电路的作用及基本组成 一、什么是电路？

电路的作用及基本组成一、什么是电路？电路是由用电设备或元器件与供电设备（称为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动的通路。升压变压器升压变压器升压变压器降压变压器电灯电动机电炉发电机输电线例如电力系统输送、分配电能的电路：1.实现电能的传输与转换返回2.实现电信号的传递和处理(去噪、放大等)例如常见的扩音机电路：放大器话筒返回二、电路的组成1、电路的主要组成电源：提供电能或电信号的装置负载：用电设备—消耗电功率“负载增加”——负载消耗电功率增加，即负载电流增加。电源实际输出功率取决于负载。中间环节：输送和分配电能设备，即导线、开关、转换电路控制及保护部分等。总由三部分组成：电源、负载、中间环节例如：手电筒电源：电池负载：小灯泡中间环节：弹簧、开关等负载中间环节电源中间环节负载放大器话筒扬声器信号源（电源）又例如：扩音机电路2、电路模型理想导线：既无电阻性，又无电感性、电容性的导线。电路模型：由理想元件和理想导线组成的电路。电路模型中每个理想元件都可用数学式子来精确定义，因而可以方便地建立起描述电路模型的数学关系式，并用数学方法分析、计算电路，从而掌握电路的特性。例如：手电筒电路的实际元件有干电池、电珠、开关和筒体，电路模型如图所示。理想元件：在一定条件下对实际元件加以理想化，仅仅表征实际元件的主要电磁性质，可以用其电流和电压的数学表达式来表示其性能。负载电源灯泡电池EIRU+_手电筒电路的电路模型常用理想元件和符号电阻元件R电容元件C电感元件L电流源IS电压源US+-色环电阻电阻排电位器电容极性电容电路的激励和响应返回激励：输入（电能或信号）响应：输出（电能或信号）激励与响应以电压电流的形式表现。电路中电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。由激励而在电路中产生的电压和电流称为响应。前缀符号幂阿[托]a10-18飞[母托]f10-15皮[可]p10-12纳[诺]n10-9微μ10-6毫m10-3厘c10-2分d10-1十da10百h102千k103兆M106吉[咖]G109太[拉]T1012表示10的幂的标准前缀补充361mA=10A1μA=10A－－电路的基本物理量31kV=10V1mV=10V1μV=10V－3－61、电路的基本物理量电流——电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。即：i(或I)=dq/dt单位：安培（A）电压——电路中电场强弱的度量，它表示单位正电荷从电路中一点移动到另一点,电场力所作的功，即在移动过程中单位正电荷所失去的电位能。即：u(或U)=dW/dq单位：伏特（V）31kV=10V1mV=10V1μV=10V－3－6电动势电源内部的电源力通过电源内部运送电荷的能力。即：外力驱动正电荷移动的本领。单位：伏特（V）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＋＋－－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。USR+_+_II2、电流和电压的实际方向电压U:从高电位到低电位——电位降的方向。电动势E:从电源的负极到电源的正极——电位升的方向。电源负载＋－ER+_EUSR+_+_EU电源负载＋＋－－UU3、电流和电压的参考方向1）问题的提出：电流、电压既然具有方向性，也就不能单用数值来表示，必须同时标定其方向。但在对复杂电路分析之前显然也不能确定其实际方向。电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR如：2）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。I33）参考方向的三种表示正负号,下标a、b和箭头都是表示电位降低的方向。同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。作为参考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实际联系。但是，为了分析的方便，我们在一个元件上定义两个独立的参考方向是不合适的。因此，通常我们在分析电路时采用所谓关联的参考方向(关联正方向）：即在同一电路元件或电路部分，电压和电流的参考方向采用一致的方向。否则，称为非关联参考方向。4、电流和电压的关联参考方向注意: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。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关联非关联【例1.2】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？解：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。＋－BAUIRIURRIRURab假设:与的正方向一致（关联）RIRU例RIURRIRURab假设:与的正方向相反（非关联）RIRU解SUE因为所以6VSUE62A3SIUIR由于电流的参考方向与实际方向相反，则电源电压的参考方向与实际方向相同。SU,6V,=3SERUI已知电路如图所示。试求电源电压和电流的数值。【例1.1】5、电位及其计算1)电位的概念电位是描述电场的一个标量物理量，是一个相对量，只有定义了参考点，电位才有意义。电位的单位是伏特。2)参考点及其参考电位为了分析方便，在电路中选取一个点为参考点，并设参考点的电位（参考电位）为0伏特。称为“接地”并用接地符号标出。3)电位与电压的关系定义了参考点后，电路中每点都有一个电位值。两点之间的电压实际上就是这两点电位之差，因此，电压也称为“电位差”。反过来看，某点电位实际上就是该点到参考点之间的电压。因此，通常我们并不十分强调电压与电位之间的差别。E1aE2+20Ω+_bd_6A4A10A5Ω6Ω140V90VC则可得出V60abaUVV140cbcUVV90dbdUV从上面的结果可以看出,a、c、d点的电位比b点分别高60V、140V、90V。例在图示电路中,若设为b参考点，即Vb=0,E1aE2+20Ω+_bd_6A4A10A5Ω6Ω140V90VC若设a为参考点，即Va=0,则可得出V60babUVV80cacUVV30dadUV进而有：Vab60600baVVUVdb906030bdVVUVcb1406080bcVVU由此得出结论：E1+_E2+_R1R2R3电位在电路中的表示法R1R2R3+E1-E2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。而电压（两点电位之差）是绝对的，它不随参考点的不同而改变。4)电位的计算计算电路中某点的电位，首先要使该点电位有意义，因此电位计算的过程可分两步进行：（1）在电路中设定参考点一般选则电压源的一端、连接支路最多的结点为参考点。（2）计算各点到参考节点的电压因为某点的电位就是它到参考点的电压，因此，电位的计算可转化为电压的计算。方法：从该点出发，逐点推算。即Vi=∑U例已知：Va=12V,Vb=-10V,求：VcVc=Ucb+Ubo21=(Va–Vb)+Vb21=Uab+Vb21=(12+10)+(-10)=1V或Vc=Uca+Uao21=Uba+Va21=(Vb-Va)+Va21=(-10–12)+12=1VacboRR6、电功率和电能量1)电功率的概念电功率——电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位时间内电路元件消耗的电场能量。2)电功率的符号与单位电路中用P或p表示电功率，按照定义:p(或P)=dW/dtiudtdqdqdWdtdWp在关联参考方向时3）电功率正负的意义aIRUb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，U与I正方向关联，则这部分电路消耗的功率为:WIUP功率有无正负？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=UI0若P=UI0IUab+-根据能量守衡关系P（吸收）=P（发出）IUab+-（即U、I实际方向一致）（即U、I实际方向相反）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。例E、IS哪个是电源？哪个是负载？E：IS、U实际方向相反，（E、IS实际方向相同）。IS:IS、U实际方向相同，是负载。+-E=3VIS=2AU是电源。解：12V(,ABUU因为正值）所以确定、两元件的电压的方向就是实际方向。2A(,ABII因为负值）所以确定、两元件的电流的方向均与实际方向相反。可判断：A元件是电源，B元件是负载。12V,1AUI已知电路如图所示，。试判断A、B元件是电源还是负载？【例1.3】例谁产生功率?产生多少功率?+-EISR40v1A10E:IS、U实际方向一致，P﹥0，是负载。∵US=E+ISR=40+1×10=50﹥0，US、IS反向∴IS是电源产生功率P=USIS=50×1=50WUS消耗功率P=EIS+RIS2=40×1+10×1=50W∴功率守恒4）电能量单位焦耳（J）功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能量为1焦耳工程上常用的电能量单位是千瓦小时（kWh）俗称“度”1度=1kW·h=103×3600J=3.6×106J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。UIRURI电阻的单位:,kΩ,M一、无源元件理想电路元件及其伏安特性1、电阻元件及其伏安特性起阻碍电流作用的元器件称为电阻。伏-安特性iuconstiuRRiu＋－由欧姆定律得出：RG1单位：SR称为电阻，单位：G称为电导，单位：S电阻元件的伏安特性线性电阻非线性电阻RUI注意：用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向。IRUIRUIRURUIRUI——欧姆定律与U、I正方向的关系欧姆定律的几种表示形式0p结论：RuiRiup/22电阻元件是耗能元件，在任何时刻总是消耗功率的。电阻的功率电路基础uqC电容参数：单位电压下存储的电荷单位：F,F,nF,pF符号有极性无极性++++----+q-qui＋－+2、电容元件F10F10F101296,,在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。dtduCdtdqi当Uu(直流)时,0dtdu0i电容在直流电路中相当于断路。uiC+_uqC电容的电流与电压关系：电容是一种储能元件,储存的电场能量为：电容的储能：221CutCuCCuduuidtW）（dtduCi电路基础3、电感元件及其伏安特性电感元件：把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。(t)＝N(t)电路符号L+-ui（单位：H,mH,H）电感参数：单位电流产生的磁链iNL线圈匝数磁通uiL＋－3、电感元件把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。电感的电流与电压关系：dtdiLdtdNe当Ii(直流)时,0dtdi0u所以,在直流电路中电感相当于短路。uei+-+-因为0eudtdiLeu所以电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：电感的储能：221iLLidiuidtWitL）（dtdiLu例1-3AD590是半导体集成两端感温电流源，当某一固定温度时，该器件工作在一定电压下，将输出恒定的电流。其温度与电流的关系为：。电路如图1-11所示，若测温范围-55C°-150C°,问输出电压U0的