1-电路的基本概念与基本定律课件.ppt

1、教学参考资料教学参考资料电工学电工学上下册，高等教育出上下册，高等教育出版社，秦曾煌，版社，秦曾煌，20032003数字逻辑与数字系统习题解答与数字逻辑与数字系统习题解答与实验指导，电子工业出版社，赵实验指导，电子工业出版社，赵丽红，马学文，康恩顺，丽红，马学文，康恩顺，20062006第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律本章要求本章要求1.掌握基尔霍夫定律掌握基尔霍夫定律2.掌握电压和电流的参考方向掌握电压和电流的参考方向3.理解电位的概念，掌握电位的计算方法理解电位的概念，掌握电位的计算方法4.理解电路的三种工作状态：有载工作、理解电路的三种工作状态：有载工作、

2、开路与短路开路与短路1.1.11.1.1 电路的作用电路的作用 （1 1）电能的传输和转换电能的传输和转换 （2 2）传递和处理信号传递和处理信号1.1.2 1.1.2 电路的组成电路的组成 （1 1）电源电源 （2 2）负载负载 （3 3）中间环节中间环节1.1 电路的作用与组成部分中间环节中间环节负载负载发电机发电机升压升压变压变压器器降压降压变压变压器器电灯电灯电动机电动机电炉电炉电力系统电路示意图电力系统电路示意图输电线输电线放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器扩音机电路示意图扩音机电路示意图信号源信号源（电源）（电源）电路元件的理想化电路元件的理想化在一定条件下突出元件主要的在一定条件下

3、突出元件主要的电磁性质，电磁性质，忽忽略略其次要因素，其次要因素，把它把它近似近似地看作理想电路元地看作理想电路元件件。为什么电路元件要理想化为什么电路元件要理想化 便于对便于对实际电路进行分析实际电路进行分析和用和用数学描述数学描述，将实际元件将实际元件理想化理想化（或称（或称模型化模型化）。）。1.2 电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型UI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠电压和电流的方向电压和电流的方向实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向 物理中对物理中对电量电量规定的规定的方向方向。参考方向参考方向 在在分析计算分析计算时，对电量时，对电量人为规定人为规定的的方向方

4、向。1.3 电压和电流的参考方向电流、电动势、电压的电流、电动势、电压的实际方向实际方向问题问题 在复杂电路中难于判断元件中物理量的在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向实际方向，如何，如何解决解决？(1)在解题前任选某一个方向为参考方向，或称正在解题前任选某一个方向为参考方向，或称正 方向；方向；(3)根据计算结果确定实际方向：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。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根据电路的定律、定理，

5、列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；解决方法解决方法欧姆定律：欧姆定律：流过电阻的流过电阻的电流电流与电阻两端的与电阻两端的电压电压成成正比正比。RIU该段电路的电阻该段电路的电阻UIURI（a）UIURI（b）UIURI（c）1.4 欧姆定律在规定了电流和电压的参考方向在规定了电流和电压的参考方向的前提下，欧姆定律的形式的前提下，欧姆定律的形式伏安特性伏安特性iuui线性电阻伏安特性线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性当当电压电压和和电流电流的参考方向的参考方向一致一致时时 U=RI当当电压电压和和电流电流的参考方向的参考方向相反相反时时 U=RI注注解解RU

6、6VI2A(a)U6VI2A(b)RRU6VI2A(c)326326326326IURIURIURIUR(a)(b)(c)(d)应用应用欧姆定律欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻对下图的电路列出式子，并求电阻R例题例题1.11.11.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作开关开关闭合闭合ER0+U-RIabdc有载有载开关开关断开断开开路开路cdcd短接短接短路短路1.5 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1 1电压和电流电压和电流由由欧姆定律欧姆定律可列上图的可列上图的电流：电流：RREI0负载电阻两端负载电阻两端电压：电压：RIU IREU0UEOI电源的外

7、特性曲线电源的外特性曲线当当R0R时时EU 由上两式得由上两式得功率与功率平衡功率与功率平衡 WIUP功率功率 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U,流入此部分流入此部分电路的电流为电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:功率平衡：功率平衡：由由UER0I得得 UIEIR0I2PPE P电源输出电源输出的功率的功率电源内阻上电源内阻上损耗功率损耗功率电源产生电源产生的功率的功率W为瓦为瓦特特KW为千瓦为千瓦E1-U1+-U2+E2+_R01R02+_+U_I电源负 载解解(1)电源电源 UE1 U1E1R01IE1UR01I2200.65=223V

8、负载负载 UE2 U2E2R02IE2UR02I220 0.65 R01217V如图，如图，U220V，I5A，内阻，内阻R01R020.6(1)求电源的电动势求电源的电动势E1和负载的反电动势和负载的反电动势E2；(2)试说明试说明功率的平衡功率的平衡例题例题1.31.3（2）由）由（1）中两式得中两式得 E1E2R01IR02 I等号两边同乘以等号两边同乘以 I 得得E1IE2IR01I2R02I2223 5217 5 0.6 52 0.6 52 1115W=1085W15W15WE2I1085WR01I215WR02I215W负载取用负载取用功率功率电源产生电源产生的功率的功率负载内阻负

9、载内阻损耗功率损耗功率电源内阻电源内阻损耗功率损耗功率3.3.电源与负载的判别电源与负载的判别分析电路时，如何判别哪个元件是分析电路时，如何判别哪个元件是电源电源？哪个是？哪个是负载负载？U U 和和 I I 的的参考方向参考方向与与实际方向实际方向一致时，一致时，U U和和I I的实际方向的实际方向相反相反，电，电流从端流从端流出流出，发出发出功率功率对于电源而言，有：对于电源而言，有：对于负载而言，有：对于负载而言，有：U U和和I I的实际方向的实际方向相同相同，电，电流从端流从端流入流入，吸收吸收功率功率IUab+-IRUabIRUab当当或当或当U U和和I I两者的两者的参考方向参

10、考方向选得选得一致一致电源电源 PUI0 负载负载 PUI0 电源电源 PUI0 负载负载 PUI0U U和和I I两者的两者的参考方向参考方向选得选得相反相反4 4额定值与实际值额定值与实际值额定值额定值是制造厂商为了使产品能在是制造厂商为了使产品能在给定给定的条件下的条件下 正常运行正常运行而规定的而规定的正常允许值正常允许值注注在使用电气设备或元件时，在使用电气设备或元件时，电压、电流、电压、电流、功率功率的的实际值不一定等于实际值不一定等于它们的它们的额定值额定值解解AUPI273.022060806273.0220IUR一个月（按一个月（按30天计算）的用电量：天计算）的用电量：W

11、Pt 60(W)(30)(h)5.4kWh来计算或或可用22PURIPR已知：已知：有一有一220V 60W220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V220V的电源上的电源上，求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时的电压下工作时的电阻。电阻。如每晚用如每晚用3小时，问一个月消耗小时，问一个月消耗电能电能多少？多少？例题例题1.41.41.5.2 1.5.2 电源开路电源开路ER0+U-RIabdc特征特征：I0 UU0E（端电压和电源电压相等）（端电压和电源电压相等）P0（电源没有产生功率；负载也没有取用功率）（电源没有产生功率；负载也没有取用功率）ER0+

12、U-RIabdc1.5.3 1.5.3 电源短路电源短路特征特征：U0（端电压为零）（端电压为零）IISER0 （这是短路电流，通常值很大）（这是短路电流，通常值很大）PEPR0I2（这是电源产生的功率）（这是电源产生的功率）P0（这是负载取用的功率）（这是负载取用的功率）注注短路是一种短路是一种严重事故严重事故E1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A Uab6 1060VUca20 480VUda5 630VUcb140VUdb90VE1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A VbVaUba Vb60VVcVaUca Vc80VVdVaUda Vd30V1.6

13、1.6 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算E1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A Va=Uab=60VVc=Ucb=140VVd=Udb=90V结论：结论：（1）电路中）电路中某一点的电位某一点的电位等于等于该点与参考点该点与参考点 （电位为零）（电位为零）之间的电压之间的电压 （2）参考点选得不同，电路中各点的值随着）参考点选得不同，电路中各点的值随着 改变，但是改变，但是任意两点间的电压值任意两点间的电压值是是不变不变的。的。各点电位的高低是各点电位的高低是相对相对的，而两点间的的，而两点间的电压值是电压值是绝对绝对的。的。注注 用来描述电路中各部分电压或各部分

14、电流的用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系关系,包括包括基尔霍夫电流基尔霍夫电流和和基尔霍夫电压基尔霍夫电压两个定律。两个定律。结点：结点：三条或三条以上支路相联接点三条或三条以上支路相联接点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中一条或多条支路所组成的闭合电路电路中一条或多条支路所组成的闭合电路注注基尔霍夫基尔霍夫电流电流定律应用于定律应用于结点结点基尔霍夫基尔霍夫电压电压定律应用于定律应用于回路回路1.7 1.7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）节点：节点：a、b、c、d

15、(共共4个）个）I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例例1.7.1 1.7.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律E1I1E2U2I2I3R2R1R3abcd如图如图 I1I2I3 或或 I1I2I30 即即 I0在任一瞬时，在任一瞬时，流向流向某一结点的电流之和应该某一结点的电流之和应该等于等于由由该结点该结点流出流出的电流之和。的电流之和。即在任一瞬时，一个结点上电流的即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和代数和恒恒等于零等于零解解I1I2I3I4由由基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律可列出可列出 I1I2I3I402（3）（）（2）I40可得可得 I43A已

16、知：如图所示，已知：如图所示，I12A，I23A，I32A，试求试求I4。例题例题1.61.61.7.2 1.7.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律从回路中从回路中任意一点任意一点出发，沿出发，沿顺时针方向顺时针方向或或逆时针方向逆时针方向循行一周，则在这个方向上的循行一周，则在这个方向上的电位升之和电位升之和等于等于电位降电位降之和。之和。或或电压的电压的代数和为代数和为 0。E1I1E2U2I2R2R1abcdU1+-U3U4U1U4U2U3U1U2U3U40即即 U0解解a点电位比点电位比b点电位点电位低低12Vn点电位比点电位比b点电位点电位低低12-5=7Vm点电位比点电位比b点电

17、位点电位高高3V 于是于是 n点电位比点电位比m点电位点电位低低7+3=10V即即 Unm=-10V由由欧姆定律欧姆定律得得 RUnmI5 E1=5VE1=5V +R U mR U m -E2=3VE2=3V-+-+I=-2AI=-2Aa ab bm mn n计算下图的电阻计算下图的电阻R值，已知值，已知Uab12V。例题例题1.21.2解解根据根据瓦数瓦数和和欧姆数欧姆数可以求出可以求出额定电流额定电流ARPI105005即在使用时电压在使用时电压不不得超过得超过 URI500 0150V已知：已知：有一额定值为有一额定值为 5W 500 的线绕电阻的线绕电阻，问其问其额定电流？额定电流？在

18、使用时在使用时电压不得电压不得超过超过多大？多大？例题例题1.51.5上式可改写为上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或或 E1E2R1I1R1I1 即即 E （RI）在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路中中电动势电动势的的代数和等于电阻上电压降代数和等于电阻上电压降的的代数和代数和在这里在这里电动势电动势的参考方向与所选回路循行方向的参考方向与所选回路循行方向相反相反者，者，则取则取正号正号，一致一致者则取者则取负号负号电流电流的参考方向与回路循行方向的参考方向与回路循行方向相反相反者，则该电者，则该电流在电阻上所产生的电压降取流在电阻上所产

19、生的电压降取正号正号，一致一致者则取者则取负号负号注注基尔霍夫电压定律的基尔霍夫电压定律的推广推广：可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路+-ABC-UABUAUBER+-+-UI UUAUBUAB或或 UABUAUBEURI0或或 UERI注注列方程时，要列方程时，要先先在电路图上在电路图上标出电流、电压标出电流、电压或或电动势电动势的的参考方向。参考方向。+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基尔霍夫基尔霍夫电压定律电压定律可得可得（1）UABUBCUCDUDA 0 即即 UCD2V（2）UABUBCUCA0 即即 UCA1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意

20、已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知的，但知UAB5V，UBC4V，UDA3V试求：（试求：（1）UCD：（：（2）UCA。例题例题1.71.7UsI1IBRBI2EBUBE+-解解对对右回路右回路应用应用基尔霍基尔霍夫电压定律夫电压定律列出列出EBRBI2UBE0得得 I20.315mA在对在对左回路左回路EBRBI2R1I1US0得得 I10.57mA应用应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律列出列出 I2I1IB0 得得 IB0.255mA如图：如图：RB20K ，R110K ，EB6VUS6V，UBE03V 试求电流试求电流IB ，I2及及I1。例题例题1.81.8解解CBA-9V+6VIR1100R150K K I（VAVC）（）（R1R2）9（6）（50050）103 0.1mAUABVAVBR2IVBVAR2I 6（50 103)(0.1 10-3)1V计算下图电路中计算下图电路中B点的电位。点的电位。例题例题1.91.9解解E1E2+-R1R2R3I1I2I3AI1I2E1（R1R2）6（42）1AI30VAR3I3E2R2I2 042 1 2V或或 VAR3I3E2R1I1E1 044 162V如图已知：如图已知：E16V E24V R14 R2R3 2 。求。求A点电位点电位VA。例题例题1.101.10