根據(jù)參考方向和電路的基本定律，列出物理量間 相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；(3) 根據(jù)計(jì)

5、算結(jié)果確定實(shí)際方向。根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向。解決方法：解決方法：參考方向：參考方向：分析計(jì)算時(shí)，任意設(shè)定，分析計(jì)算時(shí)，任意設(shè)定，電路中用箭頭表示。電路中用箭頭表示。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù)確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù)確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。元件參考方向?qū)嶋H方向I 0元件參考方向?qū)嶋H方向I 0若若 I = 2A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 2A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRI電 壓n概念

6、：電荷在導(dǎo)體中作定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要受到力的作用。如果這個(gè)力源是電場(chǎng)，則電荷運(yùn)動(dòng)就要消耗電場(chǎng)能量，或者說電場(chǎng)力對(duì)電荷作了功。為衡量電場(chǎng)力對(duì)電荷作功的能力，引入一新的物理量電壓n大?。篴、b兩點(diǎn)間電壓 Uab 在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所作的功。也就是單位正電荷在移動(dòng)過程中所失去的電能。dqdWuab電場(chǎng)力n方向：電壓的方向規(guī)定為由高電位（極性）端指向低電位（極性）端，即為電位降低的方向。n在分析電路之前，可以任意選擇某一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?。?dāng)實(shí)際電壓方向與參考方向一致時(shí)，電壓值為正，反之為負(fù)。n單位：伏特(V) 千伏(kV) 毫伏(mV)電 壓編輯ppt電 動(dòng) 勢(shì)概念：表明單

7、位正電荷在電源力作用概念：表明單位正電荷在電源力作用下轉(zhuǎn)移時(shí)增加的電能。下轉(zhuǎn)移時(shí)增加的電能。(e)方向：電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由電源低方向：電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由電源低電位端指向電源高電位端。（電位升電位端指向電源高電位端。（電位升高的方向）在分析問題時(shí)可設(shè)參考方高的方向）在分析問題時(shí)可設(shè)參考方向。向。單位：電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位相同。為單位：電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位相同。為伏特伏特(V)。編輯ppt電位的概念電位的概念：Ua = +5V a 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：ab1 5Aab1 5AUb = -5V b 點(diǎn)電位：點(diǎn)電位：在電路中任選一點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用在電路中任選一點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)此點(diǎn)稱為

8、參考點(diǎn)c。其它各點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)的電壓，就。其它各點(diǎn)相對(duì)參考點(diǎn)的電壓，就是該點(diǎn)的電位。（則記為：是該點(diǎn)的電位。（則記為：“UX” （注意：電位為單下（注意：電位為單下標(biāo)）。標(biāo)）。 標(biāo)記），標(biāo)記），電位電位編輯ppt 已知已知I2=2A，I3=2A，R1=10，R2=6， Uab=24V，E2=48V， E1=100V，R3=18 。bE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab=24V，求電位，求電位Ua，Uc，Ud，和電壓，和電壓Uab ，Ucd，求電位，求電位Ua，Ub，Ud，和電壓，和電壓Uab ，Ucd例例1：編輯ppt ，Ub=0 結(jié)論：結(jié)論： 參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)電位不同，參考點(diǎn)不同，各

9、點(diǎn)電位不同，但任意兩點(diǎn)間的電位差（即電壓）保持不變。但任意兩點(diǎn)間的電位差（即電壓）保持不變。 ，Uc=0 Uab=24VE1I1R2E2R3I3R1I2abcdUab= Ua-Ub =24V，Ucd=Uc-Ud=40V或或 Ud=-I1R1+E1=60V 或或 Ud=I2R2+E2=60VUd=Udb=Uc=Ucb=則則Ua=Uab= 24V，則則Ua= Uac =Ub= Ubc =Ud= Udc =Uab=Ua-Ub=24V，Ucd=Uc-Ud=40VE1=100VI3R3+Uab=60V-I3R3-I1R1=-76V-E1=-100V-I1R1=-40VI1=4AI2=2AI3=2AR1=

10、10R2=6 R3 =18E1=100VE2=48V編輯ppt電壓是絕對(duì)的：電壓是絕對(duì)的： 電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓是固定的，不電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。電位是相對(duì)的：電位是相對(duì)的： 參考點(diǎn)不同，電路中各點(diǎn)的電位不同；參考點(diǎn)不同，電路中各點(diǎn)的電位不同；編輯ppt電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)的參考方向（電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)的參考方向（P6）n采用參考極性表示（在電路圖上標(biāo)采用參考極性表示（在電路圖上標(biāo)出極性）出極性）n采用箭頭表示采用箭頭表示n采用雙下標(biāo)表示采用雙下標(biāo)表示編輯ppt參考方向需要注意的幾個(gè)問題參考方向需要注意的幾個(gè)問題n電流、電壓的方向

11、是客觀存在的，但很難電流、電壓的方向是客觀存在的，但很難事先判定。參考方向是人為規(guī)定的電流、事先判定。參考方向是人為規(guī)定的電流、電壓數(shù)值為正的方向，在分析問題是需要電壓數(shù)值為正的方向，在分析問題是需要先規(guī)定參考方向。先規(guī)定參考方向。n參考方向一經(jīng)規(guī)定，在整個(gè)分析計(jì)算過程參考方向一經(jīng)規(guī)定，在整個(gè)分析計(jì)算過程中必須以此為準(zhǔn)，不能變動(dòng)。中必須以此為準(zhǔn)，不能變動(dòng)。n不標(biāo)明參考方向而說某電流或某電壓的值不標(biāo)明參考方向而說某電流或某電壓的值為正或負(fù)沒有意義為正或負(fù)沒有意義n參考方向可以任意規(guī)定而不影響計(jì)算結(jié)果。參考方向可以任意規(guī)定而不影響計(jì)算結(jié)果。編輯ppt如圖為如圖為關(guān) 聯(lián) 方 向關(guān) 聯(lián) 方 向定義的定

12、義的電壓和電流電壓和電流n關(guān)聯(lián)方向 當(dāng)當(dāng)a、b兩點(diǎn)間所選擇的電壓參考兩點(diǎn)間所選擇的電壓參考方向由方向由a指向指向b時(shí)，也選擇電流的參考方向經(jīng)電時(shí)，也選擇電流的參考方向經(jīng)電路由路由a指向指向b，這種參考方向的定義方式成為關(guān)，這種參考方向的定義方式成為關(guān)聯(lián)方向。（電流從電壓的正極性流入該元件而聯(lián)方向。（電流從電壓的正極性流入該元件而從它的負(fù)極性端流出）從它的負(fù)極性端流出）abIUabIU電功率（電功率（P）U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：P=UIU、I為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)：P=UI 單位單位: MW, kW, W,mW等等電功率：元件兩端電壓與電流的乘積電功率：元件兩端

13、電壓與電流的乘積電阻在電路中一定消耗功率電阻在電路中一定消耗功率,起負(fù)載作用起負(fù)載作用; 恒壓源或恒流源在電路中可能吸收功率（負(fù)載），恒壓源或恒流源在電路中可能吸收功率（負(fù)載）， 也可能發(fā)出功率（電源）。也可能發(fā)出功率（電源）。編輯ppt（電源與負(fù)載的判別）n根據(jù)實(shí)際方向判：若若U和和I的實(shí)際方向相反，電的實(shí)際方向相反，電流流“+”端流出，則該元件發(fā)生功率，起端流出，則該元件發(fā)生功率，起電源電源作作用；若用；若U和和I的實(shí)際方向相同，電流從的實(shí)際方向相同，電流從“+”端流端流入，取用功率，起入，取用功率，起負(fù)載負(fù)載作用。作用。n根據(jù)參考方向判：參考方向相關(guān)聯(lián)根據(jù)參考方向判：參考方向相關(guān)聯(lián)P=U

14、I或非關(guān)或非關(guān)聯(lián)聯(lián)P=-UI得到的功率為正值，吸收（消耗）功得到的功率為正值，吸收（消耗）功率為負(fù)載；參考方向相關(guān)聯(lián)率為負(fù)載；參考方向相關(guān)聯(lián)P=UI或非關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián)P=-UI得到的功率為負(fù)值，提供（產(chǎn)生）功率為電得到的功率為負(fù)值，提供（產(chǎn)生）功率為電源。源。例例1圖圖1-3中已知中已知U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A試判斷各元件是電源還是負(fù)載，并驗(yàn)證功率平衡試判斷各元件是電源還是負(fù)載，并驗(yàn)證功率平衡元件元件1，3，4 ，5為負(fù)載；元件為負(fù)載；元件2為電源為電源編輯ppt線性電阻元件的歐姆定律線性電阻元件的歐姆定律n電阻

15、元件電阻元件電流、電壓電阻元件是一種最常見的理電流、電壓電阻元件是一種最常見的理想電路元件，它是一個(gè)二端元件。二端元想電路元件，它是一個(gè)二端元件。二端元件的端鈕電流、端鈕間的電壓分別稱為電件的端鈕電流、端鈕間的電壓分別稱為電流、電壓。流、電壓。伏安特性電阻元件的特性可以用元件伏安特性電阻元件的特性可以用元件電壓與元件電流的代數(shù)關(guān)系表示（電壓電電壓與元件電流的代數(shù)關(guān)系表示（電壓電流關(guān)系流關(guān)系VCR）也稱為伏安特性。）也稱為伏安特性。編輯ppt編輯ppt常量)()(tituRPUI22UI RR編輯ppt編輯ppt編輯ppt （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定義：、定義：能獨(dú)立向外電路提供恒

16、定電壓的二端元件。能獨(dú)立向外電路提供恒定電壓的二端元件。編輯ppt編輯ppt設(shè)設(shè): US=10VIUS+_abUab2 R1當(dāng)當(dāng)R1 、R2 同時(shí)接入時(shí)：同時(shí)接入時(shí)： I=10AR22 當(dāng)當(dāng)R1接入時(shí)接入時(shí) ： I=5A則：則：編輯pptR0越大越大斜率越大斜率越大伏安特性伏安特性IUUSUIR0+-USRLU = US IROR0稱為電源的內(nèi)阻稱為電源的內(nèi)阻編輯ppt （有源二端元件）（有源二端元件） 1、定義：、定義：能獨(dú)立向外電路提供恒定電流的二端元件。能獨(dú)立向外電路提供恒定電流的二端元件。編輯ppt編輯pptIUIsR設(shè)設(shè): IS=1 A R=10 時(shí)，時(shí)， U =10 V R=1 時(shí)

17、，時(shí)， U =1 V則則:編輯pptISR0 abUabIIsUabI外特性外特性 R0R0越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / R0編輯ppt 受控源：受控源：依靠其它支路的電流或電壓向外電路提供恒依靠其它支路的電流或電壓向外電路提供恒定電流或電壓的元件。定電流或電壓的元件。編輯ppt1 UU12 UgI1 IrU 12 II編輯ppt電路中的基本物理量編輯ppt電路中的基本物理量支路：共支路：共3條條回路：共回路：共3個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：a、 b (共共2個(gè)）個(gè)）#1#2#3aI1I2U2+_R1R3R2+_I3bU1基爾霍夫定律（克希荷夫定律）基爾霍夫定律（克希荷夫定律） 包括包

18、括電流定律電流定律(KCL)和和電壓定律電壓定律(KVL)兩個(gè)定律。兩個(gè)定律。名詞注釋：名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：支路：電路中每一個(gè)分支電路中每一個(gè)分支回路：回路：電路中任一閉合路徑電路中任一閉合路徑I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-支路：共支路：共 ？條？條回路：共回路：共 ？個(gè)？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)？個(gè)6條條4個(gè)個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)3個(gè)個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)孔就有幾個(gè)獨(dú)立回路有幾個(gè)網(wǎng)孔就有幾個(gè)獨(dú)立回路例例7個(gè)個(gè)編輯ppt設(shè)：電路中有設(shè)：電路中有N個(gè)結(jié)點(diǎn)，個(gè)結(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路個(gè)支路N=2、B=3bR1R

19、2E2E1+-R3+_a小小 結(jié)結(jié)獨(dú)立的獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)電流方程結(jié)點(diǎn)電流方程有有 (N -1) 個(gè)個(gè)獨(dú)立的獨(dú)立的回路（回路（網(wǎng)孔網(wǎng)孔）電壓方程）電壓方程有有 (B -N+1)個(gè)個(gè)則：則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：獨(dú)立電流方程：個(gè)個(gè)獨(dú)立電壓方程：獨(dú)立電壓方程：個(gè)個(gè) 在任一瞬間，流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該在任一瞬間，流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)流出的電流之和?；蛘哒f，在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為 0。 I1I2I3I44231IIII基爾霍夫電流定律的基爾霍夫電流定律的依據(jù)依據(jù)：電流的連續(xù)性：電流的連續(xù)

20、性 I =0即：即：例例或或：04231IIII若流入為正若流入為正則流出為負(fù)則流出為負(fù)1、基爾霍夫電流定律（、基爾霍夫電流定律（KCL）-應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例例I1+I2=I3例例I=0I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)編輯ppt例該圖為直流電橋電路。已知I1=10mA,I2=20mA,I3=15mA,電流的參考方向如圖中箭頭所示。求其余支路的電流。解：從結(jié)點(diǎn)a得I6=I1+I3=25mA 從結(jié)點(diǎn)b得I5=I1-I2=-10mA 從結(jié)點(diǎn)d得I4=I3+I5=5mA 對(duì)電路中的任一回路，沿任意繞行方向轉(zhuǎn)一周，其對(duì)電路中的任一回路，沿任意繞行方向轉(zhuǎn)一周，其電壓的代數(shù)和為電壓的代數(shù)和為 0?；蛘?，?；蛘?，電位降等于電位升電位降等于電位升。例如：例如： 回路回路#1 即：即：0U#1aI1I2US2+-R1R3R2+_I3bUS1對(duì)對(duì)回路回路#2： #2對(duì)對(duì)回路回路#3： #3若電位降為正若電位降為正則電位升為負(fù)則電位升為負(fù)033111RIRIUS033222RIURIS0122211SSUURIRI2、基爾霍夫電壓定律（、基爾霍夫電壓定律（KVL） -應(yīng)用于回路應(yīng)用于回路電壓定