直流电路基础优质PPT.pptx
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5空载开路负载与电源未接通,电路不通,电路中电流为零。
电源的端电压叫空载电压或开路电压。
短路由于某种原因使电源两端直接接通,如电源内阻很小,则短路电流将很大,以致烧毁电源、导线等器件。
为了避免短路的发生,一般在电路中接入熔断器或其他的自动保护装置,一旦发生短路,它们能迅速将故障电路自动切断。
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,此电流称为短路电流。
6为了保证电器设备和器件(包括电线、电缆)可以安全、可靠和经济地工作,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、最高电压和最大功率等参数值,这些数值统称为额定值。
表示:
IN、UN、PN额定值常标在电器设备和器件的铭牌上或打印在外壳上,故又叫铭牌值。
220V,60W电器设备在额定情况下工作,叫额定工作状态。
当电器设备电流和功率超过额定值时,叫做“过载”,过载一般是不允许的。
7若工作时电流、电压值低于额定值,设备往往不能正常工作,或者不能充分地被利用。
通过设备的电流过大会由于过热而加速设备的绝缘老化,缩短设备寿命,甚至烧毁设备。
加在设备两端的电压过高一方面会引起电流增大,另一方面还可能使绝缘击穿。
8实际电路元件用于构成实际电路的电器设备和器件。
特点:
种类繁多,电磁性能复杂。
滑线电阻由导线绕制而成,当有电流通过时,不仅会消耗电能,而且还会产生磁场,此外导线的每匝之间还存在分布电容。
上述各性质是交织在一起的,而且电压、电流频率不同时,上述各性质的表现程度也不一样。
9理想电路元件实际元件抽象出来的理想化模型。
只具有单一电磁性能一个实际元件可用一种或几种理想电路元件的组合来表示。
只考虑其消耗电能的性质,可用电阻元件来表示。
若还考虑磁场的作用,可用电阻元件与电感元件的组合来表示。
在电路分析中,常用的理想电路元件有:
电阻元件、电感元件、电容元件、电源元件10电路模型由理想电路元件构成的电路ERL+_RS11R电流(current)和电压(voltage)是描述电路工作过程的两个基本物理量。
电荷在电场作用下的定向运动。
电流的实际方向:
正电荷运动的方向。
I电路中的基本物理量电流的参考方向并不一定与电流的实际方向一致。
abI电流参考方向的标注:
(1)用箭头在电路图上表示当电流的实际方向与其参考方向一致时,电流为正值;
当电流的实际方向与其参考方向相反时,电流为负值;
在参考方向选定之后,电流成为代数量,有正负之分。
(2)用双下标表示IabIab-Iba2、电压13电压的实际方向:
从高电位指向低电位。
a、b两点间的电压是指电场力把单位正电荷由a点移到b点时所做的功。
电压总是与电路中两点相联系。
电压参考方向:
人们任意假定的电位下降的方向。
参考方向的标注:
采用参考极性表示+-uu用箭头表示uabab用双下标表示14一旦选定了电压正方向后,若u0,则表明电压的实际极性与选定的正方向一致;
若u0,则表明电压的实际极性与选定的正方向相反。
15q参考方向是人为规定的电流、电压数值为正的方向,在分析问题时需要先规定参考方向,然后根据规定的参考方向列方程。
q参考方向一经规定,在整个分析、计算过程中就必须以此为准,不能改动。
q不标明参考方向而说某电流或某电压的值为正或为负是没有意义的。
q参考方向可以任意规定而不影响计算结果。
q电流参考方向和电压参考方向可以分别独立地规定。
16+-ui关联参考方向同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致。
即电流从电压的正极性端流入,从负极性端流出。
采用关联参考方向后,在电路图中只需表明电压或电流的参考方向。
或+-ui非关联参考方向17当电压、电流设定参考方向以后,电压、电流值成为代数量,有正负之分。
IRURabU、I为关联参考方向IRURabU、I为非关联参考方向3电路中电位的计算18在电路中任选一点,设其电位为零(用此点称为参考点。
其它各点对参考点的电压,便是该点的电位。
记为:
“VX”(注意:
电位为单下标)。
标记),19以b点为参考点则Vb=0(V)Va=Uab=106=60(V)Vc=Ucb=140(V)Vd=Udb=90(V)以a点为参考点则Va=0(V)Vb=Uba=-106=-60(V)Vc=Uca=420=80(V)Vd=Uda=65=30(V)a2056US2=90V+-+-US1=140V10A4A6Abcd20电位值是相对的,参考点选得不同,电路中其它各点的电位也将随之改变;
电路中两点间的电压值是绝对的,不会因参考点的不同而改变。
Va=5Va点电位:
ab15Aab15AVb=-5Vb点电位:
Uab=Uab=5V电位和电压的区别21R1R2R3+E1-E2E1+_E2+_R1R2R3在电子电路中,为了作图简便和图面清晰,电源的一端通常都是接“地”的。
22电压、电流有正负,功率呢?
URI4、电功率1.2电路的基本元件23无源元件不产生能量有源元件上述元件的端电压与通过该元件的电流之间都有确定的关系,这个关系叫做元件的伏安关系。
电源元件理想电路元件电阻元件电感元件电容元件在电路中起“激励”作用,提供电压使电路中产生电流,由激励引起的电流和电压称为“响应”。
元件IU1.2.11.2.1电阻元件电阻元件24电阻元件是由消耗电能的物理过程抽象出来的理想电路元件iRu+-常用单位:
、k、Miu伏-安特性曲线u=Ri或G称为电阻元件的电导单位:
西门子(S)P=ui=iRu/R25实际的电阻器件都是非线性的,但在一定的工作范围内,可以近似地用线性电阻元件作为模型。
261.开路:
R,即U=Ulimit,I02.短路:
R=0,即I=Ilimit,U0例27在使用时电压不能超过U=RI=50000.01=50V1.合适的阻值2.电压、电流、功率不能超过额定值,否则将被烧毁。
有一额定值为W、5000的电阻,其额定电流为多少?
在使用时电压不能超过多大数值?
根据功率和电阻值可以求出额定电流为提示选择电阻应注意的事项?
解:
1.2.21.2.2电容元件电容元件28电容是由电场储能的物理过程抽象出来的理想电路元件。
绝缘介质Cui+-单位:
F,F,pF伏安特性:
i=dq/dt=Cdu/dt线性电容C=常数金属极板29电容元件在t时刻储存的电场能量变化的电压产生电流,电压变化越快,电流越大。
电压不变化时,电流为零,电容相当于开路。
隔直通交的作用。
电容两端的电压不能跃变。
如果电压跃变,则要产生无穷大的电流,对于实际电容来说,不可能。
30电容元件在某时刻贮存的电场能量只与该时刻的端电压有关。
电容元件从电源吸收能量,贮存在电容内部电场中的能量增加。
电容的充电过程电容元件向外释放电场能量电容的放电过程电容元件是一种储能元件在选用电容器时,除了选择合适的电容量外,还需注意实际工作电压与电容器的额定电压是否匹配。
如果实际工作电压过高,介质会被击穿,电容器就会损坏。
1.2.31.2.3电感元件电感元件31电感是由磁场储能的物理过程抽象出来的理想电路元件。
N匝iN线性电感元件单位:
H,mH,HL=/i=N/i=常数uiL+-伏安特性:
根据电磁感应定律eL=-d/dt=-Nd/dt=-Ldi/dtueLueLu=Ldi/dt32变化的电流产生电压,电流变化越快,电压越高。
电流不变化时,电压为零,电感相当于短路。
流过电感的电流不能跃变。
如果电流跃变,则要产生无穷大的电压,对于实际电感器来说,不可能。
电感元件中的磁场能量33电感元件在某时刻贮存的磁场能量只与该时刻的电流有关。
电感元件吸收能量,贮存的磁场能量增加电感元件向外释放磁场能量电感元件是一种储能元件在选用电感器时,除了选择合适的电感量外,还需注意实际工作电流不能超过电感器的额定电流,否则由于电流过大,线圈发热而被烧毁。
1.2.41.2.4电源元件电源元件34如果一个二端元件接到任一电路后,其两端的电压总保持一定值Us或us(t),与通过它的电流大小无关,称为电压源。
电压源的符号伏安特性曲线U=Us35电压源的端电压在任意瞬时与外接电路无关,或者恒定不变(直流),或者按某一规律随时间变化(交流)。
电压源的输出电流大小随外接电路不同而变化。
由于电源元件是对外提供能量的元件,所以习惯上电压、电流常采用非关联参考方向。
电压源产生功率(电源)电压源吸收功率(负载)36实际电压源的模型电池、发电机、晶体管稳压源实际电压源的伏安特性实际电压源输出的端电压和外电路有关。
随着负载的增加(电流增大),输出电压越小。
37如果一个二端元件接到任一电路后,其输出的端电流总能保持一定值Is或is(t),与两端的电压大小无关,则该二端元件称为电流源。
输出电流在任意瞬时与外接电路无关,或者恒定不变(直流),或者按某一规律随时间变化。
其端电压大小随外接电路不同而变化。
I=Is38由于电源元件是对外提供能量的元件,所以习惯上电压、电流常采用非关联参考方向。
电流源产生功率(电源)电流源吸收功率(负载)实际电流源的模型实际电流源的伏安特性光电池、晶体管恒流源391.3基尔霍夫定律一、电路的几个名词1支路和结点:
通常一个元件称为一条支路,但为了方便计算,又把流过同一电流(串联)的几个元件叫做一条支路,其电流和电压分别称为支路电流和支路电压。
三条或三条以上支路的连接点称为结点。
123456I1I2I3I5I4I6abcde支路数?
结点数?
5365402回路:
由若干条支路组成的闭合路径。
3网孔:
电路中内部不含有支路的回路。
123456I1I2I3I5I4I6abcde回路数?
网孔数?
631.3.1基尔霍夫电流定律KCL41定律:
任何时刻,对任一结点,流出结点的电流恒等于流入该结点的电流。
或者说,在任一瞬间,一个结点上电流的代数和为零。
规定:
流入结点的电流为正,流出结点的电流为负。
I1I2I3I4I542在任一瞬间,通过任一封闭面的电流代数和恒等于零。
I1I2I3I1+I2=I3U2U3U1+_RR1R+_+_RI=?
I=043应用KCL可将并联的电流源合并为一个电流源。
简化电路。
1.3.2基尔霍夫电压定律KVL44定律:
任何时刻,沿任一回路循行一周,电压降的代数和恒等于电压升的代数和。
或者,沿任一回路绕行一周,所有支路电压的代数和恒等于零。
选定绕向,当元件电压的正方向与回路绕向一致时,该电压取正;
相反时,取负号。
45电压定律KVL也适合开口电路US+_RabUabI电位升电位降46应用KVL可将串联的电压源合并为一个电压源。
USRU1U2U3R1.4电路的分析方法471.4.1电阻电路的等效变换1.4.2支路电流法1.4.4叠加定理1.4.3戴维宁定理1.4.3结点电压分析法1.4.1电阻电路的等效变换48外电路N1i+u-N2i+u-用哪个?
N1i+u-外电路N2iuN1、N2作用相同两个电路只要对应的外接端子上的电压和电流关系相同,即外特性相同,不管内部结构是否一样,称它们是相互等效的电路。
2、电阻串、并联的等效变换49电阻串联U-+IRN2R=R1+R2+R3=RkU+-U1U2U3+-IR1R3R2N1分压关系50
(2)
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