第1章 电路的相关概念和电学基本物理量

第1篇电路原理第1章电路的相关概念和电学基本物理量1.1电路的概念组成与作用1.2电压、电流及其参考方向1.3电阻元件的串并联及等效变换1.4电压源与电流源1.5电位的概念和相关计算第1章电路的相关概念和电学基本物理量本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.掌握电阻的串并联及其等效变换；3.掌握电压源和电流源及其实践模型之间的等效变换；4.会计算电路中各点的电位。重点：电阻串并联及其等效变换，电源的等效变换难点：参考方向，等效变换1.1

电路的概念、组成与作用

(1)实现电能的传输、分配与转换1.电路的作用

电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。

(2)实现信号的传递与处理2.电路的组成部分电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用3.电路模型手电筒的电路模型例：手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。

理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。+R0R开关EI电珠+U干电池

导线1.2

电压、电流及其参考方向1.电流及其参考方向

电荷的定向移动形成电流。习惯上把正电荷移动的方向称为电流的实际方向。参考方向：在分析与计算电路时，对电流任意假定的方向。注意：在参考方向选定后，电流值才有正负之分。1.2

电压、电流及其参考方向1.电压及其参考方向

电压是个标量，习惯上将由高电位指向低电位的方向规定为电压的实际方向。

参考方向：在分析与计算电路时，对电压任意假定的方向。注意：在参考方向选定后，电压值才有正负之分。3.电路的功和功率

直流电路中U、I，P=UI，单位为：W，kW。(1)功：负载消耗或吸收的电能即电场力移动电荷q所做的功W。(2)功率：电流做功的速率p，P。单位为：焦耳J4.电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI

0，电源；

P=UI

0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；

P=UI

0，电源。

(1)根据U、I的实际方向判别(2)根据U、I的参考方向判别电源：

U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，

（发出功率）

负载：

U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。

（吸收功率）1.电阻元件描述消耗电能的性质根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系线性电阻表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量Ru+_1.3

电阻元件的串并联及其等效变换1.3

电阻元件的串并联及其等效变换2.电阻的串联及其等效可见，串联电阻上电压的分配与电阻成正比。1.3

电阻元件的串并联及其等效变换3.电阻的并联及其等效可见，并联电阻上电流的分配与电阻成反比。方法1方法2解：

1.3

电阻元件的串并联及其等效变换4.电阻的星-角变换将Y→△时有将△→Y时有1.4

电压源和电流源1.电压源模型

电压源模型U=E–IR0

若R0=0理想电压源:U

EUO=E

电压源的外特性IUIRLR0+-EU+–

电压源是由电动势E和内阻R0串联的电源的电路模型。

若R0<<RL，U

E，可近似认为是理想电压源。理想电压源O电压源理想电压源（恒压源）(2)输出电压是一定值，恒等于电动势。对直流电压，有U

E。(3)恒压源中的电流由外电路决定。特点:(1)内阻R0

=0IE+_U+_RL外特性曲线IUEO2.电流源模型IRLU0=ISR0

电流源的外特性IU理想电流源OIS

电流源是由电流IS和内阻R0并联的电源的电路模型。若R0=

理想电流源:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS+－理想电流源（恒流源)(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS

；(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。特点:(1)内阻R0

=

；RL外特性曲线

IUISOIISU+_3.电源两种模型之间的等效变换由图a：

U=E－IR0由图b：U=ISR0–IR0IRLR0+–EU+–电压源等效变换条件:E=ISR0RLR0UR0UISI+–电流源(2)等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。(3)理想电压源与理想电流源之间无等效关系。(1)电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。例：当RL=

时，电压源的内阻R0

中不损耗功率，而电流源的内阻R0

中则损耗功率。(4)任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab注意事项：例2:求下列各电路的等效电源解:+–abU2

5V(a)+

+–abU5V(c)+

(c)a+-2V5VU+-b2

+

(b)aU5A2

3

b+

(a)a+–5V3

2

U+

a5AbU3

(b)+

4.受控电源

除了独立电源之外，在实际电路中还有受电路中其他部分的电流或电压控制的电源，称为受控电源。5.电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通电源与负载U=IR（1）电源有载工作(1)

电流的大小由负载决定。(2)在电源有内阻时，I

U

。或U=E–IR0电源的外特性EUI0

当

R0<<R时，则U

E

，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。R0ER+–IUI=EI–I2RoP=PE

–

P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:

负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。功率与功率平衡

电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。

注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。例3：一只220V,60W的白炽灯,接在220V的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时)，问一个月消耗多少电能?解:

通过电灯的电流为在220V电压下工作时的电阻一个月用电W

=Pt=60W(330)h

=0.06kW90h

=5.4kW.h特征:

开关断开（2）电源开路I=0电源端电压

(开路电压)负载功率U

=U0=EP

=01.开路处的电流等于零；

I

=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+

-EU0+

-电源外部端子被短接（3）电源短路

特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U

=0

PE=

P=I²R0P

=01.短路处的电压等于零；

U

=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IRRo+

-E1.5

电位的概念和相关计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”

。

通常设参考点的电位为零。1.电位的概念

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；

(2)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。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。2k

A+I12k

I2–6V(b)例4:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开