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初级电工理论知识电路的基本概念和基本定律第一章电路的基本概念1.1.1电路中的物理量1.1.2电路元件电路的基本定律1.2.1欧姆定律1.2.2克希荷夫定律§1.1§1.2§1.1电路的基本概念1.1.1电路的物理量1.1.2电路元件(一)无源元件(二)有源元件1.1.1电路的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_负载电源电路中物理量的正方向物理量的正方向:实际正方向假设正方向实际正方向:物理中对电量规定的方向。假设正方向(参考正方向):在分析计算时,对电量人为规定的方向。物理量的实际正方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA正电荷移动的方向电动势EV、kV、mV、μV电源驱动正电荷的方向(低电位高电位)电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向(高电位低电位)物理量正方向的表示方法电池灯泡IRUabE+_abu_+正负号abUab(高电位在前,低电位在后)双下标箭头uab电压+-IR电流:从高电位指向低电位。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?E1ABRE2IR(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;例已知:E=2V,R=1Ω问:当U分别为3V和1V时,IR=?EIRRURabU解:(1)假定电路中物理量的正方向如图所示;(2)列电路方程:EUURREURUIRREUUR(3)数值计算A1121V1A112-33VRRIUIU(实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向相反)REUIREIRRURabU(4)为了避免列方程时出错,习惯上把I与U的方向按相同方向假设。(1)方程式U/I=R仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的,而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中,注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向),然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示RIURRIRURab假设:与的方向一致RU例RIRU假设:与的方向相反RIURRIRURab电功率aIRUb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:WIUP功率有无正负?如果UI方向不一致结果如何?在U、I正方向选择一致的前提下,IRUab或IRUab“吸收功率”(负载)“发出功率”(电源)若P=UI0若P=UI0IUab+-根据能量守衡关系P(吸收)=P(发出)当计算的P0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P0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。伏-安特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻非线性电阻(一)无源元件1.电阻R(常用单位:、k、M)1.1.2电路元件2.电感L:ui(单位:H,mH,H)单位电流产生的磁链iNL线圈匝数磁通电感中电流、电压的关系dtdiLdtdNeueidtdiLeu当Ii(直流)时,0dtdi0u所以,在直流电路中电感相当于短路.lSNL2线圈面积线圈长度导磁率电感和结构参数的关系线性电感:L=Const(如:空心电感不变)非线性电感:L=Const(如:铁心电感不为常数)uei电感是一种储能元件,储存的磁场能量为:电感的储能20021iLLidiuidtWitL)(dtdiLu3.电容CuqC单位电压下存储的电荷(单位:F,F,pF)++++----+q-qui电容符号有极性无极性+_dtduCdtdqi电容上电流、电压的关系uqC当Uu(直流)时,0dtdu0i所以,在直流电路中电容相当于断路.uiCdsC极板面积板间距离介电常数电容和结构参数的关系线性电容:C=Const(不变)非线性电容:C=Const(不为常数)uiC20021uccuduuidtWcut电容的储能电容是一种储能元件,储存的电场能量为:)(dtduCdtdqi无源元件小结理想元件的特性(u与i的关系)LCRiRudtdiLudtduCi实际元件的特性可以用若干理想元件来表示例:电感线圈L:电感量R:导线电阻C:线间分布电容参数的影响和电路的工作条件有关。UR1R2LCR1UR2U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1.电压源伏安特性电压源模型oIREUIUEUIRO+-ERo越大斜率越大(二)有源元件主要讲有源元件中的两种电源:电压源和电流源。理想电压源(恒压源):RO=0时的电压源.特点:(1)输出电压不变,其值恒等于电动势。即UabE;(2)电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE恒压源中的电流由外电路决定设:E=10VIE+_abUab2R1当R1R2同时接入时:I=10AR22例当R1接入时:I=5A则:REI恒压源特性中不变的是:_____________E恒压源特性中变化的是:_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化,或者是_______的变化。大小方向+_I恒压源特性小结EUababR2.电流源ISROabUabIoabSRUIIIsUabI外特性电流源模型RORO越大特性越陡理想电流源(恒流源):RO=时的电流源.特点:(1)输出电流不变,其值恒等于电流源电流IS;abIUabIsIUabIS伏安特性(2)输出电压由外电路决定。恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AR=10时,U=10VR=1时,U=1V则:例恒流源特性小结恒流源特性中不变的是:_____________Is恒流源特性中变化的是:_____________Uab_________________会引起Uab的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化,或者是_______的变化。大小方向RIUsab理想恒流源两端可否被短路?abIUabIsR恒流源举例IcIbUcebcII当Ib确定后,Ic就基本确定了。在IC基本恒定的范围内,Ic可视为恒流源(电路元件的抽象)。cebIb+-E+-晶体三极管UceIc电压源中的电流如何决定?电流源两端的电压等于多少?例IER_+abUab=?Is原则:Is不能变,E不能变。EIRUab电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量E+_abIUabUab=E(常数)Uab的大小、方向均为恒定,外电路负载对Uab无影响。IabUabIsI=Is(常数)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-----I的大小、方向均由外电路决定端电压Uab可变-----Uab的大小、方向均由外电路决定3.两种电源的等效互换等效互换的条件:对外的电压电流相等。I=I'Uab=Uab'即:IRO+-EbaUabISabUab'I'RO'等效互换公式oabRIEUIRO+-EbaUab'RI''RI'RI'I'UoososabISabUab'I'RO'则oRIE'RI''RIoos'RIEos'RRooI=I'Uab=Uab'若ooosRRREI''RR'RIEooosaE+-bIUabRO电压源电流源Uab'RO'IsabI'等效变换的注意事项“等效”是指“对外”等效(等效互换前后对外伏--安特性一致),对内不等效。(1)LR时例如:IsaRO'bUab'I'RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO'中则消耗能量0IIEUUabab对内不等效对外等效注意转换前后E与Is的方向(2)aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'(3)恒压源和恒流源不能等效互换abI'Uab'IsaE+-bI0EREIoS(不存在)(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。RO和RO'不一定是电源内阻。111REI333REIR1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?(接上页)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I454RRREEIdd+RdEd+R4E4R5I--(接上页)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I34432132131////////RIERRRRRRRIIESdd10V+-2A2I讨论题?IA32410A72210A5210III哪个答案对???+-10V+-4V21.2.1欧姆定律1.2.2克希荷夫定律(一)克氏电流定律(二)克氏电压定律电路的基本定律§1.2RUI注意:用欧姆定律列方程时,一定要在图中标明正方向。IRUIRUIRURUIRUI欧姆定律1.2.1广义欧姆定律(支路中含有电动势时的欧姆定律)EIRUabREUIab当UabE时,I0表明方向与图中假设方向一致当UabE时,I0表明方向与图中假设方向相反E+_baIUabR1.2.2克希荷夫氏定律(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,其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。名词注释:节点:三个或三个以上支路的联结点支路:电路中每一个分支回路:电路中任一闭合路径支路:ab、ad、…...(共6条)回路:abda、bcdb、…...(共7个)节点:a、b、…...(共4个)例I3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I4(一)克氏电流定律对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说,在任一瞬间,一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I44231IIII克氏电流定律的依据:电流的连续性I=0即:例或:04231IIII电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R(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,其电位升等于电位降。或,电压的代数和为0。例如:回路a-d-c-a33435544RIEERIRI电位升电位降即:0U或:033435544RIEERIRII3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I4RIUEab电位升电位降E+_RabUabI克氏电压定律也适合开口电路。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?例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程?几个电压方程?克氏电流方程:节点a:节点b:321III213III独立方程只有1个克氏电压方程:#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有2个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1设:电路中有N个节点,B个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小结独立的节点电流方程有(N-1)个独立的回路电压方程有(B-N+1)个则:(一般为网孔个数)独立电流方程:1个独立电压方程:2个讨论题A11433I求:I1、I2、I3能否很快说出结果1++--3V4V11+-5VI1I2I3A615432I
本文标题:初级电工理论知识
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