北京科技大學電工學第1章課件

第一章電路的基本概念和基本定律0第一章電路的基本概念

和基本定律1.1電路的作用與組成部分1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.4歐姆定律1.5電源有載工作、開路與短路1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計算1§1.1電路的作用與組成部分電路：電流的通路。它由電工設備或元件按一定方式組合而成。22.實現(xiàn)信號的傳遞和處理話筒放大器電路作用：信號源負載4激勵：電路中的電源或信號源的電壓或電流。響應：激勵在電路中各部分產(chǎn)生的電壓或電流。電路分析：在已知電路結構和元件參數(shù)的條件下，討論電路的激勵與響應的關系。5電工技術應用

實例一工業(yè)控制電機控制機床控制生產(chǎn)過程自動化控制

......電工技術的應用家用電器電燈、電話廣播、電視冰箱、洗衣機家庭影院

......電工技術應用

實例三樓宇控制電工技術應用

實例四電梯系統(tǒng)門禁系統(tǒng)

......汽車電子汽車電子電源發(fā)動機控制行駛裝置報警與安全裝置旅居性儀表娛樂通訊收音機、汽車電話、業(yè)余電臺車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖….安全帶、車燈未關報警、速度報警、安全氣囊….空調(diào)控制、動力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、出租車用儀表….點火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動機電子控制電工技術應用

實例五手電筒的電路模型

電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢E和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。

開關用來控制電路的通斷。

今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。+RoR開關EI電珠+U干電池導線12伏-安特性iuRiuui線性電阻非線性電阻

電阻R（常用單位：、k、M）13繞線電阻金屬膜電阻RJ13MF金屬膜固定電阻器CR碳膜固定電阻器水泥電阻14熱敏電阻光敏電阻16濕敏、光敏電阻壓敏電阻17物理量的實際正方向§1.3電壓和電流的參考方向物理量

單位

實際正方向

電流I

A、kA、mA、μA

正電荷移動的方向

電動勢E

V、kV、mV、μV電源驅動正電荷移動的方向

(低電位高電位)

電壓UV、kV、mV、μV電位降落的方向

(高電位低電位)(1)在解題前先設定一個正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計算結果確定實際方向：若計算結果為正，則實際方向與假設方向一致；若計算結果為負，則實際方向與假設方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關系的代數(shù)表達式；20電路中物理量的正方向物理量的正方向：實際正方向假設正方向實際正方向：物理中對電量規(guī)定的方向。假設正方向（參考方向）：在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。21物理量正方向的表示方法電池燈泡EIRUab+_ab+-IR電流：從高電位指向低電位。u_+正負號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標箭頭uab電壓22RUI注意：用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標明正方向。RUIRUI§1.4

歐姆定律24例

I2AU6V+-RI-2AU6V+-RI2AU-6V-+RI-2AU-6V-+RR=U/I=3ΩR=-U/I=3ΩR=U/I=3ΩR=-U/I=3ΩP13例1.4.125例已知：E=2V,R=1Ω試問：當U分別為3V和1V時，IR=?解：(1)假定電路中物理量的正方向如圖所示；(2)列電路方程：E

IRRURabU+-26(4)為了避免列方程時出錯，習慣上把

I

與U

的方向按相同方向假設。(1)方程式R=

U/I

僅適用于假設正方向一致的情況。(2)“實際方向”是物理中規(guī)定的，而“假設正方向”

則是人們在進行電路分析計算時，任意假設的。(3)在以后的解題過程中，注意一定要先假定“正方向”

(即在圖中標明物理量的參考方向)，然后再列方程計算。缺少參考方向的物理量是無意義的.提示28

課堂練習

I2=-1A5Ωabc5Ω5ΩI1=2AI3=-3A1.4.2(b):Uab=?Ubc=?Uca=?Uab=10+(-5)=5VUbc=-(-5)-(-15)=20VUca=(-15)-10=-25VP14:

1.4.2（b）

同乘I:UI=EI-I2R0功率平衡式:P=PE-△P電源的外特性曲線U=E-IR0§1.5

電源的有載工作、開路與短路電源的有載工作30電功率aIRUb功率的概念：設電路任意兩點間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:功率有無正負？如果UI方向不一致結果如何？31電源與負載的判別IRUabIUab+-負載：U和I的實際方向相同，電流從實際的“+”端流入。電源：U和I的實際方向相反，

電流從實際的“+”端流出。電源與負載的判別U、I參考方向一致

P=UI>0―→實際方向相同

―→負載

P=UI<0―→實際方向相反

―→電源U、I參考方向相反

P=UI>0―→實際方向相反

―→電源

P=UI<0―→實際方向相同

―→負載IUIU例：電路如圖所示，試求各電壓源,電流源

的功率，并說明其為電源還是負載。解：2A：P=IU=20W

實際方向相同---負載+-+-3A：P=IU=30W

實際方向相反

--電源10V：P=IU=10W

實際方向相同---負載IIR+-EbaUabIR+-EbaUab例：已知：A、若Uab=3V，E=5V，說明E為電源還是負載？

B、若Uab=5V，E=3V，說明E為電源還是負載？解：Uab=E+IRI=（

Uab-E）/R=-1AE的電壓和電流實際方向相反

--電源Uab=E-IRI=（

E-Uab

）/R=-1AE的電壓和電流實際方向相同--負載A:B:2Ω2Ω

課堂練習

1.5.4：已知：U=220V,I=-1A，試問：各方框元件為負載？還是為電源?負載電源負載電源P20：1.5.4額定值和實際值額定值：是制造廠為方便電氣設備或元件能在給定條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值。它充分地考慮了使用的經(jīng)濟性和可靠性。實際值：使用時的具體數(shù)值，它不一定和額定值相等。額定值：UN、IN、PN。常標于銘牌或其它

說明中。例：有一額定值為5W500Ω的繞線電阻，其額定電流是多少？在使用時電壓不得超過多大的數(shù)值？解：∵PN=I2N

R∴IN=(PN/R)0.5=(5/500)0.5=0.1A

UMax=INR=0.1×500=50V注意：選擇電阻時，不但應考慮阻值，還應考慮電流，進而確定功率。P18：例1.5.3例2：一只220V,60W的白熾燈,接在220V的電源上，試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時的電阻。如果每晚工作3h(小時)，問一個月消耗多少電能?

解:

通過電燈的電流為在220V電壓下工作時的電阻P17：例1.5.239電氣設備的三種運行狀態(tài):欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟)

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟合理安全可靠)

一個月用電:W

=Pt=60W(330)h=0.06kW90h=5.4kW.h40

課堂練習：1：試問可否將110Ｖ、100W和110V、40W

兩只白熾燈串聯(lián)在220V的電源上使用？P29:

1.5.4

41（1-42）

課堂練習：2：試問將40Ω、10W和200Ω、40W的兩只電阻串聯(lián)使用，其兩端最高允許電壓應多大？（1-43）

課堂練習：P21:

1.5.83：據(jù)日常觀察，電燈在深夜要比黃昏時亮一些，為什么？黃昏時用電量大(即并聯(lián)于電源的負載多),負載電流大,在線路等效電阻上產(chǎn)生的損耗壓降就大,發(fā)電機輸出電壓一定時,用戶端實際獲得的電壓就要降低,因此電燈要暗一些.而深夜時,用電量小,即負載電流小,線路上的損耗壓降低,因此用戶端的實際電壓比黃昏時要高,電燈相對就要亮一些.

課堂練習：4.為使6V、50mA的電珠正常發(fā)光，應采用哪個電路？P31題1.5.1344電源開路特征:

I=0

U=U0

=E

P=0開路電壓(空載電壓):U0

45電源短路特征:

U=0

I=IS=E/R0

PE=△P=I2R0

P=0短路電流:IS

46例：若電源的開路電壓Uo=12V，短路電流Is=30A，試問電源的電動勢和內(nèi)阻各為多少？解：

E=Uo=12V

R

=E/Is=Uo/Is

=12/30=0.4Ω注意：此題給出了由電源的開路電壓和短路電流計算其電動勢和內(nèi)阻的一種方法。P19：例1.5.4ER

0+-+-UIo47

用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關系，其中包括電流(KCL)和電壓(KVL)兩個定律。名詞注釋：結點：三個或三個以上支路的聯(lián)結點支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑§1.6

基爾霍夫定律48支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）結點：a、b、…...(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-49一、基爾霍夫電流定律

對任何結點，在任一瞬間，流入結點的電流等于由結點流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個結點上電流的代數(shù)和為0。I1I2I3I4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性。I=0即：例或：50電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0基爾霍夫電流定律的擴展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R51二、基爾霍夫電壓定律

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉一周，其電位升等于電位降?；螂妷旱拇鷶?shù)和為

0。例如：回路a-d-c-a電位升電位降即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-52E+_RabUabI基爾霍夫電壓定律也適合開口電路例電位升電位降53例：已知：UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V。

試求：UCD=？UCA=？解：由KVL知：UAB+UBC+UCD+UDA=05+(-4)+UCD+(-3)=0UCD=2VUAB+UBC+UCA=05+(-4)+UCA=0UCA=-1VP24：例1.6.2A_+BCDUAB____+++UCDUDAUCA+54例：已知：如圖所示是電路中截取的一部分,R1=10kΩ,RB=20kΩ,EB=6V,US=6V,UBE=-0.3V。

試求：IB、

I2、

I1。解：對右回路用KVL列方程：-I2RB+EB-UBE=0-20I2+6-(-0.3)=0I2=0.315mAR1US+-RB+_A+_UBEBEEBI1IBI2對A用KCL列方程：

I2–I1–IB=0IB=-0.255mA對左回路用KVL列方程：-I2RB+EB+US–I1R1=0-20×0.315

+6+6-10I1=0I1=0.57mA55電位的概念：Va=5V

a

點電位：ab15Aab15AVb=-5V

b

點電位：在電路中任選一結點，設其電位為零（用標記），此點稱為參考點。其它各結點對參考點的電壓，便是該結點的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標）?！?.7

電路中電位的概念及計算56電位的特點：電位值是相對的，參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；電壓的特點：電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別。57電位在電路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E258R1R2+15V-15V

參考電位在哪里？R1R215V+-15V+-591.7.2：試問:①零電位參考點在何處？②若將Rp的滑動觸點向下滑動，A、B兩點的電位會增高還是降低？

課堂練習：P28：題1.7.260例：已知：R1=100kΩ,R2=50kΩ。

試求：電路圖中B點的電位

。解：∵B點開路∴UAC=VA-VC

=I(R2+

R1)I=(VA-VC)/(R2+

R1)=0.1mAVB=VA-IR2

=

1VP27：例1.7.1+6VACIBR1R2-9V+_ABCR1R29V+_6V61例：試求開關S閉合和斷開時A點的電位

。解：開關S閉合：∵A點開路∴UA=IR=0VP28：1.7.3開關S打開：∵A點開路∴UA=I(R+R)+6V=6VARR+6VSI62例：已知：E1=6V,E2=4V,R1=4Ω,R2=R3=2Ω。

試求：電路圖中A點的電位

。解：∵A點開路∴I3=0I1=I2=E1/(R1+

R2)=6/(4+2)=1AUA=I2R2-E2+

I3R3=2×1–4+0=-2VP27：例1.7.2+_ABR1I1+_I2I3E1E2R3R263試求：I1、I2

、I3

。1++--3V4V11+-5VI1I2I3討論題64例：計算圖中A點的電位VA。A+12V241236-24VII解：設由A點經(jīng)由36電阻流向-24V的電流為I，則故：P28：題1.7.465例：試求電路中A點和B點的