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1、第1章 电路的基本概念第1页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.1 1.1.1 电路电路1.1.2 1.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型第2页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 (1)(1)实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.电路的作用电路
2、的作用电路的作用电路的作用 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。路元件按一定方式组合而成。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第3页，共38页，编辑于2022年，星期日2.2.电路的电路的电路的电路的组成部分组成部分组成部分组成部分电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉
3、.输电线输电线第4页，共38页，编辑于2022年，星期日 强电电路强电电路电压较高、电流和功率较大；实现电电压较高、电流和功率较大；实现电 能的传输和转换。（如电力系统等）能的传输和转换。（如电力系统等）弱电电路弱电电路电压较低、电流和功率较小；实现信电压较低、电流和功率较小；实现信 号的传递和处理。（如扩音系统等）号的传递和处理。（如扩音系统等）发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器负载负载（如电灯、（如电灯、电动机等电动机等）话筒话筒放大器放大器扬声器扬声器第5页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.2 1.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型实际元件：用于构成
4、电路的电工、电子元器实际元件：用于构成电路的电工、电子元器 件或设备。件或设备。实际电路：由实际元件构成的电路。实际电路：由实际元件构成的电路。理想电路元件：对实际元件在一定条件下进理想电路元件：对实际元件在一定条件下进 行科学抽象而得到的一种数学模型。行科学抽象而得到的一种数学模型。电路模型：由一些理想电路元件相互连接而构电路模型：由一些理想电路元件相互连接而构 成的整体，是实际电路的等效表示。成的整体，是实际电路的等效表示。第6页，共38页，编辑于2022年，星期日E+_RSROI手电筒电路模型手电筒电路模型灯泡灯泡电池电池开关手电筒的实际电路手电筒的实际电路第7页，共38页，编辑于202
5、2年，星期日手电筒的电路模型手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。例：手电筒例：手电筒例：手电筒例：手电筒R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件元件、电感元件、
6、电容元件和电源元件等。和电源元件等。第8页，共38页，编辑于2022年，星期日手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 电池电池是电源元件，其参数是电源元件，其参数为电动势为电动势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能的主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数性质，是电阻元件，其参数为电阻为电阻R；筒体筒体用来连接电池和灯泡，用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。电阻的理想导体。开关开关用来控制电路的通断。用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路今后分析的都是指电
7、路今后分析的都是指电路今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。规定的图形符号表示。第9页，共38页，编辑于2022年，星期日1.2 1.2 电路基本物理量电路基本物理量1.2.1 1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向电流电流电荷量对时间的变化率电荷量对时间的变化率直流电流直流电流电流的大小和方向不随时间变化电流的大小和方向不随时间变化电流的实际方向电流的实际方向正电荷移动的
8、方向正电荷移动的方向电流的参考方向电流的参考方向假定方向，也称正方向假定方向，也称正方向交流电流交流电流电流的大小和方向随时间变化电流的大小和方向随时间变化第10页，共38页，编辑于2022年，星期日(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：(1)(1)参考方向参考方向参考方向参考方向IE+_ 在分析与计算电路时，对电在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aRb箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_第11页，共38页，编辑于2022年，星期日实际方向与参考
9、方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。(3)(3)实际方向与实际方向与实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系注意：注意：在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。若若 I=5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I=5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a。abRIabRU+若若 U=5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U=5V，
10、则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 b 指向指向 a。第12页，共38页，编辑于2022年，星期日U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U=I R U U=IRIR第13页，共38页，编辑于2022年，星期日解：解：对图
11、对图(a)有有,U=IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第14页，共38页，编辑于2022年，星期日为什么要设电流参考方向？为什么要设电流参考方向？简单电路简单电路 R2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 电流的实际方向可知电流的实际方向可知各电流的实际方向未知各电流的实际方向未知复杂电路复杂电路第15页，共38页，编辑于2022年，星期日1.2.2 1.2.2 电压及其参考方向电压及其参考方向电压电压 单位正电荷从一点移至另一点作的
12、功单位正电荷从一点移至另一点作的功电压的实际方向电压的实际方向 高电位指向低电位，电位降低高电位指向低电位，电位降低 的方向的方向 直流电压直流电压 电压的大小和极性不随时间变化电压的大小和极性不随时间变化交流电压交流电压 电压的大小和极性随时间变化电压的大小和极性随时间变化电压的参考方向电压的参考方向 假定方向假定方向电位、电动势电位、电动势第16页，共38页，编辑于2022年，星期日电位与电压电位与电压 某点的电位等于电场力驱使单位正电荷从该点移动某点的电位等于电场力驱使单位正电荷从该点移动到参考点所作的功。到参考点所作的功。a、b两点之间的电压等于电场力驱使单位正电荷从两点之间的电压等于
13、电场力驱使单位正电荷从a点移动到点移动到b点所作的功，也等于点所作的功，也等于a、b两点的电位之差。电位两点的电位之差。电位和电压的单位都是伏特（和电压的单位都是伏特（V）。）。这里，功的单位是焦耳（这里，功的单位是焦耳（J）；电荷的单位是库仑）；电荷的单位是库仑（K）第17页，共38页，编辑于2022年，星期日电动势电动势 正电荷在电场力的作用下，从高电位向低电位移动，正电荷在电场力的作用下，从高电位向低电位移动，最终两极电位差减小，直到零。所以必须要有另一种力来最终两极电位差减小，直到零。所以必须要有另一种力来克服电场力，这种力称为电源力。克服电场力，这种力称为电源力。在电源力的作用下，电
14、源不断把其它形式的能量转换为在电源力的作用下，电源不断把其它形式的能量转换为电能。电能。电动势是用来衡量电源力对电荷的做功能力的。电动势是用来衡量电源力对电荷的做功能力的。方向：方向：电压的方向从高电位指向低电位，是电压降低的方向。电压的方向从高电位指向低电位，是电压降低的方向。电动势的方向则是从低电位指向高电位，是电压升高的方向。电动势的方向则是从低电位指向高电位，是电压升高的方向。第18页，共38页，编辑于2022年，星期日电位电位 计算电位时，必须选定电路中某一点作为参考点，参考点计算电位时，必须选定电路中某一点作为参考点，参考点标上标上“接地接地”的符号，但并非真正与大地相接。的符号，
15、但并非真正与大地相接。（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的）电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的 电压，单位为伏特。电压，单位为伏特。（2）参考点选得不同，电路中各点的电位随着改变，）参考点选得不同，电路中各点的电位随着改变，但任意两点间的电压是不变的但任意两点间的电压是不变的 所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。第19页，共38页，编辑于2022年，星期日1.电功 电流所做的功称为电功，与其所消耗的电能相同，故电功即电能。电功以符号表示，常用单位为焦耳（）或度（）。1.2.3 电功与电功率电功与电功率第20页，
16、共38页，编辑于2022年，星期日根据电压电流的参考方向，电路功率根据电压电流的参考方向，电路功率iNu N N消耗功率（吸收功率）消耗功率（吸收功率）N N输出功率（释放功率）输出功率（释放功率）.电功率电功率第21页，共38页，编辑于2022年，星期日电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别U、I 参考方向不同，参考方向不同，P=UI 0，电源电源；P=UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P=UI 0，负载负载；P=UI 0，电源电源。1.1.根据根据根据根据 U U、I I 的的的的实际方向判别实际方向判别实际方向判别实际方向判别2.2.根据根
17、据根据根据 U U、I I 的的的的参考方向判别参考方向判别参考方向判别参考方向判别电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出，（发出功率）（发出功率）；负载：负载：U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“-”端流出。端流出。（吸收功率）（吸收功率）。第22页，共38页，编辑于2022年，星期日电流、电压、功率的符号和单位电流、电压、功率的符号和单位 电电 量量 名名 称称 符符 号号 基基 本本 单单 位位 常用工程单位常用工程单位 电电 流流I I（直流）（直流）i i（交流）（交流）A AkAkA、mA mA、uAuA、nAnA
18、 电电 压压U U（直流）（直流）u u（交流）（交流）V VkVkV、mV mV、uVuV 功功 率率P P（平均功率）（平均功率）W WkWkW、mWmW第23页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.1.1 电阻元件电阻元件 1.1.电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件1.1.2.2 电感元件电感元件 1.1.3.3 电容元件电容元件第24页，共38页，编辑于2022年，星期日电压电流关系电压电流关系 电阻功率电阻功率 电阻耗能电阻耗能 伏安特性伏安特性电压与电流的关系电压与电流的关系耗能元件耗能元件IUOIUO线线 性性电电 阻阻 非线性非线性电电 阻阻 （电阻（电阻R R单位
19、：单位：）1.1.1.1 电阻元件电阻元件第25页，共38页，编辑于2022年，星期日 部分电阻器的照片部分电阻器的照片膜电阻器膜电阻器线绕电阻器线绕电阻器电位器电位器热敏电阻器热敏电阻器水泥电阻器水泥电阻器第26页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.2.2 电感元件电感元件线性电感线性电感 电压电流关系电压电流关系 电感在直流电路中，电感在直流电路中，相当于短路相当于短路电感是一种储能元件，储存的磁场能量电感是一种储能元件，储存的磁场能量 电感电感L L的单位：亨利的单位：亨利()()、毫亨、毫亨()()、微亨、微亨()()第27页，共38页，编辑于2022年，星期日部分电感器的照片
20、部分电感器的照片不同类电感器不同类电感器陶瓷电感器陶瓷电感器标准电感器标准电感器第28页，共38页，编辑于2022年，星期日1.1.3.3 电容元件电容元件线性电容线性电容 电压电流关系电压电流关系 电容在直流电路中，电容在直流电路中，相当于开路相当于开路 电容是一种储能元件，储存的电场能量电容是一种储能元件，储存的电场能量 电容电容C C的单位：法拉的单位：法拉 、微法拉、微法拉 、微微法拉微微法拉第29页，共38页，编辑于2022年，星期日 部分电容器的照片部分电容器的照片 电解电容器电解电容器 普通电容器普通电容器 电力电容器电力电容器单相电动机单相电动机 电容器电容器第30页，共38页
21、，编辑于2022年，星期日电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载欠载欠载(轻载轻载轻载轻载)：I IN，P IN，P PN (设备易损坏设备易损坏设备易损坏设备易损坏)额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠经济合理安全可靠)1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：灯泡：灯
22、泡：UN=220V，PN =60W电阻：电阻：RN=100 ，PN =1 W 第31页，共38页，编辑于2022年，星期日例例 已知：已知：Pn=1W,Un=100V,试选一电阻与之串联在试选一电阻与之串联在200V的直流电源上。的直流电源上。解：解：Pn=UnIn=Un2/R R=1002/1=10 (K)In=1/100=10 (mA)Pn=In2 R=0.012104=1 (W)显然与之串联的电阻阻值是显然与之串联的电阻阻值是10K，故应选（，故应选（4）。）。（1 1）电阻值）电阻值5K5K，额定功率，额定功率2W2W；（；（2 2）电阻值）电阻值10K10K，额定功率，额定功率0.5
23、W0.5W；（3 3）电阻值）电阻值20K20K，额定功率，额定功率0.25W0.25W；（；（4 4）电阻值）电阻值10K10K，额定功率，额定功率2W2W。第32页，共38页，编辑于2022年，星期日1.4 1.4 电源电源1.4.2 1.4.2 电流源电流源1.4.1 1.4.1 电压源电压源第33页，共38页，编辑于2022年，星期日1.4.1 1.4.1 电压源电压源 1、理想电压源：、理想电压源：I I 端电压（输出电压）端电压（输出电压）端电流（输出电流）端电流（输出电流）U O I US输出电压输出电压 等于源电压等于源电压 ，与，与 输出电流和外电路的情况无关。输出电流和外电
24、路的情况无关。USUSU 源电压源电压 UI I第34页，共38页，编辑于2022年，星期日2.2.实际电压源实际电压源 端电压随端电流的增加而减小端电压随端电流的增加而减小 ，开路状态，开路状态，开路电压开路电压 ，短路状态，短路状态，短路电流短路电流 实际电压源在工作时要避免短路！实际电压源在工作时要避免短路！U O I US第35页，共38页，编辑于2022年，星期日1 1、理想电流源：理想电流源：I I 源电流源电流IS 端电压端电压 U 端电流端电流I IU O I IS输出电流输出电流 等于源电流等于源电流 ，与，与输出电压和外电路的情况无关。输出电压和外电路的情况无关。I IIS1.4.2 电流源电流源 第36页，共38页，编辑于2022年，星期日2.2.实际电流源实际电流源U O I IS端电流随端电压的增加而减小端电流随端电压的增加而减小。第37页，共38页，编辑于2022年，星期日部分电压源照片部分电压源照片第38页，共38页，编辑于2022年，星期日