第一章电路的基本概念与基本定律

1、 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 电路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 欧姆定律欧姆定律1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分一、电路的作用一、电路的作用2.信号的传递和处理信号的传递和处理发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流

2、的通路，电路是电流的通路，由若干电气设备或器件按一定由若干电气设备或器件按一定方式和要求方式和要求组合而成。组合而成。1.电能的传输和转换电能的传输和转换二、二、电路的电路的组成部分组成部分电源电源:供应供应电能的设备电能的设备负载负载: 取用取用电能的设备电能的设备中间环节中间环节:传递、分配和控制电能传递、分配和控制电能发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线中间环节中间环节:放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源(电源电源): 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电路电路 = 电源电源 + 中间环节中间环

3、节+ 负载负载激励：激励：电源或信号源的电压或电流。电源或信号源的电压或电流。响应：响应：由激励所产生的电压和电流。由激励所产生的电压和电流。返回返回电路分析：电路分析：在已知电路的结构和参数的条件下，讨论在已知电路的结构和参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。电路的激励与响应之间的关系。1.2 电路模型电路模型 在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，因素，把它近似地看作理想电路元件。把它近似地看作理想电路元件。 电路元件的理想化：电路元件的理想化：主要有主要有电阻元件电阻元件、电感元件电感元件、电容元件电容元件、电源元件电源元件等。

4、等。电路模型：电路模型： 由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。路模型。R+R0ES+UI电池电池灯泡灯泡手电筒的电路模型手电筒的电路模型返回返回注意：注意：RCL+EIs以后分析的都是电路模型，简称电路。各种电路以后分析的都是电路模型，简称电路。各种电路元件都用规定的图形符号表示。元件都用规定的图形符号表示。1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向实际方向：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。一、实际方向一、实际方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动

5、势 E ( (电位升高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U( (电位降低的方向电位降低的方向) )高电位高电位 低电位低电位 低电位低电位 高电位高电位电流电流Uab 双下标双下标电压电压IIab 双下标双下标E+_aRb箭箭 头头abRI U+_二、参考方向二、参考方向箭头箭头U表表示示方方法法参考方向：参考方向：在分析与计算电路时，对电量在分析与计算电路时，对电量人为规定人为规定的方向。的方向。注意：注意：今后电路图上所标的电压或电流的方向都是今后电路图上所标的电压或电流的方向都是参考方向参考方向。正负极性正负极性+abU若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与参考方向，则实际方向与

6、参考方向一致一致；若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与参考方向，则实际方向与参考方向相反相反。三、三、实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 b 指向指向 a 。只有选定参考方向后，电流只有选定参考方向后，电流(或电压或电压) 值才有正负之分。值才有正负之分。 返回返回1.4 欧姆定律欧姆定律欧姆定律：欧姆

7、定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。(1)U、I 参考方向参考方向一致一致(2)U、I 参考方向参考方向相反相反 RU+IRU+IU = I R U = IR使用时应注意：使用时应注意：RIU电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。伏安特性伏安特性非线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性I(A)U(V)0 U(V)I(A)0线性电阻伏安特性线性电阻伏安特性例例1.4.1应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 所以，用欧姆定律列方程

8、时，一定要在图中标明参考方向。所以，用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向。 通常取通常取 U、I 参考方向一致。参考方向一致。解：解：对图对图(b)有：有：U = IR 326 IUR所以：所以： 3-26 - - - - IUR所以：所以：对图对图(a)有：有： U = IR1. 欧姆定律欧姆定律U/I=R 仅适用于假设仅适用于假设U、I参考方向一致的情况。参考方向一致的情况。 2. 一定要区别实际方向和参考方向。一定要区别实际方向和参考方向。 实际方向是实际方向是物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。 参考方向是人们在分析与计算电路时，任意假设的方向。参考方向是人们在分析

9、与计算电路时，任意假设的方向。3.今后解题时，一定要先假定物理量的参考方向今后解题时，一定要先假定物理量的参考方向(即在图中即在图中标明物理量的参考方向标明物理量的参考方向) ，然后再计算，然后再计算，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。4.为了避免解题时出错，为了避免解题时出错，通常取通常取 U、I 参考方向一致参考方向一致。总结总结abI+U返回返回1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.5.1 电源有载工作电源有载工作EIR0R+ + - -U+ + - -cdab开关开关断开断开开路开路开关开关闭合闭合有载有载ab短接短接短路短路一、电

10、压与电流一、电压与电流RREI+ + 0U = IRU=E-R0I电源的外特性电源的外特性EUI0负载电阻两端电压：负载电阻两端电压：根据根据欧姆定律欧姆定律得：得：当电源对外供电时，其端电压当电源对外供电时，其端电压U和和流过其中电流流过其中电流I的关系。的关系。电源的伏安特性电源的伏安特性(外特性外特性)：结论：电流的大小由负载决定，电源有内阻时，结论：电流的大小由负载决定，电源有内阻时，I U 。IR0R+ + - -EU+ + - -二、功率及功率平衡二、功率及功率平衡IR0R+ + - -EU+ + - -功率功率: :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, ,流入此部

11、分电路的电流入此部分电路的电流为流为I，则这部分电路消耗的功率为，则这部分电路消耗的功率为: : P = =U.I。功率平衡：功率平衡： 由由U=E-R0I 得得UI =EI -R0I2 P = PE P单位：瓦特单位：瓦特( (W) )或千瓦或千瓦( (kW) )P -电源输出的功率电源输出的功率PE -电源产生的功率电源产生的功率 P -电源内阻上损耗的功率电源内阻上损耗的功率式中：式中：-电源的输出功率由负载决定电源的输出功率由负载决定(1)E1=U + R01I=220 + 0.65 =223VUE2+ U2E2+R02IE2=U-R02I=220 - 0.65 =217V例例1.5.

12、1：如图所示电路中：如图所示电路中，U=220V，I=5A，内阻，内阻R01=R02=0.6 。(1)求电源的电动势求电源的电动势E1和负载的反电动势和负载的反电动势E2； (2)试说明功率的平衡试说明功率的平衡解：解：U=E1- U1=E1-R R0101I电源电源负载负载- -+ + +- -+ +_ _R0202+ +_ _+ +U_ _I电源电源负载负载E2E1R01011U2U(2)由由(1)中两式得中两式得 E1E2R01IR02I等号两边同乘以等号两边同乘以I 得得223521750.652 0.652 E2I1085WR01I215WR02I215W负载取用负载取用功率功率电源

13、产生电源产生的功率的功率负载内阻负载内阻损耗功率损耗功率电源内阻电源内阻损耗功率损耗功率E1IE2IR01I2R02I21115W=1085W15W15W- -+ + +- -+ +_ _R0202+ +_ _+ +U_ _I电源电源负载负载E2E1R01011U2U三、三、电源与负载的判别电源与负载的判别根据根据 U、I 的的实际方向判别实际方向判别电源：电源：负载：负载：U、I 实际方向相反，电流从实际方向相反，电流从“+”+”端流出，端流出，发出发出功率；功率；U、I 实际方向相同，电流从实际方向相同，电流从“- -”端流出，端流出，吸收吸收功率功率。实际方向根据实际方向根据参考方向和计

14、算结果的正、负参考方向和计算结果的正、负得到。得到。四、额定值与实际值四、额定值与实际值额定值：额定值： 制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的正常允许值。运行而规定的正常允许值。UN-额定电压额定电压IN-额定电流额定电流PN-额定功率额定功率 额定值表示电气设备的使用能力，反映了电气设备额定值表示电气设备的使用能力，反映了电气设备的使用安全性。的使用安全性。注意：注意： 电气设备使用时，电压、电流和功率的实际值不一定电气设备使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。等于它们的额定值。 一个月的用电量：一个月的用电量：例例1.5

15、.2：有一：有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源上，求的电源上，求通过电灯的电流和电灯在通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻，如果电压下工作时的电阻，如果每晚用每晚用3小时，问一个月消耗电能多少？小时，问一个月消耗电能多少？解：解：W=Pt=60(W)(30 3) (h)=5.4kW.hURI例例1.5.3：有一额定值为：有一额定值为5W 500 的线绕电阻，的线绕电阻，其额定电流其额定电流为多少？在使用时电压不得为多少？在使用时电压不得超过超过多大？多大？A105005RPI在使用时电压不得超过：在使用时电压不得超过：解：解：URI5000.150V220

16、22080660PIU600.273A2201.5.2 电源开路电源开路I = 0特征：特征：U = U0 = E U0 -开路电压开路电压 P = 0IR0R+ + - -EU0+ + - -1.5.3 电源短路电源短路 特征：特征：0SREII Is -短路电流短路电流U = 0 PE = P = I2R0P = 0返回返回IR0R+ + - -E+ +- -U1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律分为两部分，即：分为两部分，即：用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系。用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系。1.基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律(KCL) 2.基尔

17、霍夫基尔霍夫电压定律电压定律(KVL) -应用于应用于结点结点-应用于应用于回路回路I1I2I3R3ba名词、概念名词、概念R1+ -E1c+-E2R2d一条支路中各部分都流过一个相同的电流，称为一条支路中各部分都流过一个相同的电流，称为支路电流支路电流。如图中的如图中的ab、 acb 及及adb共共3条支路。条支路。如图中的如图中的I1、I2及及I3共共3个电流。个电流。1. 支路支路： 电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。如图电路如图电路: adbca、I1I2I3R3baR1+ + - -E1c+ +- -E2R2d2 23 31 1abca 和和 abda 共三个回路。

18、共三个回路。3.回路回路：由一条或多条支路组成的闭合路径。由一条或多条支路组成的闭合路径。2.结点结点(节点节点)：图中共有图中共有a、 b两个结点。两个结点。电路中三条或三条以上支路的联结点。电路中三条或三条以上支路的联结点。1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL定律定律)一、定律内容一、定律内容 在任一瞬间，流向任一结点的电流之和等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。点的电流之和。即：即： 入入= 出出I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E1对结点对结点a：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0 在任一瞬间，任一

19、结点上电流的代数和恒等于零。在任一瞬间，任一结点上电流的代数和恒等于零。即：即： I = 0 应用应用 I= 0列方程时：列方程时：如果规定电流流入为正，则电流流出为负。如果规定电流流入为正，则电流流出为负。I I1 1I I2 2I I3 3I I4 42 - (-3) + (-2) - I4 = 0可得可得例例1.6.1：如图所示，：如图所示，I1=2A，I2= -3A，I3= -2A，试求，试求I4。解：解： 由由 KCL可列出：可列出：I1 - I2 + I3 - I4 = 0I4=3A KCL可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。

20、二、推广二、推广例例:广义结点广义结点IA + IB + IC = 0IC= ICA- IBCIA= IAB- ICAIB= IBC- IABI =?I = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VABCIAIBICIABICAIBC1.6.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL定律定律)一、一、定律内容定律内容 在任一瞬间，从回路中任意一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中任意一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上的电位降之和等于电位升之和。周，则在这个方向上的电位降之和等于电位升之和。对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=

21、E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E11 12 2 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。即：的代数和恒等于零。即： U = 0列写列写KVL方程的步骤方程的步骤1.标出回路中各段电压和电流的参考方向；标出回路中各段电压和电流的参考方向；对回路对回路3：3 32.选定一个回路循行方向；选定一个回路循行方向；3.沿回路循行一周，若电压沿回路循行一周，若电压(电流电流)的参考方向与回路循行的参考方向与回路循行方

22、向一致，则取正；若相反，则取负。方向一致，则取正；若相反，则取负。I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E11122210I REI RE+-二、推广二、推广-KVL可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路+-ABC-UABUAUB U=UA-UB-UAB=0或或 UAB=UA-UBE-U-RI=0或或 U=E-RI注：注：列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。的参考方向。ER+-+-UI I(1)由基尔霍夫电压定律可得由基尔霍夫电压定律可得UAB+UBC+UCD+UDA=0(2)UAB+UBC+UCA=

23、0例例1.6.2 下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但已下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但已知知UAB=5V，UBC=- -4V，UDA=- -3V。试求。试求(1)UCD (2)UCA。解解: :得得 UCD=2V即即 5+(-4)+ UCD+ (-3)=0得得 UCA=-1V即即 5+(-4)+ UCA =0+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA KCL和和KVL是在实验的基础上得出的，是分析电路是在实验的基础上得出的，是分析电路的理论基础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的的理论基础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的两个两个基本依据基本依据。 KCL和和KVL具有普遍

24、性，适用于由各种不具有普遍性，适用于由各种不同元件构成的电路，也适用于任一瞬时对任何变化的电同元件构成的电路，也适用于任一瞬时对任何变化的电流和电压。流和电压。 列方程时，不论是应用列方程时，不论是应用KCL、KVL还是欧姆定律，还是欧姆定律，首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方参考方向向，否则会出错。，否则会出错。总结：总结：返回返回1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。一、一、电位的概念电位

25、的概念 电位的计算步骤：电位的计算步骤： (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。二、二、举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0VVb=Uba= 106= - -60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 V5 Uab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V20 E1140Vbac4A6 10AE290V+ + - -6A+ + - -d解：解：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它