电路基础知识第一章--59页--佚名.

电路基础知识本章主要内容本章主要介绍电路的概念，欧姆定律和电路功率；基尔霍夫定律、电阻电路的等效变换、电位的概念等。【引例】门铃外形门铃印刷电路板电路图如何工作的？1.1电路作用与电路模型1.1.1电路的作用与组成电路:电路是由一些电气设备和元件连接而成，并完成某些功能的电器系统。电阻电容运算放大器晶体管光耦器件1.1电路作用与电路模型电动机其他用电设备照明M发电机输电线器压变压降器压变压升电力系统电能的传输与转换话筒扬声器器大放扩音机信号的传递和处理电路的组成：1.电源（信号源）2.负载3.中间转换环节电路的作用：1.1电路作用与电路模型发电机直流电源常用的几种电源装置信号源化学电池1.1.2电路模型1.1电路作用与电路模型手电筒内部电路LRSRSUS电路模型电路模型：为便于对实际电路进行分析,需将实际电路元器件用能够代表其主要电磁特性的理想元件来表示，理想元件就是实际电路元器件的模型。由理想元件所组成的电路称为实际电路的电路模型，简称电路。1.2电路的物理量电路中的基本物理量是电流、电压（电位差）和电位。1.2.1电流、电压和电位的概念1．电流我们闭合电源开关时，照明灯就会发光，电风扇就会转动，这是因为在照明灯、电风扇、中有电流流过。若在电路中接入电流表，电流表就能测出电流的数值。那么什么是电流呢？物理学中定义，电流是正电荷有规则的定向运动。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量。ddqit电流电量物理学中定义，电流是正电荷有规则的定向运动。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量。ddqit电流电量电流的单位:安培（A)361mA10A,1μA10A直流电流交流电流→→Ii1.2电路的物理量2．电压和电位1.2电路的物理量当开关S闭合后，手电筒的小灯泡发光，若将电压表接在小灯泡两端，电压表就有读数，我们称其读数为电压。手电筒的电路模型物理学中定义，电场力将单位正电荷q由电场中的a点通过电源以外的某条路径移动到b点所做的功，就称之为这两点之间的电压。ddwuq电压电功电压的单位:伏特（V)3361kV10V,1mV10V,1μV10V直流电压交流电压Uu物理学中定义，电场力将单位正电荷q由电场中的a点通过电源以外的某条路径移动到b点所做的功，就称之为这两点之间的电压。ddwuq电压电功1.2电路的物理量1.2电路的物理量为了方便比较电场中a点和b点位能的差别，我们引出电位的概念。那么什么叫电位呢？电量q在此规定下，参考点本身的电位为零，即设电场中的某点o为参考点，电场力将单位正电荷q由电场中的a点移动到参考点所做的功，就称为a点的电位，用表示；同理，b点的电位用表示。aoVboV0oV则aoabobVVVV根据电压的定义：a和b两点之间的电位差就是a和b两点之间的电压，即Uab=Va-Vb设电场中的某点o为参考点，电场力将单位正电荷q由电场中的a点移动到参考点所做的功，就称为a点的电位，用表示；同理，b点的电位用表示。aoV在此规定下，参考点本身的电位为零，即boV0oV则aoabobVVVV1.2电路的物理量电压也称之为电位差1.2电路的物理量1.2.2电流和电压的实际方向实际方向：物理中对电量规定的方向。电流I:正电荷运动的方向。电源负载＋＋－－IIUSR+_+_II电流流过电源时，是从电源的负极到正极；电流流过负载时，是从负载的高电位到低电位R+_+_USU电源负载＋＋－－UU1.2电路的物理量电压的实际方向是从器件的高电位到低电位。电流U的实际方向：1.2电路的物理量1.2.3电流和电压的参考方向1.参考方向：在分析电路时，对电量人为规定的方向。2.设参考方向的意义例如:在如下复杂电路中很难判断出中流过电流的实际方向，电流如何求解？3R？II1.2电路的物理量3.解决的方法(1)在解题前先假设一个电流方向，作为参考方向。(2)根据电路的基本定律，列出电压、电流方程。(3)根据计算结果确定电流的实际方向：若计算结果I3为正,则实际方向与参考方向一致；若计算结果I3为负,则实际方向与参考方向相反。I31.2电路的物理量电流：电压：电压参考方向的三种表示1.2电路的物理量正负号,下标a、b和箭头都是表示电位降低的方向。1.2电路的物理量1.2.4电流和电压的关联参考方向关联参考方向：电压与电流的参考方向相同非关联参考方向：电压与电流的参考方向相反1.分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。2.参考方向选定之后，在计算过程中不能改变。【例1.2-1】已知元件A、B的电压、电流参考方向如图所示。试判断A、B元件的电压、电流的参考方向是否关联？A元件的电压、电流参考方向非关联；B元件的电压、电流参考方向关联。＋－BAUI【解】1.2电路的物理量【例1.2-2】已知元件A和B的电压、电流的参考方向如图(a)和(b)所示。当U=10V，I=-1A时，试判断元件A和元件B在电路中起电源作用还是起负载作用。1.2电路的物理量【解】根据电压、电流的实际方向判断元件A和元件B的性质。元件A起电源作用；元件B起负载作用。1.3欧姆定律1.3.1电阻元件常用的电阻元件有线性电阻、非线性电阻及热敏电阻等。线性电阻的阻值是常数，其值由其制作的材料决定。对于长度为l、横截面积为s的均匀介质，其电阻为lRs电阻率1.3欧姆定律R滑动头滑动端子(a)电位器的外型(b)电位器的符号电位器：是电阻值可调的电阻。1.3.2欧姆定律1.3欧姆定律电阻的单位:,kΩ,M流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即可见，当电压U一定时，电阻R越大，电流I越小。则电阻具有阻碍电流增大的性质。U=RIURI1.3欧姆定律电阻元件的伏安特性：线性电阻非线性电阻可见，遵循欧姆定律的电阻是线性电阻，不遵循律的电阻是非线性电阻。1.3欧姆定律【例1.3-1】在图（a)和（b）中，U=10V，R=5Ω，求电流I。【解】在图(a)中，由欧姆定律，得102A5UIR102A5UIR负号表示电流的参考方向与实际方向相反。在图(b)中，由欧姆定律，得1.4电路中的功率当电路和电源接通之后，电源向负载发出电能，负载吸收电能。根据能量守恒定律，若不考虑电源内部和传输导线中的能量损失，那么电源输出的电能就应该等于负载所消耗的电能。功率的定义：在单位时间内，电场力或电源力所做的功。电能的定义：在一段时间内，电场力或电源力所做的功。对于各用户使用的各种电气设备，其用电情况不是用电能计算，而是用功率计算。瞬时功率表达的公式为ddwpt单位：瓦特（W）ddwpt1.4电路中的功率因为ddwuqddqit故瞬时功率又可表示为ddwpuit上式表明：(1)一段电路的功率等于电压与电流的乘积；(2)功率可正可负。0p0p若，表明一段电路吸收功率；，表明一段电路发出功率。1.4电路中的功率在图中，直流电源与负载接通，电源发出功率为P1，负载吸收功率为P2。由能量守恒定律可知，P1=P2在图中的参考方向下，电源的功率为1SPUI负载的功率为222UPUIIRR1.4电路中的功率【解】由于电源的电压与电流的参考方向为非关联参考方向，则【例1.4-1】在图中，已知US=10V，RL=5Ω，计算电源发出的功率与负载吸收的功率。1S101020W5PUI由于负载的电压与电流的参考方向为关联参考方向，则210220WPUI可见，10P即电源发出功率；20P即负载吸收功率。【例1.4-2】已知图(a)和(b)的U=10V，I=-1A，试判断元件A和B是电源还是负载。【解】用计算功率的方法判断元件A和元件B的性质。元件A起电源作用；元件B起负载作用。1.4电路中的功率A10(1)10WPUIB10(1)10WPUI1.4电路中的功率【例1.4-3】为保证负载正常工作，在电路中要接入一个限流电阻。已知接入的限流电阻两端电压UR=20V,流过的电流，IR=100mA。试选择限流电阻的参数。【解】设限流电阻两端电压的参考方向与电流的参考方向相同，根据欧姆定律，有R3R2020010010URI3RRR20100102WPUI选择电阻时，电阻的功率要留有余量，选200W、3W的限流电阻。1.5基尔霍夫定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw，简称KCL）和基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’sVoltageLaw，简称KVL）。基尔霍夫电流定律描述的是各支路电流之间的关系，基尔霍夫电压定律描述的是回路中各段电压之间的关系。1.5.1支路、结点和回路的概念(1)支路：电路中的每一个分支。(2)结点：三条支路或三条以上支路连接的点。(3)回路：由支路组成的闭合电路。此电路3条支路，2个结点，3个回路。123基尔霍夫简介1.5.2基尔霍夫电流定律（KCL）对于电路中的任一结点，任一瞬时流入该结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。在图中，对结点a可以写出123III上式也可写成1230III0IKCL也可这样描述：对于电路中的任一结点，任一瞬时流入或流出该结点电流的代数和为零。若流入结点的电流取正号，那么流出结点的电流就取负号。1.5基尔霍夫定律I1I2I3I44231IIII或04231IIII【例1.5-0】电路某结点如图所示，试列出基尔霍夫电流定律方程。KCL不仅适用于电路中的任一结点，也可推广到包围部分电路的任一闭合面。I1+I2=I3I1I2I3【解】1.5基尔霍夫定律【例1.5-1】在图中，若I1=6A，I3=4A，I4=2A，I7=3A，求I2、I5、I6、I8。根据KCL，得A835532A3342A2467685267345312IIIAIIIIIIIIII1.5基尔霍夫定律【解】1.5.3基尔霍夫电压定律（KVL）对于电路中的任一回路，在任一瞬时沿回路绕行一周，在回路绕行方向上的电位降之和等于电位升之和。1133S1RIRIUS23322URIRI电位降电位升电位降电位升1.5基尔霍夫定律1133S1RIRIUS23322URIRI上两式也可写成S()URI设上两式中的111RIU、333RIU、222RIU，上两式也可写成13S10UUUS2320UUU0U即KVL也可这样描述：对于电路中的任一回路，在任一瞬时沿回路绕行一周，在回路绕行方向上各段电压的代数和恒等于零。若电位降取正号，那么电位升就取负号。1.5基尔霍夫定律KVL不仅适用于闭合回路，也可推广到求解电路中任意两点之间的电压。SUIRUabUS+_RabUab+-将开口电路假想接一个无穷大的电阻，组成闭合电路，设无穷大电阻两端的电压为UabUS+_RabUabI+-R∞1.5基尔霍夫定律由KVL列回路电压方程，即【解】12S1S2RIRIUUS1S2121040.6A10UUIRR然后在a点和b点之间假想有一个其端电压等于Uab的支路，应用KVL，得abS111040.67.6VUURI或ab2S260.647.6VURIU1.5基尔霍夫定律【例1.5-3】在图中，若US1=10V，US2=4A，R1=4Ω，R2=6Ω，求Uab。0电位点常用接地符号表示，如图S1S2121040.6A10UUIRR所以此题也可用电位的概念求abU。设b点为参考点，即b0V。a点的电位就等于a点到参考点之间的电压，即aS111040.67.6VVURIababa7.6VUVVV1.5基尔霍夫定律思考题【1.1】求图(a)中的电流I和图(b)中的Uab。1.6电阻电路的等效变换不论电路结构多么复杂，都可以等效为最基本的连接方式。基本的连接方式为串联、并联、星形连接和三角形连接。本节主要讨论电阻电路的基本连接方式。1.6.1电阻的串