电路基础知识

手电筒的电路模型 I S E
+ +
–
U
开关 R
Ro
–
灯泡 导线 电池 今后分析的都是指电 路模型，简称电路。 路模型，简称电路。在 电路图中， 电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号 表示。 表示。
电池是电源元件， 电池是电源元件，其 是电源元件 参数为电动势 E 和内阻 Ro； 灯泡主要具有消耗电能 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件， 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R； 参数为电阻 ； 筒体用来连接电池和灯 筒体用来连接电池和灯 其电阻忽略不计， 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通 开关用来控制电路的通 断。
则 欧姆定律表示为 i= G u . = 线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数 是一个与电压和电流无关的常数。 ♦ 线性电阻 是一个与电压和电流无关的常数。 伏安特性曲线: 伏安特性曲线 R ∝ tg α 电阻元件的伏安特性为 一条过原点的直线 u
α
O
i
3. 开路与短路 i R 对于一电阻R 对于一电阻 当R=0，视其为短路。 ，视其为短路。 i为有限值时，u=0。 为有限值时， 为有限值时 。 视其为开路。 当R=∞，视其为开路。 u为有限值时，i=0。 为有限值时， 。 为有限值时 * 理想导线的电阻值为零。 理想导线的电阻值为零。 + u –
放 大 器
2. 电路的组成部分 电路的组成部分 电源: 电源 提供 电能的装置
升压 变压器 输电线
负载: 负载 取用 电能的装置
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
降压 变压器
中间环节：传递、 中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2.电路的组成部分 2.电路的 电路的组成部分 信号源: 信号源 提供信息
第1章 电路的基础知识
1.1 电路和电路模型 1.2 电路中的主要物理量 1.3 电路的基本元件 1.4 基尔霍夫定律 1.5 基尔霍夫定律 1.6 简单电阻电路的分析方法
第1章 电路的基础知识
本章要求: 本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 1.理解电压与电流参考方向的意义； 理解电压与电流参考方向的意义 2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 理解电路的基本定律并能正确应用； 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。 会计算电路中各点的电位。
动态
记忆
所示电容元件， 所示， 图 (a)所示电容元件，已知电流的波形如图 所示，设 所示电容元件 已知电流的波形如图(b)所示 例1 C=5μF ，电容电压的初始值 电容电压的初始值u(0) = 0，试求电容两端的电压 。 μ ，试求电容两端的电压u。
C i + u (a) 1 0 2 i/mA
R 1. 符号 2. 欧姆定律 (Ohm’s Law) (1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向 i R
+
u (Ohm，欧姆) ，欧姆
u = R i R 称为电阻， 电阻的单位：Ω (欧) 称为电阻， 电阻的单位： 欧
令 G = 1/R
G称为电导 称为电导 电导的单位： 西 电导的单位： S (西) (Siemens，西门子) ，西门子
4.电阻的功率和能量 电阻的功率和能量
由电功率的定义及欧姆定律可知， 由电功率的定义及欧姆定律可知，电阻吸收的功率和能量
p = ui = Ri = Gu
2
2
线性电阻的概念： 线性电阻的概念： 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻， 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。 电路电压与电流的比值为常数。 U 即： R = = 常数 I 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 I/A 线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线。 是一条过原点的直线。 o
q C= u
def
C 称为电容器的电容
的单位： 法 电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉 ，法拉) F= C/V = A•s/V = s/ Ω 常用µ ， ， 等表示 等表示。 常用µF，nF，pF等表示。
4、库伏特性：线性电容的q~u 特性是过原点的直线 、库伏特性：线性电容的 特性是过原点的直线 q
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， 在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。 电量任意假定的方向。 (2) 参考方向的表示方法 电流： 电流： 箭 标 双下标 a I R Iab b 电压： 电压： 正负极性 双下标 + a Uab U– b + E _ I R b a + U _
由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。 由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。 小结： 7 、小结： (1) i的大小与 u 的变化率成正比，与 u 的大小无关； i的大小与 变化率成正比， 的大小无关； (2) 电容在直流电路中相当于开路，有隔直作用； 电容在直流电路中相当于开路， 隔直作用； (3) 电容元件是一种记忆元件； 电容元件是一种记忆元件 记忆元件； (4) 当 u，i为关联方向时，i= Cdu/dt； 为关联方向时， ， 为关联方向时 u，i为非关联方向时，i= –Cdu/dt 。 ， 为 关联方向时， （5）C 既表示元件，也表示参数 ） 既表示元件，
信号处理： 信号处理： 放大、调谐、 放大、调谐、检波等
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 直流电源 提供能源
负载 直流电源
电源或信号源的电压或电流称为激励， 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。 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
3.电路模型 3.电路模型 为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路 为了便于用数学方法分析电路 一般要将实际电路 模型化， 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其 组合来模拟实际电路中的器件， 组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路 相对应的电路模型。 相对应的电路模型。 手电筒的电路模型 理想电路元件主要有电 阻元件、电感元件、 阻元件、电感元件、电容 I S 元件和电源元件等。 元件和电源元件等。 + + 开关 E 例：手电筒 – U R Ro 手电筒由电池、 手电筒由电池、灯 – 开关和筒体组成。 泡、开关和筒体组成。 灯泡 导线 电池
电路元件的端子数目可分为二端、三端、四端元件等。 电路元件的端子数目可分为二端、三端、四端元件等。 最基本的几个元件： 最基本的几个元件： 电阻(元件) 电阻(元件) 电容(元件) 电容(元件) 电感(元件) 电源(元件) 电感(元件) 电源(元件)
感性认识电阻元件
实际电阻元件
一. 电阻元件
线性电阻－电路研究的模型
0 0 0 0 0
6、电容元件的功率和能量 在电压、电流关联参考方向下， 在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为
du du p = ui = uC = Cu dt dt
时间内， 从 t- －∝ 到 t 时间内，电容元件吸收的电能为
du 1 2 1 2 1 2 WC = ∫ Cu dξ = Cu (ξ) = Cu (t) − Cu (−∞) −∞ dξ 2 2 2 −∞
α
O u
q C= ∝ tgα u
动态 特性 或
0
5、电压、电流关系： u, i 取关联参考方向 、电压、电流关系： i + u – + C –
dq du i= =C dt dt
t t u(t)= 1 ∫−∞ idξ = 1 ∫−∞idξ + 1 ∫tt idξ C C C =u(t )+ 1 ∫tt idξ 记忆 C 特性 q(t)=q(t )+∫tt idξ
1.1 电路和电路模型
电路是电流的通路， 电路是电流的通路，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。 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换 实现电能的传输、
发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器 电灯 电动机 电炉 ...
(2)实现信号的传递与处理 (2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器
u/V 4பைடு நூலகம்0
t/s
t/s 0 2
(b)
u =0
(c)
解 由 图 ( b) 可 知 电 流 分段表示为
1mA 0 ≤ t ≤ 2 s i = t = 其它 0
u 又因为， 又因为， (0) = 0 根据记忆特性公式 记忆特性公式可得 根据 记忆特性公式 可得 电容两端的电压为
t ≤ 0, 1 t u = u(0) + ∫ i dτ C 0 106 t 1×10−3 dτ = 200 t V 0 ≤ t ≤ 2 s, = 5 ∫0 2 1 u= 1×10−3 dτ = 400 V 2 s ≤ t ≤ ∞ 5×10−6 ∫0
注意： 注意： 在参考方向选定后， 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。 之分。
1.3 电路的基本元件
电路的基本元素是元件， 电路的基本元素是元件，电路元件是实际器件的理 想化物理模型，应有严格的定义。 想化物理模型，应有严格的定义。
电路中研究的全部为集总元件。 电路中研究的全部为集总元件。 集总元件
1.2 电路中的主要物理量
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 电动势E 电动势 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) (电位降低的方向) 低电位 → 高电位 电位升高的方向) (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 A、mA、 µA kV 、V、mV、 、 、 µV kV 、V、mV、 、 、 µV