1.1電路和電路模型

1、上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.1 電路和電路模型電路和電路模型 1.2 電路的基本物理量電路的基本物理量 1.3 電阻元件和歐姆定律電阻元件和歐姆定律 1.4 電壓源和電流源電壓源和電流源 1.5 工程中的電阻、電源與電路狀態(tài)工程中的電阻、電源與電路狀態(tài) 第一章 電路的基本概念和基本定律1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律1.1 電路和電路模型 1.1.1 電路一、基本概念一、基本概念1、電路的概念、電路的概念電路又稱網(wǎng)絡(luò)，是各種電器設(shè)備按一

2、定方式聯(lián)接起來，構(gòu)成的電流的通路。2、電路的組成、電路的組成電路由電源、負(fù)載、導(dǎo)線、控制裝置等電源 電源是電路中提供電能或產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)電源是電路中提供電能或產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備如干電池、發(fā)電機(jī)、信號(hào)發(fā)生器等。備如干電池、發(fā)電機(jī)、信號(hào)發(fā)生器等。負(fù)載 負(fù)載是電路中吸收電能或接收信號(hào)的器負(fù)載是電路中吸收電能或接收信號(hào)的器件。件。導(dǎo)線和控制設(shè)備 導(dǎo)線和控制設(shè)備則是電路中電能或?qū)Ь€和控制設(shè)備則是電路中電能或信號(hào)的傳輸和控制器件。電路通過傳輸和控制器件把電信號(hào)的傳輸和控制器件。電路通過傳輸和控制器件把電源和負(fù)載連接起來。源和負(fù)載連接起來。 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.1.2 電路模型1 1、電路

3、模型、電路模型1.1電路和電路模型電路和電路模型 由理想元件及其組合近似地代替實(shí)際電路器件而組成的電路，稱為實(shí)際電路的“電路模型”。2 2、電路圖、電路圖上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.2.1 電流及其參考方向 ddqit 1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量1 1、電流、電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。2 2、電流強(qiáng)度、電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量定義為電流強(qiáng)度。電流強(qiáng)度是描述電流大小的物理量，簡稱為電流，用i表示q表示電荷量，電荷量的單位為庫侖，簡稱庫（C）t表示時(shí)間，時(shí)間的單位為秒（S）電流強(qiáng)度的單位為安培，簡稱安（A），常用的單位還有千安（kA）、毫安（mA

4、）、微安（A）等1A=103 mA=106A1kA=103A3、單位換算關(guān)系、單位換算關(guān)系4 4、電流方向、電流方向習(xí)慣上規(guī)定正電荷的移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆较虍?dāng)電流的大小和方向不隨時(shí)間變化時(shí)，dq/dt為定值，這種電流稱為直流電流，簡稱直流（DC）。 tqI =上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁5 5、電流參考方向、電流參考方向1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量 在分析電路時(shí)采用標(biāo)定在分析電路時(shí)采用標(biāo)定“參考方向參考方向”的方法。參考的方法。參考方向是人們?nèi)我膺x定的一個(gè)方向方向是人們?nèi)我膺x定的一個(gè)方向。如圖（如圖（a a）所示，電流的）所示，電流的實(shí)際方向與參考方向一實(shí)際方向與參考

5、方向一致，則電流為正值致，則電流為正值如圖（如圖（b b）所示，若電流的）所示，若電流的實(shí)際方向與參考方向相反，實(shí)際方向與參考方向相反，則電流為負(fù)值則電流為負(fù)值上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.2.2 電壓及其參考方向ABABddWuq 1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量 1 1、電壓的定義、電壓的定義 電壓是衡量電場力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功大小的物理量。當(dāng)導(dǎo)體中存在電場時(shí)，電荷在電場力的作用下運(yùn)動(dòng)，電場力對(duì)電荷做了功。電場力把單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功稱為A、B兩點(diǎn)間的電壓，用uAB表示。2 2、電壓的方向、電壓的方向電壓的實(shí)際方向是電場力對(duì)正電荷做功的方向。4 4、電壓

6、的參考方向、電壓的參考方向3 3、電壓的單位、電壓的單位電壓的單位為伏特，簡稱伏（V），常用的單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（V）等。 若電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，則電壓為正值，若電壓的實(shí)際方向與參考方向相反，則電壓為負(fù)值。上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁電路中電流、電壓的參考方向，可以分別獨(dú)立地規(guī)定，當(dāng)它們一致時(shí)稱為關(guān)聯(lián)參考方向，簡稱關(guān)聯(lián)方向 電路中電流、電壓的參考方向，當(dāng)它們相反時(shí)稱為非關(guān)聯(lián)參考方向，簡稱非關(guān)聯(lián)方向。1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量5 5、關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向、關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向?yàn)榱朔治龇奖?，?xí)慣上

7、常選關(guān)聯(lián)方向。上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.2.3 電位 在電路中任選一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，則該電路中某一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做該點(diǎn)的電位。若選擇o點(diǎn)為參考點(diǎn)，那么，電路中a點(diǎn)的電位表示。 電位的單位是伏特（V）。 aaoVU兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)的電位差，所以，電壓又叫電位差兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)的電位差，所以，電壓又叫電位差。如果已知a、b兩點(diǎn)的電位分別為 、 ，那么a、b兩點(diǎn)間的電壓。 aVbVabaoobaoobabUUUUUVV1 1、電位定義、電位定義2 2、電位的單位、電位的單位3 3、電位差、電位差1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁

8、返回首頁1.2.4 電動(dòng)勢 電動(dòng)勢是描述電源力做功大小的一個(gè)物理量，電源力在電源內(nèi)部把單位正電荷從電源的負(fù)極移到正極所做的功稱為電源的電動(dòng)勢。電動(dòng)勢用e表示。 電動(dòng)勢的方向是電源力克服電場力移動(dòng)正電荷的方向，是從低電位到高電位的方向。對(duì)于一個(gè)電源設(shè)備，若其電動(dòng)勢e的方向和電壓u的參考方向選擇得相反。 ddweqeu =1 1、電動(dòng)勢的定義、電動(dòng)勢的定義w表示電源力所做的功q表示電荷量2 2、電動(dòng)勢的方向、電動(dòng)勢的方向電動(dòng)勢與電壓的單位相同，也是伏特。 1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.2.5 電功率與電能 單位時(shí)間內(nèi)電路吸收或釋放的電能定義

9、為電功率，它是描述電能轉(zhuǎn)化速率的物理量，用p表示。 式中w表示電能，單位為焦耳，簡稱焦（J）；t表示時(shí)間，時(shí)間的單位為秒（S）。功率的單位為瓦特，簡稱瓦（W），常用的單位還有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。ddwpt任一支路或元件的功率等于其電壓和電流的乘積。 UIP =1 1、電功率、電功率1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量2 2、注意事項(xiàng)、注意事項(xiàng)在功率計(jì)算中，若電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向，則所得功率應(yīng)看作是電路吸收功率，即計(jì)算所得功率為正值時(shí)，表示電路實(shí)際吸收功率；計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí)，表示電路實(shí)際發(fā)出功率。上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 電能的單位焦耳（J），表示功率為1W

10、的用電設(shè)備在1s時(shí)間內(nèi)所消耗的電能。在實(shí)際生活中還采用千瓦時(shí)（kWh）作為電能的單位，它等于功率為1kW的用電設(shè)備在1小時(shí)內(nèi)所消耗的電能，簡稱為1度電。 在一個(gè)電路中，每一瞬間，發(fā)出電能的各元件的功率總和等于吸收電能的各元件的功率總和。3 3、電能、電能10ttdWpt在直流時(shí)，則為10()WPtt 4 4、功率守恒、功率守恒1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁例1.1 圖示直流電路中， 求以o點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)a、b、c各點(diǎn)的電位，并求出各元件發(fā)出或吸收的功率及電路的總功率。 1238 ,4 ,6 ,2UV UV UV IA 解：根據(jù)電位的定義，當(dāng)選

11、o點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，元件1的電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向 （吸收）元件2、3的電壓、電流為非關(guān)聯(lián)方向012230841246aaoabbobboccoVVVVUUUUVVUUVVUUV 18 216PUIW 1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 （吸收） （發(fā)出）計(jì)算電路的總功率總電壓和電流為關(guān)聯(lián)方向 （吸收）或按下面的方法計(jì)算該電路總的吸收功率為 電路中元件發(fā)出的功率為 根據(jù)電路的功率平衡關(guān)系，整個(gè)電路尚需從外部吸收的功率為22( 4) 28PU IW 336 212PU IW12666 212acacUUVVVPUIW1216824PPW312PW24

12、1212PW1.21.2電路的基本物理量電路的基本物理量上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 iRu =1.3 電阻元件和歐姆定律 1 1、電阻元件、電阻元件 電阻元件是反映電路器件消耗電能的物理性能的一種理想的二端元件。2 2、歐姆定律歐姆定律 流過電阻元件的電流與其兩端的電壓成正比，稱為歐姆定律，簡稱VCR電壓和電流為關(guān)聯(lián)方向下，歐姆定律的表達(dá)式為上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 若電阻元件的阻值與其工作電壓或電流無關(guān)，是一個(gè)常數(shù)，這種元件稱為線性電阻元件。反映元件的電流、電壓關(guān)系的曲線叫做元件的伏安特性曲線。 3 3、線性電阻元件、線性電阻元件如圖所示如圖所示：1.3 電阻元

13、件和歐姆定律 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示，即 在任何情況下，電阻值和電導(dǎo)值都是正實(shí)數(shù)值。在關(guān)聯(lián)方向下，任何瞬時(shí)電阻元件吸收的功率為RG1=電導(dǎo)的單位為西門子，簡稱西（S）。電阻元件既可以用電阻R表示，也可以用電導(dǎo)G表示。用電導(dǎo)表示時(shí)，歐姆定律可表達(dá)為uGi =222=GuRuRiiup1.3 電阻元件和歐姆定律 4 4、電導(dǎo)、電導(dǎo)上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁例1.2一個(gè)220V、40W的白熾燈泡，正常工作時(shí)的燈絲電壓是多少？若該燈泡每天工作5小時(shí)，問一天消耗的電能是多少度？ 解：由 Rup2=得燈泡正常工作時(shí)的電阻 puR1210=4022

14、0=22每天消耗的電能為340 1050.20.2WPtKWh度1.3 電阻元件和歐姆定律 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.4.1 電壓源 1.4 電壓源和電流源 1 1、理想電壓源符號(hào)及伏安特性符號(hào)及伏安特性電壓源特點(diǎn)電壓源特點(diǎn)(1) (1) 電壓源對(duì)外提供的電壓電壓源對(duì)外提供的電壓u u( (t t) )是某種確定是某種確定的時(shí)間函數(shù)，不會(huì)因外電路的不同而改變。的時(shí)間函數(shù)，不會(huì)因外電路的不同而改變。(2) (2) 通過電壓源的電流通過電壓源的電流i i( (t t) )的大小主要由外的大小主要由外電路確定，隨外接電路的不同而不同。電路確定，隨外接電路的不同而不同。上一頁上一頁下

15、一頁下一頁返回首頁返回首頁2 2、電壓源的功率、電壓源的功率電壓源的功率為Spu ip0時(shí)，電壓源實(shí)際上是發(fā)出功率，電流實(shí)際方向是從電壓源的低電位端流向高電位端；p00時(shí)，電流源實(shí)際上是發(fā)出功率；時(shí)，電流源實(shí)際上是發(fā)出功率；p p00時(shí)，電流源時(shí)，電流源實(shí)際上是吸收功率，電流源是作為負(fù)載出現(xiàn)的。電流實(shí)際上是吸收功率，電流源是作為負(fù)載出現(xiàn)的。電流源中端電壓可以從源中端電壓可以從0 0變到變到。suip =上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.5.1 電阻 1、 工程中的電阻稱為電阻器，是一種耗能元件，在電路中主要用于控制電壓、電流的大小，或與其它元件一起構(gòu)成具有特殊功能的電路 2、電阻器的

16、主要參數(shù)有標(biāo)稱電阻值、允許誤差和額定功率。電阻器的標(biāo)稱電阻值是按國家規(guī)定的電阻值系列標(biāo)注的，體積較大的電阻其阻值一般都標(biāo)注在電阻器的表面，而體積較小的則用色環(huán)或數(shù)字表示其阻值。 1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁3、電阻器的允許誤差，是指實(shí)際電阻值與標(biāo)稱電阻值之間的差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)。一般分為三級(jí)，5%、10%、20%，或用、表示。體積小的電阻器一般用色標(biāo)發(fā)表式。電阻器的色環(huán)通常有四道，其中相距較近的三道為電阻值，另一道距前三道較遠(yuǎn)，表示誤差，如圖1.8所示。 圖圖1.8色環(huán)電阻示意圖色環(huán)電阻示意圖1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上

17、一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁表1.1 電阻器色環(huán)顏色與表示的數(shù)碼對(duì)照表 顏色棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白黑數(shù)碼1234567890表1.2 電阻器色環(huán)顏色與誤差對(duì)照表顏色金銀無色誤差5%10%20%1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 電阻器的額定功率是指在規(guī)定的氣壓、溫度條件下，電阻器長期工作所允許承受的最大電功率。一般情況下，所選用的電阻器的額定功率應(yīng)大于其實(shí)際消耗的最大功率，否則，電阻器可能因溫度過高而燒毀。第一、第二道各代表一位數(shù)字，第三道代表零的個(gè)數(shù)。例如，某色環(huán)電阻第一道為藍(lán)色，第二道為灰色，第三道為橙色，該電阻器的電阻值為 。68K1.5 工程

18、中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.5.2 電源 工程中的電源種類繁多，但一般可分為兩大類，一類是發(fā)電機(jī)，它是利用電磁感應(yīng)原理，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；另一類是電池，它是把化學(xué)能、光能等其它形式的能通過一定的方式轉(zhuǎn)換為電能的裝置。關(guān)于發(fā)電機(jī)，后續(xù)課程中將專門講解，下面主要介紹電池。 電池的主要性能有開路電壓、工作電壓、容量、使用溫度、壽命和儲(chǔ)存期等。開路電壓是指電池在不接負(fù)載時(shí)，正、負(fù)極之間的電壓。 電池按使用特點(diǎn)分可分為原電池、蓄電池、貯備電池和燃料電池，工程中常用的是原電池和蓄電池。原電池是一種通過電極反應(yīng)將其活性物質(zhì)不斷消耗、使化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娫囱b置

19、。它的活性物質(zhì)一旦耗盡，不能通過用反向電流充電的方法使其恢復(fù)而再次放電，因此，也稱為一次電池。 1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 蓄電池又稱為二次電池，是一種可以再次充電并反復(fù)使用的電池。其工作原理和原電池相同，但這種電池的電極反應(yīng)有很好的可逆性，放電時(shí)消耗的活性物質(zhì)在充電時(shí)可以恢復(fù)。蓄電池放電時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽潆姇r(shí)則把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能。它是一種化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換的一種儲(chǔ)能裝置。 蓄電池分為鉛酸蓄電池和堿性蓄電池兩大類，鉛酸蓄電池歷史最久、用途最廣的蓄電池，按用途分又可分為起動(dòng)用、牽引用、固定型等幾種，分別用于車輛的起動(dòng)、車輛的牽引和通信等

20、領(lǐng)域。堿性蓄電池包括鎘鎳、鋅銀、鐵鎳、鎘銀、氫鎳等幾種，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、航空、航天、通信的領(lǐng)域。 1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.5.3 電路的狀態(tài) 根據(jù)電源和負(fù)載連接的不同情況，可分為開路、短路、額定等幾種狀態(tài)。 開路狀態(tài)又稱斷路狀態(tài)，當(dāng)電路處于開路狀態(tài)時(shí)，電源開路狀態(tài)又稱斷路狀態(tài)，當(dāng)電路處于開路狀態(tài)時(shí)，電源和負(fù)載不構(gòu)成回路，電路中的電流為零，電源的端電壓等于和負(fù)載不構(gòu)成回路，電路中的電流為零，電源的端電壓等于電源的電動(dòng)勢，電源不輸出功率。這時(shí)的電源電壓稱為空載電源的電動(dòng)勢，電源不輸出功率。這時(shí)的電源電壓稱為空載電壓或開路電壓。電壓或開

21、路電壓。1.5 工程中的電阻 電源與電路狀態(tài) 1、開路狀態(tài)2 2、短路、短路 短路是指電源兩端由于某種原因連接在一起的電短路是指電源兩端由于某種原因連接在一起的電路狀態(tài)。這時(shí)相當(dāng)于負(fù)載電阻為零，電源的端電壓路狀態(tài)。這時(shí)相當(dāng)于負(fù)載電阻為零，電源的端電壓也為零，電源不對(duì)外輸出功率。也為零，電源不對(duì)外輸出功率。3 3、額定狀態(tài)、額定狀態(tài)任何電氣設(shè)備都有一定的電壓、電流和功率的限任何電氣設(shè)備都有一定的電壓、電流和功率的限額，這些限額稱為額定值，電氣設(shè)備工作在額定額，這些限額稱為額定值，電氣設(shè)備工作在額定值的情況下稱為額定工作狀態(tài)。值的情況下稱為額定工作狀態(tài)。 上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁

22、1、支路：電路中流過同一電流無分支的電路、支路：電路中流過同一電流無分支的電路稱為一條支路。稱為一條支路。1.6 基爾霍夫定律基本概念介紹基本概念介紹2 2、節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。、節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。3 3、回路：電路中由一條或多條支路組成的閉合路、回路：電路中由一條或多條支路組成的閉合路徑稱為回路。徑稱為回路。4 4、網(wǎng)孔：網(wǎng)孔是回路的一種，畫在平面上、網(wǎng)孔：網(wǎng)孔是回路的一種，畫在平面上的電路中，在其內(nèi)部不再含有其它支路的回的電路中，在其內(nèi)部不再含有其它支路的回路稱為網(wǎng)孔。路稱為網(wǎng)孔。上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁找出下圖中的支路、節(jié)點(diǎn)、

23、回路、網(wǎng)孔找出下圖中的支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁1.6.1 基爾霍夫電流定律 其內(nèi)容為：在任一瞬時(shí)，流入（或流出）一個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。 1.6 基爾霍夫定律1、基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）若流出電流取“”號(hào)，流入取“”號(hào)，對(duì)節(jié)點(diǎn)b，應(yīng)用KCL可以寫出1230iii 0= i 即上一頁上一頁下一頁下一頁返回首頁返回首頁 如圖所示，封閉面S包圍了a、b、c三個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別寫出這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的KCL方程1.6 基爾霍夫定律2、基爾霍夫電流定律推廣KCL通常是用于節(jié)點(diǎn)，也可以把它推廣應(yīng)用于電路中任意假設(shè)的封閉面。1450iii 0=652iii0=+643