第1章直流电路.ppt

电路的组成
电路的基本物理量
电流电压的参考方向
功率
电阻元件
电感元件、电容元件
电压源电流源及其等效变换
第1章直流电路
基尔霍夫定律
支路电流法
叠加定理
戴维南定理
1、导体、绝缘体和半导体
原子核
原子核中有质子和中子,其中质子带正电,中子不带电。
绕原子核高速旋转的电子带负电。
自然界物质的电结构:
电子
正电荷
负电荷
=
原子结构中:
原子核
导体的外层电子数很少且距离原子核较远,因此受原子核的束缚力很弱,极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子,即导体的特点就是内部具有大量的自由电子。
原子核
半导体的外层电子数一般为4个,其导电性界于导体和绝缘体之间。
原子核
绝缘体外层电子数通常为8个,且距离原子核较近,因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱,我们把外层电子数为8个称为稳定结构,这种结构中不存在自由电子,因此不导电。
电路的组成
当外界电场的作用力超过原子核对外层电子的束缚力时,绝缘体的外层电子同样也会挣脱原子核的束缚成为自由电子,这种现象我们称为“绝缘击穿”。绝缘体一旦被击穿,就会永久丧失其绝缘性能而成为导体。
1、绝缘体是否在任何条件下都不导电?
2、半导体有什么特殊性?
半导体的导电性虽然介于导体和绝缘体之间,但半导体在外界条件发生变化时,其导电能力将大大增强;若在纯净的半导体中掺入某些微量杂质后,其导电能力甚至会增加上万乃至几十万倍,半导体的上述特殊性,使它在电子技术中得到了极其广泛地应用。
负载:
2、电路的组成与功能
电路——由实际元器件构成的电流的通路。
(1)电路的组成
电源:
电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。
在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。
中间环节:
电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件,如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。
电路可以实现电能的传输、分配和转换。
电力系统中:
电子技术中:
电路可以实现电信号的传递、存储和处理。
(2)电路的功能
3、电路模型和电路元件
电源
负
载
实体电路
中间环节
与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图,称为
实体电路的电路模型。
电路模型
负载
电源
开关
连接导线
S
RL
+
U
–
I
US
+
_
R0
白炽灯的电路模型可表示为:
实际电路器件品种繁多,其电磁特性多元而复杂,采取模型化处理可获得有意义的分析效果。
如
i
R
R
L
消耗电能的电特性可用电阻元件表征
产生磁场的电特性可用电感元件表征
由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素,因此L 可以忽略。
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似,其电特性单一、确切,可定量分析和计算。
白炽灯电路
R
C
+
US
–
电阻元件
只具耗能的电特性
电容元件
只具有储存电能的电特性
理想电压源
输出电压恒定,输出电流由它和负载共同决定
理想电流源
输出电流恒定,两端电压由它和负载共同决定
L
电感元件只具有储存磁能的电特性
IS
理想电路元件分有无源和有源两大类
无源二端元件
有源二端元件
必须指出,电路在进行上述模型化处理时是有条件的:实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究,并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为集中参数元件的电路。
集中参数元件的特征
1. 电磁过程都集中在元件内部进行,其次要因素可以忽略。如R,L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。
2. 任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另一端流出的电流,并且元件两端的电压值完全确定。
工程应用中,实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波
长,因此都符合模型化处理条件,均可按集中假设为前提,
有效地描述实际电路,从而获得有意义的电路分析效果。
. 电路的基本物理量
1、电流
电流的国际单位制是安培【A】,较小的单位还有毫安【mA】和微安【μA】等,它们之间的换算关系为:
i
dq
dt
=
……
(1-1)
1A=103mA=106μA=109nA
I
Q
t
=
……
(1-2)
电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征,定义式为:
大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为:
在电工技术分析中,仅仅指出电流的大小是不够的,通常以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。