第1部分电路的基本概念与基本定律

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第一章 电路的基本概念和基本定律

第一章 电路的基本概念和基本定律
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
伏-安关系: 电压电流关系 (u,i关联参考方向下)
i u e

N
d e dt dLi di L dt dt
di u e L dt
电磁感应定律 感应电动势阻碍电流 变化,且其大小与电 流变化快慢有关
对于线性电感
伏安关系
说明1: 电压与电流的变化率成正比,电感是动态元件 当
如果U 、I方向不 一致该如何?
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
二、功率的计算:
U、 I 为关联参考方向时: U、 I 为非关联参考方向时:
P = UI或 p=ui
三、功率性质: 若计算结果 P(p) 0
若计算结果P(p) 0
Hale Waihona Puke + u –+
i
i
u –
P = -UI或 p=-ui
电工技术(电工学I)
第一章 电路的基本概念和基本定律 Basic conception and Laws of circuit
江苏大学电气信息工程学院
School of electric and information,UJS
电路的基本概念和基本定律
内容
1.1 电路的作用与组成
1.2 电路模型 1.3 电流和电压的参考方向 1.4 电路的功率
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
4.关联与非关联参考方向 对任一元件或一段电路 关联方向:
I

U
的参考方向一致
a
I U
b
非关联方向:
I

U
的参考方向相反
a

1电路的基本概念与基本定律-电工电子学

1电路的基本概念与基本定律-电工电子学

(b) 电流从“+”流入,故为负载;
(c) 电流从“+”流入,故为负载 ;
(d) 电流从“+”流出,故为电源。
2.功率与功率平衡
功率 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:
P UI
W为瓦[特] KW为千瓦
功率平衡:由U=E-R0I得 UI=EI-R0I2
返回
物理量参考方向的表示方法
I
a
电 池
灯 泡
+ EU
_
+
R
Uab
_
b
电压
正负号 箭头 双下标
a + U_ ab b
电流:从高电位 指向低电位。
a
Uabb
I
Uab(高电位在前, + R -
低电位在后)
1.4 欧 姆 定 律
欧姆定律:流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
U R I
+ I
U -
U=RI (a)
I1 R1
c
+ U3
E1 U1
R2 I2
a
d
- - U4 +
U1+U4=U2+U3
U2 E2 U1-U2-U3+U4=0
即 U=0
电位降取正
b
电位升取负
上式可改写为
I1 R1
c
+ U3
R2 a
- - U4
I2
d
+
E1-E2-R1I1+R2I2=0 E1
U1
或 E1-E2=R1I1-R2I2
U2 E2
U=E1-U1=E1-IR01
E1=U+R01I=220

第一章电路的基本概念和基本定律

第一章电路的基本概念和基本定律
电路:电流的通路.
开关
实际电路
电源
电路模型 3
(1)电源:供给电能的设备。
把其它形式的能量转换为电能。
(2)负载: 消耗电能的设备。
把电能转换为其它形式的能量
(3)中间环节(又称传输控制环节):
各种控制电器和导线,起传输、分 配、控制电能的作用。
4
1.1.2 电路中的物理量 1、电流
定义 电荷有规律的定向运动即形成电流
(2) 列电路方程:
Uab UR E
UR Uab E
IR
UR R

Uab E R
15Leabharlann R aIR E UR
b U
IR

U
R
E
(3) 数值计算
U 3V
IR

3-2 1
1A
(实际方向与假设方向一致)
U 1V
IR
1 2 1

1A
(实际方向与假设方向相反)
16
(共7 个)
31
(一) 克氏电流定律(KCL)
对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于由节点
流出的电流, 即: I 入= I 出 或者说,在任一瞬 间,一个节点上电流的代数和为 0。 即: I =0

I2
I1 I3 I2 I4
I1
I3
或:
I4
I1 I3 I2 I4 0
(二) 克氏电压定律(KVL)
对电路中的任一回路,沿任意循行方向转一周,其 电位升等于电位降。或各电压的代数和为 0。
I1
a
I2
即: U 0
R1
R2
例如: 回路 #3

电工基础——电路的基本概念和定律

电工基础——电路的基本概念和定律
即两点间的电压等于这两点的电位的差 3.参考点不同,各点的电位不同,但两点间的 电压与参考点的选择无关。
教学方法
通过自学的方法引入参考方向的定义
思考题
1. 为什么要在电路图上规定电流的参考方向? 请说明参考方向与实际方向的关系?
2.电压参考方向都有哪些表示方法?
1.3 电功率和电能
目的与要求

i Gu
5.功率
在电流和电压关联参考方向下, 任何瞬
时线性电阻元件接受的电功率为
u 2 p ui Ri Gu R
2
2
线性电阻元件是耗能元件。
6.焦耳定律
如果电阻元件把接受的电能转换成热能, 则从 t0到t时间内。电阻元件的热[量] Q, 也就是 这段时间内接受的电能W为
Q W
负, 故 P=16+32-24=24W
Ⅳ、教学方法
讲授法
Ⅴ、思考题
1.当元件电流,电压选择关联参考方向时,什么情 况下元件接受功率?什么情况下元件发出功率?
2.有两个电源,一个发出的电能为1000kW.h,另一 个发出的电能为500kW.h。是否可认为前一个电源 的功率大,后一个电源的功率小?
A B A B

u

u
(a)
(b)
图1.3 电压的参考方向
1.2.2 电压及其参考方向(四)
4.若电压的参考方向与实际方向一致,电压为正。
若电压的参考方向与实际方向相反,电压为负。
5.分析电路时,首先应该规定电流电压的参考方 向。
1.2.2 电压及其参考方向(五)
6.元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。
1.1.1 电路(一)
1. 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设 备 和元器件按一定方式连接而成的。复杂的 电路呈网状, 又称网络。 电路和网络这两个术 语是通用的。

电工技术第一章 电路的基本概念和基本定律习题解答

电工技术第一章 电路的基本概念和基本定律习题解答

第一章 电路的基本概念和基本定律本章是学习电工技术的理论基础,介绍了电路的基本概念和基本定律:主要包括电压、电流的参考方向、电路元件、电路模型、基尔霍夫定律和欧姆定律、功率和电位的计算等。

主要内容: 1.电路的基本概念(1)电路:电流流通的路径,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的系统。

(2)电路的组成:电源、中间环节、负载。

(3)电路的作用:①电能的传输及转换;②信号的传递及处理。

2.电路元件及电路模型(1)电路元件:分为独立电源和受控电源两类。

①无源元件:电阻、电感、电容元件。

②有源元件:分为独立电源和受控电源两类。

(2)电路模型:由理想电路元件所组成反映实际电路主要特性的电路。

它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。

采用电路模型来分析电路,不仅使计算过程大为简化,而且能更清晰地反映该电路的物理本质。

(3)电源模型的等效变换①电压源及电阻串联的电路在一定条件下可以转化为电流源及电阻并联的电路,两种电源之间的等效变换条件为:0R I U S S =或0R U I SS =②当两种电源互相变换之后,除电源本身之外的其它外电路,其电压和电流均保持及变换前完全相同,功率也保持不变。

3.电路的基本物理量、电流和电压的参考方向以及参考电位 (1)电路的基本物理量包括:电流、电压、电位以及电功率等。

(2)电流和电压的参考方向:为了进行电路分析和计算,引入参考方向的概念。

电流和电压的参考方向是人为任意规定的电流、电压的正方向。

当按参考方向来分析电路时,得出的电流、电压值可能为正,也可能为负。

正值表示所设电流、电压的参考方向及实际方向一致,负值则表示两者相反。

当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时,称它们为关联参考方向。

一般来说,参考方向的假设完全可以是任意的。

但应注意:一个电路一旦假设了参考方向,在电路的整个分析过程中就不允许再作改动。

(3)参考电位:人为规定的电路种的零电位点。

电路分析-第1章 电路的基本概念和基本定律

电路分析-第1章 电路的基本概念和基本定律

Uad=φa—φd=10—(—3)=13V
Ubd=Uba+Uad=—2+13=11V
以上用两种思路计算所得结果完全相同,由此可 (1) 两点之间的电压等于这两点之间路径上的
(2) 测Uab和Ubd的电压表应按图(b)所示跨接在 待测电压的两端,其极性已标注在图上。
§1-3 电功率与电能
一 、电功率 1. 定义 图中表示电路中的一部分 a 、 b 段,图中采 用了关联参考方向,设在 dt 时间内,由 a 点转移 到b点的正电荷量为dq,ab间的电压为u,在转移 过程中dq失去的能量为 d udq 因此,ab段电路所消耗的功率为
(a)开路状态;
(b)短路状态
§1-5电压源和电流源
例1.5 某电压源的开路电压 为30V,当外接电阻R后, 其端电压为25V,此时流经 的电流为5A,求R及电压源 内阻RS。 解: 用实际电压源模型表征该 电压源,可得电路如图所示。 即: 设电流及电压的参考方向如图 中所示,根据欧姆定律可得:
+ 30 V - RS R I + U -
U=U -R I S S
(a)
(b)
内阻
电阻Rs表示实际 电源的能量损耗
§1-5电压源和电流源
电路的两种特殊状态 开路状态。如图(a)所示。此时不接负载,电 流为零,端电压等于开路电压。可用开路电压 和内阻两个参数来表征。
+ US - RS - U=UOC + + US - RS ISC = UOC RS
§1-5电压源和电流源
U R I
根据
S S
U R I
25 5 5
U U R I
30 25 1 5
U S U 可得:R S I
§1-5电压源和电流源

第1章 电路的基本概念与定律

第1章 电路的基本概念与定律

第1章 电路的基本概念与定律
注意 若选定的参考方向与电流的实际方向一致,则电流 为正值,即I>0 ; 若选定的参考方向与电流的实际方向相反,则电流 为负值,即I<0 。
电流的实际方向 电流的实际方向
I a
I
R
b
a
R
b
电流的参考方向 I>0
电流的参考方向 I<0
第1章 电路的基本概念与定律
二、电压和电动势及其参考方向 电压 电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所作的功, 叫做这两点间的电压。
C
q u
式中q的单位为库仑,u的单位为伏特,C的单位为法拉,简称 法,用字母F表示。由于法拉的单位太大,通常采用微法(μF)或 皮法(pF)表示。
1F 1 0 F 1 0
6 12
pF
当电容电压和电流为关联参考方向时,由电流的定义
i dq dt C du dt
在任一时刻,电路中电容的电流与其端电压的变化率成正比。 对于恒定电压,电容中的电流为零。所以电容对直流电而言相当于 开路。
响应
由激励产生的结果(如某个元件上的电流和电压等) 称之为响应。 激励和响应的关系就是作用和结果的关系。
电路分析就是在已知激励、电路结构和参数(电路模型) 的情况下,根据电路的基本定律对由理想元件组成的电路模型 进行分析,求出各元件上的电压、电流及功率等物理量,预测 实际电路的特性,以便设计更优化的电路。
N
第1章 电路的基本概念与定律
如果忽略导线电阻中消耗能量等次要因素,就可以用电感 元件作为实际线圈的模型。如下图所示。 i
+
u L e
将单位电流所能产生的磁链定义为电感元件的自感系数。电 感元件的自感系数简称电感,用字母L 来表示,即

电路的基本概念和基本定理

电路的基本概念和基本定理

对于交流电路电压、电流的真实方向随时间变化,要简 单的用一个函数或用一条曲线描述电流、电压需要假设电流、 电压的方向。
第一章. 电路的基本概念和基本定理
假设的电流方向就称为电流的参考方向。
电流的参考方向与电流的真实方向一致,电流取正值; 电流的参考方向与电流的真实方向相反,电流取负值。 利用电流值(大于零或小于零)并结合参考方向,就能 够确定电流的真实方向。 电压和电动势同理。 在以后的电路分析中,如果没有特别声明,所涉及的电 流、电压的方向,都是参考方向,电压、电流的值均为代数 值。
如果将上式中的 i3 移到等号左边,则有
i1 i2 i3 0
基尔霍夫电流定律则可以叙述为: 流进任一节点的电流的代数和为零。 同样
流出任一节点的电流的代数和为零。
i 0
第一章. 电路的基本概念和基本定理
基尔霍夫电流定律不仅对任意一个节点来说是成立 的,而且还可以推广到包围着多个节点的闭合面(广义 节点)。
三. 电路中的功率 电功率的定义: 平均功率: 在直流情况下
p ui
1 P T
T

0
1 pdt T
T
uidt
0
P UI
I
电压和电流的参考方向为关联参考方向
P UI
P 0
表示吸收功率 吸收功率 发出功率
P0
P 0
U R
P 0
电压和电流的参考方向为非关联方向
P
第一章. 电路的基本概念和基本定理
一.基尔霍夫电流定律(KCL)
对于电路中任意的一个节点,由于电荷是不会产生、 消灭和积累的,所以任意时刻流进节点的电荷一定等于流 出节点的电荷,也即:
流进节点的电流之和一定等于流出节点的电流之和。
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(1)电位值是相对的,参考点选取的不同,电路中 各点的电位也将随之改变;
(2) 电路中两点间的电压值是固定的,不会因参考 点的不同而变, 即与零电位参考点的选取无关。
• 借助电位的概念可以简化电路作图
c 20 a 5
c 20 d
E1 140V
4A
6A
6 10A
b
+140V
E2 90V
5 d
+90V 6
泡、开关和筒体组成。

电池
S 开关
导线
R 灯泡
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手电筒的电路模型
I
++
E
–U
Ro

电池
S 开关
导线
R 灯泡
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 件都用规定的图形符号 表示。
电池是电源元件,其 参数为电动势 E 和内阻 Ro;
灯泡主要具有消耗电能 的性质,是电阻元件,其 参数为电阻R;
B
对回路1:
++
+
电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2 U= 0
E1–
E2 –
1 UBE
R1
R2
I2
_
I2R2 – E2 + UBE = 0
E
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例: I1
a I2
I6
d
R6
c
R4 I3 b I4 I
应用 U = 0列方程 对网孔abda: I6 R6 – I3 R3 +I1 R1 = 0 对网孔acba: I2 R2 – I4 R4 – I6 R6 = 0 对网孔bcdb:
过载(超载): I > IN ,P > PN (设备易损坏) 欠载(轻载): I < IN ,P < PN (不经济)
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1.5.2 电源开路
开关 断开 特征:
I=0
I
E
Ro
U0
U = U0 = E 电源端电压 ( 开路电压 )
P = 0 负载功率
有I
电路中某处断开时的特征:
6V –
2k
I2 A
电流在闭合
(b)
路径中流通
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例2:电路如下图所示,(1) 零电位参考点在哪里? 画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向 下滑动时,A、B两点的电位增高了还是降低了?
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2.电路的组成部分
信号处理:
信号源:
放大、调谐、检波等
提供信息 话筒
放 扬声器


直流电源:
负载
提供能源
直流电源
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。
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② 在电源有内阻时,I U 。
P = PE – P
UI = EI – I²Ro
负载 电源 内阻 ③ 电源输出的功率由负载决定。
取用 产生 消耗 负载大小的概念:
功率 功率 功率
负载增加指负载取用的
电流和功率增加(电压一定)。
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电源与负载的判别
1. 根据 U、I 的实际方向判别
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例1: d
a
I1
I2
IG
G
c
R4 I3 b I4 I
+E –
支路:ab、bc、ca、… (共6条)
结点:a、 b、c、d
(共4个)
回路:abda、abca、
adbca … 网孔:(a共bd7、个a)bc、bcd
(共3 个)
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1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)
若 I = –5A,则电流从 b 流向 a 。 若 U = 5V,则电压的实际方向 从 a 指向 b;
aR 注意:
b 若 U= –5V,则电压的实际方向 从 b 指向 a 。
在参考方向选定后,电流 ( 或电压 ) 一页
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时, U、I 参考方向相反时,
1.定律 在任一瞬间,从回路中任一点出发,沿回路循行
一周,则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。
在任一瞬间,沿任一回路循行方向,回路中各
段电压的代数和恒等于零。 即: U = 0
I1 a I2
对回路1:E1 = I1 R1 +I3 R3
R1
R2
或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0
E1 1 I3 R3 2 E2 对回路2:I2 R2+I3 R3=E2
b
或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0
基尔霍夫电压定律(KVL) 反映了电路中任一
回路中各段电压间相互制约的关系。
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注意:
1.列方程前标注回路循行方向;
2.应用 U = 0列方程时,项前符号的确定:
如果规定电位降取正号,则电位升就取负号。
3. 开口电压可按回路处理

1. 开路处的电流等于零;
电 路
I =0
2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。
R
+ U –
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1.5.3 电源短路
I
电源外部端子被短接
E
特征: E
R0
U0
R
I U=
IS 0
R0
短路电流(很大) 电源端电压
P= 0
负载功率
PE = P = I²R0 电源产生的能量全被内阻消耗掉
R
– (a)
+
U 6V
I R
– –2A
(b)
解:对图(a)有, U = IR 所以 : RU63Ω I2
对图(b)有, U = – IR 所:以 RU63Ω I 2
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线性电阻的概念:
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻,它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。
即: RU常数 I
电流: I
箭标 aR b
电压:
正负极性 a + U –
b
双下标 Iab
双下标 Uab
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(3) 实际方向与参考方向的关系
实际方向与参考方向一致,电流(或电压)值为正值;
实际方向与参考方向相反,电流(或电压)值为负值。
例: I aR b
+U–
若 I = 5A,则电流从 a 流向 b;
单位
kA 、A、mA、 μA
kV 、V、mV、 μV
电动势E
低电位 高电位 (电位升高的方向)
kV 、V、mV、 μV
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2. 电路基本物理量的参考方向
(1) 参考方向
在分析与计算电路时,对 +
电量任意假定的方向。
E _
Ia +
RU _
(2) 参考方向的表示方法
b
+E –
I4 R4 + I3 R3 –E = 0
对回路 adbca,沿逆时针方向循行:
– I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 – I2 R2 = 0 对回路 cadc,沿逆时针方向循行:
– I2 R2 – I1 R1 + E = 0
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1.7 电路中电位的概念及计算
电源: U、I 实际方向相反,即电流从“+”端流出,
负载:
(发出功率);
U、I 实际方向相同,即电流从“-”端流出。 (吸收功率)。
2. 根据 U、I 的参考方向判别
U、I 参考方向相同,P =UI 0,负载;
P = UI 0,电源。
U、I 参考方向不同,P = UI 0,电源; P = UI 0,负载。
筒体用来连接电池和灯 泡,其电阻忽略不计,认 为是无电阻的理想导体。
开关用来控制电路的通 断。
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1.3 电压和电流的参考方向
1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向
物理量 电流 I
电压 U
实际方向
正电荷运动的方向
高电位 低电位 (电位降低的方向)
1. 电位的概念 电位:电路中某点至参考点的电压,记为“VX” 。
通常设参考点的电位为零。 某点电位为正,说明该点电位比参考点高; 某点电位为负,说明该点电位比参考点低。 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点,设其电位为零; (2) 标出各电流参考方向并计算;
(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。
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例1: 图示电路,计算开关S 断开和闭合时A点
的电位VA
+6V
解: (1)当开关S断开时
I1 2k
电流 I1 = I2 = 0,
2k
电位 VA = 6V 。
S
I2 A
(2) 当开关闭合时,电路
(a)
如图(b)
电流 I2 = 0, 电位 VA = 0V 。
2K
+ I1
+
U=IR
+
U = – IR
U IR
U

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