电路基本概念和基本定律

（1-）1.本课程所处的地位1、《电工学》是一门非电专业的技术基础课，不仅有实际应用价值，而且是进一步学习其他专业课程的基础。绪论2、对于非电类专业学生,《电工学》重在应用，要培养分析和解决实际问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的能力。第1页/共48页（1-）2.电工和电子技术发展概况电工技术发展概况电荷的单位库仑安培电流的单位欧姆电阻的单位法拉电容的单位焦耳能量的单位第2页/共48页（1-）一、电子技术：无确切定义。因为近年来它发展迅猛，分支庞杂。有种说法为“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”。　　二、发展历程：以电子器件的更新换代为标志！电子学近百年发展史上三个重要里程碑：1904年电子管发明（真正进入电子时代）1948年晶体管问世60年代集成电路出现(SSI、MSI、LSI、VLSI)电子技术发展概况第3页/共48页（1-）1．第一代电子器件——电子管1906年，福雷斯特（LeeDeFordst）等发明了电子管，是电子学发展史上第一个里程碑。用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计算机用1.8万只电子管，占地170m2，重30t，耗电150kW。第4页/共48页（1-）2．第二代电子器件——晶体管1948年，肖克利（W.Shckly）等发明了半导体三极管，其性能明显优于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子管，但由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可靠性差。第5页/共48页（1-）3．第三代电子器件——集成电路1958年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。当前，单个芯片可集成器件成千上万个，例如，CPU芯片P6内部就封装了550万只晶体管。集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电路和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。集成电路按集成度可分作(1)小规模集成电路（SSI）＜102(2)中规模集成电路（MSI）＜103(3)大规模集成电路（LSI）＜105(4)超大规模集成电路(VLSI)＞105当前，微电子已成为最具有发展前途的产业，微电子技术水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。第6页/共48页（1-）第一、务必弄清基本概念与基本原理;第二、要作一定量的习题;第三、通过实验验证和巩固所学理论。3.本课程的学习方法第7页/共48页（1-）考试方式与成绩评定平时成绩：20％实验：10％期末考试：70％作业（0-10分）上课提问期中考试（百分制）考试方式:闭卷出勤及上课情况（旷课、迟到、早退、说话）第8页/共48页（1-）第一、准备一个作业本，不能写在纸上,否则成绩记为零分。第二、不能抄袭作业，否则抄袭者和被抄者成绩都要降低档次;第三、按时交作业，过期不候。作业要求第9页/共48页（1-）第一章电路的基本概念和基本定律第10页/共48页（1-）电池灯泡EIRU+_负载电源1.1电路的作用和组成部分电源(source)：提供能量或信号.负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理.导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.一、电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。第11页/共48页（1-）1.2电路模型(circuitmodel)几种基本的电路元件：电阻元件： 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示消耗电能的元件电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能的作用电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电场能的作用电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。激励：电源或信号源的电压或电流响应：由激励引起的结果（如某个元件上的电压、电流）第12页/共48页（1-）电路中物理量的方向物理量的方向：实际方向假设方向实际方向：物理中对电量规定的方向。假设方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。1.3电流和电压的参考方向第13页/共48页（1-）电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR第14页/共48页（1-）(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；i参考方向i参考方向i>0i<0实际方向实际方向第15页/共48页（1-）一、电路中的主要物理量主要有电压、电流、电荷、磁链等。在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。二、电流(CURRENT)方向:正电荷的移动方向A、kA、mA、μA1kA=1000A，1mA=10-3A，1A=10-6AAndre-MarieAmpere(1775-1836)安培大小：单位时间内穿过导体横截面S电荷量的代数和第16页/共48页（1-）三、电压(VOLTAGE)把电位降落的方向(高电位指向低电位)规定为电压的方向。通常电压的高电位端标为“＋”极，低电位端标为“－”极。V，kV，mV，VAlessandroAntonioVolta(1745-1827)伏特单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功称为A、B两点间的电位差，即A、B间的电压，用符号U表示。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位指向高电位，即电位升高的方向。第17页/共48页（1-）u_+正负号abUab由A指向B的方向为电压的参考方向双下标箭头uab电压U=Us+RIU=－Us－RI；第18页/共48页（1-）电位：电路中为分析方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位点。电位用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。设c点为电位参考点，则c=0a=Uac，b=Ubc，d=Udc四、电位（VoltageofPotential）单位：伏特abcd第19页/共48页（1-）两点间电压与电位的关系：abcd仍设c点为电位参考点，c=0Uac=a，Udc=dUad=Uac–Udc=a–d前例结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。第20页/共48页（1-）参考点的选择具有任意性电位具有唯一性电位具有相对性电位的特点：电位值是相对的，参考点选的不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别。第21页/共48页（1-）关联参考方向：电流的参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方向选为一致。当电流、电压采用关联参考方向时，电路图上只需标电流参考方向和电压参考极性中的任意一种即可。第22页/共48页（1-）(4)为了避免列方程时出错，习惯上把I与U的方向按相同方向假设。(1)方程式R=U/I仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示练习：1.3.1、1.3.2、1.3.3例题：1.7.1、1.7.2练习：1.7.1、1.7.2、1.7.3、1.7.4第23页/共48页（1-）伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻（常用单位：(欧姆、k、M）电阻元件（Resistor）电导单位：西门子SiemensGeorgSimonOhm(1787-1845)，欧姆通常所说的电阻元件，习惯上指的是线性非时变电阻元件，又简称电阻。1.4欧姆定律第24页/共48页（1-）IRURab假设:与的方向一致假设:与的方向相反IRURab例题1.4.1、1.4.2练习：1.4.1、1.4.2、1.4.3第25页/共48页（1-）aIRUb直流电路中，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:功率有无正负？如果UI方向不一致结果如何？W，kW1.5电源电功率、开路和短路1.5.1电源电功率第26页/共48页（1-）电源与负载的判别:EIRU+_负载电源电源:U和I的的实际方向相反。负载:U和I的实际方向相同。额定值与实际值:额定值:产品正常运行所规定的允许值。实际值不一定等于额定值。第27页/共48页（1-）当u,i为关联参考方向时，p=ui表示元件吸收的功率；当u,i为非关联参考方向时，p=ui表示元件发出的功率。1.u,i关联参考方向p=ui表示元件吸收的功率P>0吸收正功率(吸收)P<0吸收负功率(发出)+–iup=ui表示元件发出的功率P>0发出正功率(发出)P<0发出负功率(吸收)+–iu2.u,i非关联参考方向电功率的计算（重要）第28页/共48页（1-）上述功率计算不仅适用于元件，也使用于任意二端网络。电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。+–5IURU1U2例U1=10V，U2=5V。分别求电源、电阻的功率。PR吸=URI=51=5WPU1发=U1I=101=10WPU2吸=U2I=51=5WP发=10W，P吸=5+5=10WP发=P吸(功率守恒)根据能量守衡关系P（吸收）=P（发出）I=UR/R=（10-5）/5=1A第29页/共48页（1-）例题：1.5.2、1.5.3、1.5.4练习：1.5.4、1.5.5、1.5.7iUS+_u+_rUsuiOu=US–ri实际电压源1.5.2电源开路（P17）1.5.3电源短路（P18）第30页/共48页（1-）基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。§1.6基尔霍夫定律第31页/共48页（1-）1.支路branch:电路中通过同一电流的每个分支。(b)2.节点node:三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n)3.回路loop:电路中任一闭合路径称为回路(l)4.网孔mesh:单孔回路，不含支路的最简单的闭合回路一、几个名词：GustavRobertKirchhoff(1824-1887)基尔霍夫/克西霍夫网孔是回路，但回路不一定是网孔。b=3l=3n=2+_R1uS1+_uS2R2R3123ab第32页/共48页（1-）二、基尔霍夫电流定律KCLKirchhoff’sCurrentLaw对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流入（或流出）该节点的所有支路电流的代数和恒为零式中n为该节点联结的支路数流入电流等于流出电流令流出为“+”第33页/共48页（1-）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。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I4基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性。I=0即：例或：第34页/共48页（1-）CheckYourUnderstanding:FindthecurrentIdId=Ia-Ib-Ic=1-2-3=-4(A)例第35页/共48页（1-）KCL不仅适用于一个具体结点，而且可以推广应用于电路中任一假设的封闭面。KCL与支路中的元件性质无关，仅与电路联接方式有关基尔霍夫电流定律的扩展第36页/共48页（1-）电流定律可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第37页/共48页（1-）三、基尔霍夫电压定律KVLKirchhoff’sVoltageLaw对于任一集总电路中任一回路，在任一时刻，沿着该回路的任一绕行方向，所有支路电压的代数和恒为零。式中n为该回路所含支路电压数不论沿哪条路径，电路中两节点的电压值是相同的同KCL一样，KVL与电路中元件的性质和参数无关，仅与电路的联接方式有关第38页/共48页（1-）首先考虑（选定一个)绕行方向:顺时针或逆时针.–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4顺时针方向绕行:I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第39页/共48页（1-）ABl1l2UAB(沿l1)=UAB(沿l2）电位的单值性推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。第40页/共48页（1-）Example:FindthecurrentI.Solution:R3I+E1+R1I+R2I–E2=0I1R1E1E3R3aR2I2I3b例：R1=1，R2=2，R3=3，E3=3V，I3=3A，求I1、I2与E1。解：R2I2=E3+R3I3=3+3×3=12VI2=12/2=6A；I1=I2+I3=9A；E1=R2I2+R1I1=12+1×9=21V第41页/共48页（1-）KCL、KVL小结：(1)KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对支路电压的线性约束。(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。(3)KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是电位单值性的具体体现(电压与路径无关)。第42页/共48页（1-）讨论题求：I1、I2、I3能否很快说出结果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3第43页/共48页（1-）CheckYourUnderstandingUab=?Uad=?Uac=?Ucd=?Uab=R1I1-E1；Uad=R1I1-E1-R3I3-E3；Uac=R1I1-E1+E2-R2I2；Ucd=R2I2-E2-R3I3-E3；第44页/共48页（1-）例++-+-E3E1E2-R1RRRI1I2I3I4I5I6以下电路欲求各电流，用什么方法求解最方便？第45页/共48页（1-）例题：1.6.1、1.6.2、1.6.3、1.7.2练习：1.6.1、1.6.2、1.6.3、1.6.4第46页/共48页（1-）作业（习题）1.5.1、1.5.2、1.5.61.6.1、1.6.21.7.1、1.7.3、1.7.5第47页/共48页（1-）感谢您的观看！第48页/共48页