电工电子学第1章电路基本概念与定律.ppt

电工电子学 (电路与模拟电子部分) 课程介绍 1.1 电路及电路模型 1.1.1 实际电路 1. 定义: 实际电路是由一些电气器件按一定的方式连接而构成的 。 组成实际电路的电气器件种类繁多、性能各异。常用的有电池、信号产生器、电阻器、电容器、电感器、开关、晶体管等。其中电池可以提供电能，信号产生器可以输出多种标准信号，电阻器可以消耗电能，电感器可以存储磁场能等等。 2. 电路的功能： （1）电能的传输、分配和转换，如电力系统中的输电线路 （2）实现电信号的传送和处理，如电话线路、放大器电路等 （3）测量电路，例如万用表电路 （4）存储信息，例如计算机的存储电路 电路组成: 电源： 提供电能量：如蓄电池、发电机、太阳能电池等——电压源、电流源 负载： 消耗能量而做功：如电灯、电机、电磁铁、电磁炉等(能量转换:光、声、热、磁、机械能) 连接导线： 提供电的通路（导体） 开关： 对电路状态进行控制（通、断） 1.2 电路的基本物理量 1.2.1 电流 电荷在电场力作用下的定向移动形成电流。计量电流大小的物理量是电流强度，简称电流，记为i(t)或i。电流强度的定义是：单位时间内通过路径中导体横截面的电荷量，即 例1 电路如图1.2所示，图中矩形框表示电路元件。已知电流I1=-1A,I2=2A,I3=-3A,其参考方向如图中所标；d为参考点，电位Ua=5V,Ub=-5V,Uc=-2V。求 (1)电流I1、I2、I3的实际方向和电压Uab、Ucd的实际极性。 (2)若欲测量电流I1和电压Ucd的数值，则电流表和电压表应如何接入电路? 解(1) 在指定电流参考方向后，结合电流值的正负就可判定其实际方向。已知I2为正值，表明该电流的实际方向应与它的参考方向一致；而I1和I3为负值，表明它们的实际方向与指定的参考方向相反。同理，根据 Uab=Ua-Ub=5-(-5)=10V Ucd=Uc-Ud=(-2)-0=-2V 可知Uab＞0,电压实际方向由a指向b，或者a为高电位端，b为低电位端。Ucd＜0，表明电压实际方向与参考方向相反，即d为高电位端，c为低电位端。 在p＞0时，表示电场力对电荷作功，这部分能量被元件吸收，所以p是元件的吸收功率；在p＜0时，表示元件吸收负功率，实际上是该元件向外电路提供功率或产生功率。 如果元件电流电压取非关联参考方向，如图下(b)所示，则p=-ui 功率的单位是瓦(W)。工程上，常用千瓦小时(kW·h)作为电能的单位。1kW·h又称1度。比如某车间使用100只灯泡(功率均为100W)照明一小时，所消耗电能是10度。 1kWh=103W×3600s=3.6×106J 例2 在下图(a)中，已知U=-5V,I=2A，图 (b)中，U=3V，I=-5A，求图1.4(a)、(b)中元件吸收的功率各为多少？。 解：图(a)中元件A电压、电流为关联参考方向，故吸收的功率为 PA0，表明图(a)中元件发出功率10W。 图(a)元件电压、电流为非关联参考方向，故吸收的功率为 PB0，表明元件B为吸收功率15W。 额定值：额定值是为了保证元件、设备既安全可靠而又充分发挥性能的正常运行，由制造厂家给出的一些限定值。例如，电阻的使用功率，电容器的使用电压，电机的额定电流等。根据给出的额定值，有时还可推导出其它额定值。 例如，一个标有1/4W、10kΩ的电阻，表示该电阻的阻值为10kΩ、额定功率为1/4W，由p=I2R的关系，还可求得它的额定电流为5mA。 1.4 电阻电路的等效变换 1.4.1 电阻的串联 图1.5是三个电阻串联的电路。电阻串联电路的特点是： u=u1+u2+u3 应用欧姆定律，有 u1=R1i,u2=R2i,u3=R3i ?代入上式可得 ?u=(R1+R2+R3)i=Ri ?式中 R=R1+R2+R3 ?称为三个串联电阻的等效电阻。 用等效电阻代替串联电阻是一种等效变换，一方面能简化总体电路，另一方面又能保证不影响外接电路中的电流