1,电工电子技术基础,sss,第1章 直流电路,2,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,目 录,1.1 电路和电路模型,1.2 电路基本物理量,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1.5 基尔霍夫定律,1.6 复杂电路的分析和计算,3,1.1 电路和电路模型,1.1.1 实际电路的组成和作用,4,电路是电流的流通路径, 它由以下三部分组成 （1）电源：电路中提供电能或信号的器件 （2）负载：电路中吸收电能或输出信号的器件 （3）中间环节:起连接电源和负载作用的元器件,电路的组成,电路的作用,电路的作用可以概括为以下两个方面 （1）实现电能的传输和转换 （2）实现信号的传递和处理,5,1.1.2 电路模型,实际电路,电路模型,6,表1.1常用的几种理想电路元件及其图形符号,7,1.2 电路的基本物理量,1.2.1 电流及其参考方向,1.带电粒子（电子、离子等）有规则的定向运动, 称为电流。用符号i 表示, 即,2. 电流的实际方向为正电荷运动方向。,8,3. 当电流的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流电流, 常用英文小写字母i表示。,9,5. 在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。电流的方向一般用箭头表示,也可用双下标表示.,4. 单位是安培, 符号为A。常用的有千安（kA）, 毫安（mA）, 微安（A）等。,10,电路分析中的正方向（参考方向）,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？,电流方向 AB？,电流方向 BA？,11,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3) 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系的代数表达式；,12,式中, q为由a点移动到b点的电荷量, Wab为移动过程中电荷所减少的电能。 2. 电压的实际方向是使正电荷电能减少的方向, 电压的SI单位是伏特, 符号为V。 常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、 微伏（V）等。,13,3. 当电压的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电压。 直流电压常用英文大写字母表示。量值和方向随着时间按周期性变化的电压, 称为交流电压, 常用英文小写字母表示。,14,. 在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电压的参考方向或正方向。电压的方向一般用“”“”表示，也可用双下标表示或箭头表示.当电流与电压的参考方向一致时，称为关联方向，否则为非关联方向,15,有时把电路中任一点与参考点(规定电位能为零的点)之间的电压，称为该点的电位。也就是该点对参考点所具有的电位能。某点的电位用V加下标表示（例如，Va表示a点的电位），单位与电压相同，用伏特(V)表示。参考点的电位为零可用符号“”表示。电路中两点间的电压与参考点的选择无关，而电位随参考点（零电位点）选择的不同而不同。,16,1.2.3 功 率,功率的概念：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， 则这部分电路消耗的功率为:,17,在 U、 I 正方向选择一致的前提下，,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P = UI 0,若 P = UI 0,18,当 计算的 P 0 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 P 0 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。,19,20,图示电路为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P。 ,21,解 P1的电压参考方向与电流参考方向相关联, 故 P1=U1I=44=16W (接受16W)P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联, 故 P2=U2I=(-8)4=-32W (接受32W)P3=U3I=64=24W (发出24W)整个电路的功率P, 设接受功率为正, 发出功率为负, 故 P=16+32-24=24W,22,1.3.1 电阻元件 R,（常用单位：、k、M ）,1.3 电阻元件、电感元件和电容元件,1.电阻,电流通过导体时要受到阻碍作用，反映这种阻碍作用的物理量称为电阻，用R表示。在电路图中常用理想电阻元件来反映物质对电流的这种阻碍作用。电阻元件的图形符号如图所示。,23,线性电阻,非线性电阻,2.电阻元件的电压、电流关系,24,电阻元件上电流和电压的实际方向总是一致的，因此，只有电压与电流为关联方向欧姆定律才成立。如图 (a)所示。,电压与电流为非关联方向时，则欧姆定律应用下式表示：如图（b）所示,25,3.电阻的串联与并联,（1）电阻的串联,电流：流过各电阻的电流相同，即I1=I2=I3=In=I 电压：电路两端的总电压等于各个电阻两端电压之和，即U=U1+U2+U3+Un 等效电阻：电路的等效电阻等于各串联电阻之和，即R=R1+R2+R3+Rn 功率：电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和，即P=P1+P2+P3+Pn=(R1+R2+R3+Rn)I2 =RI2,26,如图所示的分压器中，已知输入电压U=120V，d是共公接点，R1=R2=R3=20K，求输出电压Ucd和Ubd。,解：电路中的总电阻和总电流为R=R1+R2+R3=60k,Ucd=R3I=201032103=40VUbd=（R2+R3）I=401032103=80V,27,(2)电阻的并联 电流：电路中的总电流等于各电阻中的电流之和，即I=I1+I2+I3+In 电压：各个电阻两端的电压相同，即U1=U2=U3=Un=U 等效电阻：电路等效电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和，即,功率：电路中消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和，即,28,并联电阻中，各电阻流过的电流与电阻值成反比，即,两个电阻的并联，如图所示， 有关系等效电阻,支路电流,上式为两个电阻并联的分流公式，经常使用。,29,（3）电阻的混联 电路中电阻元件既有串联，又有并联的连接方式，称为混联，如图所示。对于混联电路的计算，只要按串、并联的计算方法，一步步将电路化简，最后就可求出总的等效电阻。,30,求图1.17(a)所示电路ab间的等效电阻Rab，其中R1=R2=R3=2，R4=R5=4。,31,解 将图1.17(a)根据电流的流向进行整理。总电流分成三路，一支路经R4到b点另两支路分别经过R5、 R1和R2到达c点，电流汇合后经R3到b点，故画出等效电路图1.16(b)。由等效电路可求出ab间的等效电阻，即R12=R1+R2=2+2=4R125=R5R12=,R1253=R125+R3=2+2=4Rab=R1253R4=,32,3 电感和结构参数的关系,33,1 .电容元件的基本概念(1). 电容元件是一个理想的二端元件,(2). 电容的SI单位为法拉, 符号为F; 1 F=1 CV。常采用微法（F）和皮法（pF）作为其单位。,34,2 电容和结构参数的关系,35,R、L、C 元件小结,理想元件的特性 （u 与 i 的关系）,L,C,R,注意:以上关系均为电流和电压为关联方向,36,实际元件的特性可以用若干理想元件来表示,参数的影响和电路的工作条件有关。,37,U为直流电压时,以上电路等效为,注意 L、C 在不同电路中的作用,38,1.4.1电压源,1. 电压源是一个理想二端元件。电压源具有两个特点: (1) 电压源对外提供的电压u(t)是某种确定的时间函数, 不会因所接的外电路不同而改变, 即u(t)=us(t)。 (2) 通过电压源的电流i（t）随外接电路不同而不同。常见的电压源有直流电压源和正弦交流电压源。,1. 电压源、电流源及其等效变换,39,电压源电压波形,2.电压为零的电压源相当于短路。 3.由图1.10(a)知, 电压源发出的功率为 p0时, 电压源实际上是发出功率； p0时, 电压源实际上是接受功率。,40,1.电流源也是一个理想二端元件,电流源有以下两个特点:(1) 电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数, 不会因外电路不同而改变, 即i(t)=is, is是电流源的电流。 (2) 电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。 2.如果电流源的电流is=Is (Is是常数), 则为直流电流源。3.电流为零的电流源相当与开路。,1.4.2 电流源,41,电流源及直流电流源的伏安特性,4.电流源发出的功率为,p0, 电流源实际是发出功率; p0, 电流源实际是接受功率。,42,理想电压源与理想电流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab 无影响。,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,43,计算图 1.13 所示电路中电流源的端电压U1, 5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1, P2, P3。,44,电流源的电流、电压选择为非关联参考方向, 所以 P1=U1Is=132=26W (发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向, 所以 P2=102=20W (接受)电压源的电流、 电压选择为关联参考方向, 所以 P3=23=6W (接受),解,45,等效互换的条件：对外的电压电流相等。,I = I Uab = Uab,即,1.4.3 实际电源两种模型的等效变换,46,等效互换公式,则,47,48,等效变换的注意事项,49,注意转换前后 Us与 Is 的方向,(2),50,（不存在）,(4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO不一定是电源内阻。,51,如图所示电路,求电流I.,52,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,53,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,54,1.5 基尔霍夫定律,1.5.1 述语,55,1 支路：电路中至少有一个电路元件且通过同一电流的路径称为支路，图中共有5条支路，分别是ab、bd、cd、ac、ad。bc之间没有元件，不是支路。 2节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。图中共有3个节点，分别是节点a、节点b和节点d。因为bc不是一条支路，所以b、c实际上是一个节点。 3. 回路：电路中的任一闭合路径称为回路。图中共有7条回路，分别是abda、bcdb、abca、abcda、acbda、acdba、acda。4. 网孔：电路中无其他支路穿过的回路称为网孔。图中共有3个网孔，分别是abda、bcdb、abca。,