2009-7-30
第一章 第五章第二章 第七章第三章 第八章第四章第一节 电路和电路模型第二节 电路的基本物理量及其参考方向第三节 无源理想元件第四节 电源第五节 基尔霍夫定律第六节 电路的工作状态及电器设备的额定值第七节 电路中电位的计算第一章 电路模型和电路定律作业第一节 电路和电路模型一、电路二、电路模型返回第二节 电路的基本物理量及其参考方向一、电流二、电压三、关联参考方向四、电能和电功率返回第四节 无源理想元件一、电阻元件二、电感元件三、电容元件返回第四节 电源一、电压源二、电流源三、受控源返回第五节 基尔霍 夫定律一、几个概念二,基尔霍夫 电流定律( KCL)
三,基尔霍夫 电压定律 ( KVL)
返回第六节 电路的工作状态及电器设备的额定值一、有载工作状态二、开路状态三、短路状态四、电器设备的额定值返回第七节 电路中电位的计算一、电位二、电源的习惯画法返回例:电子诱饵
·
·


R水
A
B
3V
··
返回一 电 路电路是由某些电气元件按一定方式连接起来的总体,它提供了电流流通的路径 。
电路主要由 电源,负载 和 中间环节 三部分组成。
1.定义,
2.组成,
返回例如:手电筒电路电源中间环节负载电源:
其它形式的能量
( 信号 ) 电能
( 电信号 )
负载:
电能 ( 电信号 )
其它形式的能量 ( 信号 )
* 一般不希望中间环节产生能量或 信号的转换返回
3.作用,( 1) 实现能量的传输,分配和转换,
( 2) 实现信号的传递与处理。
( 3) 信息的存储。
二 电路模型
1.定义,电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的电路图。
返回
2,常见的理想电路元件电阻 电容电压源 电流源返回电感
3,手电筒的电路模型
R0
R
US
电源中间环节负载电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式,不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。
返回
s
一、电流
1,定义,在电场的作用下,电荷有规则的定向移动形成电流,我们把单位时间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。 i = dq/dt
大小和方向都随时间改变的叫交流用 i 表示大小和方向都不随时间改变的叫直流用 I 表示第二节 电路的基本物理量及其参考方向返回
2 单位,
1安培( A) =1000毫安 (mA)
1毫安 (mA)=1000微安 (μA)
3实际方向,规定正电荷运动的方向。
4 参考方向,在分析和计算电路时往往任意选定某一方向作为电流的正方向,也称参考方向,
5 电流参考方向的表示方法
a b
I
a b
I ab 返回二、电压
1定义,电场力把单位正电荷从 a点移到 b点所作的功定义为 a b两点间的电压。
u=dw/dq
交流电压用 u表示,直流电压用 U表示
* 参考方向与实际方向的关系在规定的参考方向下,若计算结果
I > 0 参考方向与实际方向一致
I < 0 参考方向与实际方向相反
2 单位,1千伏特 (kV)=1000伏 (V)
返回
1伏 (V)=1000毫伏 (mV)
1毫伏 (mV)=1000微伏 (μV)
3实际方向,高电位指向低电位。
4 参考方向,任意选定某一方向作为电压的正方向,也称参考方向。
5 电压参考方向的表示方法
a b
U
a b
U ab
a b
返回
* 参考方向与实际方向的关系在规定的参考方向下,若计算结果
U > 0 参考方向与实际方向一致
U < 0 参考方向与实际方向相反三、关联参考方向若电流和电压的参考方向取得相同,称为关联参考方向,否则称为非关联参考方向。
返回
a b a bI I
U U关联 非关联
E U I 非关联返回
2、电功率
1) 定义,单位时间内电能所作的功称为电功率,
简称功率,
p = u i
四、电能和电功率
1,电能
1
0
t
t
dt)t(i)t(uu d qW
返回当某元件的电压电流关联参考方向时有 p = u i
当某元件的电压电流 非 关联参考方向时有 p = - u i
a bI
U
a bI
U
2) 正电荷从电路元件的电压,+”极移到电压
“-” 极,是电场力对电荷作功,元件吸收能量。
正电荷从电路元件的电压“-”极移到电压
,+” 极,外场力对电荷作功,元件释放能量。
电路中,能量满足守恒定律,电源产生的能量等于负载消耗的能量。
有 P电源 = - P负载 返回
* 若求出的 P > 0,说明元件在吸收功率,一定是 负载,
求出的 P < 0,说明元件在发出功率,一定是电源。
例,在图示电路中,Uab = 5V,I= 2A,
求,(1) 各个元件的功率 ;
(2) 这段电路上的总功率,
返回返回




A



+
10V
I
R1
R2
E1
E2
B
A,E1的电流与电压参考方向相关联
B,E2的电流与电压参考方向相关联
C,E1,E2起电源作用
D,R1起负载作用,R2起电源作用
E,这段电路 AB起负载作用
+
- 5V
Uab = 5V,I= 2A
别难过,
再好好想想!
重做哈哈,对了!
不要骄傲,
继续努力!
习题
W2
2
R
W1
2
R
W
2E
W1E
Wab
1642RIP
412RIP
20
210IEP
1025IEP
1052IUP
2
2
2
1
2
1










A
B


+


+
5V
10V
解,
(吸收)
(吸收)
(吸收)
(吸收)
(发出)
W
WE
W
RRE
102030
PPP
20PP
3041610
PPPP
2
211





发吸发吸
I
R1
R2
E1
E2
返回
Uab = 5V,I= 2A
例,图中五个元件代表电源或负载。参考方向如图所示。已知,I1=- 4A,I2=6A,U1=140V、
U2=- 90V,U3=60V,U4=- 80V,U5=30V。
( 1)试标出各电流和电压的实际方向;( 2)
判断哪些元件是电源,哪些是负载;( 3)计算各元件功率。
1
4 5
23
U I
电流、电压同相 ——
负载电流、电压反相 ——
电源元件 1,2 —— 电源元件 3,4,5 —— 负载
P1=- 140× 4=- 560W
P2=- 90× 6=- 540W
P4= 80× 4= 320W
P5= 30× 6= 180W
P3= 560 + 540- 320
- 180= 600W
返回一、电阻元件
i
u R
1.电压与电流关系
u = i R
满足欧姆定律
R=u / i
若 R为常数称为线性电阻若 R随 u,i的变化而变化称为非线性电阻只有线性电阻才满足欧姆定律
2.功率第三节 无源理想元件返回
p=ui= i R=u /R2 2
* P总是大于 0 即 P≥ 0 电阻是耗能元件。
(一般电阻上电压与电流取关联参考方向。 )
二、电感元件
1.电感 φ
i
uL e
L
L
i
uL eL
返回
Ψ=Li L=Ψ/i
L单位是亨利 (H)
L为常数称为线性电感
L不是常数称为非线性电感
2,自感电动势
eL= dΨdt = L didt
3,电压与电流的关系
uL =- eL = L didt
返回
* 若 i = I,uL=0 电感对直流相当于短路
4,能 量
P = u i = L i
di
dt
* 它是一种储能元件 不消耗能量
>0 则 P > 0 吸收能量电能 磁场能
<0 则 P < 0 放出能量磁场能 电能返回
WL=∫
t
0 P dt =
t
0∫ L i
di
dt dt
WL= 12 L i 2 能量是逐渐积累 不能突变
∴ 电感中的电流不能突变
* WL 与 i 2 成正比,与 u 无关,
当 u=0 WL 仍可能存在返回三、电容元件
1,电 容
uc
i
C
q = C uc
C(法拉 F) =
q (库仑 )
uc (伏 )
1F = 10 6 μ F 1μF = 10 6 p F
C为常数 ---线性电容
C不是常数 ---非线性电容返回
2,电压与电流关系
i = dqdt = C ducdt
若 uc= Uc 则 i= 0
* 电容元件对直流相当于开路
3,能 量
P = uC i = C uc
duc
dt
>0 则 P>0 吸收功率电容充电
<0 则 P<0 发出功率电容放电返回
Wc=∫
t
0 P dt = C uc
21
2
能量不能突变 ∴ 电容两端的电压不能突变电容是一种储能元件,不消耗电能
* W 与 U 成正比,与 i无关,
当 i =0时,WC 仍可能存在。
C
2
电路中能量转换过程电阻 耗能元件电电感源 储能元件电容返回一,电压源
1,理想电压源 (恒压源 )
US
I
U
特点,(1)输出电压恒定 U= US,
(2)输出电流取决于外电路。
(3)内阻 Ro=0
伏安特性,U
S
U
I
第四节 电 源返回
2,实际电压源
US
U
R0
U = US - I R0
I UI
I R0
伏安特性,
US
I
U
当 Ro << R时,Ro≈0,U= US
返回二、电流源
1,理想电流源 (恒流源 )
I
IS
U
U
伏安特性,I
IS
特点,(1) 输出电流恒定 I= IS,
与端电压无关。
(2) 输出端电压取决于外电路。
(3) 内阻 Ro=∞
返回
2,实际电流源
IS
I
UR0
I= IS- U/ R0
U I
U
伏安特性
I
IS U/ R0
返回例:电路如图,求理想电压源和理想电流源的功率。
US
1V
R

IS
1A
解,该电路为串联电路各元件的电流均为 IS.
P US = US·IS=1W
PR = IS2 ·R = 1W
P IS = - (PUS +PR) = - 2W
此时电压源吸收功率 (负载 )


功率平衡,Σ ΣP吸 = P发返回
U
几个概念支路,电路中的每一分支叫做支路。一个支路通过同一个电流。
节点,由三条或三条以上的支路相连接的点叫做节点。
回路,电路中的任一闭合路径叫做回路。
第五节 基尔霍夫定律返回
A.图中有 6个节点
+
ab
dc
e f
纯属失误
B,图中有 4个节点
C.图中有 6条支路
D.图中有 8条支路
E,图中有 3个回路
F,图中有 7个回路你犯了严重错误
不好意思又错了
聪明的脑瓜?
OK!
恭喜你 !
一,基尔霍夫 电流定律 (KCL)
对于电路中的任一节点,在任一瞬间流入节点的电流之和一定等于流出该节点的电流之和。 (第一定律 )
a
b




I1 I2
I3E1 E2
R1 R3 R2
如图,I1 + I2= I3
对电路中的任一节点,在任一瞬间,该节点上电流代数和等于零。 ∑I=0
如图 I1 + I2 - I3 =0
规定 流入节点的电流取正,流出节点的电流取负。
返回
∑Ii= ∑IO
推广:适用于封闭面
A
IB
IA
IC
B
C
IAB
IBC ICA
IA + IB + IC= 0
IB
IC
IE
IB + IC= IE
满足三极管电流分配关系返回例,标出图中未知电流大小。
2A
- 8A
3A
3Ω 4Ω
· ·
·6A 1A
5A
二,基尔霍夫 电压定律 (KVL)
在任一瞬间,沿任一闭合回路绕行一周,各部分电压降的代数和等于零,即
∑U=0 。与绕向一致的电压取正,反之取负。
返回




R1 R2U
1 U2
I1 I2
Us1 Us2
a
U1- Us1+ Us2- U2 = 0
I1 R1- Us1+ Us2- I2 R2= 0
在电路中任意回路绕行方向上电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和
∑ US = ∑ I R
规定与绕向一致的电压 和电流取正,
反之取负。
Us1 - Us2 = I1 R1 - I2 R2
返回推广,适用于开口电路
U开 =Σ U
说明,上述两定律适用于任何变化的电压和电流。
例 1,已知 E1=7V,E2=16V,E3=14V,R1=16Ω
R2=3Ω,R3=9Ω。 求,K打开时,Uab=?
K闭合时,I3=?
1,K打开,I3=0
∴ UR3=0
- E1+Uab+E3- E2= 0
Uab=7- 14+16=9V
2,K闭合,Uab=0
- E1+E3- E2 + I3R3= 0
I3=( - E3 + E2) / R3
=9/ 9=1A
E1 R1
a b
K E
3
E2R2
R3 I3
解:
返回例 2 求图中的 U2
I1
U1
10V
U2
R2 2Ω
E2
E1
R1
R3


4V
2V
I1=(10- 4)/(R1+R2)=1A
U2=- E2+ I1 R1 +E1=6V
I3 = 0(开路)
∴ I2 = 0
I2
I3
返回
U1=I1(R1+R2)+E1
一,电位电路中某点的电位等于该点到参考点之间的电压,参考点就是零电位点。
Ue=0
I=9/9=1A
Ua=5V
Ub=5- 2=3V
Uc=5- 6= - 1V
Ud=- 4V
Uab=2V
第七节 电路中电位的计算





e
5V
4V
a b
cd


返回




e
5v
4v
a b
cd 3Ω


若参考点选在 d点.则:
Ua = 9v
Ub = 7v
Uc = 3v
Ud = 0v
Ue = 4v
Uab = 2v
* 电路中某点的电位与参考点的选择有关,而任意两点之间的电压与参考点的选择无关。
返回




e
5v
4v
a b
cd 3Ω


二、电路中电源的习惯画法与参考点相联的一端不画,另外一端标出极性,
写出电位值。如图
+5V
- 4V

a
d
返回




e
5v
4v
a b
cd 3Ω


9V

a
返回
5KΩ
+12V
5KΩ
S
10KΩ
BA
例 1、求 S闭合和断开时 A B点的电位

- 12v
A
10K 5K
B5K
S
S打开时
UA=UB=12V
S闭合时
UA=UB=(12/15)× 5=4V
解:
返回例 2.求图中 S闭合和打开两种情况下 a点的电位
a
- 12v
+ 12v
S
4KΩ
26KΩ
2KΩ S打开,
I=(12+12)/32=0.75mA
Ua=- I× 26+12=- 7.5V
S闭合,
I=12/30=0.4mA
Ua=4·I=1.6V
解:
返回