1、掌握电路的基本原理及分析方法为学习电子技术打下基础。,学习 电工技术的目的,学习交流电路的基本原理,掌握正确及安全用电方法,培养工作技能。,3 学习电动机的基本原理和控制技术。,4 通过实验, 学习各种实验室常规电子仪器的使用方法, 锻炼电工方面的动手能力。,第1章电路的基本概念与定律,1.1 电路中的物理量 1.2 基尔霍夫定律,1.1 电路中的物理量,电流,电路中的物理量,实际电路,电路模型,电压,电路中物理量的正方向,物理量的正方向:,电路中的物理量,物理量的实际正方向,电路中的物理量,物理量正方向的表示方法,+,_,电路中的物理量,物理量正方向的表示方法,电压的正方向箭头和正负号是等价
2、的,只用其中之一.,电路中的物理量,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 AB?,电流方向 BA?,U1,A,B,R,U2,IR,电路中的物理量,(1) 在解题前先设定一个正方向,作为参考方向;,解决方法,(3) 根据计算结果确定实际方向: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;,电路中的物理量,设定正方向的情况下欧姆定律的写法,I与U的方向一致,U = IR,I与U的方向相反,U = IR,电路中的物理
3、量,关联参考方向,非关联参考方向,设定正方向的情况下电功率的写法,功率的概念:设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I, 则这部分电路消耗的功率为:,电压电流正方向一致,电路中的物理量,关联参考方向,设定正方向的情况下电功率的写法,电压电流正方向相反,P = UI,电路中的物理量,非关联参考方向,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,电路中的物理量,电源的功率,P = UI,P = UI,电压电流方向一致(关联参考方向),电压电流方向不一致(非
4、关联参考方向),电路中的物理量,当 计算的 P 0 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 P 0 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。,电路中的物理量,含源网络的功率,电路中的物理量,电路中的物理量,电压电流正电方向一致(关联参考方向),电压电流正电方向不一致(非关联参考方向),电源有载工作,开关闭合,有载,开关断开,开路,cd短接,短路,电源有载工作、开路与短路,1电压和电流,由欧姆定律可
5、列上图的电流,负载电阻两端电压,电源的外特性曲线,当,R0R时,由上两式得,伏 - 安 特性,线性电阻,非线性电阻,(一) 无源元件,1.2 电路元件,电路元件,2.电感 L:,(单位:H, mH, H),单位电流产生的磁链,电路元件,电感中电流、电压的关系,电路元件,3.电容 C,单位电压下存储的电荷,(单位:F, F, pF),电容符号,有极性,无极性,电路元件,电容上电流、电压的关系,电路元件,无源元件小结,理想元件的特性 (u 与 i 的关系),L,C,R,电路元件,U为直流电压时,以上电路等效为,注意 L、C 在不同电路中的作用,电路元件,1.电压源,(二) 有源元件,有源元件中的两
6、种电源:电压源和电流源。,理想电压源 (恒压源),特点:(1)无论负载电阻如何变化,输出电 压不变(2)电源中的电流由外电路决定,输出功率可以无穷大,电路元件,恒压源中的电流由外电路决定,设: U=10V,当R1 、R2 同时接入时: I=10A,例,电路元件,RS越大 斜率越大,电压源,伏安特性,U = US IRS,当RS = 0 时,电压源模型就变成恒压源模型,由理想电压源串联一个电阻组成,RS称为电源的内阻或输出电阻 根据闭合电路的欧姆定律得,电路元件,理想电流源 (恒流源),特点:(1)输出电流不变,其值恒等于电流源电流 IS;,(2)输出电压由外电路决定。,2. 电流源,电路元件,
7、恒流源两端电压由外电路决定,设: IS=1 A,电路元件,电流源模型,I = IS Uab / RS,由理想电流源并联一个电阻组成,当 内阻RS = 时,电流源模型就变成恒流源模型,电路元件,恒压源与恒流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定, 外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定, 外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变,端电压Uab 可变,电路元件,等效互换公式,Uab = US IRS,电路元件,若 I =,Uab =,则,I,Uab,即电流源与电压源二者对外的 伏安特性曲线一样,Us IRS = IS RS I RS ,电路元件,Uab = U IRS,Ua
8、b ,I,Uab,I,U,Uab= ISRS I RS ,a,a ,b,b,U S = ISRS,RS = RS,对a( a )点:I=I =0 ,Uab =U S= IS RS = Uab ,对b( b )点: Uab = US IbRS =0 I b= U S / RSUab= ISRS I b RS = ISRS Ib RS = ISRS (US / RS ) RS =US (US / RS ) RS = (1RS / RS) U S=0,( 0,Ib ),( 0,Ib ) ),例:电压源与电流源的等效互换举例,5A,IS = Us / RS,电路元件,2,等效变换的注意事项,IS =
9、US / RS RS = RS,电路元件,注意转换前后 US 与 Is 的方向,(2),电路元件,电路元件,(4),进行电路计算时,恒压源串电阻 和恒电流源并电阻两者之间均可等 效变换。RS和 RS不一定是电源内阻。,电路元件,应 用 举 例,电路元件,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,电路元件,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,电路元件,代入数值计算,已知:U1=12V, U3=16V, R1=2, R2=4R3=4, R4=4, R5=5, IS=3A,电路元件,解得:I= 0.2A(负号表示实际方向与假设方向相反),I4 =IS
10、+I=3 +(-0.2)=2.8A,UR4 = I4 R4 =2.84=11.2V,R4=4 IS=3A I= 0.2A,PIS= - 33.6W,电路元件,PIS = - UR4 Is,U4,-,负号表示恒流源 IS 输出功率,计算功率,例,电路元件,1.2 基尔霍夫定律(克希荷夫定律,克氏定律),用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。,名词注释:,基尔霍夫定律,例,支路:共3条,回路:共3个,节点:a、 b(共2个),基尔霍夫定律,例,支路:共 ?条,回路:共 ?个,节点:共 ?个,6条,4个,基尔霍夫定律,7个,(一) 克氏电流定律,对
11、任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说,在任一瞬间,一个节点上电流的代数和为 0。,克氏电流定律的依据:电流的连续性,或:,流入为正 流出为负,基尔霍夫定律,例,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,克氏电流定律的扩展,I=?,广义节点,基尔霍夫定律,例,例,(二) 克氏电压定律,对电路中的任一回路,沿任意循行方向转一周,其电位降等于电位升。或,电压的代数和为 0。,即:,电位降为正 电位升为负,基尔霍夫定律,克氏电 压定律的依据:电位不能突变,对回路#1 :I1R1+ I3R3 = U1,对回路#2: U2 = I2R2+I3R3
12、,对回路#3 : I1R1 + U2 = U1 + I2R2,电位降,电位升,基尔霍夫定律,例,关于独立方程式的讨论,问题的提出:在用克氏电流定律或电压定律列方程时,究竟可以列出多少个独立的方程?,分析以下电路中应列几个电流方程?几个 电压方程?,基尔霍夫定律,克氏电流方程:,节点a:,节点b:,独立方程只有 1 个,克氏电压方程:,独立方程只有 2 个,基尔霍夫定律,设:电路中有N个节点,B个支路,N=2、B=3,小 结,基尔霍夫定律,电位的概念:,(注意:电位为单下标),在电路中任选一点,设其电位为零,用 标, 此点称为参考点。其它各点对参考点的电压, 便是该点的电位。记为:“VX”,电路的分析方法,电位值是相对的,参考点选得不同,电路中其它各点的电位也将随之改变; 电路中两点间的电压值是固定的,不会因参考点的不同而改变。,注意:电位和电压的区别,电路的分析方法,例:求IR,U1,A,B,5,U2,IR,电路中的物理量,15V,30V,10,10,10,10,I1,I2,I3,I4,列写方程式:,回路电压方程,例:求IR,U1,A,B,5,U2,IR,电路中的物理量,15V,30V,10,10,10,10,I1,I2,I3,I4,节点电流方程,