第1章 电路的基本概念和基本定律
第一章 电路的基本概念和基本定律

电路的基本概念和基本定律
伏-安关系: 电压电流关系 (u,i关联参考方向下)
i u e
N
d e dt dLi di L dt dt
di u e L dt
电磁感应定律 感应电动势阻碍电流 变化,且其大小与电 流变化快慢有关
对于线性电感
伏安关系
说明1: 电压与电流的变化率成正比,电感是动态元件 当
如果U 、I方向不 一致该如何?
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
二、功率的计算:
U、 I 为关联参考方向时: U、 I 为非关联参考方向时:
P = UI或 p=ui
三、功率性质: 若计算结果 P(p) 0
若计算结果P(p) 0
Hale Waihona Puke + u –+
i
i
u –
P = -UI或 p=-ui
电工技术(电工学I)
第一章 电路的基本概念和基本定律 Basic conception and Laws of circuit
江苏大学电气信息工程学院
School of electric and information,UJS
电路的基本概念和基本定律
内容
1.1 电路的作用与组成
1.2 电路模型 1.3 电流和电压的参考方向 1.4 电路的功率
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
4.关联与非关联参考方向 对任一元件或一段电路 关联方向:
I
与
U
的参考方向一致
a
I U
b
非关联方向:
I
与
U
的参考方向相反
a
1电路的基本概念与基本定律-电工电子学

(b) 电流从“+”流入,故为负载;
(c) 电流从“+”流入,故为负载 ;
(d) 电流从“+”流出,故为电源。
2.功率与功率平衡
功率 设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电
路的电流为 I, 则这部分电路消耗的功率为:
P UI
W为瓦[特] KW为千瓦
功率平衡:由U=E-R0I得 UI=EI-R0I2
返回
物理量参考方向的表示方法
I
a
电 池
灯 泡
+ EU
_
+
R
Uab
_
b
电压
正负号 箭头 双下标
a + U_ ab b
电流:从高电位 指向低电位。
a
Uabb
I
Uab(高电位在前, + R -
低电位在后)
1.4 欧 姆 定 律
欧姆定律:流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
U R I
+ I
U -
U=RI (a)
I1 R1
c
+ U3
E1 U1
R2 I2
a
d
- - U4 +
U1+U4=U2+U3
U2 E2 U1-U2-U3+U4=0
即 U=0
电位降取正
b
电位升取负
上式可改写为
I1 R1
c
+ U3
R2 a
- - U4
I2
d
+
E1-E2-R1I1+R2I2=0 E1
U1
或 E1-E2=R1I1-R2I2
U2 E2
U=E1-U1=E1-IR01
E1=U+R01I=220
第一章电路的基本概念和基本定律

开关
实际电路
电源
电路模型 3
(1)电源:供给电能的设备。
把其它形式的能量转换为电能。
(2)负载: 消耗电能的设备。
把电能转换为其它形式的能量
(3)中间环节(又称传输控制环节):
各种控制电器和导线,起传输、分 配、控制电能的作用。
4
1.1.2 电路中的物理量 1、电流
定义 电荷有规律的定向运动即形成电流
(2) 列电路方程:
Uab UR E
UR Uab E
IR
UR R
Uab E R
15Leabharlann R aIR E UR
b U
IR
U
R
E
(3) 数值计算
U 3V
IR
3-2 1
1A
(实际方向与假设方向一致)
U 1V
IR
1 2 1
1A
(实际方向与假设方向相反)
16
(共7 个)
31
(一) 克氏电流定律(KCL)
对任何节点,在任一瞬间,流入节点的电流等于由节点
流出的电流, 即: I 入= I 出 或者说,在任一瞬 间,一个节点上电流的代数和为 0。 即: I =0
例
I2
I1 I3 I2 I4
I1
I3
或:
I4
I1 I3 I2 I4 0
(二) 克氏电压定律(KVL)
对电路中的任一回路,沿任意循行方向转一周,其 电位升等于电位降。或各电压的代数和为 0。
I1
a
I2
即: U 0
R1
R2
例如: 回路 #3
电路的基本概念和基本定律

R
R C
R
L
L
直流状态,仅 消耗能量
交流低频状 态,消能,储能
交流高频状态,消 耗能量,储磁场能 量和电场能量
{end}
1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
1.2.1 电路变量 在电路理论中涉及的变量主要有电流、电压、电位、电荷、磁 通、磁通链、功率和能量。其中电流、电压、电位、能量和功率最 为常用。
+
–u(–u/ R) = u2/ R
能量:可用功表示。从t0 到 t电阻消耗的能量
WR pdξ ui dξ
t t t0 t0
1.3 电路元件及其伏安特性关系 1.3.2 电容元件 定义: 一个二端元件,其电荷q(t)和电压u(t)之间的 关系,可以用q-u平面上的一条曲线来确定,则 称为电容元件。 q 对于线性电容,有 q =Cu
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路及其理论模型 1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
1.3 电路元件及其伏安特性关系
1.4 基尔霍夫定律 1.5 电压和电位的区别
{end}
第1章 电路的基本概念和基本定律
重点:
1. 电压、电流的参考方向
2. 电路元件特性 (电阻、电源、受控源) 电路分析的基础 3. 基尔霍夫定律
+
U
I 关联参考方向
+
U
I 非关联参考方向
1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
功率的计算
(1) u, i 取关联参考方向 (2) u, i 取非关联参考方向
+
i
u
+
u
i
p=ui
功率的判断
p=-ui
电工基础电路的基本概念和基本定律教案

电工基础-电路的基本概念和基本定律教案第一章:电路的基本概念1.1 电流定义:电流是电荷的流动,单位是安培(A)电流的产生:电压使电荷发生移动形成电流1.2 电压定义:电压是电场力推动电荷移动的能力,单位是伏特(V)电压的产生:电源提供电压,使电荷在电路中流动1.3 电阻定义:电阻是电路对电流阻碍作用的大小,单位是欧姆(Ω)电阻的计算:R = V/I,其中V为电压,I为电流第二章:电路的基本元件2.1 电源定义:电源是提供电压的装置常见电源:电池、发电机、电源适配器等2.2 负载定义:负载是电路中消耗电能的装置常见负载:电灯、电动机、电阻等2.3 开关定义:开关是控制电路通断的装置常见开关:手动开关、自动开关等第三章:基本电路定律3.1 欧姆定律定义:电流I与电压V成正比,与电阻R成反比,公式为I = V/R 应用:计算电路中的电流、电压和电阻3.2 基尔霍夫电压定律(KVL)定义:电路中任意闭合回路电压的代数和等于零应用:分析电路中的电压关系,解决电压问题3.3 基尔霍夫电流定律(KCL)定义:电路中任意节点流入电流的代数和等于流出电流的代数和应用:分析电路中的电流关系,解决电流问题第四章:简单电路分析4.1 串联电路定义:电路中元件依次连接,电流相同,电压分配特点:电流相同,电压分配应用:计算串联电路中的电流、电压和电阻4.2 并联电路定义:电路中元件并行连接,电压相同,电流分配特点:电压相同,电流分配应用:计算并联电路中的电流、电压和电阻第五章:电路测量与实验5.1 测量工具电流表:测量电路中的电流电压表:测量电路中的电压电阻表:测量电路中的电阻5.2 实验步骤与方法实验设计:确定实验目的、电路连接方式等实验操作:按照实验步骤进行测量和数据记录实验分析:根据测量数据进行分析,得出结论第六章:电路的进阶概念6.1 交流电与直流电定义:交流电是电压和电流方向周期性变化的电,直流电是电压和电流方向不变的电特点:交流电有频率和相位,直流电稳定6.2 频率与周期定义:频率是单位时间内交流电变化的次数,周期是一次完整变化所需的时间关系:f = 1/T,其中f为频率,T为周期6.3 相位差定义:交流电中两个电压或电流波形的相对时间差应用:分析电路中波形的相位关系第七章:电路图的绘制7.1 电路图符号电源符号:电池、发电机等负载符号:电灯、电动机、电阻等开关符号:手动开关、自动开关等7.2 电路图绘制规则清晰:符号清晰,连线准确简洁:简化电路,删除多余部分一致:符号一致,电压方向一致7.3 电路图的解读与绘制解读:分析电路元件和连接方式,理解电路功能绘制:根据电路元件和连接方式,绘制电路图第八章:电路仿真软件的使用8.1 电路仿真软件概述定义:电路仿真软件是一种用于电路分析和设计的工具作用:模拟电路运行,验证电路设计,分析电路性能8.2 常见的电路仿真软件Multisim:功能强大,操作简单,广泛应用于电路设计和实验教学Proteus:界面友好,兼容性好,支持多种硬件描述语言LabVIEW:基于图形化编程语言,适用于复杂电路系统的研究和开发8.3 电路仿真软件的使用方法打开软件,创建新项目绘制电路图,添加元件设置参数,运行仿真分析结果,优化电路设计第九章:磁路与电磁感应9.1 磁路定义:磁力线在电路中的路径磁阻:磁路对磁力线的阻碍作用磁通量:磁场穿过磁路的面积与磁场强度之积9.2 电磁感应定义:磁通量变化时,产生感应电动势法拉第电磁感应定律:ε= -dΦ/dt,其中ε为感应电动势,Φ为磁通量,t为时间楞次定律:感应电流的方向是阻碍磁通量变化的方向第十章:电机的工作原理与控制10.1 直流电机工作原理:电流通过电枢产生磁场,与磁极相互作用产生转矩控制方式:电压控制、电流控制、转速控制等10.2 交流电机工作原理:电流通过线圈产生磁场,与磁极相互作用产生转矩控制方式:电压控制、频率控制、转速控制等10.3 电机控制系统定义:通过控制电机的工作原理和运行参数,实现对电机的控制应用:电动汽车、工业、风力发电等第十一章:电力电子技术11.1 电力电子器件定义:用于电力转换和控制的电子器件常见器件:二极管、晶体管、晶闸管、GTO、IGBT等11.2 电力电子电路定义:利用电力电子器件实现电能转换和控制的电路应用:变频调速、整流、逆变、斩波等11.3 电力电子技术的应用定义:电力电子技术在电力系统和电气设备中的应用应用领域:电源、电机控制、电力系统、可再生能源等第十二章:电气设备12.1 概述定义:用于发电、输电、变电、配电和用电的设备分类:发电设备、输电设备、变电设备、配电设备、用电设备12.2 发电设备定义:将机械能、热能等转化为电能的设备常见设备:汽轮机、水轮机、风力发电机、太阳能光伏板等12.3 输电设备定义:将电能从发电站输送到用户的设备常见设备:输电线路、变压器、断路器等第十三章:电力系统分析13.1 电力系统的基本组成部分定义:电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个部分组成作用:实现电能的生产、传输、分配和消费13.2 电力系统的稳定性分析定义:分析电力系统在受到扰动时的稳定运行能力稳定性指标:暂态稳定性、静态稳定性、暂态过程中的电压稳定性等13.3 电力系统的经济性分析定义:分析电力系统的运行成本和效率经济性指标:发电成本、输电损耗、用电成本等第十四章:电力系统的保护与控制14.1 电力系统的保护定义:对电力系统进行故障检测和隔离,保护设备和人员安全保护装置:继电保护、差动保护、距离保护等14.2 电力系统的控制定义:对电力系统的运行参数进行调节和控制,保证系统稳定运行控制方法:开关控制、调节控制、最优控制等14.3 电力系统自动化定义:利用计算机技术和自动化装置实现电力系统的运行控制和管理应用:发电控制、输电控制、变电控制、配电控制等第十五章:可再生能源与电力系统15.1 可再生能源概述定义:指在自然界中不断补充的能源,如太阳能、风能、水能等优点:清洁、可再生、减少化石能源依赖等15.2 可再生能源并网技术定义:将可再生能源发电装置接入电力系统,实现电能的互补和利用技术难点:波动性、不稳定、电能质量等15.3 电力系统的可持续发展定义:在满足人类需求的保证电力系统的长期稳定和发展措施:发展可再生能源、提高能源利用效率、减少环境污染等重点和难点解析本文主要介绍了电工基础-电路的基本概念和基本定律,包括电路的基本概念、基本元件、基本电路定律、简单电路分析、电路测量与实验、电路的进阶概念、电路图的绘制、电路仿真软件的使用、磁路与电磁感应、电机的工作原理与控制、电力电子技术、电气设备、电力系统分析、保护与控制以及可再生能源与电力系统等方面的知识。
第1章 电路的基本概念与基本定律

1第1章电路的基本概念与基本定律1.11.1电路和电路模型电路和电路模型1.21.2电路中的基本物理量电路中的基本物理量 1.3 1.3 电阻电阻电阻、、电感电感、、电容元件 1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2实际电路是实际电路是为实现某种应用目的由若干电器设备或器件按一定方式用导线连接而成的电流通路成的电流通路。
实现电能的传输和转换 电力电路或强电电路实现信号的传递和处理 电子电路或弱电电路1.1 电路和电路模型一、电路的定义3负载电源电源((或信号源或信号源):):):提供电能提供电能提供电能((或信号源或信号源))的部分的部分。
负载负载::吸收或转换电能的部分吸收或转换电能的部分。
中间环节中间环节::连接和控制它们的部分连接和控制它们的部分。
电路的组成中间环节4电路在工作时电路在工作时,,对电源来说对电源来说,,通常处于下列三种方式之一种方式之一::负载负载、、空载和短路。
负载与电源接通负载与电源接通,,负载中有电流通过有电流通过,,负载电流的大小与负载电阻有关与负载电阻有关。
负载都是并联负载都是并联。
因此当负,负载电阻减小负载电阻减小,,负,即功率增大即功率增大。
一般所说的负载的大小一般所说的负载的大小,,指的是负载电流或功率的大小的是负载电流或功率的大小,,而不是指负载电阻的大小不是指负载电阻的大小。
负载工作方式:5空载开路这时电源两端的外电阻等于零,电源输出的电流仅由电源内阻限制限制,,此电流称为短路电流此电流称为短路电流。
6为了保证电器设备和器件为了保证电器设备和器件((包括电线包括电线、、电缆电缆))可以安全、可靠和经济地工作可靠和经济地工作,,每种电器设备每种电器设备、、器件在设计时都对其规定了工作时允许的最大电流对其规定了工作时允许的最大电流、、最高电压和最大功率等参数值等参数值,,这些数值统称为额定值这些数值统称为额定值。
电路分析-第1章 电路的基本概念和基本定律

Uad=φa—φd=10—(—3)=13V
Ubd=Uba+Uad=—2+13=11V
以上用两种思路计算所得结果完全相同,由此可 (1) 两点之间的电压等于这两点之间路径上的
(2) 测Uab和Ubd的电压表应按图(b)所示跨接在 待测电压的两端,其极性已标注在图上。
§1-3 电功率与电能
一 、电功率 1. 定义 图中表示电路中的一部分 a 、 b 段,图中采 用了关联参考方向,设在 dt 时间内,由 a 点转移 到b点的正电荷量为dq,ab间的电压为u,在转移 过程中dq失去的能量为 d udq 因此,ab段电路所消耗的功率为
(a)开路状态;
(b)短路状态
§1-5电压源和电流源
例1.5 某电压源的开路电压 为30V,当外接电阻R后, 其端电压为25V,此时流经 的电流为5A,求R及电压源 内阻RS。 解: 用实际电压源模型表征该 电压源,可得电路如图所示。 即: 设电流及电压的参考方向如图 中所示,根据欧姆定律可得:
+ 30 V - RS R I + U -
U=U -R I S S
(a)
(b)
内阻
电阻Rs表示实际 电源的能量损耗
§1-5电压源和电流源
电路的两种特殊状态 开路状态。如图(a)所示。此时不接负载,电 流为零,端电压等于开路电压。可用开路电压 和内阻两个参数来表征。
+ US - RS - U=UOC + + US - RS ISC = UOC RS
§1-5电压源和电流源
U R I
根据
S S
U R I
25 5 5
U U R I
30 25 1 5
U S U 可得:R S I
§1-5电压源和电流源
第1章 电路的基本概念与定律

第1章 电路的基本概念与定律
注意 若选定的参考方向与电流的实际方向一致,则电流 为正值,即I>0 ; 若选定的参考方向与电流的实际方向相反,则电流 为负值,即I<0 。
电流的实际方向 电流的实际方向
I a
I
R
b
a
R
b
电流的参考方向 I>0
电流的参考方向 I<0
第1章 电路的基本概念与定律
二、电压和电动势及其参考方向 电压 电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所作的功, 叫做这两点间的电压。
C
q u
式中q的单位为库仑,u的单位为伏特,C的单位为法拉,简称 法,用字母F表示。由于法拉的单位太大,通常采用微法(μF)或 皮法(pF)表示。
1F 1 0 F 1 0
6 12
pF
当电容电压和电流为关联参考方向时,由电流的定义
i dq dt C du dt
在任一时刻,电路中电容的电流与其端电压的变化率成正比。 对于恒定电压,电容中的电流为零。所以电容对直流电而言相当于 开路。
响应
由激励产生的结果(如某个元件上的电流和电压等) 称之为响应。 激励和响应的关系就是作用和结果的关系。
电路分析就是在已知激励、电路结构和参数(电路模型) 的情况下,根据电路的基本定律对由理想元件组成的电路模型 进行分析,求出各元件上的电压、电流及功率等物理量,预测 实际电路的特性,以便设计更优化的电路。
N
第1章 电路的基本概念与定律
如果忽略导线电阻中消耗能量等次要因素,就可以用电感 元件作为实际线圈的模型。如下图所示。 i
+
u L e
将单位电流所能产生的磁链定义为电感元件的自感系数。电 感元件的自感系数简称电感,用字母L 来表示,即
电路的基本概念和基本定理

对于交流电路电压、电流的真实方向随时间变化,要简 单的用一个函数或用一条曲线描述电流、电压需要假设电流、 电压的方向。
第一章. 电路的基本概念和基本定理
假设的电流方向就称为电流的参考方向。
电流的参考方向与电流的真实方向一致,电流取正值; 电流的参考方向与电流的真实方向相反,电流取负值。 利用电流值(大于零或小于零)并结合参考方向,就能 够确定电流的真实方向。 电压和电动势同理。 在以后的电路分析中,如果没有特别声明,所涉及的电 流、电压的方向,都是参考方向,电压、电流的值均为代数 值。
如果将上式中的 i3 移到等号左边,则有
i1 i2 i3 0
基尔霍夫电流定律则可以叙述为: 流进任一节点的电流的代数和为零。 同样
流出任一节点的电流的代数和为零。
i 0
第一章. 电路的基本概念和基本定理
基尔霍夫电流定律不仅对任意一个节点来说是成立 的,而且还可以推广到包围着多个节点的闭合面(广义 节点)。
三. 电路中的功率 电功率的定义: 平均功率: 在直流情况下
p ui
1 P T
T
0
1 pdt T
T
uidt
0
P UI
I
电压和电流的参考方向为关联参考方向
P UI
P 0
表示吸收功率 吸收功率 发出功率
P0
P 0
U R
P 0
电压和电流的参考方向为非关联方向
P
第一章. 电路的基本概念和基本定理
一.基尔霍夫电流定律(KCL)
对于电路中任意的一个节点,由于电荷是不会产生、 消灭和积累的,所以任意时刻流进节点的电荷一定等于流 出节点的电荷,也即:
流进节点的电流之和一定等于流出节点的电流之和。
1十1同步练与测答案电工基础

1十1同步练与测答案电工基础第一章:电路的基本概念和基本定律。
练习题1:关于电路组成部分的题目。
题目:一个简单的手电筒电路,由电池、灯泡、开关和导线组成。
请问这里面哪个是电源?答案:电池是电源。
原因:小伙伴们想想看,电源,就是给电路提供电能的东西,就好像家里的插座要有电,得从发电厂那边把电送过来一样。
电池里面储存着化学能,当电路接通的时候,它就能把化学能转化成电能,让灯泡亮起来,所以电池就是这个手电筒电路的电源。
练习题2:欧姆定律的应用题目。
题目:一个电阻阻值为10欧姆,通过它的电流是2安培,那它两端的电压是多少?答案:20伏特。
原因:这就得用到欧姆定律。
欧姆定律就像一个魔法公式,它告诉我们电压(U)、电流(I)和电阻(R)之间的关系是U = I × R 。
这里电阻R是10欧姆,电流I是2安培,那把数字代进去,电压U就等于2 × 10 = 20伏特。
就好比你知道了一个水管的粗细(电阻)和水流的速度(电流),就能算出水管两端的水压(电压)有多大。
第二章:电路的分析方法。
练习题1:串联电路的特点题目。
题目:有两个电阻R1 = 5欧姆,R2 = 10欧姆,它们串联在一个电路中,总电阻是多少?答案:15欧姆。
原因:串联电路就像是把人一个接一个地排成一队,电流只能顺着这一队走。
在串联电路里,总电阻就等于各个电阻相加。
就像你要走过两段路,第一段路有点难走(电阻大一点),第二段路更难走(电阻再大一点),那总的难走程度(总电阻)就是两段路的难走程度加起来。
所以这里R1和R2串联,总电阻就是5 + 10 = 15欧姆。
练习题2:并联电路的计算题目。
题目:两个电阻R1 = 10欧姆,R2 = 20欧姆,并联在电路中,总电阻是多少?答案:约6.67欧姆。
原因:并联电路,就像是有好几条路可以走。
计算并联电路总电阻的公式是1/R 总 = 1/R1 + 1/R2 。
把数字代进去,1/R总 = 1/10 + 1/20 = 3/20 ,那R总就等于20/3 ,约等于6.67欧姆。
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第1章 电路的基本概念和基本定律
i 参考方向
i
参考方向
实际方向
(a)
实际方向
(b)
a
b
a
b
iab
iba
(c)
(d)
图1.2 电流的参考方向
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.2.2 电压及其参考方向
电路中A、 B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作 用下由A点移动到B点所减少的电能, 即
uAB lqi m 0 WqABddW AqB
第1章 电路的基本概念和基本定律
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路和电路模型 1.2 电流电压及其参考方向 1.3 电功率和电能 1.4 电阻元件和欧姆定律 1.5 电容和电感元件 1.6 基尔霍夫定律
第1章 电路的基本概念和基本定律
开关
干 电 池
(a)
小灯泡
S
Ri
+
R
Us
-
(b)
图1.1 电路的组成
p uiiLdi dt
1.6
第1章 电路的基本概念和基本定律
基尔霍夫定律是集中参数电路的基本定律, 它包括电流定 律和电压定律。为了便于讨论, 先介绍几个名词。
(1)支路: 电路中流过同一电流的一个分支称为一条支 路。
(2)节点: 三条或三条以上支路的联接点称为节点。 (3) 回路: 由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只
A
BA
B
+u -
u
(a)
(b)
图1.3 电压的参考方向
第1章 电路的基本概念和基本定律
元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参
考方向。
i
第一章 电路的基本概念和基本定律

第一章电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基尔霍夫定律是电工技术和电子技术的基础。
§1-1 电路中的物理现象和电路模型一、实际电路电路:由电气器件或设备,按一定方式连接起来,完成能量的传输、转换或信息的处理、传递。
组成:电源、负载和中间环节。
日光灯实际电路二、理想电路元件、电路模型实际电路的分析方法:用仪器仪表对实际电路进行测量,把实际电路抽象为电路模型,用电路理论进行分析、计算。
1、理想电路元件实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或旗舰所组成,如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等,它们的电磁性质是很复杂的。
例如:一个白炽灯在有电流通过时,如下图所示:为了便于分析与计算实际电路,在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质,把它看成理想电路元件。
2、电路模型将实际电路中的元件用理想电路元件表示、连接,称为实际电路的电路模型。
如下图所示:U S三、电路的分类1、分布参数电路电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略的电路。
2、集中参数电路如果电路本身的几何尺寸l相对于电路的工作频率所对应的波长λ小的多,则在分析电路时可以忽略元件和电路本身几何尺寸。
例如:工作频率为50Hz,波长λ=6000km,所以在工频情况下,多数电路满足l<<λ,可以认为是集中参数电路。
集中参数电路分为:线性电路(元件参数为常数)★非线性电路(元件参数不为常数)§1-2电路中的基本物理量一、电流及电流的参考方向1、电流:带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成的电流。
dtdqi =(单位时间内通过某一截面的电荷量) 电流的单位:A (安培)、kA (千安)、mA(毫安)、μA (微安)A 10A 1 , A 10mA 1 , A 10kA 1-633===-μ2、电流的参考方向电流的实际方向:正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向(客观存在) 电流的参考方向:任意假定。
实际方向(2A )(参考方向与实际方向相同)A)2( 0=>i i 实际方向(2A )(参考方向与实际方向相反)A)2( 0-=<i i二、电压、电位及电压的参考方向1、电位(物理中的电势)电场力把单位正电荷从一点移到参考点所做的功。
电工电子第1章

2
3
t/ms
1.2.4 电压源
1、理想电压源 、
e + – + E –
图形符号
i + E – + u – 外 电 路 E i u
O
理想电压源的伏安特性
+
+ R0 U
2、实际电压源模型 、
R0 u e – 或
+ E –
–
I RO
U E IR0 U I O
+
U
+ –
RL
E
–
U = E − IRo
伏安特性
b
E2
c
Va = − E1 = −5V, Vb = 0V, Vc = E 2 = 8V U ab = Va − Vb = (−5 − 0)V = −5V U bc = Vb − Vc = (0 − 8)V = −8V
电位计算补充例题
结论:从上述计算结果可以看到, 结论:从上述计算结果可以看到,电位与参考点的 选取有关,参考点不同,各点电位不同; 选取有关,参考点不同,各点电位不同;而电压与 参考点的选取无关,参考点不同, 参考点的选取无关,参考点不同,两点之间的电压 不变,但电压的参考方向不同,则符号不同。 不变,但电压的参考方向不同,则符号不同。
15
u(t ) / V
1 0.5 1.5 2 2.5 3 t/ms
(b)
u(t )
–
R
C
1 0 –15 0.5 1.5
2 2.5
3 t/ms
(a)
i C (t ) / m A
u (t ) iR (t ) = R
du ( t ) iC ( t ) = C dt
第一章 电路的基本概念与基本定律

b E
I4
–
支路:ab、bc、ca、… (共6条) 结点:a、 b、c、d (共4个) 回路:abda、abca、 adbca … (共7 个) 网孔:abd、 abc、bcd (共3 个)
一、 基尔霍夫电流定律(KCL定律)
1.定律
在任一瞬间,流向任一节点的电流等于流出该节 点的电流。 即: I入= I出 或: I= 0 I1 + U1 a I2 R2 + 对节点 a: I1+I2 = I3
第二节 电阻元件 和电源元件的伏安特性
电路元件
{ 负载:电阻
电源:独立电压源 独立电流源 受控电源
电感
电容
耦合电感
运算放大器
理想变压器
一、电阻元件
1、线性电阻的概念: 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。即
U U、I为关联方向时:R 常数 I U U、I为非关联方向时:R - 常数 I
UDA +
D - UCD + C
+ UBC -
U AB + U BC + U CD + U DA 0
U CD (U AB + U BC + U DA ) 2V
(2)由KVL可列出
U AB + U BC + U CA 0 U CA (U AB + U BC ) 1V
例1-10 在图示电路中,已知:R1=10Ω, R2=20Ω, U1=6V,U2= 6V,U3= 1V,试求电流I1、I2、I3及U2和 电源发出的功率P2。 解: I1 a I3 对网孔1由KVL可列出
根据KCL,对节点A列电流
电路的基本概念与基本定律

电路的基本概念与基本定律1. 电路的基本概念1.1 电路是什么首先,我们得知道,电路就像是一条“水管”,不过这里流动的不是水,而是电。
想象一下你在家里打开水龙头,水顺着管道流动,电流也是如此。
电路里有很多“组件”,像是电池、导线、开关和灯泡,它们共同工作,就像一支乐队,齐心协力奏出动听的乐章。
电池就像是乐队的指挥,它提供电力,让电流得以流动。
而导线则像是乐器之间的连接,确保每一个音符都能完美地传递。
1.2 电流与电压接下来,我们得聊聊电流和电压。
电流就像是流水的速度,单位是安培(A),而电压则是推动电流流动的力量,单位是伏特(V)。
可以想象一下,如果水流的压力不足,那么水就流不动,这就是电压的重要性。
电压高,电流就能“畅通无阻”,低了就容易卡壳。
电流和电压是电路里的好伙伴,缺一不可。
2. 基本定律2.1 欧姆定律欧姆定律可是电路中的一颗明珠,它告诉我们电流、电压和电阻之间的关系。
简而言之,欧姆定律的公式是 V = I * R,其中 V 是电压,I 是电流,R 是电阻。
想象一下,电流就像是小溪,电阻则是溪流中的石头,石头越多,水流就越难过去。
这个公式就像一张“通行证”,帮助我们了解在不同情况下,电流是如何受到影响的。
2.2 基尔霍夫定律然后我们要提到的是基尔霍夫定律,它就像是电路的交通规则。
基尔霍夫有两个定律,第一个是电流定律,意思是进入某个节点的电流总和等于离开的电流总和。
第二个是电压定律,简单来说就是在一个闭合回路中,各个部分的电压总和要等于零。
听起来有点复杂,但其实就像是一个小镇的交通,所有的车辆都要遵循规则,才能保持畅通无阻。
3. 电路中的应用3.1 日常生活中的电路现在我们可以看看电路在我们日常生活中的应用。
想象一下,你在晚上打开灯,电路就开始工作,电流流动,灯泡发光,瞬间照亮整个房间。
这一切都是电路在背后默默付出。
还有那些高科技的设备,比如手机、电脑,它们的电路设计得非常复杂,却都遵循着上述的基本概念和定律。
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图1.10 参考方向 (a) 关联参考方向;(b) 非关联参考方向
1.2.3 电路中的功率和能量 单位时间内做功的大小称做功率,也称为做功 的速率。在电路问题中涉及的电功率即是电场力做 功的速率,以符号p(t)表示。功率的数学定义式可 写为 d w(t ) (1.5) p (t )
dt
式中dw(t)为dt时间内电场力所做的功。功率的 单位为瓦(W)。1瓦功率就是每秒做功1焦耳,即1W = 1 J/s
1.2.1 电流及其参考方向 单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流 强度,简称电流,用符号i (t)表示,设在dt时间内通 过导体某一横截面的电荷量为dq(t),则
d q (t ) i (t ) dt
(1.1)
若dq(t)/dt为常数,即是直流电流,用大写字母I 表示,这时通过导体的横截面的电荷量为q与时间t成 正比,即
电容元件 只具有储 存电能的 电特性
对于电路模型的概念特别需要强调的有下面几点: (2) 不同的实际电路部件只要具有相同的主要电磁 特性,在一定的条件下可用同一个电路模型来表示。
灯泡
电阻器
电炉
消耗电能
R
对于电路模型的概念特别需要强调的有下面几点: (3) 同一个实际电路部件在不同的条件下可以用不同的 模型来表示。
电路由哪几部分 组成?各部分的 作用是什么? 何谓理想电路元 件?其中“理想” 二字在实际电路 的含义?
如何在电路 中区分电源 和负载?
试述电路的功 能?何谓“电 路模型”? 集总参数 元件有何 特征?
1.2 电路的基本变量
在电路分析中,电流、电压、功率和能量是描 述电路工作状态和特性的变量,一般都是时间的函 数。其中电流和电压是电路分析中最常用的两个基 本变量,本节着重讨论电流、电压的定义和参考方 向,以及电路功率和能量的计算。
1.1 如图1.7所示电路,方框分别代表一个元件, 电压电流的参考方向均已设定。电流已知I1=2 A, I2=1 A,I3=1 A,U1=7 V,U2=5 V,U3=4 V,U4=3 V, U5=8 V。求各元件吸收或向外提供的功率。
元件2、3、4的电压、电流 为关联方向
P2 U 2 I3 5 (1) 5 W
C
在电路分析中,如果对实际器件的所有性质都加 以考虑,将是十分困难的。为此,在电路理论中采用 了模型化的概念,对实际元件加以近似使之理想化。 理想化忽略其次要因素,只抓住其主要电磁特性。 模型化就是用具有单一电磁性能的理想电路元件来代 表实际元件。
S 开关 电 源 负 载 R0 I
中间环节
+
RL U
q I t
(1.2)
在国际单位制(SI)中,电流、电荷和时间的单位 分别为安[培](简称安,符号为A)、库[仑](简称 库,符号为C)和秒(符号为s)。1安=1库/秒。电力系 统中嫌安培单位小,有时取千安(kA)为电流的单位。 而无线电系统(如晶体管电路中)和计算机技术中又嫌 安培这个单位太大,常用毫安(mA)、微安(A)作电 流单位。它们之间的换算关系是 1 kA=103 A 1 mA=10-3 A 1 μA=10-6 A
在国际单位制中,电压、能量(功)的单位分别为 伏[特](简称伏,符号为V)和焦[耳](简称焦,符 号为J)。1伏=1焦/库。电力系统中嫌伏特伏特单位 小,有时取千伏(k V)为电流的单位。而无线电系统 (如晶体管电路中)和计算机技术中又嫌伏特这个单位 太大,常用毫伏(mV)、微伏(V)作电压单位。它们之 间的换算关系是 1 kV=103 V 1 mV=10-3 V 1 μV=10-6 V
同电流参考方向一样,不标注电压参考方向的情 况下,电压的正负是毫无意义的,所以求解电路时必 须首先要假定电压的参考方向。
关联参考方向 对一个元件或一段电路上的电压、电流的参考方 向可以分别独立地任意指定,但为了方便,常常采用 关联参考方向,即电流的参考方向和电压的参考方向 一致,如图1.10(a)所示。电流、电压参考方向相反时 称为非关联参考方向,如图1.10(b)所示。
对式(1.5)两边从-∞到t积分,可得
w(t ) p( )d u( )i( ) d
t t
(1.10)
式(1.10)表示电压与电流参考方向关联时从-∞ 到t时间内输入电路的总能量,或称电路吸收的总能 量。
如果对于任意时刻t,均有w(t)≥ 0,则称该元件 (或电路)是无源元件,否则就称其为有源元件。所 以,无源元件是指在接入任一电路进行工作的全部 时间范围内,总的输入能量不为负值的元件; 而有源元件在它接入电路进行工作的某个时刻t, w(t)<0,即供出能量,甚至任何时刻一直供出能量。
电压的参考方向
电压的参考极性同样是任意选定的。经过计 算,如电压值为正值,则表示电压的参考极性与 真实极性一致;如电压值为负值,则表示电压的 参考极性与真实极性相反。
也可以用带下脚标的字母表示。如电压uab,脚标
中第一个字母a表示假设电压参考方向的正极性端, 第二个字母b表示假设电压参考方向的负极性。
无源元件是指在接入任一电路进行工作的全部时 间范围内,总的输入能量不为负值的元件。 有源元件是指在它接入电路进行工作的某个时间 t供出能量,甚至任何时刻一直供出能量的元件。
基本的无源元件有电阻、电感和电容,这三种元 件都是二端元件。有源元件有独立电源和受控电源。
1.3.1
电阻元件
VAR:元件端子上的电压、电流关系,称之为元 件的伏安关系。 1、电阻:一个二端元件,如果在任意时刻t,其VCR 能用u-i平面(或i-u平面)上的曲线所确定,就称其为二 端电阻元件,简称电阻元件。它是实际电路中的电灯 泡、电炉、滑杆电阻器、半导体二极管等所有消耗能 量的器件的理想化模型。 2、如果电阻元件的伏安关系不随时间变化(即它不是 时间的函数),则称其为时不变(或非时变)的,否则称 为时变的。如其伏安特性是通过原点的直线,则称为 线性的,否则称为非线性的。本书涉及最多的是线性 时不变电阻元件。
电流不但有大小,而且有方向。 规定正电荷运动的方向为电流的真实方向。 但是在研究中需要引入电流的参考方向,原因是: •对于比较复杂的直流电路,往往事先不能确定电流的 实际方向 •对于交流电,其电流的实际方向是随时间而改变的
参考方向是人们任意选定的一个方向,所选的电流 参考方向不一定就是电流的实际方向。如图1.8所示。 对于连接电路a、b两点间的二端元件,流经它的电流i 的参考方向常用箭头表示。
P5 U 5 I3 8 (1) 8 W
P1<0,表明元件1向外提供功率。
P5>0,表明元件5吸收功率。
从本例还可看到,电路中各元件吸收功率的总
和为
P吸 P3 P4 P5 8 8 3 19 W 电路中各元件供出功率的总和为 P供 P 1P 2 5 14 19 W 对于任何完整的电路,吸收和供出功率的数值正 好相等,即P吸=P供,称为功率平衡,这是能量守衡 原理的具体体现。
电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位 点,是电位真正降低的方向。 和电流一样,电路中两点间的电压也可任意选 定一个参考方向。所谓电压参考方向,就是所假设 的电位降低的方向,在电路图中用“+”、“–”号标 出,“+”表示参考极性的高电位端,“–”表示参考 极性的低电位端,如图1.9所示。
图1.9
电路的功能
对于一个实际元件来说,其电磁性能也不是单一的。 滑线变阻器
会消耗电能,具 有电阻元件的性 质
滑线 电阻器
会产生磁场, 具有电感元件 的性质 导线的匝与匝之 间还存在着分布 电容,具有电容 的性质
上述电性质交织 R 在一起共同产生 作用,而且电压、 电流频率不同时, L 其表现程度也不 一样。
L L R C
L R
工作频率较低时,用 理想电感元件作为模 型
需考虑能量损耗 时,使用理想电 阻和电感元件串 联电路作为模型
工作频率较高 时,模型中还 应包含理想电 容元件
通常,当电路器件的尺寸远小于电路最高工作 频率所对应的波长时,可以认为元件的参数“集总” 于一个点上,形成所谓的集总参数元件,简称集总 元件。 理想元件是抽象的模型,没有体积大小,是集总 参数元件。由集总参数元件构成的电路称为集总参数 电路,简称集总电路。在集总电路中,任何时刻该电 路任何地方的电流、电压都是与其空间位臵无关的确 定值。 由理想元件组成的电路称为电路模型。今后所提 到的电路,除特别指明外均为电路模型,所提到的元 件均为理想元件。
导线
电源
+ _US
负 载
–
手电筒的实体电路
手电筒的电路模型
对于电路模型的概念特别需要强调的有下面几点: (1) 理想电路元件是一种理想的模型,它在物理上 具有某种确定的电磁性能,在数学上也具有严格的定 义,但实际中并不存在。 理想元件模型
R
L
C
电阻元件 只具耗能 的电特性
电感元件 只具有储 存磁能的 电特性本章要点•来自电路基本变量•
•
电路基本元件
电路基本定律
章节内容
1.1 电路和电路模型
1.2 电路的基本变量 1.3 电路的基本元件 1.4 电源 1.5 基尔霍夫定律 1.6 Multisim仿真应用
1.1 电路和电路模型 电路及电路模型
电路是电气设备或电气元件按一定的方式组成 并具有一定功能的连接整体,电路为电流提供了通 路。如图1.1 所示的是两个实际电路。 图1.1(a)是一个简单的照明电路,由电池、开 关、连接导线、灯泡组成。其作用是把由电池提供 的电能传送给灯泡并转换成光能。 图1.1(b)是计算机电路组成的简化框图,它的 基本功能是通过对输入信号的处理实现数值计算。
1.3 电路的基本元件
电路元件是组成电路的最基本元件,它通过端 子与外部连接,元件的特性通过与端子有关的物理 量描述,每种元件都反映某种确定的电磁特性,具 有精确的数学定义和特定的表示符号以及不同于其 他元件的特性。