情景一 直流电路

情景一直流电路电子课件

单元一电路的基本概念

单元二电阻电路的分析

单元三电压源、电流源及其等效变换

单元一电路的基本概念单元一电路的基本概念一、电路的组成及作用

二、电路的主要物理量

三、电路的工作状态

第一节、电路的组成及作用一、电路的概念(一)电路的概念电路——电流通过的路径。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成（二）电路的组成一个完整的电路,由电源、负载、中间环节(开关或导线）按一定方式组成。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成例：手电筒第一节、电路的组成及作用二、电路的组成s123第一节、电路的组成及作用二、电路的组成电池金属连片电珠开关弹簧第一节、电路的组成及作用二、电路的组成负载中间环节电源R+–电池开关电珠手电筒的电路原理图第一节、电路的组成及作用二、电路的组成

电池：提供电能的器件，称为电源。电珠：用电器件，称为负载。金属连片：相当于导线，和开关一起连接电源和负载，起传输和控制作用，称为中间环节。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成（三）电路的作用1.实现能量传输和转换的电路升压变压器输电线降压变压器电灯电动机电炉...用户发电机电源第一节、电路的组成及作用二、电路的组成交流电的传输与转换第一节、电路的组成及作用二、电路的组成电力电路（强电电路）第一节、电路的组成及作用二、电路的组成第一节、电路的组成及作用二、电路的组成2.实现信号传递与转换的电路发射设备输入变换器信道送话器扬声器干扰通信系统原理框图发信源收信者输出变换器发射设备信号电路（弱电电路）第一节、电路的组成及作用二、电路的组成第一节、电路的组成及作用二、电路的组成第一节、电路的组成及作用二、电路的组成话筒放大器话筒扬声器信号源负载扩音机电路示意图第一节、电路的组成及作用二、电路的组成电阻电容电感电源实际电气元器件第一节、电路的组成及作用二、电路的组成电气元器件的理想模型符号RCLEUS+_IS电压源电流源第一节、电路的组成及作用二、电路的组成（四）理想电路元件与电路模型

理想电路元件——为了简化分析和计算,在一定条件下，突出实际电路元件的主要电磁性质，把实际电路元件近似地看作理想电路元件。理想电路元件主要有：电阻、电感、电容和电源元件等。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成

实际电路模型化——用1个或几个理想电路元件的组合来代替实际电路中的具体元件。

电路模型——由理想电路元件构成的电路，简称电路。今后在电路分析中讨论的电路均为电路模型。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成RL+–SUsRO电源负载手电筒的电路模型第一节、电路的组成及作用二、电路的组成

理想电阻元件：

负载电阻RL和电源内电阻RO。

理想电压源：

电池US。第一节、电路的组成及作用二、电路的组成s123第二节、电路的主要物理量一、电流(一)电流1.定义电流——带电粒子的定向运动。电流强度——度量电流强弱的物理量。其数值＝单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。工程上简称电流第二节、电路的主要物理量一、电流2.公式直流——当dq/dt=常数时，称恒定电流。单位时间通过电荷量第二节、电路的主要物理量一、电流3.单位千安(kA)、安培(A)、毫安(mA)、微安(μA)1A=1C(库仑)/s(秒)1mA=10-3A1μA=10-3mA1mA=10-6kA第二节、电路的主要物理量一、电流4.方向

（1）电流的实际方向：规定正电荷运动的方向为电流的方向。第二节、电路的主要物理量一、电流

（2）电流的参考方向:

因为有些电路中很难直接判定电流方向（如下图b中电阻R中的电流方向）；另外交流电路中，电流是随时间变化的。所以需引入参考方向。第二节、电路的主要物理量一、电流I2I1R1R4R3US+-R2(a)第二节、电路的主要物理量一、电流(b)R1I2R4R3US+-R2I1RAB?第二节、电路的主要物理量一、电流（3）注意IRRI参考方向实际方向实际方向参考方向(a)I＞0(b)I＜0第二节、电路的主要物理量一、电流

①电流的参考方向（也称正方向）是假设的方向，参考方向可以任意选定。②实际方向与参考方向一致，电流值为正值实际方向与参考方向相反，电流值为负值。第二节、电路的主要物理量一、电流

③在分析电路时：先假定参考方向→据此进行计算→再从结果的正负值确定实际方向。④今后，电路图上标的电流方向均为参考方向。第二节、电路的主要物理量一、电流5.表示方法Iab

双下标箭标I两种abR第二节、电路的主要物理量一、电流I

U+_US+_aRb第二节、电路的主要物理量二、电压1.定义：负载极板++AB__+UAB_电源导线

正电荷在电场力作用下的运动电压——度量电场力做功的物理量。第二节、电路的主要物理量二、电压2.公式

A、B两点间电压＝单位正电荷在电场力的作用下，由A点经外电路到B点电场力所做的功。

UAB＝W/Q第二节、电路的主要物理量二、电压3.单位千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(μV)。第二节、电路的主要物理量二、电压4.方向

（1）电压的方向（实际方向）：习惯上规定从高电位点指向低电位点，即电压降的方向。第二节、电路的主要物理量二、电压（2）参考方向：URRU参考方向实际方向参考方向(a)U＞0(b)U＜0+_(-)(+)实际方向(+)(-)+_

在参考方向选定后，电压值才有正负之分第二节、电路的主要物理量二、电压

①电压参考方向是假设的方向，可以任意选定。为了方便，常和电流取一致的参考方向，称为关联参考方向。②实际方向与参考方向一致，电压值为正值第二节、电路的主要物理量二、电压

实际方向与参考方向相反，电压值为负值。U+–IABR(a)第二节、电路的主要物理量二、电压+–UIABR(b)第二节、电路的主要物理量二、电压图（a）中，U与I参考方向一致，则U＝RI。图（b）中，U与I参考方向不一致，则U＝-RI。第二节、电路的主要物理量二、电压③表示方法3种：箭头→；双下标UAB；极性“＋”、“－”。本书采用用极性表示法。第二节、电路的主要物理量三、电位1.电位的概念

电位——度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量。电位＝电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功。第二节、电路的主要物理量三、电位

电位——实际上就是电路中某点至参考点之间的电压，通常设参考点的电位为零。第二节、电路的主要物理量三、电位

电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位之差。UAB=VA－VB第二节、电路的主要物理量三、电位

2.电位的计算（1）计算步骤:

①任选电路中某一点为参考点（常选大地为参考点)，设其电位为零。②标出各电流参考方向并计算。第二节、电路的主要物理量三、电位

③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。某点电位为负，说明该点电位比参考点低。第二节、电路的主要物理量三、电位

2.等电位

若电路中某两点电压的计算结果为零，表示这两点等电位。此时，用导线连接这两点后，导线中无电流通过。第二节、电路的主要物理量三、电位

排查故章:①电路中用导线连接的两点，若电位不相等，可判定这两点间发生了断路。②两点间接有正常工作的元器件，应有一定的电压，若这两点间电位相等，可判定这两点发生了短路。第二节、电路的主要物理量三、电位O(a)2V1kΩ1kΩBA+–第二节、电路的主要物理量三、电位O2V1kΩ1kΩBA(b)+–第二节、电路的主要物理量三、电位O2V1kΩ1kΩBA(c)+–第二节、电路的主要物理量三、电位图a：选择O点作参考点，则VO＝0，VA＝VA-VO=VAO＝1VVB＝VB-VO=VBO＝-VOB=-1VUAB＝VA－VB＝2V第二节、电路的主要物理量三、电位O(a)2V1kΩ1kΩBA+–第二节、电路的主要物理量三、电位O2V1kΩ1kΩBA(b)+–第二节、电路的主要物理量三、电位O2V1kΩ1kΩBA(c)+–第二节、电路的主要物理量三、电位图b：选择B点作参考点，则VB＝0，UAB＝VA－VB＝2V图c：选择A点作参考点，则VA＝0VB＝VB-VA=UBA＝-UAB=-2VUAB＝VA－VB＝2V第二节、电路的主要物理量三、电位

由以上计算可以看出：参考点不同，各点的电位也不同，但任意两点间的电位差不变。所以，分析电路时，常用电位来讨论问题。在电路中，往往不再把电源画出，改用电位标出。第二节、电路的主要物理量三、电位AR1R2Us1Us3R3R4Us2+-+-+-+UAO-Us1Us2Us3VAR1R4R3AR2第二节、电路的主要物理量三、电位【例1-1-1】求图a电路中B点的电位VB。(a)R1＝100ΩR2＝50ΩA9VC-6VVBIB第二节、电路的主要物理量三、电位

OR2＝50ΩAR1＝100Ω+–+–B-6V9V(b)第二节、电路的主要物理量三、电位解：图(a)按一般画法如(b)图。I=(VA-VC)/(R1+R2)=0.1mA电阻R1上的电压降为：VB＝R1I＝10V第二节、电路的主要物理量三、电位【例1.1-1】在图1.1-12中，若分别以a点、b点为参考点，求a、b、c、d各点电位和、之值。第二节、电路的主要物理量三、电位第二节、电路的主要物理量三、电位解（1）以a点为参考点时，有Va=0，则第二节、电路的主要物理量三、电位第二节、电路的主要物理量三、电位【例1.1-1】在图1.1-12中，若分别以a点、b点为参考点，求a、b、c、d各点电位和、之值。解（2）以b点为参考点时，有Vb=0，则第二节、电路的主要物理量三、电位第二节、电路的主要物理量三、电位第二节、电路的主要物理量三、电位第二节、电路的主要物理量四、电动势1.定义：负载移动到B极的正电荷借助外力回到A极板++AB__电源导线

电压——度量电场力做功的物理量。

EBA第二节、电路的主要物理量四、电动势

电源力——为维持导线中的电流，保持电源两极间一定的电压，需借助外力使移动到负极的正电荷经过另一路径回到正极板，这种克服电场力作功的外力称为电源力。第二节、电路的主要物理量四、电动势

电动势——是电源力将单位正电荷从电源负极移到电源正极所做的功。2.单位千伏(kV)、伏特(V)、毫伏(mV)、微伏(μV)。第二节、电路的主要物理量四、电动势3.方向

电动势的实际作用方向——从低电位端指向高电位端，是电位升的方向。参考方向——用箭头、双下标或极性“＋”、“－”表示。第二节、电路的主要物理量四、电动势4.数值

电动势数值＝单位正电荷增加的位能。即：EBA＝VA－VB第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率1.定义：

（1）在时间t内电荷受电场力作用从A点经负载移到B点，电场力所作功，即t时间内所消耗（或吸收）的电能。W＝UQ＝UIt第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率（2）单位时间内消耗的电能称电功率。P＝W/t＝UI（3）在时间t内电荷电源力将单位正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所做的功。WE＝EQ＝EIt第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率（4）电源力产生或（发出的）电功率。PE＝EI2.能量守恒

电源产生的功率＝负载、导线及电源内阻消耗的功率。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率P＝PEU＝EUI=EI–I²RoP=PE–

P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率3.单位：千瓦(kW)、瓦(W)、毫瓦(mW)。4.电路元件的功率性质：负载性质：当P＝UI为正值，表明UI实际方向相同，是负载性质，消耗功率。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率

电源性质：当P＝UI为负值，表明UI实际方向相反，是电源性质，输出功率。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率电源与负载的判别电源：

U、I实际方向相反，电流从“+”端流出。（发出功率）第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率负载：

U、I实际方向相同，电流从“-”端流出。（吸收功率）第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率例1.1-2在图中，电流、电压的参考方向已标出。I1=4A，I1=10A，I3=-6A，U1=-60V，U2=60V，U3=-60V。求各元件的功率，并判断是发出功率还是取用功率，验证功率是否平衡。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率解元件1：I与U参考方向一致P1<0，故元件1发出功率，是电源。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率元件2：I与U参考方向一致P2>0，故元件2消耗功率，是负载。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率例1.1-2在图中，电流、电压的参考方向已标出。I1=4A，I1=10A，I3=-6A，U1=-60V，U2=60V，U3=-60V。求各元件的功率，并判断是发出功率还是取用功率，验证功率是否平衡。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率解元件3：I与U参考方向不一致P3<0，故元件3发出功率，也是电源。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率功率平衡，说明计算正确。第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率归纳

电路基本物理量的实际方向第二节、电路的主要物理量五、电能和电功率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第三节、电路的工作状态一、有载状态三种状态：开路状态短路状态有载状态第三节、电路的工作状态一、有载状态负载电源R+–SR0ACEBDU2+–U1+–第三节、电路的工作状态一、有载状态

用U1表示电源的端电压UAB用U2表示负载的端电压UCD第三节、电路的工作状态一、有载状态1.3.1有载状态

电路的有载状态是电路的一般工作状态，如图所示。此时电路有下列特征：①电路中的电流为第三节、电路的工作状态一、有载状态第三节、电路的工作状态一、有载状态

当电源的US、R0一定时，电流由负载电阻R的大小来决定。②电源的端电压为第三节、电路的工作状态一、有载状态

电源的端电压总是小于电源的电压。这是因为电源的电压US减去内阻电压降IR0后，才是电源的输出电压U1。

若忽略线路上的压降，则负载的端电压U2等于电源的端电压U1。第三节、电路的工作状态一、有载状态③电源的输出功率为第三节、电路的工作状态一、有载状态

上式表明，电源电压发出的功率USI减去内阻上的消耗才是供给外电路的功率P1。

即电源发出的功率等于电路各部分所消耗的功率和。

由此可见，整个电路中功率是平衡的。第三节、电路的工作状态二、开路状态1.3.2开路状态

开路状态又称为断路（或空载）状态，如图所示，当开关断开（控制性断路）或连接导线松脱（故障性断路），都会发生这种状态。电路空载时，外电路所呈现的电阻可视为无穷大，故电路具有下列特征：第三节、电路的工作状态二、开路状态①电路中的电流为零，即第三节、电路的工作状态二、开路状态第三节、电路的工作状态二、开路状态②电源的端电压等于电源的电压，即

此电压称为空载电压或开路电压，用UOC表示，其值等于电源电动势。由此可以得出测量电源电动势的方法。第三节、电路的工作状态二、开路状态③电源的输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为零。

这是因为，电源对外不输出电流，故第三节、电路的工作状态三、短路状态1.3.3短路状态

当电源的两个输出端钮（A、B）由于某种原因（如电源线绝缘损坏、操作不慎等）相接触时，会造成电源被直接短路的情况，如图所示。第三节、电路的工作状态三、短路状态第三节、电路的工作状态三、短路状态当电源短路时，电路具有下列特征：①电源中的电流最大，但对负载输出的电流为零。此时电源中的电流为第三节、电路的工作状态三、短路状态此电流称为短路电流。在一般供电系统中，电源的内电阻R0很小，故短路电流ISC很大。但对外电路无电流输出，即第三节、电路的工作状态三、短路状态②电源和负载的端电压均为零，即而第三节、电路的工作状态三、短路状态

上式表明电源的电压全部降落在电源的内阻上，因而无输出电压。

③电源对外输出功率P1和负载所吸收的功率P2均为零，这是因为，电源对外电路既不输出电压，也不输出电流，即第三节、电路的工作状态三、短路状态而这时电压所发出的功率为第三节、电路的工作状态三、短路状态

这些功率全部消耗在内阻上，这就使电源的温度迅速上升，有可能导致烧毁电源及其他电气设备，甚至引起火灾。电源的短路，通常是一种严重事故，应力求防止发生第三节、电路的工作状态三、短路状态

因此在实际电路中通常都安装有熔断器或其他自动保护装置，一旦发生短路时，能迅速断开故障电路，确保电源和其他电气设备的安全。第三节、电路的工作状态三、短路状态例1.3-1图1.3-3所示电路中，电源的电动势US为12V，内阻R0为0.2Ω，求开关S分别与1，2，3，4端相接时电路中的电流和电源的端电压。第三节、电路的工作状态三、短路状态第三节、电路的工作状态三、短路状态解：S与1端相接时：第三节、电路的工作状态三、短路状态S与2端相接时：第三节、电路的工作状态三、短路状态S与3端相接时(开路状态)：第三节、电路的工作状态三、短路状态S与4端相接时(短路状态)：第三节、电路的工作状态三、短路状态

这时由于输出电压为零，故电源对外电路不做功，电源内阻上消耗的功率第三节、电路的工作状态三、短路状态电源发出的功率全部消耗在电源内阻上了。

单元二电阻电路的分析单元二电阻电路的分析一、电阻的串联

二、电阻的并联

三、电阻的混联

一、电阻的串联讨论特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；2)各电阻中通过同一电流；3)等效电阻等于各电阻之和；R=R1+R2一、电阻的串联讨论4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。R1U1UR2U2I+–++––RUI+–一、电阻的串联讨论两电阻串联时的分压公式：应用：降压、限流、调节电压等。二、电阻的并联讨论特点:(1)各电阻的首、尾联分别相连；(2)各电阻两端的电压相同；(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；二、电阻的并联讨论或G=G1+G2G为电导，单位：西门子。(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。二、电阻的并联讨论I1I2R1UR2I+–RUI+–二、电阻的并联讨论两电阻并联时的分流公式：二、电阻的并联讨论

并联电阻愈多，总电阻愈小,电路中上总电流和总功率愈大，但每个负载的电流和总功率不变。应用：分流、调节电流等。二、电阻的并联讨论I1I2R1UR2I+–RUI+–三、电阻的混联讨论特点:(1)既有电阻的串联又有电阻的并联；(2)采用电阻逐步合并的方法；三、电阻的混联讨论三、电阻的混联讨论【例1-2-2】有一混联电路，R1＝10Ω,R2＝5Ω,R3＝2Ω,R4＝3Ω,电源电压U＝125V，求：电流I、I1、I2。三、电阻的混联讨论IR1R3R4I1I2R2BAU+–三、电阻的混联讨论解:(1)R3和R4可等效成一个电阻R34R34＝R3+R4＝（2+3）Ω＝5Ω三、电阻的混联讨论IR1I1I2R2BAR34U+–三、电阻的混联讨论解:(2)R2和R34可等效成一个电阻RABIR1BARABU+–三、电阻的混联讨论三、电阻的混联讨论(3)R1和RAB可等效成一个电阻RR＝R1+RAB＝(10+2.5）Ω＝12.5ΩIU+–R三、电阻的混联讨论解:(4)根据欧姆定律(5)根据分流公式三、电阻的混联讨论

单元三电压源、电流源及其等效变换单元三电压源、电流源及其等效变换一、电压源模型

二、电流源模型

三、实际电压源模型和实际电流源模型的等效变换

一、电压源模型一、理想电压源

1.定义：

无论流过多大电流，都能提供确定电压的电路元件。一、电压源模型一、理想电压源IUS+_U+_电路图RL一、电压源模型一、理想电压源2.电压、电流的关系：U

E（或US）I决定于外电路。3.注意：理想电压源实际上是不存在的，但电源内阻小于负载电阻，则电压稳定，即认为是一个理想电压源。一、电压源模型一、理想电压源伏安特性IUUSO一、电压源模型一、理想电压源电压源模型

一个实际电源可用一个理想电压源和一个内电阻相串联的理想电路元件组合来代替，称电压源模型。U=US－R0I一、电压源模型一、理想电压源RLR0+–USIU+–电压源模型一、电压源模型一、理想电压源

当电压源模型开路时，输出电流I＝0，输出电压U＝理想电压源电压US。伏安特性US

IUO一、电压源模型一、理想电压源

当电压源模型接负载时，输出电压小于理想电压源的电压U。当外电路的电阻R减小时，电流I增加，输出电压U随之下降ΔU。一、电压源模型一、理想电压源US

IUO

ΔU=RIUI理想电压源一、电压源模型一、理想电压源

当电压源模型短路时，输出电压U＝0，电压US全部作用于内阻上，短路电流仅受内阻限制，即Is＝E/R0。一、电压源模型一、理想电压源可见：①内阻越小，输出电流变化时输出电压的变化就越小，电压越稳定；②理想情况下，R0＝0，U为定值，伏安特性是一条直线，为理想电压源。

二、电流源模型一、理想电流源

1.定义：

无论端电压是多少，都能提供确定电流的电路元件。2.电压、电流的关系

I=IS，U决定于外电路二、电流源模型一、理想电流源电路图IISU+_RL二、电流源模型一、理想电流源3.注意：

理想电流源实际上是不存在。但如电源内阻远大于负载电阻，则电流基本恒定，即认为是理想源。二、电流源模型一、理想电流源伏安特性UIISO二、电流源模型一、理想电流源电流源模型

一个实际电源可用一个理想电流源IS和内电阻R0相并联的理想电路模型组合来表示，称电流源模型。二、电流源模型一、理想电流源U+–电流源模型R0UR0ISIRL二、电流源模型一、理想电流源伏安特性IS

UIO二、电流源模型一、理想电流源

当电流源短路时，输出电压U＝0，IS全部成为输出电流，即I＝IS