1章 直流电路 电路与电子技术

2019年8月3日星期六1第1章直流电路1.1电路的作用与组成1.2电路元件和电路模型1.3简单电路的分析和及物理量介绍1.4电气设备的额定值和电路的工作状态1.5基尔霍夫定律1.6支路电流法1.7叠加定理1.8等效电源定理2019年8月3日星期六2简捷版第1章直流电路•一、记住基本概念：a、电流、电压的参考方向；b、功率的计算及判断元件的作用；c、基尔霍夫定律—列方程;d、电位的计算。•二、分析简单的电路：计算电压、电流、功率：用A、等效变换法；B、支路电流法；C、结点电压法；D、叠加定理；E、戴维宁定理。2019年8月3日星期六31.1电路的作用及组成(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2019年8月3日星期六42.电路的组成部分电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2019年8月3日星期六5直流电源直流电源:提供能源负载信号源:提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理：放大、调谐、检波等2019年8月3日星期六61.2电路元件与电路模型1.2.1理想电路元件1.为了便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想元件。由一些理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。2019年8月3日星期六7电池灯泡EIRU+_电源负载中间环节R0实际电路电路模型2.理想无源元件主要有：电阻元件、电感元件、电容元件等。2019年8月3日星期六8(1)理想电压源（恒压源）IUs+_abUab伏安特性IUabUs特点：(1）无论负载如何变化，输出电压不变（2）电源中的电流由外电路决定3.理想电源元件2019年8月3日星期六9恒压源中的电流由外电路决定设:Us=10VIUs+_abUab2R1当R1、R2同时接入时：I=10AR22例当R1接入时：I=5A则：2019年8月3日星期六10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。(2)理想电流源（恒流源)2019年8月3日星期六11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2019年8月3日星期六12恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量Us+_abIUabUab=Us（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2019年8月3日星期六13例(1)(2)1A电流源两端的电压及功率。解(1)由于5Ω电阻与1A电流源相串，因此流过5Ω电阻的电流就是1A而与2V电压源无关，即Ｕ１=5×1=5V(2)1A电流源两端的电压包括5Ω电阻上的电压和2V电压源，因此U1=U+2=5+2=7VP=1×7=7W(提供)＋－1AUU1＋－＋－2V5Ω2019年8月3日星期六14R0越大斜率越大伏安特性IUUsUIR0+-UsRLU=Us–IR0R0称为电源的内阻或输出电阻1.2.2实际电源及其等效变换1.实际电压源2019年8月3日星期六15理想电压源（恒压源）IE+_abUab伏安特性IUabE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当R0=0时，电压源模型就变成恒压源模型2019年8月3日星期六16•两边同除以R0•有U／R0=Us／R0－IR0／R0•IS=U／R0+I•空载时：I=O；U0=ISR0•短路时：U=O；IS=Us／R02.实际电流源UIR0+-UsRLU=Us–IR0ISR0abUIRL电压源模型电流源模型由实际电压源模型可导出实际电流源模型：2019年8月3日星期六17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。当R0=∞时的电流源，称为理想电流源（恒流源)2019年8月3日星期六18等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。即当接有同样的负载时，负载的电压电流相等。U=Us–R0I等效的条件:IS=Us/R0,R0相同IR0+U_ISI+_UsR0+U_I＝Us/R0-U/R0=IS–U/R0等效是对外电路而言的：3.两种实际电源模型的等效变换2019年8月3日星期六19例1:求下列各电路的等效电源解:+–abU25V(a)++–abU5V(c)+(c)a+-2V5VU+-b2+(b)aU5A23b+(a)a+–5V32U+a5AbU3(b)+2019年8月3日星期六20例2:试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。A1A22228I解:–8V+–22V+2I(d)2由图(d)可得6V3+–+–12V2A6112I(a)2A3122V+–I2A61(b)4A2222V+–I(c)2019年8月3日星期六21例3、利用电源等效变换求电路中ａｂ两点间的电流I。I=18÷(3+2+1)=3A2019年8月3日星期六221.3简单电路的分析计算1.3.1简单电路和复杂电路凡不能用电阻串并联等效化简的电路，称为复杂电路。2019年8月3日星期六231.3.2电路中的基本物理量及其参考方向一、电流及其参考方向1、定义⑴电流的实际方向:(2)电流的定义:(3)电流的分类：(4)单位：※(5)电流的参考方向定义参考方向：在解题前任意假定一个方向作为电流的参考方向。※规定：若参考方向与实际方向一致，则电流取正值；若参考方向与实际方向相反，则电流取负值。2019年8月3日星期六242、电流参考方向的表示方法：Iab（表示从a流向b）双下标箭头+-IRIRUababUIRUababU5A－5A规定：若参考方向与实际方向一致，则电流取正值；若参考方向与实际方向相反，则电流取负值。在参考方向选定后，电流有正、负之分（为代数值）。+_+_2019年8月3日星期六25i0i0电流的参考方向与实际方向的关系i实际方向参考方向i实际方向参考方向例I1=1A10V10I1I1=-1A10V10I12019年8月3日星期六261、定义:二、电压及其参考方向(1)电压的实际方向——电位实际降低（由高电位指向低电位）的方向。(2)电压的参考方向——假设的电位降低的方向，是人为任意指定的某一方向。※规定：若参考方向与实际方向一致，则电压取正值；若参考方向与实际方向相反，则电压取负值。也即根据电压计算结果可确定电压实际方向：若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。2019年8月3日星期六272、电压参考方向的三种表示方式：(2)用箭头表示：箭头方向为电压（降）的参考方向+U(1)用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压(降低)的参考方向U(3)用双下标表示：如UAB,由A指向B的方向为电压(降)的参考方向。ABUAB2019年8月3日星期六28电压(降)的参考方向+实际方向实际方向+（参考方向）U+（参考方向）UU0U0+例1U1=10V10V10+U110V10+U1U1=10V例22019年8月3日星期六293、关联参考方向—电流与电压的参考方向一致非关联参考方向—电流与电压的参考方向相反图1u、i关联参考方向图2u、i非关联参考方向u+_i_+ui(2)电阻的电压和电流的参考方向相反（即非关联参考方向）Riu–Ri(1)电阻的电压和电流的参考方向相同（即关联参考方向）4、欧姆定律(Ohm’sLaw)uRiR+ui+u2019年8月3日星期六30四、电路中电位的概念及计算（P13-15)1、电位的概念Va=+5Va点电位：ab15Aab15AVb=-5Vb点电位：在电路中任选一结点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各点到参考点的电压，便是该点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），2019年8月3日星期六312、举例求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V2019年8月3日星期六32结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd2019年8月3日星期六332kA+I12kI2–6V(b)例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,电路如图（b）电流I2=0，电位VA=0V。电流I1=I2=0，电位VA=6V。2k+6VA2kSI2I1(a)电流在闭合路径中流通2019年8月3日星期六34电位在电路中的表示法U1+_U2+_R1R2R3R1R2R3+U1-U2AA2R1R3+12V-12V3R26AI1I2I32019年8月3日星期六35R1R2+--+U1U2R3R4R5+-U5I2I3I4I5CABI1+VAR1R2+U1+U2R3R4R5U5I2I3I4I5I1+VB2019年8月3日星期六36Uab为a点电位Va。abVa电路中电位的求法：解题思路假设一个参考点，令其电位为零求相关支路的电流或电压补全电路小结：所求点对参考点的电压即为其电位电功率：单位时间内电场力所做的功。tqiqwu,twpdd,dddduitqqwtwpdddddd功率的单位名称：瓦（特）符号（W）千瓦（特）符号（kW）能量的单位名称：焦（耳)符号（J）五、功率(15-18页）2019年8月3日星期六38电压、电流采用参考方向时功率的计算和判断：1.元件（或一段电路）u,i取关联参考方向，p=ui称为元件（或一段电路）吸收的功率p吸=uip0实际吸收，该元件起负载作用；p0实际发出，该元件起电源作用+–iu+–iup发=uip0实际发出，该元件起电源作用;p0实际吸收，该元件起负载作用元件元件2.元件（或一段电路）u,i取非关联参考方向，p=ui称为元件（或一段电路）发出的功率2019年8月3日星期六39上述功率计算适用于任意二端网络。例1.U=5V，I=1AP吸=UI=51=5W（实际吸收5W）P发=UI=51=5W（实际发出5W）或P吸=-UI=－51=－5W+–IU关联+–IU非关联或P发=－UI=－51=－5W2019年8月3日星期六40例2.U=5V，I=-1AP吸=UI=5(-1)=-5W（实际发出5W）P发=UI=5(-1)=-5W（实际吸收5W）或P吸=-UI=-5(-1)=5W+–IU关联+–IU非关联或P发=－UI=－5(-1)=5W2019年8月3日星期六41IUab+-IUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致非关联参考方向关联参考方向P=UI（吸收）