电路与电子技术第1章-直流电路课件.ppt

1、1.1 电路的基本物理量 图1-1-1 手电筒电路活动活动1 1 电路的组成和作用研究电路的组成和作用研究图图1.1.1（a）为一个简单的手电筒电路，图（）为一个简单的手电筒电路，图（b）为手电筒电）为手电筒电路的电路模型，通过电路的链接来分析电路的组成和作用。路的电路模型，通过电路的链接来分析电路的组成和作用。1.1 电路的基本物理量 活动活动1 1 电路的组成和作用研究电路的组成和作用研究1.电路的组成电路的组成电池给灯泡供电，但只有在开关闭合的前提下，才会发电池给灯泡供电，但只有在开关闭合的前提下，才会发亮。所以电池相当于电源，灯泡是供电的对象，称为负载，亮。所以电池相当于电源，灯泡是供

2、电的对象，称为负载，开关和导线称为中间环节，它的作用是链接电源盒负载，使开关和导线称为中间环节，它的作用是链接电源盒负载，使整个电路成为一闭合回路。电源、负载、中间环节为组成电整个电路成为一闭合回路。电源、负载、中间环节为组成电路的三要素。路的三要素。1.1 电路的基本物理量 活动活动1 1 电路的组成和作用研究电路的组成和作用研究2.电路的作用电路的作用（1）能量的传输和转换。）能量的传输和转换。（2）信号的传递和处理。如图）信号的传递和处理。如图1.1.2所示扩音机电路，所示扩音机电路，放大器用来放大电信号，而后传递到扬声器，把电信号还原放大器用来放大电信号，而后传递到扬声器，把电信号还原

3、为语言或音乐，实现为语言或音乐，实现“声声-电电-声声”的放大、传输和转换作用。的放大、传输和转换作用。话话 筒筒放放大大器器扬扬声声器器图图1.1.2 1.1.2 扩音机电路扩音机电路 活动活动2 2 电流的研究电流的研究图1-2 电流测试电路电流表的电流表的“+”端接端接D点，电流表的点，电流表的“”端接端接A点，测量点，测量电流电流IAD.电流表的电流表的“+”端接端接A点，电流表的点，电流表的“”端接端接D点，测量点，测量电流电流IDA的值，比较两次测量结果，列表分析。的值，比较两次测量结果，列表分析。1.1 电路的基本物理量 测量对象测量结果IADIDA1mA-1mA两次测量得到的电

4、流值大小相等，符号相反。从测量结果我们能得到什么结论吗？1.1 电路的基本物理量 1.电流的方向电流的方向规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。2.电流的定义电流的定义由电荷（带电粒子）有规则地定向运动而形成。由电荷（带电粒子）有规则地定向运动而形成。（1）交流电流：在）交流电流：在dt 时间内，通过导体横截面时间内，通过导体横截面S的电荷为的电荷为dq，则电，则电流为：流为：（2）直流电流：电流的大小和方向不随时间变化而变化。）直流电流：电流的大小和方向不随时间变化而变化。学一学1.1 电路的基本物理量tddQI tQI 电流是有方向的，正电荷的运动方向

5、是规定方向电流是有方向的，正电荷的运动方向是规定方向 实际中可以规定电流的方向，称为参考方向实际中可以规定电流的方向，称为参考方向 电流的公式：电流的公式：（交流电）或（交流电）或 （直流电）（直流电）电流的单位为电流的单位为“安培安培”符号为符号为“A”tddQI 结论结论tQI 1.1 电路的基本物理量 活动活动3 3 电压研究电压研究1.1.电压的方向电压的方向电压的方向规定为由高电位端（电压的方向规定为由高电位端（+）指向低电位端（）指向低电位端（-）。）。2.2.电压定义：电荷的电势差在电学名词中称为电压，符号为电压定义：电荷的电势差在电学名词中称为电压，符号为U。电压电压定义为单位

6、正电荷（定义为单位正电荷（Q），在电场力作用下，沿外电路从一点移动到另一），在电场力作用下，沿外电路从一点移动到另一点所做的功。点所做的功。3.电压的单位：伏特，简称伏，用英文字母电压的单位：伏特，简称伏，用英文字母V表示。表示。1.1 电路的基本物理量QWU 活动活动3 3 电压研究电压研究图1-3 电压测试电路按图测量按图测量4K4K电阻两端电压电阻两端电压U UABAB，电压表，电压表“+”接电阻的接电阻的A A端，端，“-”-”接电阻的接电阻的B B端。端。按图测量按图测量4K4K电阻两端电压电阻两端电压UBA,UBA,电压表电压表“+”+”接电阻的接电阻的B B端，端，“-”-”接电

7、阻的接电阻的A A端。两次测量结果列表分析。端。两次测量结果列表分析。1.1 电路的基本物理量 1.1 电路的基本物理量测量对象测试结果UABUBA3V-3V两次测量得到的电压值大小相等，符号相反。从测量结果我们能得到什么结论吗？电压是有方向的，规定从高电势端到低电势端为正方向电压是有方向的，规定从高电势端到低电势端为正方向 可以人为规定电压的方向，称为电压的参考方向可以人为规定电压的方向，称为电压的参考方向 电压的公式：电压的公式：是衡量电场力移动电荷做功大小的量是衡量电场力移动电荷做功大小的量 电压的单位电压的单位 是是“伏特伏特”，符号是，符号是“V”QWU 1.1 电路的基本物理量结论

8、结论 活动活动4 电位的研究电位的研究1.电位的定义电位的定义电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。参考点电位我们电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。参考点电位我们可以把它看作是零电位点，一般选择接地点为参考点。从该定义我们可可以把它看作是零电位点，一般选择接地点为参考点。从该定义我们可以得出电位就是电压的结论，这两个物理量的本质是相同的。因此电位以得出电位就是电压的结论，这两个物理量的本质是相同的。因此电位的单位也为伏特（的单位也为伏特（V）。）。1.1 电路的基本物理量 活动活动4 电位的研究电位的研究2.电位与电压电位与电压（1）电位与电压的联系）电位与电压的联系电路中某两

9、点之间的电压等于这两点之间的电位差，即电路中某两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即UAB=VA-VB。（2）电位与电压的区别）电位与电压的区别 从电位与参考点有关，是个相对值。参考点不同，电位的值也不同，从电位与参考点有关，是个相对值。参考点不同，电位的值也不同，电位随参考点的变化而变化。而电压是个绝对值，与参考点无关。电位随参考点的变化而变化。而电压是个绝对值，与参考点无关。1.1 电路的基本物理量 活动活动4 电位的研究电位的研究图图1-4 1-4 电位测量电路电位测量电路分别取分别取C点和点和A点作为参考点，测量其余点相对于参考点的点作为参考点，测量其余点相对于参考点的电压。得到某点

10、相对于参考点的电位。电压。得到某点相对于参考点的电位。1.1 电路的基本物理量 活动活动5 认识电动势认识电动势 （a a）水泵与水流的关系）水泵与水流的关系 （b b）电动势与电流的关系）电动势与电流的关系图图1.1.7 1.1.7 认识电动势认识电动势图图1.1.7（a）说明了水泵与水流的关系：要保持水持续流动，需要不断）说明了水泵与水流的关系：要保持水持续流动，需要不断用水泵向水槽用水泵向水槽A中抽水。图中抽水。图1.1.7（b）说明了电池与电流的关系：要使）说明了电池与电流的关系：要使电流持续流动，徐考电池不断提供电能。电流持续流动，徐考电池不断提供电能。1.1 电路的基本物理量 电位

11、/参考点VAVBVCUABUBCUCAC点A点从表格中可以看出：参考点不同，其他点电位数值也不同从表格中可以看出：参考点不同，其他点电位数值也不同但是两点之间的电位差数值大小是不变的但是两点之间的电位差数值大小是不变的。5V1V0V4V1V-5V0V-4V-5V-4V1V-5V1.1 电路的基本物理量 电位的定义电位的定义 电路中某点的电位就电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电是该点到参考点之间的电压。压。参考点电位我们可以参考点电位我们可以把它看作是零电位点。把它看作是零电位点。电位与电压的联系电位与电压的联系电路中某两点之间的电压电路中某两点之间的电压等于这两点之间的电位差等于这两点之

12、间的电位差电位与电压的区别电位与电压的区别电位与电路的参考点有关，电位与电路的参考点有关，参考点不同参考点不同;电位大小也不同，因此电电位大小也不同，因此电位是个相对值。位是个相对值。但电压与电路的参考点无但电压与电路的参考点无关，可见电压是个绝对值关，可见电压是个绝对值 1.1 电路的基本物理量 1.2 电阻活动活动1 1 认识电认识电阻阻图图1.2.1 1.2.1 常用固定电阻器常用固定电阻器电阻元件除了图中所示封装形式外还有贴片式封装，它电阻元件除了图中所示封装形式外还有贴片式封装，它在手机，在手机，MP3等设备中被广泛采用。一般来说，电阻元件的等设备中被广泛采用。一般来说，电阻元件的封

13、装和它所消耗的功率有关，功率小的电阻元件体积较小，封装和它所消耗的功率有关，功率小的电阻元件体积较小，功率大的体积也较大功率大的体积也较大 1.2 电阻活动活动1 1 认识电认识电阻阻电阻符号如图电阻符号如图1.2.2（a）所示，单位为欧姆，简称欧，用）所示，单位为欧姆，简称欧，用字母字母表示。表示。1.2 电阻活动活动1 1 认识电认识电阻阻电阻器的类别、标称阻值及误差、额定功率一般均标注电阻器的类别、标称阻值及误差、额定功率一般均标注在电阻器外表面上。目前常用的标注方法有两种：指标法与在电阻器外表面上。目前常用的标注方法有两种：指标法与色标法。本书只介绍色标法。色标法。本书只介绍色标法。色

14、标法：是将电阻器类别及主要技术参数的数值用颜色色标法：是将电阻器类别及主要技术参数的数值用颜色（色环或色点）标注在它的表面上，如图（色环或色点）标注在它的表面上，如图1.2.2（b）所示。各）所示。各种颜色表示的数值见表种颜色表示的数值见表1.2.1。1.2 电阻活动活动1 1 认识电认识电阻阻表表1.2.1 色标法中个色环颜色标识的数值色标法中个色环颜色标识的数值 活动活动2 2 欧姆定律的研究欧姆定律的研究图图1-6 1-6 欧姆定律验证电路图欧姆定律验证电路图按照图1-6连接电路，改变直流稳压电源的输出电压将测得的电流和电压值填入表格中，分析表格数据有何特点。1.2 电阻 U(v)135

15、791113 I(mA)通过分析表格的数据可以看出：电阻两端的电压和流过电阻电流的比值等于电阻的阻值，电阻的阻值不随电阻两端电压的变化而变化这种电阻称为线性电阻。线性电阻的伏安特性曲线是一条通过原点的直线。1.2 电阻图图1-7 1-7 线性电阻放入伏安特性曲线线性电阻放入伏安特性曲线 欧姆定律欧姆定律通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就是欧姆定律，用公式表示就是：RIU 电阻的作用电阻的作用根据欧姆定律，加在电阻两端电压越小，通过电阻的电流越小电阻的单位电阻的单位电阻的基本单位是欧姆()，实际应用中还用千欧(k)和兆欧(M)等单位用来标称大阻值的电阻。1.2 电阻 活动活动3 3 电阻

16、串联的研究电阻串联的研究图1-8 电阻串联实验电路图用数字直流电流表测量电阻R1流过的电流I1，R2流过的电流I2；用数字直流电压表测量电阻R1两端电压U1，R2两端电压U2。填入表格，分析测量值。1.2 电阻 II1I2RUU1U2分析结果表明，流过两个电阻的电流相等，电阻两端的电压之和等于外加电压U，电阻的这种连接方式称为串联连接。串联电路的两点之间只有一条电流通路，所以通过每个电阻的电流是相等的。串联电路的总电阻串联电路的总电阻R R等于电路中各个串联电阻阻值的总和。等于电路中各个串联电阻阻值的总和。串联电阻公式：nRRRRR 3211119K9V3V6V1.2 电阻 1.2 电阻根据欧

17、姆定律可推导出根据欧姆定律可推导出R1R1、R2R2上的电压分别为：上的电压分别为：该公式可以推广到多个电阻串联的电路，即：串联电路中该公式可以推广到多个电阻串联的电路，即：串联电路中任意电阻或电阻组合上的电压降，等于该电阻值占总电阻的比任意电阻或电阻组合上的电压降，等于该电阻值占总电阻的比例和电源电压的乘积。例和电源电压的乘积。活动活动4 4 电阻并联的研究电阻并联的研究图图1-91-9电阻并联实验电路电阻并联实验电路 用数字直流电流表测量电阻R1流过的电流I1，R2流过的电流I2；用数字直流电压表测量电阻R1两端电压U1，R2两端电压U2。填入表格，分析测量值。1.2 电阻 II1I2RU

18、U1U2分析结果表明，两个电阻两端电压相等，流过电阻的电流之和等于外电源输入电流，电阻的这种连接方式称为并联联连接。并联电路的两个电阻外加的电压是相等的，而电阻阻值不同，所以流过两个电阻的电流也是不同的。根据表格数据可推出：两个电阻并联，总阻值减小。并联电路总电阻小于两个并联电阻中的任意一个。21111RRR1.2 电阻 1.3 基尔霍夫定律简单电路可以用电阻的串并联及欧姆定律来求解线性电阻元件的电流、电压，而复杂电路就不能用元件的串、并联化简的方式求解电路的参数。解决这一类问题可以用基尔霍夫定律。基尔霍夫定律有两部分，分别是基尔霍夫电流定律阐述节点电流之间的关系和基尔霍夫电压定律阐述回路电压

19、之间的关系。通过基尔霍夫电流、电压定律，可以求解线性线性和非线性非线性电路中某个元件的电流和电压参数。三条或三条以上直流的交汇点支路的概念一段包含电路元件的无分支电路一条支路一条支路节点的概念节点回路的概念电路中任意一条由直流做成的闭合路径回路网孔的概念中间没有支路穿过的回路网孔1.3 基尔霍夫定律及应用 活动活动1 1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCLKCL）的研究）的研究 图1-10 按照图1-10连接电路，用电流表分别测量电阻R1所在支路电流，电阻R2和电阻R3所在支路电流，填入表格中，分析表格数据有何特点。1.3 基尔霍夫定律及应用 I1I2I3分析表格中数据可以看出：在任一

20、瞬间，流入节点的电流分析表格中数据可以看出：在任一瞬间，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和总和等于流出节点的电流总和。这就是基尔霍夫电流定律。这就是基尔霍夫电流定律。用公式表示就是：用公式表示就是：231III1.3 基尔霍夫定律及应用 基尔霍夫电流定律通常应用于节点，但也可以把它推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。如图1-11所示：图1-11用基尔霍夫电流定律，写出用基尔霍夫电流定律，写出A A、B B、C C三个节点的电流关系，从而三个节点的电流关系，从而推导出流入闭合面的电流关系：推导出流入闭合面的电流关系：根据基尔霍夫电流定律有：根据基尔霍夫电流定律有：IA=IABICA

21、IB=IBCIAB IC=ICAIBC 把上列三式相加即得把上列三式相加即得I IA AI IB BI IC C=0=I=0=0=I=0可见任一瞬间，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。可见任一瞬间，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。1.3 基尔霍夫定律及应用 活动2 基尔霍夫电压定律研究图 1-12按照图1-12连接电路，用数字万用表分别测量A,B,C,D,E,F点任意两点的电压，填入表格中，分析表格数据有何特点。1.3 基尔霍夫定律及应用 UFE(V)UBC(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)分析表格中数据可以看出：分析表格中数据可以看出：按照按照A

22、DEFADEF方向循行一周，根据方向循行一周，根据电压的参考方向可列出：电压的参考方向可列出：U UFAFAU UADADU UDEDE=U=UFEFE或将上式改写为或将上式改写为 U UFAFAU UADADU UDEDEU UFEFE=0=0 即即 U=0U=0沿任一回路循行，电压的代数和恒等于零。这就是基尔霍沿任一回路循行，电压的代数和恒等于零。这就是基尔霍夫电压定律。夫电压定律。1.3 基尔霍夫定律及应用 基尔霍夫电压定律的推广应用 图1-13对于没有闭合的回路，同样可以应用基尔霍夫电压定律，如图1-13所示：因此可以应用基尔霍夫电压定律求解任意两点的电压，而不管这个回路是否闭合。1.

23、3 基尔霍夫定律及应用 基尔霍夫定律小结基尔霍夫定律从整体上揭示了电路个部分电压电流之间 所必须遵守的规律 应用基尔霍夫定律前要设定好各支路的电流及各回路元件 两端的电压的参考方向。基尔霍夫定律的使用具有普遍性，既可应用于线性电路，又可应用于非线性电路。1.3 基尔霍夫定律及应用 活动活动1 1 理想电压源特性的研究理想电压源特性的研究1.4电源理想电压源的输出电压理想电压源的输出电压不随外接负载的变化而变化，不随外接负载的变化而变化，就是说它的内阻为就是说它的内阻为0。按照右图连接好电路，按照右图连接好电路，调节电阻调节电阻R2,测量电路的电流测量电路的电流和电源两端电压值。和电源两端电压值

24、。U(V)I(mA)当电路的外接负载发生变化时，理想电压源输出端两端之间的电压总保持不变（U=US），即理想电压源输出端两端之间的电压与外接负载无关。但输出电流与外接负载有关，当负载变化时理想电流源的输出电流值随之变化。1.4电源 活动活动2 2 实际电压源的研究实际电压源的研究实际的电压源都是有内阻的，因实际的电压源都是有内阻的，因此实际的电压源可以表示为一个理想此实际的电压源可以表示为一个理想的电压源和一个电阻的串联。的电压源和一个电阻的串联。1.4电源 活动活动2 2 实际电压源的研究实际电压源的研究按照右图连接电路，其中按照右图连接电路，其中的电阻的电阻R0是理想电压源的内阻，是理想电

25、压源的内阻，改变改变R2的值测量电路的电流，的值测量电路的电流，电压源电压源US和和R0串联后的电压串联后的电压U。列表分析测量数据。列表分析测量数据。1.4电源 U(V)I(mA)当负载电阻变化时，实际电压源输出端的两端之间的电压当负载电阻变化时，实际电压源输出端的两端之间的电压会发生变化，输出电流也随之变化。会发生变化，输出电流也随之变化。由于实际电压源存在内阻，这个内阻也要消耗一部分电能，由于实际电压源存在内阻，这个内阻也要消耗一部分电能，导致实际电压源在连接负载时输出端的电压降低。导致实际电压源在连接负载时输出端的电压降低。1.4电源 活动活动3 3 理想电流源特性的研究理想电流源特性

26、的研究理想电流源的输出电流不随外接负载的变化而变化。恒流源的内阻是无穷大的，恒流源内部没有电阻分流它的输出，它的输出电流是恒定的。1.4电源 活动活动3 3 理想电流源特性的研究理想电流源特性的研究按图连接电路，调节电阻R2的值观察理想电流源的输出电流是否变化，电阻两端电压是否变化列表分析。1.4电源 U(V)I(mA)理想电流源的输出电流与外接负载无关，但理想电流源输出端之间的电压与外接负载有关，负载变化电压值随之变化。根据欧姆定律，外接负载电阻变化了，必须负载两端电压相根据欧姆定律，外接负载电阻变化了，必须负载两端电压相应变化才能使流过负载的电流恒定。这就是电流源恒流的原理。应变化才能使流

27、过负载的电流恒定。这就是电流源恒流的原理。1.4电源结论结论 活动活动4 4 实际电流源的研究实际电流源的研究现实世界不存在理想的电流源，电流源也有内阻，它的作用是在电流源内部分流电流源的输出电流。实际的电流源内阻很大，因此它的分流作用很小，一般可以忽略不计。1.4电源 活动活动4 4 实际电流源的研究实际电流源的研究实际的电流源可以用理想电流源并联一个电阻来表示，如右图，调节电阻R2的阻值，测量电路电流和R2两端电压，列表分析数据。1.4电源 U(V)I(mA)负载电阻变化时，电流源输出端两端之间的电压会发生变化，输出电流也随之变化。1.4电源 学习任务五学习任务五 学习任务五学习任务五 1

28、.5 叠加定律的验证及应用按照图按照图1-141-14搭接电路，根据要求拨动转换开关搭接电路，根据要求拨动转换开关S1,S2,S3S1,S2,S3到合到合适的位置，测量电路参数，分别列表格。适的位置，测量电路参数，分别列表格。图1-14 I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFE(V)E1单独作用 E2单独作用 E1、E2共同作用 项目项目实验内容实验内容拨动开关S3将电阻R5接入电路中，分析表格中的电流和电压数值在“E1单独作用”，“E2单独作用”时的代数和是否等于“E1、E2共同作用”时的值。1.5 叠加定律的验证及应用 I1(mA)I2(m

29、A)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFE(V)E1单独作用单独作用 E2单独作用单独作用 E1、E2共同作用共同作用 拨动开关S3将二极管接入电路中，分析表格中的电流和电压数值在“E1单独作用”，“E2单独作用”时的代数和是否等于“E1、E2共同作用”时的值。实验内容实验内容项目项目1.5 叠加定律的验证及应用 线性电路只由电压源、电流源和线性电阻等线性元件组成的电路。与之对应，包含非线性原件（如二极管）的电路是非线性电路。叠加定律在线性电路中，如果有多个独立电源同时作用，它们在任在线性电路中，如果有多个独立电源同时作用，它们在任一支路所产生的电流（或电压）等于各

30、个独立电源分别单独作一支路所产生的电流（或电压）等于各个独立电源分别单独作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。1.5 叠加定律 应用叠加定理时，需注意以下几点：(1)叠加定理只适用于线性电路中电流和电压的计算，不能用来计算功率。因为电功率与电流和电压不是线性关系。(2)某独立电源单独作用时，其余各独立电源均应去掉。去掉其他电源也称为置零，即将理想电压源短路，理想电流源开路(若为电压源或电流源，内阻应保留)。(3)叠加(求代数和)时以原电路中电流(或电压)的参考方向为准。若某个独立电源单独作用时电流(或电压)的参考方向与原电路中电流(或电压

31、)的参考方向不一致，则该量取负号。1.5 叠加定律 学习任务六 学习任务六 1.6 1.6 戴维宁定理戴维宁定理 在电路的分析和计算中，有时仅需计算电路中某一支路在电路的分析和计算中，有时仅需计算电路中某一支路的电流或电压，这时用等效电源定理求解最为简便。此法是将的电流或电压，这时用等效电源定理求解最为简便。此法是将待求支路从电路中取出，电路的其余部分就是一个具有两个出待求支路从电路中取出，电路的其余部分就是一个具有两个出线端钮的含源电路，称为线性有源二端网络。将其用一个等效线端钮的含源电路，称为线性有源二端网络。将其用一个等效电源来代替，这样就可以使复杂电路得到简化。电源来代替，这样就可以使复杂电路得到简化。等效电源有等效电压源和等效电流源两种。用电压源来等等效电源有等效电压源和等效电流源两种。用电压源来等效代替线性有源二端网络的分析方法称为戴维宁定理；用电流效代替线性有源二端网络的分析方法称为戴维宁定理；用电流源来代替线性有源二端网络的分析方法称为诺顿定理。源来代替线性有源二端网络的分析方法称为诺顿定理。1.6 1.6 戴维宁定理戴维宁定理 1.1.线性有源二端网络带负载线性有源二端网络带负载