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1、电路的基本概念及电路元件第1页，本讲稿共54页第一章第一章 电路的基本概念及电路元件电路的基本概念及电路元件 本章在物理学的基础上，主要介绍电路模型的概念、电路中的基本物理量及其参考方向、电路的工作状态，还将介绍无源电路元件、有源电路元件及其特性。这些内容都是今后分析和计算电路的基础。第2页，本讲稿共54页主要内容主要内容返回返回1.11.1 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1.21.2 电路模型电路模型电路模型电路模型1.31.3 电路的基本物理量电路的基本物理量电路的基本物理量电路的基本物理量1.41.4 电气设备的额定值电气设备的额定值电气
2、设备的额定值电气设备的额定值1.51.5 电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态1.61.6 无源电路元件无源电路元件无源电路元件无源电路元件1.71.7 有源电路元件有源电路元件有源电路元件有源电路元件1.81.8 电路中电位的概念电路中电位的概念电路中电位的概念电路中电位的概念第3页，本讲稿共54页1.1 电路的组成及其作用电路的组成及其作用电路的概念：电路的概念：电路就是电流的通路，是为了某种需要由电气设备或电路元件电路就是电流的通路，是为了某种需要由电气设备或电路元件按一定方式组合而成按一定方式组合而成。电路的种类（很多）：电路的种类（很多）：(1)(1)(1)(1)
3、提供能量的电路提供能量的电路提供能量的电路提供能量的电路 ，如照明及动力系统的供电电路，如照明及动力系统的供电电路，如照明及动力系统的供电电路，如照明及动力系统的供电电路 (2)(2)(2)(2)传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路、放大器传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路、放大器传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路、放大器传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路、放大器 (3)(3)(3)(3)测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路 (4)(4)(4)(4)
4、存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。实用电路举例实用电路举例第4页，本讲稿共54页实用电路举例：实用电路举例：(1)(1)(1)(1)实现电能的传输、分配与转换的电路实现电能的传输、分配与转换的电路实现电能的传输、分配与转换的电路实现电能的传输、分配与转换的电路 发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉.输电线(2)(2)(2)(2)实现信号的传递与处理的电路实现信号的传递与处理的电路实现信号的传递与处理的电路实现信号的传递与处理的电路放大
5、器扬声器话筒电路的组成电路的组成无论电路有多复杂，它都由无论电路有多复杂，它都由无论电路有多复杂，它都由无论电路有多复杂，它都由3 3 3 3部分组成：部分组成：部分组成：部分组成：电源（或信号源）、负载、中间环节电源（或信号源）、负载、中间环节电源（或信号源）、负载、中间环节电源（或信号源）、负载、中间环节。第5页，本讲稿共54页电路的电路的组成部分：组成部分：电源:电路中电能的来源，是 把非电能转化为电能的装置。如：蓄电池、干电池、火力电力发电机等负载:即用电设备。是将电能转换为其他形式的能量中间环节：传递、分配和控制电能的作用如：连接导线、开关、测量器件、控制器件保护器件等发电机升压变压
6、器降压变压器电灯电动机电炉.输电线第6页，本讲稿共54页电电路路的的组组成成部部分分直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源负载信号源:提供信息放大器扬声器话筒 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。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、检波等电路模型电路模型第7页，本讲稿共54页1.2 电路模型电路模型 为了便于分析和用数学模型描述为了便于分析和用数学模型描述,一般要将实际电路模型化，用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电路中的
7、器件，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。从而构成与实际电路相对应的电路模型。+R0R开关EI电珠+U干电池导线例：手电筒例：手电筒例：手电筒例：手电筒由电池、灯泡、由电池、灯泡、开关和筒体组成。开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。和电源元件等。电池电池是电源元件，其参数为电动势是电源元件，其参数为电动势 E E 和内和内阻阻R Ro o；灯泡灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻元件，其参数为电阻R
8、R；筒体筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。认为是无电阻的理想导体。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模型，简今后分析的都是指电路模型，简今后分析的都是指电路模型，简今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元称电路。在电路图中，各种电路元称电路。在电路图中，各种电路元称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。件都用规定的图形符号表示。件都用规定的图形符号表示。件都用规定的图形符号表示。第8页，本讲稿共54页1.3 电路的基本物理量电路的基本物理量一一.电流电流 电路中
9、的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量l 电流强度电流强度l 单位单位1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A电荷的定向移动形成电流（用电流强度来描述）。电荷的定向移动形成电流（用电流强度来描述）。电流的方向电流的方向第10页，本讲稿共54页电流的方向及参考方向电流的方向及参考方向l 方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。正电荷流向负电荷流向负电荷流向电流的真实方向q
10、+q-ab电路中的一条通路 分析电路之前，电流分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的，的真实方向一般是未知的，在分析与计算电路时，要在分析与计算电路时，要假定一个方向假定一个方向-参考方向。参考方向。l 参考方向：参考方向：任意假定的一个方向。分析电路时用箭头或双下标来表示。任意假定的一个方向。分析电路时用箭头或双下标来表示。iab 参考方向参考方向iab 参考方向参考方向iab 0，即即iab为正值为正值iab 0 元件吸收正功率，元件吸收正功率，(实际吸收实际吸收)；P0，则消耗（吸收）电能，表现为负载。若某元件的PIN，PPN时，叫做时，叫做“过载过载”；(设备易损坏设备易损坏设备易损
11、坏设备易损坏)当电路中的当电路中的iIN，PPN时，叫做时，叫做“欠载欠载”。(不经济不经济不经济不经济)一般来说电路不能工作在过载状态，但短时少量的过载还是可一般来说电路不能工作在过载状态，但短时少量的过载还是可以的，长时过载可能会引起事故的发生，是绝不允许的。为保证以的，长时过载可能会引起事故的发生，是绝不允许的。为保证电路安全工作，一般需在电路中接入必要的过载保护装置。电路安全工作，一般需在电路中接入必要的过载保护装置。负载状态续负载状态续第27页，本讲稿共54页负载工作状态续负载工作状态续IR0REUI 电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U
12、 。负载端电压负载端电压：U=RI或或 U=E IRoUI=EI IRo即：即：P=PE P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率 电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。当当当当 R R0 00，du/dt0，则，则i0，q ，p0,电容吸收功率。电容吸收功率。(2)当电容放电，当电容放电，u0，du/dt0，则，则i0，q ，p0，d i/d t0，则，则u0，p0,电感吸收功率。电感吸收功率。(2)当电流减小，当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0，p
13、0,电感发出功率。电感发出功率。功率功率 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。从从t0到到 t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：电感的储能：电感的储能：与电压无关与电压无关（1 1）电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变；）电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变；（2 2）电
14、感储存的能量一定大于或等于零。）电感储存的能量一定大于或等于零。电容电感比较电容电感比较第40页，本讲稿共54页电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q(1)元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2)若把若把 u-i，q-，C-L，i-u互换互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；可由电容元件的方程得到电感元件的方程；(3)C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。*显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=
15、RI I=GU结结论论有源元件之电压源有源元件之电压源第41页，本讲稿共54页1.7 有源电路元件有源电路元件l 电路符号电路符号一一.理想电压源理想电压源定义：定义：其两其两端电压端电压总能保持总能保持定值定值或一定的时间函数值与流过或一定的时间函数值与流过 它的电流它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui(1)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。(2)通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。通过电压源的电流
16、由电源及外电路共同决定。uSui+-US一般电压源：一般电压源：直流电压源直流电压源或恒压源：或恒压源：理想电压源两端的电压值不随电流变化，因此，理想电压源的两端不能被短路，否则，将流过无穷大电流。常用的电池在正常工作范围内近似为理想电压源（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则将损坏。例子例子实际电压源实际电压源第42页，本讲稿共54页 实际电压源实际电压源 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。uiOi+_u+_考虑内阻伏安特性：伏安特性：一个好的电压源要求：一个好的电压源要求：理想的电压
17、源和电流源是不存在的，实际电源不能输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电压源和一个内阻RS串联来等效。理想电流源理想电流源第44页，本讲稿共54页二二.理想电流源理想电流源 若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）电流源。理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。iSuiuiOiS不随电压变化电流源电路符号电流源电路符号 流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想电流源的两端不能被开路，否则，将产生无穷大电压。(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无
18、关(2)电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定例子例子实际电流源实际电流源第45页，本讲稿共54页实际电流源实际电流源 实实际际电电流流源源也也不不允允许许开开路路。因因其其内内阻阻大大，若若开开路路，电压很高，可能烧毁电源。电压很高，可能烧毁电源。考虑内阻伏安特性：伏安特性：一个好的电流源要求一个好的电流源要求u+_i 理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近似地将其看作是理想电流源。两种独立电源的转换两种独立电源的转换
19、第47页，本讲稿共54页两种独立电源模型的转换两种独立电源模型的转换 电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似，两种电源模型之间可以互相转换。实实际际电电源源+_uiRL电流源模型电流源模型+_uiRLiSR0电压源模型电压源模型+_uiRL+uS_R0uiOuS实际电源特性电位的概念即计算电位的概念即计算第48页，本讲稿共54页1.8 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算 在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两点电在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，并不能知道某位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的
20、电位低，并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们需要知道某点的电位。一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们需要知道某点的电位。电位：电位：电位：电位：电路中某点至参考点的电压，电路中某点至参考点的电压，电路中某点至参考点的电压，电路中某点至参考点的电压，记为记为记为记为“V VX X”通常设通常设通常设通常设 参考点的电位为零。参考点的电位为零。参考点的电位为零。参考点的电位为零。电位的计算步骤：电位的计算步骤：电位的计算步骤：电位的计算步骤：（例子（例子（例子（例子）(1)(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参
21、考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)(2)标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；(3)(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。利用电位简化电路利用电位简化电路第49页，本讲稿共54页借助电位简化电路借助电位简化电路 利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。在电利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只
22、标出各点的电位子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标出各点的电位值。值。bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd+5V5VA20k30kI例：求图示电路中例：求图示电路中A点的电位点的电位第51页，本讲稿共54页例例例例1:1:图示电路，计算开关图示电路，计算开关S 断开和闭合时断开和闭合时A点的电位点的电位VA2kA+I12kI26V(b)解解:(1)当开关当开关S S断开时断开时(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V 。2k+6V
23、A2kSI2I1(a)电流在闭合路径中流通第52页，本讲稿共54页例例例例2 2：电路如下图所示，：电路如下图所示，：电路如下图所示，：电路如下图所示，(1)(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出零电位参考点在哪里？画电路图表示出零电位参考点在哪里？画电路图表示出零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。来。来。来。(2)(2)当电位器当电位器当电位器当电位器R RP P的滑动触点向下滑动时，的滑动触点向下滑动时，的滑动触点向下滑动时，的滑动触点向下滑动时，A A、B B两点的电位增高了两点的电位增高了两点的电位增高了两点的电位增高了还是降低了？还是降低了？还是降低了？还是降低了？I解：（解：（
24、解：（解：（1 1）电路如左图，零电）电路如左图，零电）电路如左图，零电）电路如左图，零电位参考点为位参考点为位参考点为位参考点为+12V+12V电源的电源的电源的电源的“”端端端端与与与与12V12V电源的电源的电源的电源的“+”+”端的联接端的联接端的联接端的联接处。处。处。处。当电位器当电位器当电位器当电位器R RP P的滑动触点向下滑动时，回路中的电流的滑动触点向下滑动时，回路中的电流的滑动触点向下滑动时，回路中的电流的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I I 减小，所以减小，所以减小，所以减小，所以A A电位增高、电位增高、电位增高、电位增高、B B点电位降低。点电位降低。点电位降低。点电位降低。（2 2）V VA A =I IR R1 1 +12+12 V VB B =I IR R2 2 12 12A+12V 12VBRPR1R212V 12V BARPR2R1第53页，本讲稿共54页本章结束本章结束第一章第一章第一章第一章结束结束结束结束第54页，本讲稿共54页