電路的基本概念與基本元件

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電路的基本概念與基本元件電路的基本概念與基本元件1.1.1 電路負(fù)載電源開關(guān)連接導(dǎo)線電源：電路中提供電能的裝置。如發(fā)電機(jī)、蓄電池等。負(fù)載：消耗或轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備。如電動(dòng)機(jī)、電燈等。中間環(huán)節(jié)：電源和負(fù)載之間不可缺少的連接、控制和保護(hù)部件。1.1.2 電路模型電源負(fù)載實(shí)體電路中間環(huán)節(jié)電路模型負(fù)載電源開關(guān)連接導(dǎo)線SRL+ UIUS+_R0與實(shí)體電路相對(duì)應(yīng)、由理想元件構(gòu)成的。2、理想電路元件：是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、確切，可定量分析和計(jì)算。R只具耗能的電特性C只具有儲(chǔ)存電能的電特性L只具有儲(chǔ)存磁能的電特性+ US輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定輸出電流恒定，兩端電壓由

2、它和負(fù)載共同決定IS1.2.1 電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。有大小和方向的。1、 電流大小單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。UsAB電場(chǎng)方向S面tqti)(dttdqtqtit)(lim)(02、 電流方向正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向3、 電流單位）秒（）庫(kù)侖（）安培（sCA 4、 電流分類OitT2TOititO(a)(b)(c) 交流 無(wú)規(guī)律變化電流 直流1.2.2 電壓電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間電壓的定義是：?jiǎn)挝徽姾蓮腶點(diǎn)移到b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。負(fù) 載 eAB電源u(t)dqdwuabab1、 電壓大小2、 電壓方向電壓的實(shí)際方向高電位指向低電位3、 電壓?jiǎn)挝唬?kù)侖（）焦耳（）伏特（CJV

3、 1.2.3 電位單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。（用用 “”表示）表示） baabVVUa、b兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。舉例一舉例二第二講 參考方向1.2.4 電流、電壓的參考方向需要假設(shè)電流方向，再進(jìn)行計(jì)算。所謂參考，就是分析計(jì)算時(shí)的參照，人為假定。目的是將電流、電壓看成代數(shù)量。不正確，電流是有方向的1、電流的參考方向元件（或?qū)Ь€）中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能。電流的參考方向：任意假設(shè)的電流方向。代數(shù)量可以表示電流大?。ń^對(duì)值）方向（正、負(fù)號(hào)）(i) 電流參考方向的表示方法：Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭abRI(ii) 實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系電流計(jì)算值為正值，實(shí)際

4、方向與參考方向一致；電流計(jì)算值為負(fù)值，實(shí)際方向與參考方向相反。若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRI2、電壓的參考方向電壓的參考方向：任意假設(shè)的電壓方向。(i) 電壓參考方向的表示方法：U+-正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào) 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 頭頭 U Uab-ab+(ii) 實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系電壓計(jì)算值為正值，實(shí)際方向與參考方向一致；電壓計(jì)算值為負(fù)值，實(shí)際方向與參考方向相反。abRU+若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向從，則電壓的實(shí)際方向從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向從，則電壓的實(shí)際方向從 b

5、 指向指向 a 。3、關(guān)聯(lián)參考方向 對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為方便，常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。aIUbaIUb1.2.5 電能與電功率UItPtW日常生產(chǎn)和生活中，電能（或電功）也常用度作為量綱：1度度=1KWh(千瓦時(shí)) = 3600kJ電阻在時(shí)間電阻在時(shí)間t 內(nèi)所消耗的電能為：內(nèi)所消耗的電能為：式中單位：式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時(shí)，電能時(shí)，電能W為焦耳為焦耳【J】1度電的概念1000W的電爐加熱 1 小時(shí) 100W的電燈照明10小時(shí) 40W的電燈照明25小時(shí)2、電功率 電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率。功率

6、：符號(hào)P 表示，單位為（瓦），常用的還有k（千瓦）。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：P= =UI非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：P = =UIp0時(shí)吸收功率（負(fù)載），p0時(shí)放出功率(電源)。求圖示各元件的功率求圖示各元件的功率 I=-2A I=2A + U=5V (a) (b) + U=5V I=-2A (c) + U=5V a）c）P=UI=52=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。b）P=UI=5(2)=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián)方向非關(guān)聯(lián)方向 右下圖電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U=5V，求電流I。+UI元 件由圖可知UI為關(guān)聯(lián)參考方

7、向，因此:A4520UPII為負(fù)值，說(shuō)明它的實(shí)際方向與圖上標(biāo)示的參考方向相反。元件元件A：I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。解解：關(guān)聯(lián)方向，關(guān)聯(lián)方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收，吸收10W功率，功率，負(fù)載負(fù)載。非關(guān)聯(lián)方向，非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收，吸收10W功率，功率，負(fù)載負(fù)載。元件元件B：元件元件C：P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡功率平衡。總功率：總功率： I A B C + U1 + U3 + U2 1.3.1 電阻與電阻元件2.Ou(t)i(t)()(tantituR 對(duì)于線性

8、電阻元件：對(duì)于線性電阻元件： U = I RU、I關(guān)聯(lián)方向時(shí)關(guān)聯(lián)方向時(shí)RU+IU = I R非關(guān)聯(lián)方向時(shí)非關(guān)聯(lián)方向時(shí)RU+I應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U = IR326 :IUR所以326:IUR所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A解：解：對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = IR3.（1）有載工作（通路） U RLS USR0S0LUIRRS0LUIRUIRPPPSP=UI -電源輸出的功率電源輸出的功率PS=USI -電源產(chǎn)生的功率電源產(chǎn)生的功率P=I2R0 -內(nèi)阻消耗的功率內(nèi)阻消耗的功率（2）開路狀態(tài)：

9、U=USI0S US R0RLSS000IUUPP（3）短路狀態(tài)：RLS US R002S0SSC00RIPPPRUIIUU1.4.1 電容器1.4.2 （線性）電容元件1.4.3 電容元件的伏安特性電容的特點(diǎn)：1) i 的大小取決于 u 的變化率,與 u 的大小無(wú)關(guān),電壓有變化才有電流,電容是動(dòng)態(tài)元件；2)當(dāng) u 為常數(shù)(直流)時(shí), i =0.電容相當(dāng)于開路,電容有隔斷直流作用; 3）當(dāng) u、i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí),上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號(hào)。1.5.1 電感元件線圈1.5.2 電感元件的伏安特性電容的特點(diǎn)：（2）（3）蓄電池蓄電池 電源是能將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。任何一個(gè)實(shí)際的電

10、源（或信號(hào)源）對(duì)外電路所呈現(xiàn)的特性可以用電壓源模型或電流源模型來(lái)表示。 1.6.1 理想電壓源電壓源模型S USR0RL輸出端電壓 UI. .實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源oIRUsU伏安特性伏安特性Ro越大越大斜率越大斜率越大IUUSIRO. .理想電壓源理想電壓源 （恒壓源）（恒壓源）: : RO= 0 時(shí)的電壓源時(shí)的電壓源.特點(diǎn)特點(diǎn)：（3）電源中的電流由外電路決定。）電源中的電流由外電路決定。IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS （2）電源內(nèi)阻為）電源內(nèi)阻為 “RO= 0”。（1）理想電壓源的端電壓恒定。）理想電壓源的端電壓恒定。1.6.2 理想電流源. . 實(shí)際電流源實(shí)際電流源SoU

11、IIRIsUI外特性外特性 電流源模型電流源模型RORO越大越大特性越陡特性越陡U+_RLR0ISI. .理想電流源理想電流源 （恒流源（恒流源):): RO= 時(shí)的電流源時(shí)的電流源. . 特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）輸出電流恒定）輸出電流恒定。abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（3）輸出電壓由外電路決定。）輸出電壓由外電路決定。（2）理想電流源內(nèi)阻為無(wú)窮大（）理想電流源內(nèi)阻為無(wú)窮大（ RO= ）。）。2.1.4 兩種實(shí)際電源等效變換當(dāng)外接負(fù)載相同時(shí)，兩種電源模型對(duì)外部電路的電壓、電流相等。 I = I Uab = Uab即即Us = Is R0內(nèi)阻改并聯(lián)Is = UsR0bI IR0Uab+_

12、Us+_aIS R0Us bI IR0Uab+_a內(nèi)阻改串聯(lián)變換過程中內(nèi)阻不變內(nèi)阻不變。等效變換的要點(diǎn)等效變換的要點(diǎn)（1 1）“等效等效”是指是指“對(duì)外對(duì)外”等效（等效互換前后等效（等效互換前后對(duì)外伏安特性一致），對(duì)外伏安特性一致），對(duì)內(nèi)不等效。對(duì)內(nèi)不等效。IsaRObUabI RLaUS+-bIUabRORLRO不消耗能量不消耗能量RO 則消耗能量則消耗能量對(duì)內(nèi)不等效對(duì)內(nèi)不等效時(shí)時(shí)例如：例如：LR （2 2）等效變換前后）等效變換前后 E E 與與 I Is s 的方向要一致：的方向要一致：aUs+-bIROUs+-bIROaIsaRObIaIsRObI（3 3）理想電壓源和理想電流源不能等

13、效互換）理想電壓源和理想電流源不能等效互換abIUabIsaUs+-bI(4) (4) 任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì)和某個(gè)電阻和某個(gè)電阻串聯(lián)的串聯(lián)的電路，都可化為一個(gè)電流為電路，都可化為一個(gè)電流為和這個(gè)電阻并聯(lián)和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。的電路。+RUSI-視為實(shí)視為實(shí)際電壓源際電壓源IsR1視為實(shí)視為實(shí)際電流源際電流源1、多個(gè)電壓源串聯(lián)時(shí)，其等效電壓源的電壓等于各電壓源電壓的代數(shù)和。ab+US1+US2US3+USab321SSSSUUUU321SSSSIIII2、多個(gè)電流源并聯(lián)時(shí)，其等效電流源的電流等于各電流源電流的代數(shù)和。ab+US+USab+US3、任一支路和電壓源并聯(lián)時(shí)，其等效電壓源的電壓

14、等于 。(對(duì)外電路而言）ab+USab4、任一支路和電流源串聯(lián)時(shí)，其等效電流源的電流等于 。(對(duì)外電路而言）(a)a+5V3 2 U+ +abU2 5V(a)+ (b)aU 5A2 3 b+ a5AbU3 (b)+ 例：用電源模型等效變換的方法求圖（例：用電源模型等效變換的方法求圖（a a）電路的電流）電路的電流i i1 1和和i i2 2(a) 電路2Ai1i2 +5V 105(b)2Ai21051AA1351052i3Ai2105(c)A1221 ii1、理想電壓源的串聯(lián)和并聯(lián)2、理想電流源的串聯(lián)和并聯(lián)第二講 參考方向1.2.4 電流、電壓的參考方向需要假設(shè)電流方向，再進(jìn)行計(jì)算。所謂參考，

15、就是分析計(jì)算時(shí)的參照，人為假定。目的是將電流、電壓看成代數(shù)量。不正確，電流是有方向的1、電流的參考方向元件（或?qū)Ь€）中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能。電流的參考方向：任意假設(shè)的電流方向。代數(shù)量可以表示電流大?。ń^對(duì)值）方向（正、負(fù)號(hào)）元件元件A：I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析電路的功率平衡關(guān)系。解解：關(guān)聯(lián)方向，關(guān)聯(lián)方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收，吸收10W功率，功率，負(fù)載負(fù)載。非關(guān)聯(lián)方向，非關(guān)聯(lián)方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收，吸收10W功率，功率，負(fù)載負(fù)載。元件元件B：元件元件C：P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡功率平衡。總功率：總功率： I A B C + U1 + U3 + U2 1.6.1 理想電壓源電壓源模型S USR0RL輸出端電壓 UI. .實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源oIRUsU伏安特性伏安特性Ro越大越大斜率越大斜率越大IUUSIRO. .理想電流源理想電流源 （恒流源（恒流源):): RO= 時(shí)的電流源時(shí)的電流源. . 特點(diǎn)特點(diǎn)