電路的基本概念及電路元件

1、電路的基本概念及電路元件第1頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五緒言第一章 電路的基本概念及電路元件 本章在物理學(xué)的基礎(chǔ)上，主要介紹電路模型的概念、電路中的基本物理量及其參考方向、電路的工作狀態(tài)，還將介紹無源電路元件、有源電路元件及其特性。這些內(nèi)容都是今后分析和計算電路的基礎(chǔ)。第2頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五主要內(nèi)容第一章 電路的基本概念及電路元件返回1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電路的基本物理量1.4 電氣設(shè)備的額定值1.5 電路的工作狀態(tài)1.6 無源電路元件1.7 有源電路元件1.8 電路中電位的概念第3頁，共54頁，2

2、022年，5月20日，7點56分，星期五1.1 電路的組成及其作用第一章 電路的基本概念及電路元件電路的概念： 電路就是電流的通路，是為了某種需要由電氣設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。 電路的種類（很多）： (1) 提供能量的電路 ，如照明及動力系統(tǒng)的供電電路 (2) 傳送和處理信息的信息處理電路，如電話電路、放大器 (3) 測量和轉(zhuǎn)換電量的電路，如萬用表與電橋電路 (4) 存儲與變換信息的電路，如計算機(jī)內(nèi)存與移位寄存器。 實用電路舉例第4頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五實用電路舉例：第一章 電路的基本概念及電路元件 (1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換的電路 發(fā)電機(jī)升

3、壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐.輸電線(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理的電路放大器揚聲器話筒電路的組成無論電路有多復(fù)雜，它都由3部分組成： 電源（或信號源）、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)。第5頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五電路的組成部分：電源: 電路中電能的來源，是 把非電能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。如：蓄電池、干電池、火力電力發(fā)電機(jī)等負(fù)載:即用電設(shè)備。是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用如：連接導(dǎo)線、開關(guān)、測量器件、控制器件保護(hù)器件等發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐.輸電線第一章 電路的基本概念及電路元件第6頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分

4、，星期五電路的組成部分第一章 電路的基本概念及電路元件直流電源直流電源: 提供能源負(fù)載信號源: 提供信息放大器揚聲器話筒 電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等電路模型第7頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五第一章 電路的基本概念及電路元件1. 2 電路模型 為了便于分析和用數(shù)學(xué)模型描述, 一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。+R0R開關(guān)EI電珠+U干電池導(dǎo)線例：手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。 理想電路元件

5、主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢 E 和內(nèi)阻Ro；燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。開關(guān)用來控制電路的通斷。 今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。第8頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五常用理想元件種類：第一章 電路的基本概念及電路元件電荷 q磁通 電壓 u電流 i電阻元件電容元件電感元件憶阻元件返回第9頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五1.3 電路的基本物理量第一章 電路的

6、基本概念及電路元件一.電流 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 電流強(qiáng)度 單位1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A電荷的定向移動形成電流（用電流強(qiáng)度來描述）。電流的方向第10頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五電流的方向及參考方向第一章 電路的基本概念及電路元件 方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向。正電荷流向負(fù)電荷流向電流的真實方向q+q-ab電路中的一條通路 分析電路之前，電流的真實方向一般是未知的，在分析與

7、計算電路時，要假定一個方向-參考方向。 參考方向：任意假定的一個方向。分析電路時用箭頭或雙下標(biāo)來表示。iab 參考方向iab 參考方向iab 0，即iab為正值iab 0 元件吸收正功率， (實際吸收)；P0，則消耗（吸收）電能，表現(xiàn)為負(fù)載。若某元件的PIN，PPN時，叫做“過載”； (設(shè)備易損壞)當(dāng)電路中的iIN，PPN時，叫做“欠載”。 (不經(jīng)濟(jì)) 一般來說電路不能工作在過載狀態(tài)，但短時少量的過載還是可以的，長時過載可能會引起事故的發(fā)生，是絕不允許的。為保證電路安全工作，一般需在電路中接入必要的過載保護(hù)裝置。負(fù)載狀態(tài)續(xù)第27頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五負(fù)載工作狀

8、態(tài)續(xù)第一章 電路的基本概念及電路元件IR0R+ -EU+ -I 電流的大小由負(fù)載決定。 在電源有內(nèi)阻時，I U 。負(fù)載端電壓：U=RI或 U = E IRoUI = EI IRo即：P = PE P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率 電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小的概念: 負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加(電壓一定)。 當(dāng) R00，du/dt0，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。當(dāng)電容放電，u0，du/dt0，則i0，q ，p0，d i/d t0，則u0， p0, 電感吸收功率。當(dāng)電流減小，i0，d i/d t0，則u0，p0, 電感發(fā)出功率。功率 電感能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的

9、能量轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。從t0到 t 電感儲能的變化量： 電感的儲能：與電壓無關(guān)（1）電感的儲能只與當(dāng)時的電流值有關(guān)，電感電流不能躍變，反映了儲能不能躍變；（2）電感儲存的能量一定大于或等于零。電容電感比較第40頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五電容元件與電感元件的比較：第一章 電路的基本概念及電路元件電容 C電感 L變量電流 i磁鏈 關(guān)系式電壓 u 電荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；(2) 若把 u-i，q- ，C-L， i-u互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；

10、(3) C 和 L稱為對偶元件, 、q等稱為對偶元素。* 顯然，R、G也是一對對偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU結(jié)論有源元件之電壓源第41頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五1.7 有源電路元件第一章 電路的基本概念及電路元件 電路符號一. 理想電壓源定義：其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)值與流過 它的電流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)； 與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。 通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。uSui+-US一般電壓源：直流電壓源或恒壓源：理想電壓源兩端的電壓值不

11、隨電流變化，因此，理想電壓源的兩端不能被短路，否則，將流過無窮大電流。常用的電池在正常工作范圍內(nèi)近似為理想電壓源（恒壓源）。使用中不能將其兩個電極短路，否則將損壞。例子實際電壓源第42頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五例1第一章 電路的基本概念及電路元件Ri-+外電路電壓源不能短路！例2+_i+_+_10V5V計算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）返回第43頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五 實際電壓源第一章 電路的基本概念及電路元件 實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。uiOi+_u+_考慮內(nèi)

12、阻伏安特性：一個好的電壓源要求： 理想的電壓源和電流源是不存在的，實際電源不能輸出無窮大的功率。實際電壓源（簡稱電壓源）隨著輸出電流的增大，端電壓將下降，可以用理想電壓源和一個內(nèi)阻RS串聯(lián)來等效。理想電流源第44頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五二. 理想電流源第一章 電路的基本概念及電路元件 若流過二端元件的電流不隨它兩端電壓變化，保持固定的數(shù)值（或變化規(guī)律），稱此元件為理想（獨立）電流源。理想電流源的伏安特性為一條平行于電壓軸的直線。iSuiuiOiS不隨電壓變化電流源電路符號 流過理想電流源的電流值不隨電壓變化，因此，理想電流源的兩端不能被開路，否則，將產(chǎn)生無窮大電

13、壓。(1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān) 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定例子實際電流源第45頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五例子1第一章 電路的基本概念及電路元件外電路電流源不能開路！Ru-+實際電流源的產(chǎn)生可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載 無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。例2計算圖示電路各元件的功率。解釋放吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）+_u+_2A5Vi返回第46頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五實際電流源第一章 電路的基本概念及電路元件 實際電流源也不

14、允許開路。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。考慮內(nèi)阻伏安特性：一個好的電流源要求u+_i 理想的電流源同樣是不存在的。實際電流源（簡稱電流源）可以用理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)來表示，當(dāng)電流源兩端電壓愈大，其輸出的電流就愈小。當(dāng)實際電流源的內(nèi)阻比負(fù)載電阻大得多時，往往可以近似地將其看作是理想電流源。兩種獨立電源的轉(zhuǎn)換第47頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五兩種獨立電源模型的轉(zhuǎn)換第一章 電路的基本概念及電路元件 電壓源模型和電流源模型都是對實際電源的近似，兩種電源模型之間可以互相轉(zhuǎn)換。實際電源+_uiRL電流源模型+_uiRLiSR0電壓源模型+_uiRL+uS_R0ui

15、OuS實際電源特性電位的概念即計算第48頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五1.8 電路中電位的概念及計算第一章 電路的基本概念及電路元件 在電路的分析與計算時，常常要用到電位的概念。電壓是兩點電位之差，它只能說明一點的電位高，另一點的電位低，并不能知道某一點的電位究竟為多少。在很多情況下，我們需要知道某點的電位。電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 通常設(shè) 參考點的電位為零。 電位的計算步驟：（例子） (1) 任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。利用電位簡化電路第49頁，共5

16、4頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五電位計算舉例第一章 電路的基本概念及電路元件 求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：設(shè) a為參考點， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè) b為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 =

17、60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V返回(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變； (2) 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關(guān)。第50頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五借助電位簡化電路 利用電位的概念，還可以簡化電路圖，也可使計算更為簡單。在電子電路中，為簡化電路，一般不畫出直流電源，而只標(biāo)出各點的電位值。bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd+5V5VA20k30kI例：求圖示電路中A點的電位第一章 電路的基本概念及電路元件第51頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五例1: 圖示電路，計算開關(guān)S 斷開和閉合時A點的電位VA第一章 電路的基本概念及電路元件2kA+I12kI26V(b)解: (1)當(dāng)開關(guān)S斷開時(2) 當(dāng)開關(guān)閉合時,電路 如圖（b）電流 I2 = 0，電位 VA = 0V 。電流 I1 = I2 = 0，電位 VA = 6V 。2k+6VA2kSI2I1(a)電流在閉合路徑中流通第52頁，共54頁，2022年，5月20日，7點56分，星期五例2：電路如下圖所示，(1) 零電位參考點在哪里？畫電