第一章 电路的基本概念与基本定律

《电工技术》要求：每周交作业一次，4次不交者取消期末考试资格；无故旷课4次者取消期末考试资格。总学时：90学时其中实验：8学时主讲教师：高娜1/31/20231绪论

电工电子学是一门研究电能在技术领域中应用的技术基础课，它包括：电工技术和电子技术两部分。电工技术：电路理论：直流、交流、暂态、非正弦。磁路和电机：变压器、电磁铁、三相异步电动机及控制。电子技术：模拟电子线路：半导体器件、分离件放大器、集成运放、电源数字电路：各种门电路、组合电路、时序电路及555的应用电路。1/31/20232一、电工电子学课程的作用和任务电工电子学是研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程。作为技术基础课程，它应具有基础性、应用性和先进性。

基础是指基本理论、基本知识和基本技能。

应用是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。

先进性是指电工学课程内容和体系随着电工技术和电子技术的发展应不断更新。1/31/20233二、电工技术和电子技术发展概况

1785年库仑确定了电荷间的相互作用力，电荷的概念开始有了定量的意义。1826年欧姆发现了欧姆定律。1831年法拉第发现了电磁感应定律。1834年雅可比制造出第一台电动机。

1864年麦克斯韦提出了电磁波理论。

1888年赫兹通过实验获得了电磁波，证实了麦克斯韦提出了电磁波理论。

1895年意大利和俄国分别进行了通信实验，从而为无线电技术的发展开辟了道路。1/31/20234未来的发展是《量子工学》

1883年爱迪生发现了热电效应。1904年弗莱明发明了电子二极管。1948年贝尔实验室发明了晶体管。

1958年生产出集成电路（到现在已经是超大规模集成电路）。现在的集成电路线宽是0.3um，可望达到0.01um（30个原子的宽度）。1/31/20235三、课程的学习方法

2、上课注意听讲，下课要看除教材外的其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要标绘清楚，答数要注明单位。1、重点放在物理概念和基本分析法。3、要重视实践技能的培养。1/31/20236第一部分电路基础

电路基础是研究电路基本规律的一门学科，它是一门具有丰富内容的学科，它的理论和方法，在其它领域也得到了广泛的应用。已知输出输入的条件，求元件参数和电路结构。电路基础：电路分析：电路综合：已知电路结构、元件参数，求电路中的电流、电压和功率。1/31/20237下面我们看一个例题，USR+RLUSRRLILUS1-US1?不会求的原因是电路中出现了两个回路，我们对电路结构的约束关系不了解，所以不会求。求图示电路中的电流。US2R21/31/20238第一章电路的基本概念与基本定律1.1电路与电路模型1.2电路的主要物理量1.3电路的三种工作状态

1.4电压源和电流源及其等效变换1.5基尔霍夫定律1/31/20239§1.1电路与电路模型教学目的：理解电路的概念、组成及分类重点:电路的作用和组成难点：电路的作用和组成1/31/202310

一、电路的组成1．电路：电流流通的路径称为电路。电池负载开关2．组成：（1）电源：提供能量。（2）负载：消耗能量。（3）中间环节：连接电源和负载的导线及控制元件。1/31/202311（1）电能的传输与转换。

3．作用发电机升压变压器降压变压器用户负载如：输配电电路。1/31/202312（2）信息的传输与处理。放大器话筒扬声器如：各种信息处理电路等。1/31/202313二、电路模型所谓电路模型就是指一个实际元件在特定的条件下，所表现的主要的电磁特性，而忽略其次要因素，如R、L、C等。这种表示的参数，我们称为集总参数。电池负载开关开关++--ER0UR

实际电路都是由一些实际的元器件所组成。在分析电路时，我们要对实际电路建立数学模型—电路模型。1/31/202314§1.2电路的基本物理量

教学目的：掌握电路的基本物理量（电压、电流的定义和参考方向参功率的计算）重点:了解电路中的参考点的意义，掌握电位的计算难点：参考方向

1/31/202315一.电流

电流是由电荷的定向移动而形成的。当金属导体处于电场之内时，自由电子要受到电场力的作用，逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。其大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电流，简称直流。电流的强弱用电流强度来表示，对于恒定直流，电流强度I用单位时间内通过导体截面的电量Q来表示，即1/31/202316电流的单位是A(安［培］)。在1秒内通过导体横截面的电荷为1C(库仑)时，其电流则为1A。

计算微小电流时,电流的单位用mA(毫安)、μA(微安）或nA(纳安），其换算关系为：

1mA=10-3A，1μA=10-6A，1nA=10-9A习惯上，规定正电荷的移动方向表示电流的实际方向。在外电路，电流由正极流向负极；在内电路，电流由负极流向正极。1/31/202317

二.电压电场力把单位正电荷从电场中点A移到点B所做的功WAB称为A、B间的电压,用UAB表示，即

UAB=

电压的单位为V(伏［特］)。如果电场力把1C电量从点A移到点B所作的功是1J(焦耳)，则A与B两点间的电压就是1V。

计算较大的电压时用kV(千伏），计算较小的电压时用mV(毫伏）。其换算关系为：1/31/202318

1kV=103V，1mV=10-3V

电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由“+”极指向“－”极，因此，在电压的方向上电位是逐渐降低的。电压总是相对两点之间的电位而言的，所以用双下标表示，一个下标(如A)代表起点，后一个下标(如B)代表终点。电压的方向则由起点指向终点，有时用箭头在图上标明。1/31/202319三.电动势

为了维持电路中有持续不断的电流，必须有一种外力，把正电荷从低电位处（如负极B）移到高电位处（如正极A）。在电源内部就存在着这种外力。如图1.4所示，外力克服电场力把单位正电荷由低电位B端移到高电位A端，所做的功称为电动势，用E表示。电动势的单位也是V。如果外力把1C的电量从点B移到点A，所做的功是1J，则电动势就等于1V。

1/31/202320图1-4电动势

电动势的方向规定为从低电位指向高电位，即由“－”极指向“+”极。1/31/202321

电压和电流的参考方向++--ER0UR+-E1R1R-+E2R2II一.电流的参考方向－电流的实际方向为正电荷的运动方向。（1）为什么要引入参考方向？a）复杂电路很难确定电流的实际方向。b）交流电路中，电流本身就是交变的。（2）参考方向的选择：原则上是任意的，实际和电压的参考方向一起选。参考方向的表示方法：a）箭头；

b）双下标。电流正负的意义：

负——表示参考方向和实际方向相反。正——表示参考方向和实际方向一致。1/31/202322-4Vc)正负号。二.电压和电动势的参考方向5V4ΩIL+-Uab1Ω1A4V-1Aa)箭头；b)双下标；

那么，在一个电路中，电流和电压的参考方向应该怎样选择呢？1/31/202323§1.3电路的三种工作状态教学目的：了解电路的通路、开路和短路状态；了解电源的有载、空载和短路状态重点:

电路空载，短路，有载的特点难点：电路空载，短路，有载的特点1/31/202324主要讨论电路中电流、电压和功率方面的内容。一、电源有载工作R0EURabcd++--IR0EURabcd++--I

所谓有载工作状态，是指电源与负载相连通，构成一个电流的回路。E—电动势U—端电压R0—电源内阻R—负载1/31/2023251、电压与电流

电源的伏安特性是指电源对外供电时，其端电压U和流过其中电流I的关系。此种关系也称电源的外特性。U=E-R0IUI0E电源的外特性曲线理想电源的外特性曲线U=ER0EURabcd++--I1/31/2023262、功率及功率平衡因为：U=E-R0I所以各项同乘电流后可得功率平衡式：

可以看出电源产生的功率和电路中所有消耗的功率是平衡的。

R0EURabcd++--I式中：P为电源输出功率；PE为电源产生功率；△P为内阻损耗的功率。PE=P+△P功率的单位是瓦特（W）或千瓦（KW）。U

=E

-R0I

P=PE-△P

III1/31/202327电源与负载的判别方法元件I+-UP=UI关联方向＜0电源＞0负载元件I-+U非关联方向＜0电源＞0负载1/31/202328例题5V4ΩI+-Uab1Ω1A4VER0RU0试求电路中各元件的功率，并验证功率平衡。解：1/31/202329

（5）当R=RO时，电源输出功率为最大（最大功率传输）。几点注意事项：（1）功率与电压的平方成比，即电压增大1倍，P增大4倍。（2）P=UI为关联方向的关系式。（3）在关联方向下功率大于0为耗能，小于0为放能（电源与负载的判别）。（4）对于独立电路来说∑P≡0。1/31/202330特征R0EURabcd++--II=0P=0U=E=U0（开路电压）二、电源开路（引伸为支路电流为零）1/31/202331

特征R0EURabcd++--IU=0I=IS=E/R0PE=△P=R0I2，P=0短路通常是一种严重事故，应该尽力预防。三、电源短路1/31/202332§1.4电压源与电流源及其等效变换

教学目的：熟悉电源的外特性及实际电源模型重点:电压源与电流源等效变换难点：等效变换原则、条件及注意事项1/31/202333例题:求图示电路的电流I。I+--+6V4V23641I=？下面我们讲解求解电路的另外一种解题方法。1/31/2023343．性质：一、电压源

如果一个二端元件在任一时刻，在任何电路中，其端电压总能保持为某一给定的时间函数，而与通过它的电流无关。2．符号：+-USE+-uSe1．定义：（2）流过us的电流与外电路有关。（1）us与外电路无关；1/31/202335注意式中u与i为关联方向4．电源的外特性（1）理想电压源的外特性

（2）有内阻时的外特性0uSi5．功率p=ui=＞0吸收功率＜0释放功率1/31/202336二、电流源如果一个二端元件在任一时刻，任何电路中，其流过元件的电流总能保持为某一给定的时间函数而与其两端的电压无关。1．定义：2．符号：ISIs称为电流源的电激流3．性质：（1）Is与外电路无关；（2）u与外电路有关。1/31/2023375．功率：4．外特性：（1）理想电流源的外特性

（2）有内阻时的外特性0uSi注意式中u与i为关联方向p=ui=＞0吸收功率＜0释放功率1/31/202338理想电压源与电流源的串并联1．电压源的串联+-UI+++---US1US2US3+-UIUS+-US=US1＋

US2－US3注意电源的极性1/31/2023392．电压源的并联只有电压源的电压相等时才成立。++--US1US2+-US3．电流源的串联只有电流源的电流相等时才成立。ISIS1IS21/31/2023404．电流源的并联+-UIIS1IS2+—UIISIS=IS1+IS2注意电流源的极性1/31/2023415．电流源和电压源的串联+-UI+++---US1US2IS3+-UIIS3+-等效为电流源+-UI+-IS3网络1/31/2023426．电流源和电压源的并联+-UIIS1US+-+—UIUS+-等效为电压源+-UIUS+-网络1/31/202343三、电压源与电流源的等效变换R0+-UIISUS=R0ISIS=US/R0

R0+-UI+-US使用注意事项：（1）理想电源不能变换。（2）注意参考方向。（3）串联时变为电压源，并联时变为电流源。（4）只对外部等效，对内不等效。1/31/202344例：求图示电路中的I。3326416V2A4V++--I解：326416V2A4V++--I326412A4V+-I2A1/31/202345326412A4V+-I2A22414V+-I4A2414V+-I+-28V414V+-I+-48V1/31/202346441I2A1A21I3A1I+-26VI=2A414V+-I+-48V解题规则：并联变为电流源；串联变为电压源。1/31/202347例：求图示电路中的U。++++----154410V5V15V5V5A+-U1/31/202348++++----154410V5V15V5V5A+-U+++--4415V5V5A+-U+-4420V5A+-U445A5A+-U25A5A+-UU=0V1/31/202349++++----154410V5V15V5V5A+-U例：求图示电路中的U。+-1/31/202350§1.4基尔霍夫定律

教学目的：掌握电路的基本定律----

基尔霍夫定律重点:基尔霍夫定律的应用难点：基尔霍夫定律的推广1/31/202351基尔霍夫（德国物理学家）

除了欧姆定律外，分析与计算电路的基本定律，还有基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。基尔霍夫电流定律应用于结点，基尔霍夫电压定律应用于回路。++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd1/31/2023525．网络：指较多元件组成的电路。一、名词解释++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd

1．支路：电路中的每一分支称为支路（流过同一电流）。流过支路的电流称为支路电流。2．结点：支路的交叉称为结点。3．回路：一条或多条支路所组成的闭合电路。4．网孔：不含支路的回路。1/31/2023531．定义：在任一时刻，任一结点上的所有支路电流的代数和恒为零。即∑I=0；或∑I入=∑I出

二、KCL（电流定律）

I1+I2-I3=0或-I1-I2+I3=0也可写成：

I1+I2=I3

（入）（出）2．注意正负号的取法（两套符号）++--E1E2R2R1R3I1I2I3cabd1/31/2023543．推广到广义结点上使用，任一闭合面。IAIBICIABIBCICAABCIC=ICA-IBC将三式相加得：

IA+IB+IC=0或∑I=0IA=IAB-ICAIB=IBC-IABIA+IB+IC=0【证明】1/31/202355图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求I2，I3和I6。I1R1R2R3I2I3I4I5I6例题：解：I3=I1－I5=11－6=5（mA)I2=I3－I4=5－12=－7（mA)I6