1、電路基礎(chǔ)知識,本章主要內(nèi)容,本章主要介紹電路的概念，歐姆定律和電路功率；基爾霍夫定律、電阻電路的等效變換、電位的概念等。,【引例】,門鈴?fù)庑?門鈴印刷電路板,電路圖,如何工作的？,1.1電路作用與電路模型,1.1.1 電路的作用與組成,電路:電路是由一些電氣設(shè)備和元件連接而成，并完成某些功能的電器系統(tǒng)。,電阻,電容,運算放大器,晶體管,光耦器件,1.1電路作用與電路模型,電力系統(tǒng),電能的傳輸與轉(zhuǎn)換,擴音機,信號的傳遞和處理,電路的組成： 1.電源（信號源） 2.負(fù)載 3.中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),電路的作用：,1.1電路作用與電路模型,發(fā)電機,直流電源,常用的幾種電源裝置,信號源,化學(xué)電池,1.1.2 電

2、路模型,1.1電路作用與電路模型,手電筒,內(nèi)部電路,電路模型,電路模型： 為便于對實際電路進(jìn)行分析,需將實際電路 元器件用能夠代表其主要電磁特性的理想元件來 表示，理想元件就是實際電路元器件的模型。 由理想元件所組成的電路稱為實際電路的電 路模型，簡稱電路。,1.2 電路的物理量,電路中的基本物理量是電流、電壓（電位差）和電位。,1.2.1 電流、電壓和電位的概念,1電流 我們閉合電源開關(guān)時，照明燈就會發(fā)光，電風(fēng)扇就 會轉(zhuǎn)動，這是因為在照明燈、電風(fēng)扇、中有電流流過。 若在電路中接入電流表，電流表就能測出電流的數(shù)值。 那么什么是電流呢？,物理學(xué)中定義，電流是正 電荷有規(guī)則的定向運動。 電流的大小

3、為單位時間內(nèi) 通過導(dǎo)體橫截面的電量。,電流,電量,物理學(xué)中定義，電流是正 電荷有規(guī)則的定向運動。 電流的大小為單位時間內(nèi) 通過導(dǎo)體橫截面的電量。,電流,電量,電流的單位:安培（A),1.2 電路的物理量,2電壓和電位,1.2 電路的物理量,當(dāng)開關(guān)S閉合后，手電筒的小燈泡發(fā)光，若將電壓表接在小燈泡兩端，電壓表就有讀數(shù)，我們稱其讀數(shù)為電壓。,手電筒的電路模型,物理學(xué)中定義，電場力將 單位正電荷q由電場中的a 點通過電源以外的某條路 徑移動到b點所做的功，就 稱之為這兩點之間的電壓。,電壓,電功,電壓的單位:伏特（V),物理學(xué)中定義，電場力將 單位正電荷q由電場中的a 點通過電源以外的某條路 徑移動

4、到b點所做的功，就 稱之為這兩點之間的電壓。,電壓,電功,1.2 電路的物理量,1.2 電路的物理量,為了方便比較電場中a點和b點位能的差別，我們引出電位的概念。那么什么叫電位呢？,電量q,在此規(guī)定下，參考點本身的電位為零，即,設(shè)電場中的某點o為參考點， 電場力將單位正電荷q由電 場中的a點移動到參考點所 做的功，就稱為a點的電位， 用 表示；同理， b點的電 位用 表示。,則,根據(jù)電壓的定義： a和b兩點之間的電位差就是a和b兩點之間的電壓，即,Uab = Va -Vb,設(shè)電場中的某點o為參考點， 電場力將單位正電荷q由電 場中的a點移動到參考點所 做的功，就稱為a點的電位， 用 表示；同理

5、， b點的電 位用 表示。,在此規(guī)定下，參 考點本身的電位 為零，即,則,1.2 電路的物理量,電壓也稱之為電位差,1.2 電路的物理量,1.2.2 電流和電壓的實際方向,實際方向：物理中對電量規(guī)定的方向。,電流I:正電荷運動的方向。,I,I,電流流過電源時，是從電源的負(fù)極到正極； 電流流過負(fù)載時，是從負(fù)載的高電位到低電位,U,U,1.2 電路的物理量,電壓的實際方向是從器件的高電位到低電位。,電流U的實際方向：,1.2 電路的物理量,1.2.3 電流和電壓的參考方向,1.參考方向：在分析電路時，對電量人為規(guī)定的方向。 2.設(shè)參考方向的意義,例如: 在如下復(fù)雜電路中很難判斷出 中流過電流的實際

6、方向，電流如何求解？,？,I,I,1.2 電路的物理量,3.解決的方法,(1) 在解題前先假設(shè)一個電流方向，作為參考方向。,(2) 根據(jù)電路的基本定律，列出電壓、電流方程。,(3) 根據(jù)計算結(jié)果確定電流的實際方向： 若計算結(jié)果 I3為正 ,則實際方向與參考方向一致； 若計算結(jié)果 I3為負(fù),則實際方向與參考方向相反。,I3,1.2 電路的物理量,電流：,電壓：,電壓參考方向的三種表示,1.2 電路的物理量,正負(fù)號,下標(biāo)a、b和箭頭都是表示電位降低的方向。,1.2 電路的物理量,1.2.4 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向,關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相同,非關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相反,

7、1.分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。 2.參考方向選定之后，在計算過程中不能改變。,【例1.2-1】已知元件A、B的電壓、電流參考方向如圖所示。 試判斷A、B元件的電壓、電流的參考方向是否關(guān)聯(lián)？,A元件的電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； B元件的電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。,【解】,1.2 電路的物理量,【例1.2-2】已知元件A和B的電壓、電流的參考方向如圖 (a) 和(b)所示。當(dāng)U=10V，I=-1A 時，試判斷元件A和元件B在電路中起電源作用還是起負(fù)載作用。,1.2 電路的物理量,【解】根據(jù)電壓、電流的實際方向判斷元件A和元件B的性質(zhì)。,元件A起電源作用；,元件B起負(fù)載作用。,1.3 歐

8、姆定律,1.3.1 電阻元件,常用的電阻元件有線性電阻、非線性電阻及熱敏電阻等。,線性電阻的阻值是常數(shù)，其值由其制作的材料決定。對于長度為l、橫截面積為s的均勻介質(zhì)，其電阻為,電阻率,1.3 歐姆定律,滑動頭 滑動端子,(a) 電位器的外型 (b)電位器的符號,電位器：是電阻值可調(diào)的電阻。,1.3.2 歐姆定律,1.3 歐姆定律,電阻的單位:,流過電阻的電流與電阻 兩端的電壓成正比，即,可見，當(dāng)電壓U一定時，電阻R 越大，電流I 越小。則電阻具有阻礙電流增大的性質(zhì)。,U = RI,1.3 歐姆定律,電阻元件的伏安特性：,線性電阻,非線性電阻,可見，遵循歐姆定律的電阻是線性 電阻，不遵循律的電阻

9、是非線性電阻。,1.3 歐姆定律,【例1.3-1】在圖（a)和（b）中，U=10V，R=5，求電流I。,【解】在圖 (a)中，由歐姆定律，得,負(fù)號表示電流的參考方向與實際方向相反。,在圖 (b)中，由歐姆定律，得,1.4 電路中的功率,當(dāng)電路和電源接通之后，電源向負(fù)載發(fā)出電能，負(fù)載 吸收電能。根據(jù)能量守恒定律，若不考慮電源內(nèi)部和傳輸 導(dǎo)線中的能量損失，那么電源輸出的電能就應(yīng)該等于負(fù)載 所消耗的電能。,功率的定義：在單位時間內(nèi)， 電場力或電源力所做的功。,電能的定義：在一段時間內(nèi)，電場力或電源力所做的功 。,對于各用戶使用的各種電氣設(shè)備，其用電情況不是用電 能計算，而是用功率計算。,瞬時功率表達(dá)

10、的公式為,單位：瓦特（W）,1.4 電路中的功率,因為,故瞬時功率又可表示為,上式表明：(1)一段電路的功率等于電壓 與電流的乘積； (2)功率可正可負(fù)。,1.4 電路中的功率,在圖中，直流電源與負(fù)載接通，電源發(fā)出功率為P1，負(fù)載吸收功率為P2。 由能量守恒定律可知，,P1 = P2,在圖中的參考方向下，電源的功率為,負(fù)載的功率為,1.4 電路中的功率,【解】由于電源的電壓與電流的參考 方向為非關(guān)聯(lián)參考方向，則,【例1.4-1】在圖中，已知US=10V，RL=5，計算電源發(fā)出的功率與負(fù)載吸收的功率。,由于負(fù)載的電壓與電流的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向，則,【例1.4-2】已知圖 (a)和(b)的U=

11、10V，I=-1A，試判斷元件A和B是電源還是負(fù)載。,【解】用計算功率的方法判斷元件A和元件B的性質(zhì)。,元件A起電源作用；,元件B起負(fù)載作用。,1.4 電路中的功率,1.4 電路中的功率,【例1.4-3】為保證負(fù)載正常工作，在電路中要接入一個限流電阻。已知接入的限流電阻兩端電壓UR=20V,流過的電流，IR=100mA 。試選擇限流電阻的參數(shù)。,【解】設(shè)限流電阻兩端電壓的參考方向與電流的參考方向相同， 根據(jù)歐姆定律，有,選擇電阻時，電阻的功率要留有余量，選200W、3W的 限流電阻。,1.5 基爾霍夫定律,基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（Kirchhoffs CurrentLaw，簡稱KCL

12、）和基爾霍夫電壓定律（Kirchhoffs Voltage Law，簡稱KVL）?；鶢柣舴螂娏鞫擅枋龅氖歉髦冯娏髦g的關(guān)系，基爾霍夫電壓定律描述的是回路中各段電壓之間的關(guān)系。,1.5.1支路、結(jié)點和回路的概念,(1)支路：電路中的每一個分支。,(2)結(jié)點：三條支路或三條以上 支路連接的點。,(3)回路：由支路組成的閉合電路。,此電路3條支路，2個結(jié)點，3個回路。,基爾霍夫簡介,1.5.2 基爾霍夫電流定律（KCL）,在圖 中，對結(jié)點a可以寫出,上式也可寫成,KCL也可這樣描述：對于電路中的任一結(jié)點，任一瞬時流 入或流出該結(jié)點電流的代數(shù)和為零。若流入結(jié)點的電流取 正號，那么流出結(jié)點的電流就取

13、負(fù)號。,1.5 基爾霍夫定律,或,【例 1.5-0】電路某結(jié)點如圖所示，試列出基爾霍夫電流定律方程。,KCL不僅適用于電路中 的任一結(jié)點，也可推廣 到包圍部分電路的任一 閉合面。,I1+I2=I3,【解】,1.5 基爾霍夫定律,【例 1.5-1】在圖中，若I1 =6A，I3 =4A，I4 =2A，I7 =3A，求I2、 I5、I6、I8。,根據(jù)KCL，得,1.5 基爾霍夫定律,【解】,1.5.3 基爾霍夫電壓定律（KVL）,對于電路中的任一回路，在任一瞬時沿回路 繞行一周，在回路繞行方向上的電位降之和 等于電位升之和。,電位降,電位升,電位降,電位升,1.5 基爾霍夫定律,上兩式也可寫成,即,

14、KVL也可這樣描述：對于電路中的任一回路，在任一瞬時沿回路繞行一周，在回路繞行方向上各段電壓的代數(shù)和恒等于零。若電位降取正號，那么電位升就取負(fù)號。,1.5 基爾霍夫定律,KVL不僅適用于閉合回路，也可推廣 到求解電路中任意兩點之間的電壓。,將開口電路假想接一個無窮大的電阻，組成閉合電路，設(shè)無窮大電阻兩端的電壓為Uab,1.5 基爾霍夫定律,由KVL列回路電壓方程，即,【解】,然后在a點和b點之間假想有一個其端電壓等于Uab的支路，應(yīng)用KVL，得,或,1.5 基爾霍夫定律,【例 1.5-3】在圖中，若US1 =10V，US2 =4A，R1=4，R2 =6，求Uab。,0電位點常用接地符號表示，如

15、圖,所以,a點的電位就等于a點到參考點之間的電壓，即,1.5 基爾霍夫定律,思考題,【 1.1】求圖 (a) 中的電流 I 和 圖 (b) 中的 Uab。,1.6 電阻電路的等效變換,不論電路結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，都可以等效為最基本的連接方式?；镜倪B接方式為串聯(lián)、并聯(lián)、星形連接和三角形連接。本節(jié)主要討論電阻電路的基本連接方式。,1.6.1 電阻的串聯(lián),兩個或兩個以上的電阻一個接一個地連接起來，且 流過同一個電流，則稱這種連接方式為電阻的串聯(lián)。,1.電阻串聯(lián)阻值增大，等效電阻R 如圖(b),1.電阻串聯(lián)阻值增大，等效電阻R 如圖(b),2. 電阻分壓,分壓公式為,1.6 電阻電路的等效變換,1.6.2

16、 電阻的并聯(lián),兩個或兩個以上的電阻連接在兩個公共結(jié)點之間，它 們的端電壓相等，則稱這種連接方式為電阻的并聯(lián),1.電阻并聯(lián)阻值減小，等效電阻R 如圖(b),或,在并聯(lián)支路很多的情況下，用電導(dǎo)求等效電阻比較方便。電阻與電導(dǎo)的關(guān)系為,單位：S 西門子,1.6 電阻電路的等效變換,2.電阻分流,分流公式為,3.當(dāng)R1 R2時,R1的分流作用忽略不計。,4. 電阻并聯(lián)的應(yīng)用:分流或調(diào)節(jié)電流的作用。,5.負(fù)載的并聯(lián)運行 負(fù)載一般都是并聯(lián)運行的,所以它們處于同一電壓之下, 基本上每個負(fù)載互不影響。,1.6 電阻電路的等效變換,1.6 電阻電路的等效變換,【例 1.6-0】已知電路如圖所示（a），U=125V

17、，R1=21，R2=8， R3=12， R4=5，試求I1、I2 、I3 。,【解】利用電阻的串聯(lián)與并聯(lián)的方法求出等效電阻，然后再求各支路電流。,1.6 電阻電路的等效變換,或,【例1.6-1】在圖中，已知I=5A，求I1。,【解】此題先對原電路進(jìn)行等效，然后利用分流公式求電流I1,1.6 電阻電路的等效變換,*1.6.3 電阻的星形連接與三角形連接,在實際電路中也會遇到不能用串聯(lián)、并聯(lián)化簡的電阻電路。,例如此電路圖中的電阻不是串聯(lián)也不是并聯(lián)，如何等效？,若星形和三角形連接的電阻滿足一定條件時， 它們是可以進(jìn)行等效變換的,1.6 電阻電路的等效變換,(1)對應(yīng)端子a、b、c流入或流出的電流對應(yīng)

18、相等；,(2)對應(yīng)端子a、b、c之間的電壓對應(yīng)相等；,若滿足以上條件，則對應(yīng)端子a、b、c之間的電阻就對應(yīng)相等。,1.6 電阻電路的等效變換,等效變換的條件是：,設(shè)圖 (a)和(b)兩個電路中的c端開路，則它們的對應(yīng)端子之 間的電阻應(yīng)當(dāng)對應(yīng)相等，即,同理，a端和b端分別開路時，其結(jié)果與上式相同，即,也就是,或,1.6 電阻電路的等效變換,若星形和三角形連接的電阻不相等時，其等效變換的公式推導(dǎo)條件不變。電阻不相等的星形電路和三角形電路的等效變換公式為,1.6 電阻電路的等效變換,【例1.6-2】試求如圖所示電路中的電流I 。,【解】將圖中的結(jié)點2上接的星形連接的電阻變換為三角形連接，如圖所示。,

19、1.6 電阻電路的等效變換,思考題,【 1.2】求圖 示電路中開關(guān)S打開和閉合時的等效電阻 Rab。,1.7 電路中電位的概念及計算,電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設(shè)參考點的電位為零。,1. 電位的概念,電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。,某點電位為正，說明該點電位比參考點高； 某點電位為負(fù)，說明該點電位比參考點低。,2. 舉例,求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 設(shè) a為參考點， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V Vc=Uca = 420