电工电子学ch1电路的基本概念(1)

＋
符号：P（直流电路）。 单位：W。
E
US
UL
－－
－
电源产生的功率： PE = E I
电源输出的功率： PUS = US I 负载取用的功率： PL = UL I
电能
定义：在时间 t 内转换的电功率称为电能：W = P t
符号：W（直流电路）。
单位：J。
单位转换：千瓦时（kW·h）
1 千瓦时为 1 度电，1 kW·h＝3.6 106 J。
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功率： p ui Ri2 u2 R
能量：W
t
pdt
t Ri2dt
（耗能元件）
t0
t0
非线性电阻元件：伏安曲线不是通过坐标原点的一条直 线。
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1.3.2 电容元件
i
+
C 称为电容器的电容
+
u
C 对线性电容元件有：q = Cu
线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上为通
电压U的参考方向与实际 方向相同, U = 2.8V, 方向由 指向；
电压U´的参考方向与实际 方向相反, U´= –2.8V;
即: U = – U´
I = 0.28A I = – 0.28A
+ E
+
3V U U´
R0 2.8V – 2.8V
+
电流I的参考方向 与实际方向相同， I=0.28A,由流向, 反之亦然。
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本章的基本要求：
一、理解电压与电流参考方向的意义 二、能正确而熟练的应用电路基本定律 三、了解电路的三种状态及额定值的意义 四、会计算电路中某点的电位
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1.1 电路的作用与组成部分
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。
1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
相对应的电路模型。
理想电路元件主要有
手电筒的电路模型
电阻元件、电感元件、
IS
电容元件和电源元件等。 + +
例：手电筒
E
–U
手电筒由电池、灯 Ro
泡、开关和筒体组成。
–
电池
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。
响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称 为输出。
电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，分 析电路的激励与响应之间的关系。
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1.2 电路的基本物理量
1.2.1 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
过原点的直线。
单位：法拉（F）[微法F 纳法nF 皮法pF]
1F=10-6F 1nF=10-9F 1pF=10-12F
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电压、电流关系：i dq dCu C du （直流相当于断路） dt dt dt
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 ) 值才有正负
之分。
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例: 电路如图所示。
电动势为E =3V 方向由负极指向正极；
高电位 低电位 (电位降低的方向)
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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1.2.2 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 _
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1.3 电阻、电容和电感元件
1.3.1 电阻元件
i
u
R
i
0
u
tan R
R为电阻，单位：欧姆（）
线性电阻元件：伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。 欧姆定律： u R i （关联参考方向）
u －R i （非关联参考方向） 令G 1/R G 称为电导 单位：西门子（S：Siemens）
发电机
升压 输电线 降压
变压器
变压器
(2)实现信号的传递与处理
电灯 电动机 电炉
...
话筒 处 扬声器 理 器
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2. 电路的组成 组成
电源: 提供 电能的装置
发电机
升压 变压器
输电线
负载: 取用 电能的装置
降压 变压器
电灯 电动机
电炉
...
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中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
(2) 参考方向的表示方法
b
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；
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关联参考方向与非关联参考方向
一个元件或者一段电路中电流和电压的参考方向是可以任 意设定的，二者可以一致，也可以不一致。当电流和电压 的参考方向一致时，称为关联参考方向；两者相反时称为 非关联参考方向。
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1.2.3 电功率
I
定义：单位时间内所转换的电能。 ＋ ＋
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；
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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几个概念：
激励：作用于电路上的电源或信号源的电压或电流， 也称为输入。
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2. 电路的组成
信号处理：
信号源:
放大、调谐、检波等
提供信息 话筒
处 扬声器
理
器
直流电源:
负载
提供能源
直流电源
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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
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，从而构成与实际电路
第一章 电路的基本概念
南京工业大学电子与信息工程学院电子系
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第一章 电路的基本概念
1.1 电路的作用和组成 1.2 电路的基本物理量 1.3 电阻、电容和电感元件 1.4 电源元件 1.5 电路的工作状态 1.6 电路的基本定律 1.7 电路中电位的概念及计算
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