第一章 电路的基本概念与基本定律

电工电子技术第1章电路的基本概念与基本定律1.3参考方向1.4欧姆定律1.7电位1.1电路的组成和作用、与电路模型1.6基尔霍夫定律1.5电路的工作状态1.2电路模型：本章要求1234了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；

理解电压与电流参考方向的意义；理解电路的欧姆定律并能正确应用；重点掌握KCL，KVL定律，计算电路中各点的电位。重、难点电路的组成和作用主要内容：重难点：1.1电路的组成和作用电路组成；电路作用电路组成和作用的理解什么是电路？电流的通路，是为了实现某种功能，将实际电器元件或设备按一定方式组合而成。实际电路举例

手电筒电脑电力系统1.1电路的组成和作用电力系统◆电路作用1.1电路的组成和作用电子技术◆电路作用1.1电路的组成和作用

电路有什么组成？放大器负载

手电筒电源中间环节扩音器信号源负载◆电路组成1.1电路的组成和作用◆电路组成负载电源(信号源)中间环节提供电能（或信号）的部分电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。激励响应电源（或信号源）连接和控制电源与负载的部分中间环节吸收或转换电能的部分负载1.1电路的组成和作用1.2电路模型实际电路电路模型

手电筒扩音器电力系统◆电路模型◆电路模型什么是电路模型？由理想电路元件及其组合构成的电路，能够反映实际电路的主要特性。IUabUs+_RR0ba+_负载电源中间环节实际电路电路模型1.2电路模型◆怎样建立电路模型？由理想电路元件及其组合构成，能够反映实际电路的主要特性。电阻R电感L电容C1.2电路模型1.2电路模型_+理想电压源Us理想电流源Is1.2电路模型◆怎样建立电路模型？建立电路模型电路结构电路参数由理想电路元件及其组合构成，能够反映实际电路的主要特性。UabR0I+_ba+_Us负载电源中间环节实际电路◆怎样建立电路模型？同一元件不同条件下的电路模型可能不同说明例题通直流电通低频交流电通高频交流电1.2电路模型◆电路模型

集总参数元件理想电路元件只表现一种电或磁的性能，并认为其电磁过程都集中在元件内部进行。

集总电路由集总参数元件构成的电路。集总参数电路模型是电路理论中最基本的假设。本书研究的电路均为集总电路。简称电路。说明1.2电路模型小结1、电路的组成2、电路作用3、电路模型1.1-1.2电路的组成、作用和电路模型电压和电流的参考方向

电压和电流的参考方向1.3主要内容：重难点：参考方向概念及表示方法；参考方向与实际方向之间的关系；理解参考方向的概念

电压和电流的参考方向1.3物理中对基本物理量规定的方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位

单位kA、A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV◆电路基本物理量的实际方向

电压和电流的参考方向1.3电流方向A

B？电流方向B

A？问题的提出：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？◆电路基本物理量的参考方向ABRUs2IR+_+_Us1

电压和电流的参考方向1.2I+_RR0baUab+_实际方向实际方向电压和电流的方向：实际方向参考方向◆电路基本物理量的参考方向Us

电压和电流的参考方向1.3(2)参考方向的表示方法电流：电压：(1)参考方向在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。注意：在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。◆电路基本物理量的参考方向bIab

双下标箭标abRIaR

双下标正负极性+–abUabUabab箭标UI+_RR0baUab+_Us3V

电压和电流的参考方向1.3◆参考方向与实际方向的关系（1）分析电路时首先假定参考方向；（2）

根据电路定律求解；（3）

确定实际方向：Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2aI>0实际方向与参考方向一致I<0实际方向与参考方向相反实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。

电压和电流的参考方向1.3

IRURab

IRURab++__U、I关联参考方向（或参考方向相同）：电流参考方向是从电压参考方向的“+”极性端指向“-”极性端U、I非关联参考方向（或参考方向相反）：电流参考方向是从电压参考方向的“-”极性端指向“+”极性端

电压和电流的参考方向1.3举例解：(1)由已标定的电流参考方向可得:电流为正值，故电流的实际方向与它的参考方向一致，电流由a流向b。(2)由已标定的电流参考方向可得：电流为负值，说明电流的实际方向与它的参考方向相反,电流由b流向a。

abi

电压和电流的参考方向1.3举例Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A实际方向实际方向

电压和电流的参考方向1.2◆小结1.理解参考方向概念；2.掌握参考方向与实际方向之间的关系、参考方向的表示方法。电压和电流的方向：实际方向参考方向欧姆定律欧姆定律1.4主要内容：重难点：欧姆定律形式；欧姆定律应用；理解欧姆定律应用；欧姆定律1.4◆欧姆故事启示勇攀高峰敢为人先的创新精神追求真理严谨治学的求实精神不怕困难敢于奋斗的斗争精神胸怀祖国服务人民的爱国精神2020年9月11日习总书记在科学家座谈会上提出的科学家精神欧姆定律1.4◆问题？Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2aU=IRU=?

IRURab

IRURab++__U=-IR欧姆定律1.4欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。表达式

=RUIU、I关联参考方向（或参考方向相同）：电流参考方向是从电压参考方向的“+”极性端指向“-”极性端U=–IRU、I非关联参考方向（或参考方向相反）：电流参考方向是从电压参考方向的“-”极性端指向“+”极性端欧姆定律1.4◆举例若I=–2A，R=3

RUI图中电压参考方向与电流的参考方向相反则U=–3

(–2)=6VU=?用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向。注意一节一练求UAB练习题

2A2

AB+6V_欧姆定律1.4◆小结2.欧姆定律应用1.欧姆定律：U=–IRU=IR电路的工作状态1.5本节要求内容重点难点电源有载工作、开路、短路；电源与负载的判别；额定值的意义电源三种状态的外特性；电源与负载的判别方法；电源与负载的判别方法123电路的工作状态关键电源三种状态的外特性；电源与负载的判别；41.5电路的工作状态◆电源的工作状态有载工作开路工作短路工作1.5电路的工作状态什么是电路？◆电源有载工作负载电阻I电源电压电源内阻电源外特性IUUs0斜率与Rs有关；Rs越小，斜率越小。若Rs

<<RL，负载发生变化时，U变化很小

；说明U受负载的影响很小，即电源带负载能力强。U=IRLU内=IRs+-SUsRsRL电源U1R+RsI=

Us=Us–RsI电压与电流1.5电路的工作状态电路功率IU+-SUsRsRL电源电源输出的功率P等于电源产生的功率Ps减去内阻上消耗的功率ΔP功率平衡式2R+RsI=

Us=Us–RsIUI=UsI–RsI2

P=Ps

–

P电源产生功率内阻消耗功率电源输出功率电源产生功率=负载取用功率+内阻消耗功率功率平衡式1.5电路的工作状态根据电压和电流的实际方向判别元件的性质：电源?负载。Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A5V3V负载电源两个电源都做电源吗？问题UI实际方向相反UI实际方向相同◆有载工作状态元件性质的判别31.5电路的工作状态负载：U、I的实际方向相同，电流从负端流出，吸收功率P（发出）=P（吸收）aI=2ARU=6Vb+_电源：U、I的实际方向相反,电流从正端流出,发出功率I=2AUs+_U=6V发出功率12W吸收功率12W元件性质的判别31.5电路的工作状态P>0U、I参考方向相同：发出功率，是电源吸收功率，是负载P<0根据电压和电流的参考方向判别元件的性质：电源?负载。U、I参考方向不相同：？P>0吸收功率，是负载发出功率，是电源P<0元件性质的判别31.5电路的工作状态Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A5V3V负载电源对Us1,U和I参考方向相反：P=UI=5*0.5=2.5W>0，电源对Us2,U和I参考方向相反：P=UI=3*（-0.2）=-0.6W<0，负载元件性质的判别◆例1.5电路的工作状态已知U=5V，在I=1A和I=-1A时，元件A是吸收或发出功率？判断电路性质。思考元件性质的判别3aIAUb+_1.5电路的工作状态什么是电路？◆电源开路（空载，即开关S断开）I=0,U=Uo=Us，P=0IU=Us+-SUsRsRL电源电路特征:空载实例

注意1.5电路的工作状态什么是电路？◆电源短路（电压源不允许）U=0ISU+-SUsRsRL电源电源端电压:

RL

=0接入熔断器P=0电路特征:注意！工程职业素养电源输出功率和内阻消耗功率:

1.5电路的工作状态Rs电源RLUS◆电源短路（电压源不允许）U=0电源端电压:电源输出功率和内阻消耗功率:电路特征:IsI=Is电源端电流:1.5电路的工作状态◆电气设备的额定值各种电气设备的电压、电流、功率都有一个额定值。分别用UN，IN，PN来表示。PN

，UN，IN1.5电路的工作状态◆电气设备的额定值对负载来讲：额定值指负载正常工作时的条件及消耗的功率限额。一般负载必须额定工作!对电源来讲：额定值指电源向负载提供的电流、电压和功率的限额。额定值是为电气设备在给定条件下正常运行而规定的允许值。电源使用时不允许超过额定值!注意1.5电路的工作状态小马拉大车（1）满载工作：

I=IN

，P=PN,输出额定功率。

(经济合理安全可靠)（2）轻载工作：：I<IN

，P<PN，输出的功率低于额定值。(不经济)

（3）超载工作：I>IN

，P>PN,输出功率高于额定值(设备易损坏)大马拉小车√×◆电气设备的额定值

电压和电流的参考方向1.3举例解：已知：一个“220V/60W”的灯泡，正常发光25h，消耗多少电能？如果是36V/40W的灯泡，要消耗等量的电能，需要正常发光多少小时？解：1.5电路的工作状态◆小结有载工作开路工作短路工作电源外特性:IUUS0U=IRLU内=IRs满载、轻载、超载I=0U=USP=0U=0P=0（不允许）√×

一节一练练习题已知：图中UAB=3V，I=–2A求：N的功率，并说明它是电源还是负载NABI基尔霍夫定律1.6本节要求内容重点难点基尔霍夫电流定律；基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律；基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律的熟练应用；基尔霍夫电压定律的熟练应用123基尔霍夫定律1.6基尔霍夫定律求解？已知：R1=R2=R3=R6=R，R4=R5=2R，求解电阻R上的电流I?问题How？不能运用电阻的串、并联计算方法简化成一个单回路电路。I=?

US1+-RR5R1R4R3R2US2+_R6复杂电路1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫定律Kirchhoff’slaw求解复杂电路方法之一基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律电路求解大师1845年提出1824-1887年基尔霍夫GustavRobertKirchhoff执着追求科学创新研究1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆复杂电路中的基本概念电路中通过同一电流的每一条分支。E2+-R1R3R2+_E1B=31.支路（Branch）1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆复杂电路中的基本概念E2+-R1R3R2+_E12.节（结）点（Node）：三条或三条以上支路的连接点。N=23.回路（Loop）：电路中任一闭合路径。L=3M=2l1l3l24.网孔（Mesh）：内部不含有其他支路的回路。网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔与回路有什么关系？abB=31.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电流定律SimulationUs2+-R1R3R2+_Us1I1

=?1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电流定律aa：0.011-0.0130.024+=Simulation1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电流定律a0.015-0.0100.025+=Simulationa：1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电流定律对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。节点电流定律流入、流出以参考方向为准，而与I自身的“＋”、“－”无关。a：aI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us1Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)表述一：1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电流定律取流入节点：“+”，流出节点：“-”。在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。节点电流定律aI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us1a：Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)表述二：1.6基尔霍夫定律◆基尔霍夫电流定律例题

在图中，1点是电路中的一个节点，已知若I1=5A，I2=1A，

I3=-3A，求通过元件A的电流？解：通过元件A的电流为I4，

由

KCL可知：5–1+(–3)+I4

=0I4=–1AI1

–I2+I3+I4=01AI4I1I3I21.6基尔霍夫定律什么是电路？◆KCL的扩展KCL对包围多个节点的任一闭合面也适用。例题I1I2I3I4I5I6I1

–I2+I3=01.6基尔霍夫定律什么是电路？◆应用KCL的基本步骤1.找出电路中的节点；2.指定每一个支路的电流参考方向；3.对电路节点列写方程:oraI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us11.6基尔霍夫定律思考题

2

+_+_I5

1

1

5

6V12VI=？1.6基尔霍夫定律How？I1

=?US2+-R1R3R2+_US1aI1I2I3bl1l2◆基尔霍夫电压定律复杂电路1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆基尔霍夫电压定律(KVL)E2+-R1R3R2+_E1aI1I2I3bl1l1：对电路中的任一回路，沿任意方向循行一周，电位升等于电位降或各段电压的代数和为0。回路电压定律电位降取“＋”，电位升取“-”。1.6基尔霍夫定律–U1+U2–U3+U4

-U5

+U6=0电已知图中各元件的电压U1=3V，U2=-2V，U3=5V，U4

=9V，U5=-5V，试求U6？U6

=-4VKVL:KVL举例+U5-+U4-+U6-+U3-_B+U1+U2_A1.6基尔霍夫定律U1+U2–U3+U4+U5=0U1=–2V，U2=8V，U3=5V，U5=–3V，R4=2

，求电阻R4两端的电压及流过它的电流。U4=2VI=0.5AKVL:U4=IR4KVL举例IU1U2abced++––+–U5U3+–R4U4+–1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆KVL的扩展KVL还适用于电路任一假想回路。-aUsb__+++U2U1-+UabKVL:求Uab举例1.6基尔霍夫定律什么是电路？◆应用KVL的基本步骤1.标出回路中各段电压和电流的参考方向；2.针对所选回路假定一个循行方向：顺时针或逆时针；3.对所选电路回路列写方程：1.6基尔霍夫定律◆小结电压、电流定律描述计算步骤1.电流、电压定律的熟练应用。1.6基尔霍夫定律◆小结思考题

用基尔霍夫定律求解电流I，请思考节点数、回路数、网孔数。U–+R3R4R1R2IR一节一练练习题b电路如图所示，分别求Uad,Ucd,Uac。2A

3

1

2

1AaI1I2I3bcd3A电路中电位的概念及计算1.7电位主要内容：重点难点：电位的概念；电位的计算及应用理解电位的概念；运用电位进行电路分析计算1.7电位◆电位Va=7V

a

点电位：ab1

7Aab1

7AVb=-7V

b

点电位：在电路中任选一节点，设其电位为零（用

标记），此点称为参考点。其它各节点与参考点之间的电压，便是该节点的电位。记为：“VX“（注意：电位为单下标）。举例Vb=0Va

=01.7电位什么是电路？◆电位和电压的区别电位值是相对的,参考点选的不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电位相对性电压绝对性Va=7V

a

点电位：ab1

7Aab1

7AVb