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文檔簡介
1、第1章 電路的基本概念與基本定律,1.1 電路的作用與組成部分,1.2 電路模型,1.3 電壓和電流的參考方向,1.4 歐姆定律,1.5 電源有載工作、開路與短路,1.6 基爾霍夫定律,1.7 電路中電位的概念及計算,1.了解電路的作用與組成部分; 2.了解電路的建模思想; 3.理解電壓與電流參考方向的意義及其與實際 方向的關系; 4. 掌握KCL、KVL的內(nèi)容并能正確應用; 5. 了解電源的有載工作、開路與短路狀態(tài)中, 電壓、電流與功率的特征;理解電功率和額 定值的意義; 6. 會計算電路中各點的電位,熟悉電位的特點。,本章教學要求:,第1章 電路的基本概念與基本定律,本節(jié)的要求:了解電路的
2、作用及組成,電路:電流流通的路徑。,返 回,下一頁,上一頁,下一節(jié),作用之一:實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換,1. 電路的作用,請欣賞例子,強電電路的作用,上一頁,下一頁,電能的輸送和分配,返 回,架空輸電線,上一頁,下一頁,返 回,作用之二:實現(xiàn)信號的傳遞與處理,1. 電路的作用,請欣賞例子,弱電電路的作用,各種檢測儀器,上一頁,下一頁,返 回,2. 電路的組成部分,電源: 提供 電能的裝置,負載: 取用 電能的裝置,中間環(huán)節(jié):傳遞、分 配和控制電能的作用,直流電源: 提供能源,信號處理: 放大、調(diào)諧、檢波等,負載,信號源: 提供信息,2.電路的組成部分,電源或信號源的電壓或電流稱為激勵,它推動
3、電路工作;由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應。,電源、負載和中間環(huán)節(jié),電路的組成是什么?,最簡單電路的組成,返回,下一頁,上一頁,下一節(jié),簡單照明電路,1. 2 電路模型,本節(jié)要求: 了解幾種理想電路元件;了解實際電路的建模思想,電路模型: 實際電路的數(shù)學模型,如何建模?,由理想元件的串、并聯(lián)組成,近似地描述實際電路的電氣特性。,有哪些理想元件?,電阻元件:描述消耗電能的特性,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)?熱能、光能、聲能、機械能等,符號:,電感元件:描述存貯磁場能的特性,符號:,L,R,電容元件:描述存貯電場能量的特性,符號:,理想電壓源:描述提供一定的電壓的特性,符號:,理想電流源:描述提供一定的電流的 特
4、性,符號:,還有許多其它的理想元件, 以后慢慢學吧!,建模思想是科研中一種很 重要的思維方法,請欣賞實際電路建模例!,手電筒電路模型,(a) 實際電路 (b) 電路模型,(b),干電池提供電壓,干電池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?燈泡把電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能,晶體管放大電路 (a)實際電路 (b)電路模型,(b),信號源,晶體管,電池(忽略內(nèi)阻),變壓器,揚聲器,電阻器,根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求,應當用不同的電路模型描述同一實際電路?,F(xiàn)在以線圈為例加以說明。,線圈的幾種電路模型 (a)線圈的圖形符號 (b)線圈通過低頻交流的模型 (c)線圈通過高頻交流的模型,記住啰,很有用啰!,
5、線圈內(nèi)阻,存貯磁場能,匝間電容 效應,鄭重聲明:本課程介紹 電路模型(簡 稱電路)的分 析計算,請欣賞一些元器件 實物!,低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),常用的干電池和可充電電池,1.3 電壓和電流的參考方向,本節(jié)的要求:理解電壓與電流參考方向的 意義及其與實際方向關系,本節(jié)很重要,別打瞌睡啰!,電路中對基本物理量規(guī)定的方向,1. 電路基本物理量的實際方向,(2) 參考方向的表示方法,電流:,電壓:,(1) 參考方向,在分析與計算電路時,對電壓、電流任意假定的方向。,2. 電路基本物理量的參考方向,實際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值; 實際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負值。,(
6、3) 實際方向與參考方向的關系,務必集中2分鐘的精力,注意:在參考方向選定后,電流 ( 或電壓 ) 值才有 正負之分。,若 I = 5A,則電流從 a 流向 b;,例:,若 I = 5A,則電流從 b 流向 a 。,若 U = 5V,則電壓的實際方向從 a 指向 b;,若 U= 5V,則電壓的實際方向從 b 指向 a 。,每個二端元件,電壓、電流的參考 方向應如何???,理論上,愛咋樣取,就咋樣取。,不過,有大家習慣的取法。 FOLLOW ME,對于二端元件而言,電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式,如圖下所示。,習慣的取法:取關聯(lián)參考方向,技巧:求解電路時,若事先并不知某 元件上
7、電流、電壓的實際方向 時,就取參考方向,通過計算 結(jié)果就知啦!你知嗎?,1.4 歐姆定律,本節(jié)的要求:復習歐姆定律內(nèi)容; 注意歐姆定律的公式 表達。,歐姆定律:流過電阻元件的電流與 其兩端的電壓成正比, 與其阻值成反比。,初中就學過啦,不必啰嗦了!,U、I 參考方向相同時,,U、I 參考方向相反時,,表達式中有兩套正負號: 式前的正負號由U、I 參考方向的關系確定;, U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考 方向之間的關系。,通常取 U、I 參考方向相同。,U = I R,U = IR,公式表達:,請集中3分鐘精神!,解:對圖(a)有, U = IR,例:應用歐姆定律對下圖電路列出式子,并求
8、電阻R。,對圖(b)有, U = IR,二端元件或單口網(wǎng)絡端電壓與電流的關系稱為伏安特性。,線性電阻、非線性電阻的概念:,線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。,1.5 電源有載工作、開路與短路,本節(jié)的要求:了解電源的有載工 作、開路與短路狀 態(tài)中,電壓、電流 與功率的特征; 理解電功率和額定 值的意義。,狀態(tài):開關閉合,接通電源與負載,負載端電壓(電源端電壓):,U = IR,特征:,1. 電源有載工作,電流的大小由負載決定。,或 U = E IR0,電流的特征,電壓的特征,電源端電壓:,在電源有內(nèi)阻時,I U 。,U = E IR0,當 R0R 時,則U E ,表明當負載變化時,電源的端電
9、壓變化不大,即帶負載能力強。,電源端電壓的特征,UI = EI IRo,P = PE P,負載 取用 功率,電源 產(chǎn)生 功率,內(nèi)阻 消耗 功率,負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定),等效電阻減小。,U = E IR0,電路功率的特征,為什么?,負載并聯(lián)也!,電源與負載的判別, 根據(jù) U、I 的實際方向判別,電源:U、I 實際方向相反,即電流從“+”端流出 (發(fā)出功率);,負載:U、I 實際方向相同,即電流從“-”端流出 (吸收功率)。,請集中4分鐘的精神!,I,R,+,-,US,U,+,-,I,都是實際方向,由此可得:,電源與負載的判別,U、I 參考方向不同,P =
10、 UI 0,電源; P = UI 0,負載。,U、I 參考方向相同,P =UI 0,負載; P = UI 0,電源。, 根據(jù) U、I 的參考方向判別,還有2分鐘!,U,I,可以證明:,例1-1 在圖示電路中,已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。試求:(1) 各二端元件吸收的功率; (2) 整個電路吸收的功率。,例11,例1-1 在圖圖示電路中,已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V, U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4
11、=-1A, I5=-3A。,整個電路吸收的功率為,解:各二端元件吸收的功率為,電氣設備的額定值,額定值: 電氣設備在正常運行時的規(guī)定使用值,電氣設備的三種運行狀態(tài),欠載(輕載): I IN ,P PN (不經(jīng)濟),過載(超載): I IN ,P PN (設備易損壞),額定工作狀態(tài): I = IN ,P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠),特征:,狀態(tài):開關 斷開,2. 電源開路,I = 0,電源端電壓 ( 開路電壓 ),U = U0 = E,P =PE=P=0, 開路處的電流等于零,I = 0 開路處的電壓 U 視電路情況而定。,電路中某處斷開時的特征:,功率的特征,電壓的特征,電流的特征,狀態(tài):
12、電源外部端子被短接,3. 電源短路, 短路處的電壓等于零,U = 0 短路處的電流 I 視電路情況而定。,電路中某處短路時的特征:,電流的特征,電壓的特征,功率的特征,1. 6 基爾霍夫定律,本節(jié)的要求:掌握KCL、KVL的內(nèi)容; 能熟練地列寫KCL、KVL 方程,本節(jié)是本章的重點!,支路:電路中的每一個分支。 一條支路流過同一個電流,稱為支路電流。,結(jié)點:三條或三條以上支路的聯(lián)接點。,回路:由支路組成的閉合路徑。,網(wǎng)孔:內(nèi)部不含支路(中空)的回路。,介紹幾個名詞,支路:ab、bc、ca、 (共6條),下面可是一個很好的例子,莫錯過啰!,幾條支路?,幾個結(jié)點?,結(jié)點:a、 b、c、d (共4個
13、),回路:abda、abca、 adbca (共7 個),網(wǎng)孔:abd、 abc、bcd (共3 個),幾個回路?,幾個回路?,數(shù)一數(shù)圖示電路的支路、結(jié)點、回路和網(wǎng)孔數(shù)。,重點開始啦!,1. 基爾霍夫電流定律(KCL),定律的內(nèi)容:,即: 入= 出,敘述法之一:在任一瞬間,流進任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。,一般地: = 0,例:對于結(jié)點 a,有:,I1+I2 = I3,或 :I1+I2I3= 0,1. 基爾霍夫電流定律(KCL),定律的內(nèi)容:,一般地: = 0,敘述法之二:在任一瞬間,流進(或流出)任一結(jié)點的電流代數(shù)和為零。,一般地: 流進結(jié)點: + 流出結(jié)點:,均為:參考方向,1.
14、基爾霍夫電流定律(KCL),KCL的實質(zhì): 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。,KCL:約束了電路中任一結(jié)點各支路間的電流,電流定律可以推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。,KCL的推廣應用:,I =?,例:,廣義結(jié)點,I = 0,IA + IB + IC = 0,這些電流: 有的為正; 有的為負,2. 基爾霍夫電壓定律(KVL),定律的內(nèi)容:,即: U = 0,敘述法之一: 在任一瞬間,從回路中任一點出發(fā),沿回路繞行一周,則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。,對回路1:,對回路2:,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I
15、2 R2+I3 R3 E2 = 0,即: 電位升= 電位降,即: U = 0,敘述方法之二:在任一瞬間,沿任一回路繞行方向,回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,2. 基爾霍夫電壓定律(KVL),定律的內(nèi)容, U = 0,一般地: 電位降: + 電位升:,KVL:約束了電路中任一回路各元件間 的電壓,電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2, U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0,開口電壓可按回路處理,對回路1:,KCL的推廣應用,本重點講解大約需要0.9分鐘! 堅持就是勝利!,重點結(jié)束啦!,各位辛苦了!,你現(xiàn)在打瞌睡,我沒意見啦!,請欣賞例題,例1:,對網(wǎng)孔abda:,對網(wǎng)孔a
16、cba:,對網(wǎng)孔bcdb:,R6,I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0,I4 R4 + I3 R3 E = 0,對回路 adbca,沿逆時針方向循行:, I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0,應用 U = 0列方程,對回路 cadc,沿逆時針方向循行:, I2 R2 I1 R1 + E = 0,例2:如對圖示電路的三個回路,沿順時針方向繞行回路一周,寫出的KVL方程。,1,2,3,1.7 電路中電位的概念及計算,本節(jié)的要求:熟悉電位的概念; 會進行電位計算; 熟悉電位的特點; 熟悉電路的簡化 畫法,電位:電路中某點至
17、參考點的電壓,記為“VX” 。 通常設參考點的電位為零。,1. 電位的概念,某點電位為正,說明該點電位比參考點高; 某點電位為負,說明該點電位比參考點低。,電壓與電位的關系:,a、b之間的電壓,a點電位,b點電位,你們的師兄、師姐經(jīng)常在此犯錯誤!,注意: 說某點電位的大小,一定要指 明參考點; 某點有電位,但一點沒有電壓, 兩點之間才有電壓,你可記住了?,電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一點為參考點,設其電位為零; (2) 標出各電流、電壓參考方向并計算; (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位,請欣賞例子, 并注意歸納總結(jié),下面的重點內(nèi)容講解大約需要3分鐘,例1:求圖示電路中各
18、點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解: 設 a為參考點, 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,設 b為參考點,即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,從上述計算,你能歸納出 出什么結(jié)論?,(1) 電位值是相對的,和參考點有關,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,和參考點無 關,不會因參考點的不同而變;,結(jié)論:,你也歸納出了上述的結(jié)論嗎?,(3) 電路中兩點間的電壓值是固定的,和計算路徑 無關。,電路的簡化畫法,省略電源, 交代電位,例2: 圖示電路,計算開關S 斷開和閉合時A點 的電位VA,解: (1)當開關S斷開時,如圖(a),(2) 當開關閉合時,電路如圖(b),電流 I2 = 0, 電位 V
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