电路组成、基本电量

1、第第1章章电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律 1.1 1.1 电路的组成及基本电量电路的组成及基本电量 1.21.2 电路的基本电路的基本定律定律 1.3 1.3 理想电源与受控电源理想电源与受控电源 1.4 1.4 电路的等效电路的等效本章主要内容本章主要内容 1.1 1.1 电路的组成及基本电量电路的组成及基本电量 电路：是电流的通路，它是为了某电路：是电流的通路，它是为了某 种需要由某些电工设备或元种需要由某些电工设备或元 件按一定方式组合起来的。件按一定方式组合起来的。 电路的作用电路的作用在电力系统中，电在电力系统中，电路是实现电能的传路是实现电能的传输和转换。输和转换。在电子

2、电路中，电在电子电路中，电路的作用是传递和路的作用是传递和处理信号。处理信号。一、一、 电路的组成电路的组成 电源、负载、中间环节三部分。电源、负载、中间环节三部分。发电机发电机 电灯电灯电动机电动机 电炉电炉 升压升压 变压器变压器 降压降压变压器变压器 输电线输电线 电源电源 中间中间 环节环节 负载负载 电源：电源：将非电能转换成电能的装置，将非电能转换成电能的装置， 例如：发电机、干电池例如：发电机、干电池负载：负载：将电能转换成非电能的装置，将电能转换成非电能的装置， 例如：电动机、电炉、灯例如：电动机、电炉、灯中间环节：中间环节：连接电源和负载的部分，有连接电源和负载的部分，有 传

3、输和分配电能的作用。传输和分配电能的作用。 例如：输电线路例如：输电线路二、电路模型二、电路模型 实际电气装置实际电气装置种类繁多，如自动控制设备，卫星接收种类繁多，如自动控制设备，卫星接收设备，邮电通信设备等；实际电路的几何尺寸相差甚大，设备，邮电通信设备等；实际电路的几何尺寸相差甚大，如电力系统或通信系统可能跨越省界、国界甚至是洲际的，如电力系统或通信系统可能跨越省界、国界甚至是洲际的，而集成电路芯片小的如同指甲。而集成电路芯片小的如同指甲。 在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研究，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，究，通

4、常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，即用即用抽象的抽象的及其组合近似地代替实际的器件，及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了从而构成了与实际电路相对应的与实际电路相对应的。白炽灯的电白炽灯的电路模型可表路模型可表示为：示为：iR R L的的电电特性可用特性可用表征表征的电的电特性可用特性可用表征表征RC+ US只具只具的电特性的电特性只具有只具有的的电特性电特性，输出电输出电流由它和负流由它和负载共同决定载共同决定，两端电两端电压由它和负压由它和负载共同决定载共同决定L只具有只具有的的电特性电特性IS电路模型：电路模型： 由理想电路元件所组成的电路，就由理想电路元件所组成的电路，就是

5、实际电路的电路模型。是实际电路的电路模型。 理想化电路元件的图形符号理想化电路元件的图形符号电源电源负负载载负载负载电源电源开关开关ISUS+_R0中间环节中间环节RL+ U导线导线电路由哪几部分电路由哪几部分组成？各部分的组成？各部分的作用是什么？作用是什么？何谓理想电何谓理想电路元件？其路元件？其中中“理想理想”二字在实际二字在实际电路的含义？电路的含义？试述电路的功试述电路的功能？何谓能？何谓“电电路模型路模型”？学好本课程，应注意抓好两个主要环节：还要处理好三个基本关系：电路的物理量电路的物理量电流电流电压电压电位电位电功率电功率电池电池灯泡灯泡负载负载电源电源EIRU+_+_1、电路

6、的基本物理量、电路的基本物理量三、电路的基本物理量三、电路的基本物理量2、电流、电流电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流大小：单位时间内通过导体截面的电量。电流大小：单位时间内通过导体截面的电量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电流的一般符号表示电流的一般符号dtdqi 电流的单位：安培（电流的单位：安培（A A）（国际单位制）（国际单位制）, , 1 1安培表示安培表示1 1秒内通过截面的电荷量为秒内通过截面的电荷量为1 1库仑。库仑。常用单位还有千安常用单位还有千安kAkA，毫安，毫安mAmA，微安，微安A AA10KA13A10mA10A163A1

7、0mA133、电压、电压 电路中电路中a a、b b点两点间的点两点间的电压电压定义为单位正电荷由定义为单位正电荷由a a点点移至移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。dqdWu 电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点的电位差两点的电位差。baabVVU电压的单位：电压的单位： 在国际单位制中，电压的单位是伏特（在国际单位制中，电压的单位是伏特（V V）。）。电压的单位还有千伏（电压的单位还有千伏（KVKV）、毫伏（）、毫伏（mVmV）和微）和微伏（伏（VV），），它们之间的换算关系是：它们之间的换算关系是：V10KV13V10mV10V163

8、V10mV134、关联正方向、关联正方向电压和电流方向电压和电流方向实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向：实际方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。参考方向：参考方向：在分析计算时，对电量人为在分析计算时，对电量人为 规定的方向。规定的方向。物理量的实际方向物理量的实际方向对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称为一致，称关联方向关联方向；如不一致，称；如不一致，称非关联方向非关联方向。+u(a) 关联方向abiu+(b) 非关联

9、方向abi如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。如果采用非关联方向，则必须全部标示。电路分析中的电路分析中的正方向正方向（参考方向）（参考方向） 在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方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？向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR(1) (1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) (3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，

10、则实际方向与假设方向一致；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。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；例例已知：已知： UE =2V, R=1问：问： 当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示；假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程：UE IRRabUab+_+_UR+_EabRERabUUUUUURUURUIEabRR

11、(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU（实际方向与参考方向一致实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反实际方向与参考方向相反）UE IRRabUab+_+_UR+_RUUIEabR(3) (3) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与U 的方的方 向按相同方向假设。向按相同方向假设。(1) (1) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时, , 任意假设的。任意假设的。 (2) (2) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后

12、的解题过程中，注意一定要先假定先假定物理物理 量的量的参考方向，然后再列方程参考方向，然后再列方程计算计算。 缺少缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. . 提示提示U、I方向时，方向时，假定元件假定元件是电源。是电源。元元件件I+U元元件件IU+ 元件究竟是电源还是负载，应由元件上电压、电流的决定：实际方向关联时，元件是负载；实际方向非关联时，元件是电源。U、I方向时，方向时，假定元件假定元件 是负载。是负载。5 5、电位、电位 单位：单位：伏特伏特 首先选定参考点，参考点的电位为首先选定参考点，参考点的电位为 零，电路中某点的电位即为该点到参考零，电路中某点的电位即

13、为该点到参考 点的点的电压电压。参考点在电路图中用符号参考点在电路图中用符号“”“”表示，表示， 电位计算电位计算 电压计算电压计算电路的参考点可以任意选取电路的参考点可以任意选取Va = US1Vc = US2Vb = I3 R3若以若以d d为参考点，则为参考点，则: :+_R1US1+_US2R2R3I3abcddabcR1R2R3电路如图所示，分别以电路如图所示，分别以A、B为参考点计算为参考点计算 C 和和 D 点点 的电位及的电位及 C 和和 D 两点之间的电压。两点之间的电压。 解解 以以A为参考点时为参考点时I =10 + 53 + 2= 3 AVC = 3 3 = 9 VVD

14、= 3 2= 6 V以以 B B 为参考点时为参考点时VD = 5 VVC = 10 V电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，但是电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，但是任意两点间的电压不变。任意两点间的电压不变。UCD = VC VD= 15 V10 V2 +5 V+3 BCDIAUCD = VC VD = 15 V6 6、电动势、电动势用用E E 表示，单位：伏表示，单位：伏 特特 （V V）。）。电动势方向：电源电动势方向：电源负极负极正极正极， 即电位即电位升高升高方向方向。 电动势是衡量外力即非静电力做功能力电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷

15、从的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源电源的电动势的电动势。Ia 电位电位V是是。参考点的。参考点的电位电位: :Vb=0；a点电位：点电位： Va=E-IR0=IRLERL+_R0S电压电压U是反映是反映本领的本领的物理量，是产生物理量，是产生电流的根本原因电流的根本原因。电压的正方向。电压的正方向规定由规定由“高高”电电位指向位指向“低低”电电位。位。电动势电动势E 只存只存在于电源内部在于电源内部，其大小反映，其大小反映了了的本领。其方的本领。其方向规定由电源向规定由电源“负极负极”指向指向电源电源“正极正极”。b

16、+ U7 7、电功率、电功率aIRUb功率的概念：功率的概念： 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U , 流流 入此部分电路的电流为入此部分电路的电流为 I， 则这部则这部 分电路消耗的功率为分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？单位单位：瓦：瓦特特 p = u ip 0 ，说明元件说明元件实际吸收功率实际吸收功率5W。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + +

17、 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。功率的结论功率的结论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P E 时，时， I 0 表明方向与图中参考方向一致。表明方向与图中参考方向一致。当当 UabE 时，时， I 0 表明方向与图中参考方向相反。表明方向与图中参考方向相反。E+_baIUabR+_电路元件电路元件U、I 之间函数关系，表现在直角之间函数关系，表现在直角坐标系中。坐标系中。线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。线性电阻伏安特性曲线为一通过原点的直线。I(

18、A)U(V)0(4) 伏安特性曲线伏安特性曲线二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是集总电路必须遵循的普遍规律。包括节点电流定律（）回路电压定律（） 。m=3ab+_R1US1+_US2R2R3l=3n=211231.1.支路：电路中通过同一电流的无分支电路。（支路：电路中通过同一电流的无分支电路。（m）2.2.节点：三条或三条以上支路的连接点（汇集点）。（节点：三条或三条以上支路的连接点（汇集点）。（n）3.3.回路：由支路构成的、电路中的任意闭合路径。回路：由支路构成的、电路中的任意闭合路径。( (l）4.4.网孔：不包含任何支路的单一回路。网孔是回路，回路不网孔：不包含任何支路的

19、单一回路。网孔是回路，回路不 一定是网孔。平面电路的每个网眼都是一个网孔。一定是网孔。平面电路的每个网眼都是一个网孔。32网孔网孔=2支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共共7 个）个）节点：节点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1 1、KCLKCL电流定律（节点电流定律）电流定律（节点电流定律）（直流电路中电流）（直流电路中电流）（任意波形的电流）（任意波形的电流） 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）是用来确定联接）是用来确定联接在同一节点上的各支路电流

20、之间的关系。在同一节点上的各支路电流之间的关系。 根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不根据电流连续性原理，电荷在任何一点均不能堆积能堆积( (包括节点包括节点) )。故有：。故有：数学表达式为：数学表达式为：I1I2I3I4a若以若以节点的电流为节点的电流为，节点的电流为节点的电流为，则对节点则对节点 a 可以写出：可以写出：求左图示电路中电流求左图示电路中电流i1、i2。i1i4i2i3整理为：整理为： i1+ i3= i2+ i4 0)(ti根据出入的另一种形式：可得ii KCL可列出可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0i1i2+10 +(12)=0 i2=1A 4+7+i1= 0 i1= 3A 7A4Ai110A- -12Ai2其中其中i1得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。 可见，在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和也恒等于零。IAIBIABIBCICAICABC对对A、B、C 三个节点三个节点应用应用KCL可列出：可列出：IA = IAB ICAIB = IBC IABIC = ICA IBC上列三式相加，便得上列三式