《電工電子技術(shù)》課件-第一章 電路的基本概念和基本定律

電工基礎(chǔ)

高職高專教材(第4版)

機(jī)械工業(yè)出版社出版田麗鴻陳菊紅制作第一章電路的基本概念和基本定律第一節(jié)電路和電路模型第二節(jié)電路的基本物理量第三節(jié)電阻元件和歐姆定律第四節(jié)電壓源和電流源第五節(jié)電路的工作狀態(tài)第六節(jié)基爾霍夫定律主要內(nèi)容：第一節(jié)電路和電路模型

一.電路

1.電路的定義：

電路是各種電氣設(shè)備按一定方式聯(lián)接起來(lái)的整體，它提供了電流流通的路徑。

2.電路的功能：

電路的功能基本上可以分成兩大類：一類是用來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配；另一類則是在信息網(wǎng)絡(luò)中，用來(lái)傳遞、儲(chǔ)存、加工和處理各種電信號(hào)。

二.電路模型

1.電路模型：

用理想元件及其組合近似替代實(shí)際電路元件，從而把實(shí)際電路的本質(zhì)特征反映出來(lái)，構(gòu)成了與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的理想化電路，稱為電路模型。

2.電路圖：

用規(guī)定的電路符號(hào)表示各種理想元件而得到的電路模型圖稱為電路原理圖，簡(jiǎn)稱電路圖。

第一節(jié)電路和電路模型三.實(shí)際電路的分類

實(shí)際電路可分為“集中參數(shù)電路”和“分布參數(shù)電路”兩大類。當(dāng)一個(gè)實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于電路中電磁波的波長(zhǎng)時(shí)，稱為“集中參數(shù)電路”。否則就稱為“分布參數(shù)電路”。

第一節(jié)電路和電路模型返回主目錄

第二節(jié)

電路的基本物理量一、電流、電壓及其參考方向

1.電流：

（1）定義：帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量定義為電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱為電流，用i表示。（2）數(shù)學(xué)表達(dá)式：（3）方向：通常規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉＃?）直流電流：當(dāng)電流的大小和方向不隨時(shí)間而變化時(shí)，稱為直流電流，簡(jiǎn)稱直流（DC）。

第二節(jié)

電路的基本物理量2.電壓：（1）定義：電壓是電場(chǎng)力移動(dòng)單位正電荷所做的功。（2）數(shù)學(xué)表達(dá)式：（3）方向：規(guī)定電壓的方向是電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向。（4）直流電壓：在直流時(shí)，電壓表達(dá)式寫(xiě)為3.參考方向（1）實(shí)際方向：以上對(duì)電流、電壓規(guī)定的方向，是電路中客觀存在的實(shí)際方向，稱為實(shí)際方向。

（2）參考方向：參考方向是人們?nèi)我膺x定的一個(gè)方向。（3）應(yīng)用：可任意選定一個(gè)參考方向，并由參考方向和電壓或電流值的正、負(fù)來(lái)反映該電壓或電流的實(shí)際方向。

參考方向一經(jīng)選定，在分析電路的過(guò)程中就不再變動(dòng)。

第二節(jié)

電路的基本物理量圖1-３電壓的參考方向與參考極性的表示方法圖1-2

電流的參考方向與實(shí)際方向(i＞0)

(i＜0)

第二節(jié)

電路的基本物理量（4）關(guān)聯(lián)參考方向：對(duì)于同一元件或同一段電路的電流和電壓參考方向，彼此原是可以獨(dú)立無(wú)關(guān)地任意選定的，但為了方便起見(jiàn)，習(xí)慣上采用“關(guān)聯(lián)”參考方向。即電流的參考方向與電壓參考“＋”極到“－”極的方向選為一致。當(dāng)電流、電壓采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，電路圖上只需標(biāo)電流參考方向和電壓參考極性中的任意一種即可。

第二節(jié)

電路的基本物理量

第二節(jié)

電路的基本物理量二．電位

1.定義：在電路中任選一點(diǎn)o作為參考點(diǎn)，則該電路中某一點(diǎn)A點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為A點(diǎn)的電位，用表示，即

電位與電壓的單位相同，也是用伏特（V）計(jì)量。因電路參考點(diǎn)的電位為零，所以參考點(diǎn)也稱零電位點(diǎn)。2.電位差：說(shuō)明:

電路中A點(diǎn)、B點(diǎn)間的電壓是A點(diǎn)與B點(diǎn)電位之差，因此，電壓又叫電位差。

第二節(jié)

電路的基本物理量三.電動(dòng)勢(shì)

1.定義：電源力把單位正電荷從電源的負(fù)極移到正極所做的功，稱為電源的電動(dòng)勢(shì)，用e表示，即

電動(dòng)勢(shì)的方向是電源力克服電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向，

是從低電位指向高電位的方向。

第二節(jié)

電路的基本物理量2.說(shuō)明：

(1)同一電源兩端，電動(dòng)勢(shì)和電壓大小相等、方向相反.

圖1-6a中u=e，圖1-6b中u=-e(2)電動(dòng)勢(shì)只針對(duì)電源而言.

第二節(jié)

電路的基本物理量圖1-6電源的電動(dòng)勢(shì)e與端電壓u

第二節(jié)

電路的基本物理量四.功率與電能

1.功率及其正、負(fù)號(hào)的意義

電功率(簡(jiǎn)稱功率)是衡量電路中能量變化速率的物理量，定義式為

直流電路中，功率與電流、電壓均不隨時(shí)間變化，上式可寫(xiě)成

P=UI一段電路在u、i

關(guān)聯(lián)參考方向下，若（1）p＞

0

說(shuō)明這段電路上電壓和電流的實(shí)際方向是一致

的，正電荷在電場(chǎng)力作用下做了功，電路吸收了功率；（2）p＜

0則這段電路上電壓和電流的實(shí)際方向不一致，

一定是這段電路中有外力克服電場(chǎng)力做了功，電路發(fā)出功率，也可以說(shuō)電路吸收了負(fù)功率。必須注意關(guān)聯(lián)參考方向及各數(shù)值的正、負(fù)號(hào)的含義。

第二節(jié)

電路的基本物理量

第二節(jié)

電路的基本物理量

2.電能

單位時(shí)間內(nèi)電路吸收或釋放的電能為該電路的功率p,那么在t0-t1時(shí)間內(nèi)電路轉(zhuǎn)換的電能為w，有直流時(shí)，p為常量，則國(guó)際單位制中，電能W的單位是焦耳（J），它表示功率為1W的用電設(shè)備在1s時(shí)間內(nèi)所消耗的電能．實(shí)用中還常用千瓦小時(shí)（ＫＷ·h）俗稱“度”的電能單位，即

第二節(jié)

電路的基本物理量第三節(jié)電阻元件和歐姆定律一、電阻元件1.電阻元件：電阻元件是反映電路器件消耗電能這一物理性能的一種理想元件。（1）電阻

a,

長(zhǎng)直導(dǎo)線的電阻計(jì)算公式為

b,

工程實(shí)際中廣泛采用的各種電阻器、電阻爐、白熾燈等元器件都可用電阻元件R表示.（2）電導(dǎo)電阻R的倒數(shù)稱為電導(dǎo),用G表示，即

電導(dǎo)的單位為西門子（S）；

同一個(gè)電阻元件既可用電阻（歐姆）表示，也可用電導(dǎo)（西門子）表示。第三節(jié)電阻元件和歐姆定律二、電阻元件的歐姆定律和伏安特性

1.歐姆定律：電路元件的端電壓與其電流的關(guān)系稱元件約束，也稱伏安特性。歐姆定律反映了任一時(shí)刻電阻元件的這種約束關(guān)系。在電阻元件的電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，歐姆定律表達(dá)式為或第三節(jié)電阻元件和歐姆定律在電阻元件的電壓、電流非關(guān)聯(lián)參考方向下，歐姆定律表達(dá)式為或在應(yīng)用歐姆定律時(shí)一定要注意電壓電流的參考

方向第三節(jié)電阻元件和歐姆定律2.電阻元件的伏安特性曲線工程中還采用伏安特性曲線來(lái)反映電阻元件的伏安關(guān)系，該曲線一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。如下圖所示。3.電阻元件的分類1）線性電阻：若電阻R值與其工作電壓或電流無(wú)關(guān)，是一個(gè)常數(shù)，則稱其為線性電阻元件。其伏安特性曲線是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。第三節(jié)電阻元件和歐姆定律第三節(jié)電阻元件和歐姆定律伏安特性曲線2）非線性電阻：如果電阻的電阻值不是一個(gè)常數(shù)，會(huì)隨著其工作電壓或電流的變化而變化則稱為非線性電阻元件。其伏安特性曲線不再是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。

若無(wú)特殊說(shuō)明，一般所說(shuō)的電阻元件均指線性電阻元件，并簡(jiǎn)稱為電阻。第三節(jié)電阻元件和歐姆定律三、電阻元件的功率電阻元件吸收的功率可按下式進(jìn)行計(jì)算：注意：公式中的u和i必須是同一電阻的端電壓及其電流。在關(guān)聯(lián)參考方向下電阻元件的功率總是正值，總是在消耗功率，說(shuō)明電阻元件是耗能元件。第三節(jié)電阻元件和歐姆定律返回主目錄第四節(jié)電壓源和電流源一、電壓源

1.理想電壓源：

理想電壓源是一個(gè)理想二端元件：其端電壓是一個(gè)定值Us或是一定的時(shí)間函數(shù)us，與流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)；而流過(guò)它的電流不全由它本身確定，應(yīng)由與之相連接的外電路共同確定.第四節(jié)電壓源和電流源圖1-15

電壓源模型及直流電壓源的伏安特性2.實(shí)際電壓源

理想電壓源實(shí)際上是不存在的，電源內(nèi)部總是存在一定的電阻，稱之為內(nèi)阻。

實(shí)際電壓源可以用一個(gè)理想電壓源和內(nèi)阻相串聯(lián)的電路模型來(lái)表示，如圖1-16所示，其端口處伏安關(guān)系為：

第四節(jié)電壓源和電流源第四節(jié)電壓源和電流源圖1-16

實(shí)際直流電壓源模型及其伏安特性二、電流源

1.理想電流源

理想電流源是一個(gè)理想二端元件：它輸出定值電流Is或是一定的時(shí)間函數(shù)is，與它的端電壓無(wú)關(guān)；而它的端電壓不全由它本身確定，應(yīng)由與之相連接的外電路共同確定.第四節(jié)電壓源和電流源第四節(jié)電壓源和電流源圖1-１７電流源模型及直流電流源的伏安特性2.實(shí)際電流源理想電流源實(shí)際上也是不存在的，由于其內(nèi)電導(dǎo)的存在，電流源中的電流并不能全部輸出，有一部分將在內(nèi)部分流。實(shí)際電流源可用一個(gè)理想電流源與內(nèi)電導(dǎo)相并聯(lián)的電路模型來(lái)表示，如圖1-１８所示。其端口處伏安關(guān)系為：

第四節(jié)電壓源和電流源第四節(jié)電壓源和電流源圖1-18

實(shí)際直流電流源模型及其伏安特性第五節(jié)電路的工作狀態(tài)一、開(kāi)路

開(kāi)路狀態(tài)也稱為斷路狀態(tài)，這時(shí)電源和負(fù)載未構(gòu)成通路，負(fù)載上電流為零，電源空載，不輸出功率。

開(kāi)路時(shí)電源的端電壓稱為開(kāi)路電壓，用Uoc表示。實(shí)際電壓源在開(kāi)路時(shí)，流過(guò)的電流I=0，端口電壓等于電壓源電壓即Uoc=Us二、短路

短路狀態(tài)指電源兩端由于某種原因而短接在一起情況，這時(shí)相當(dāng)于負(fù)載電阻為零，電源的端電壓為零，不輸出功率。短路時(shí)電源的輸出電流稱為短路電流，用Isc表示。實(shí)際電流源短路時(shí)Isc=Is。

第五節(jié)電路的工作狀態(tài)三、額定工作狀態(tài)

電氣設(shè)備工作在額定值的情況下稱為額定工作狀態(tài)。電源設(shè)備的額定值一般包括額定電壓UN、額定電流

IN和額定容量SN。負(fù)載的額定值一般包括額定電壓UN、額定電流IN和額定功率PN。應(yīng)合理使用電氣設(shè)備，盡可能使其工作在額定狀態(tài)下，這樣既安全可靠又能充分發(fā)揮設(shè)備的作用，這種工作狀態(tài)有時(shí)也稱為“滿載”，設(shè)備超過(guò)額定值工作時(shí)

稱為“過(guò)載”。應(yīng)避免設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間“過(guò)載”。第五節(jié)電路的工作狀態(tài)返回主目錄第六節(jié)基爾霍夫定律一、與拓?fù)浼s束有關(guān)的幾個(gè)名詞

1.支路：電路中每個(gè)分支都稱為一條支路。

2.節(jié)點(diǎn)：電路中三條或三條以上支路的匯接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。

3.回路：電路中任一閉合的路徑稱為回路。

4.網(wǎng)孔：回路平面內(nèi)不含有其它支路的回路稱為網(wǎng)孔。第六節(jié)基爾霍夫定律圖1-２７電路舉例支路：ＡＢＥ、ＡＣＥ、ＡＤＥ回路：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ、ＡＢＥＤＡ

節(jié)點(diǎn)：Ａ、Ｅ網(wǎng)孔：ＡＢＥＣＡ、ＡＣＥＤＡ第六節(jié)基爾霍夫定律二、基爾霍夫電流定律(KCL)

1.定律：

基爾霍夫電流定律可表述為：在集中參數(shù)電路中，任一時(shí)刻流入(或流出)節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學(xué)表達(dá)式為

i=0第六節(jié)基爾霍夫定律2.KCL推廣應(yīng)用：

流入電路任一封閉面的電流代數(shù)和恒等于零.圖1-２8KCL的推廣

第六節(jié)基爾霍夫定律

例1-6：根據(jù)圖中給定的條件，求未知電流I1和I2.

解：列KCL方程

4-7-I1=0I1