第一章電路的基本概念與基本定律

1、 第第1 1章章 電路的基本概念與基本定律電路的基本概念與基本定律1.1 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分1.2 電路模型電路模型1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向1.4 歐姆定律歐姆定律1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計算電路中電位的概念及計算1.1 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分一、電路的作用一、電路的作用2.信號的傳遞和處理信號的傳遞和處理發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒 電路是電流

2、的通路，電路是電流的通路，由若干電氣設(shè)備或器件按一定由若干電氣設(shè)備或器件按一定方式和要求方式和要求組合而成。組合而成。1.電能的傳輸和轉(zhuǎn)換電能的傳輸和轉(zhuǎn)換二、二、電路的電路的組成部分組成部分電源電源:供應(yīng)供應(yīng)電能的設(shè)備電能的設(shè)備負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的設(shè)備電能的設(shè)備中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié):傳遞、分配和控制電能傳遞、分配和控制電能發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié):放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載信號源信號源(電源電源): 提供信息提供信息放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒電路電路 = 電源電源 + 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)

3、節(jié)+ 負(fù)載負(fù)載激勵：激勵：電源或信號源的電壓或電流。電源或信號源的電壓或電流。響應(yīng)：響應(yīng)：由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流。由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流。返回返回電路分析：電路分析：在已知電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論在已知電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系。電路的激勵與響應(yīng)之間的關(guān)系。1.2 電路模型電路模型 在一定條件下，突出其主要電磁性能，忽略次要在一定條件下，突出其主要電磁性能，忽略次要因素，因素，把它近似地看作理想電路元件。把它近似地看作理想電路元件。 電路元件的理想化：電路元件的理想化：主要有主要有電阻元件電阻元件、電感元件電感元件、電容元件電容元件、電源元件電源元件等。

4、等。電路模型：電路模型： 由理想電路元件所組成的電路，就是實際電路的電由理想電路元件所組成的電路，就是實際電路的電路模型。路模型。R+R0ES+UI電池電池?zé)襞轃襞菔蛛娡驳碾娐纺Ｐ褪蛛娡驳碾娐纺Ｐ头祷胤祷刈⒁猓鹤⒁猓篟CL+EIs以后分析的都是電路模型，簡稱電路。各種電路以后分析的都是電路模型，簡稱電路。各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。元件都用規(guī)定的圖形符號表示。1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向?qū)嶋H方向：實際方向： 物理中對電量規(guī)定的方向。物理中對電量規(guī)定的方向。一、實際方向一、實際方向物理量物理量實實 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運動的方向正電荷運動的方向電動勢電動

5、勢 E ( (電位升高的方向電位升高的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 低電位低電位 高電位高電位電流電流Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓電壓IIab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)E+_aRb箭箭 頭頭abRI U+_二、參考方向二、參考方向箭頭箭頭U表表示示方方法法參考方向：參考方向：在分析與計算電路時，對電量在分析與計算電路時，對電量人為規(guī)定人為規(guī)定的方向。的方向。注意：注意：今后電路圖上所標(biāo)的電壓或電流的方向都是今后電路圖上所標(biāo)的電壓或電流的方向都是參考方向參考方向。正負(fù)極性正負(fù)極性+abU若計算結(jié)果為若計算結(jié)果為正正，則實際方向與參考方向，則實際方向與

6、參考方向一致一致；若計算結(jié)果為若計算結(jié)果為負(fù)負(fù)，則實際方向與參考方向，則實際方向與參考方向相反相反。三、三、實際方向與實際方向與參考方向的關(guān)系參考方向的關(guān)系若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 b 指向指向 a 。只有選定參考方向后，電流只有選定參考方向后，電流(或電壓或電壓) 值才有正負(fù)之分。值才有正負(fù)之分。 返回返回1.4 歐姆定律歐姆定律歐姆定律：歐姆

7、定律：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。(1)U、I 參考方向參考方向一致一致(2)U、I 參考方向參考方向相反相反 RU+IRU+IU = I R U = IR使用時應(yīng)注意：使用時應(yīng)注意：RIU電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。伏安特性伏安特性非線性電阻伏安特性非線性電阻伏安特性I(A)U(V)0 U(V)I(A)0線性電阻伏安特性線性電阻伏安特性例例1.4.1應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A 所以，用歐姆定律列方程

8、時，一定要在圖中標(biāo)明參考方向。所以，用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標(biāo)明參考方向。 通常取通常取 U、I 參考方向一致。參考方向一致。解：解：對圖對圖(b)有：有：U = IR 326 IUR所以：所以： 3-26 - - - - IUR所以：所以：對圖對圖(a)有：有： U = IR1. 歐姆定律歐姆定律U/I=R 僅適用于假設(shè)僅適用于假設(shè)U、I參考方向一致的情況。參考方向一致的情況。 2. 一定要區(qū)別實際方向和參考方向。一定要區(qū)別實際方向和參考方向。 實際方向是實際方向是物理中對電量規(guī)定的方向。物理中對電量規(guī)定的方向。 參考方向是人們在分析與計算電路時，任意假設(shè)的方向。參考方向是人們在分析

9、與計算電路時，任意假設(shè)的方向。3.今后解題時，一定要先假定物理量的參考方向今后解題時，一定要先假定物理量的參考方向(即在圖中即在圖中標(biāo)明物理量的參考方向標(biāo)明物理量的參考方向) ，然后再計算，然后再計算，缺少缺少“參考方向參考方向”的物理量是無意義的的物理量是無意義的。4.為了避免解題時出錯，為了避免解題時出錯，通常取通常取 U、I 參考方向一致參考方向一致?？偨Y(jié)總結(jié)abI+U返回返回1.5 電源有載工作、開路與短路電源有載工作、開路與短路1.5.1 電源有載工作電源有載工作EIR0R+ + - -U+ + - -cdab開關(guān)開關(guān)斷開斷開開路開路開關(guān)開關(guān)閉合閉合有載有載ab短接短接短路短路一、電

10、壓與電流一、電壓與電流RREI+ + 0U = IRU=E-R0I電源的外特性電源的外特性EUI0負(fù)載電阻兩端電壓：負(fù)載電阻兩端電壓：根據(jù)根據(jù)歐姆定律歐姆定律得：得：當(dāng)電源對外供電時，其端電壓當(dāng)電源對外供電時，其端電壓U和和流過其中電流流過其中電流I的關(guān)系。的關(guān)系。電源的伏安特性電源的伏安特性(外特性外特性)：結(jié)論：電流的大小由負(fù)載決定，電源有內(nèi)阻時，結(jié)論：電流的大小由負(fù)載決定，電源有內(nèi)阻時，I U 。IR0R+ + - -EU+ + - -二、功率及功率平衡二、功率及功率平衡IR0R+ + - -EU+ + - -功率功率: :設(shè)電路任意兩點間的電壓為設(shè)電路任意兩點間的電壓為U, ,流入此部

11、分電路的電流入此部分電路的電流為流為I，則這部分電路消耗的功率為，則這部分電路消耗的功率為: : P = =U.I。功率平衡：功率平衡： 由由U=E-R0I 得得UI =EI -R0I2 P = PE P單位：瓦特單位：瓦特( (W) )或千瓦或千瓦( (kW) )P -電源輸出的功率電源輸出的功率PE -電源產(chǎn)生的功率電源產(chǎn)生的功率 P -電源內(nèi)阻上損耗的功率電源內(nèi)阻上損耗的功率式中：式中：-電源的輸出功率由負(fù)載決定電源的輸出功率由負(fù)載決定(1)E1=U + R01I=220 + 0.65 =223VUE2+ U2E2+R02IE2=U-R02I=220 - 0.65 =217V例例1.5.

12、1：如圖所示電路中：如圖所示電路中，U=220V，I=5A，內(nèi)阻，內(nèi)阻R01=R02=0.6 。(1)求電源的電動勢求電源的電動勢E1和負(fù)載的反電動勢和負(fù)載的反電動勢E2； (2)試說明功率的平衡試說明功率的平衡解：解：U=E1- U1=E1-R R0101I電源電源負(fù)載負(fù)載- -+ + +- -+ +_ _R0202+ +_ _+ +U_ _I電源電源負(fù)載負(fù)載E2E1R01011U2U(2)由由(1)中兩式得中兩式得 E1E2R01IR02I等號兩邊同乘以等號兩邊同乘以I 得得223521750.652 0.652 E2I1085WR01I215WR02I215W負(fù)載取用負(fù)載取用功率功率電源

13、產(chǎn)生電源產(chǎn)生的功率的功率負(fù)載內(nèi)阻負(fù)載內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻損耗功率損耗功率E1IE2IR01I2R02I21115W=1085W15W15W- -+ + +- -+ +_ _R0202+ +_ _+ +U_ _I電源電源負(fù)載負(fù)載E2E1R01011U2U三、三、電源與負(fù)載的判別電源與負(fù)載的判別根據(jù)根據(jù) U、I 的的實際方向判別實際方向判別電源：電源：負(fù)載：負(fù)載：U、I 實際方向相反，電流從實際方向相反，電流從“+”+”端流出，端流出，發(fā)出發(fā)出功率；功率；U、I 實際方向相同，電流從實際方向相同，電流從“- -”端流出，端流出，吸收吸收功率功率。實際方向根據(jù)實際方向根據(jù)參考方向和計

14、算結(jié)果的正、負(fù)參考方向和計算結(jié)果的正、負(fù)得到。得到。四、額定值與實際值四、額定值與實際值額定值：額定值： 制造廠商為了使產(chǎn)品能在給定的條件下正常制造廠商為了使產(chǎn)品能在給定的條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值。運行而規(guī)定的正常允許值。UN-額定電壓額定電壓IN-額定電流額定電流PN-額定功率額定功率 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力，反映了電氣設(shè)備額定值表示電氣設(shè)備的使用能力，反映了電氣設(shè)備的使用安全性。的使用安全性。注意：注意： 電氣設(shè)備使用時，電壓、電流和功率的實際值不一定電氣設(shè)備使用時，電壓、電流和功率的實際值不一定等于它們的額定值。等于它們的額定值。 一個月的用電量：一個月的用電量：例例1.5

15、.2：有一：有一220V 60W的電燈，接在的電燈，接在220V的電源上，求的電源上，求通過電燈的電流和電燈在通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時的電阻，如果電壓下工作時的電阻，如果每晚用每晚用3小時，問一個月消耗電能多少？小時，問一個月消耗電能多少？解：解：W=Pt=60(W)(30 3) (h)=5.4kW.hURI例例1.5.3：有一額定值為：有一額定值為5W 500 的線繞電阻，的線繞電阻，其額定電流其額定電流為多少？在使用時電壓不得為多少？在使用時電壓不得超過超過多大？多大？A105005RPI在使用時電壓不得超過：在使用時電壓不得超過：解：解：URI5000.150V220

16、22080660PIU600.273A2201.5.2 電源開路電源開路I = 0特征：特征：U = U0 = E U0 -開路電壓開路電壓 P = 0IR0R+ + - -EU0+ + - -1.5.3 電源短路電源短路 特征：特征：0SREII Is -短路電流短路電流U = 0 PE = P = I2R0P = 0返回返回IR0R+ + - -E+ +- -U1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律分為兩部分，即：分為兩部分，即：用來描述電路中各部分電壓或各部分電流的關(guān)系。用來描述電路中各部分電壓或各部分電流的關(guān)系。1.基爾霍夫基爾霍夫電流定律電流定律(KCL) 2.基爾

17、霍夫基爾霍夫電壓定律電壓定律(KVL) -應(yīng)用于應(yīng)用于結(jié)點結(jié)點-應(yīng)用于應(yīng)用于回路回路I1I2I3R3ba名詞、概念名詞、概念R1+ -E1c+-E2R2d一條支路中各部分都流過一個相同的電流，稱為一條支路中各部分都流過一個相同的電流，稱為支路電流支路電流。如圖中的如圖中的ab、 acb 及及adb共共3條支路。條支路。如圖中的如圖中的I1、I2及及I3共共3個電流。個電流。1. 支路支路： 電路中通過同一電流的分支。電路中通過同一電流的分支。如圖電路如圖電路: adbca、I1I2I3R3baR1+ + - -E1c+ +- -E2R2d2 23 31 1abca 和和 abda 共三個回路。

18、共三個回路。3.回路回路：由一條或多條支路組成的閉合路徑。由一條或多條支路組成的閉合路徑。2.結(jié)點結(jié)點(節(jié)點節(jié)點)：圖中共有圖中共有a、 b兩個結(jié)點。兩個結(jié)點。電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點。電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點。1.6.1 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(KCL定律定律)一、定律內(nèi)容一、定律內(nèi)容 在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流之和等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流之和等于流出該結(jié)點的電流之和。點的電流之和。即：即： 入入= 出出I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E1對結(jié)點對結(jié)點a：I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0 在任一瞬間，任一

19、結(jié)點上電流的代數(shù)和恒等于零。在任一瞬間，任一結(jié)點上電流的代數(shù)和恒等于零。即：即： I = 0 應(yīng)用應(yīng)用 I= 0列方程時：列方程時：如果規(guī)定電流流入為正，則電流流出為負(fù)。如果規(guī)定電流流入為正，則電流流出為負(fù)。I I1 1I I2 2I I3 3I I4 42 - (-3) + (-2) - I4 = 0可得可得例例1.6.1：如圖所示，：如圖所示，I1=2A，I2= -3A，I3= -2A，試求，試求I4。解：解： 由由 KCL可列出：可列出：I1 - I2 + I3 - I4 = 0I4=3A KCL可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面?？梢酝茝V應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。

20、二、推廣二、推廣例例:廣義結(jié)點廣義結(jié)點IA + IB + IC = 0IC= ICA- IBCIA= IAB- ICAIB= IBC- IABI =?I = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VABCIAIBICIABICAIBC1.6.2 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律(KVL定律定律)一、一、定律內(nèi)容定律內(nèi)容 在任一瞬間，從回路中任意一點出發(fā)，沿回路循行一在任一瞬間，從回路中任意一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上的電位降之和等于電位升之和。周，則在這個方向上的電位降之和等于電位升之和。對回路對回路1：對回路對回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=

21、E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E11 12 2 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。即：的代數(shù)和恒等于零。即： U = 0列寫列寫KVL方程的步驟方程的步驟1.標(biāo)出回路中各段電壓和電流的參考方向；標(biāo)出回路中各段電壓和電流的參考方向；對回路對回路3：3 32.選定一個回路循行方向；選定一個回路循行方向；3.沿回路循行一周，若電壓沿回路循行一周，若電壓(電流電流)的參考方向與回路循行的參考方向與回路循行方

22、向一致，則取正；若相反，則取負(fù)。方向一致，則取正；若相反，則取負(fù)。I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E11122210I REI RE+-二、推廣二、推廣-KVL可應(yīng)用于回路的部分電路可應(yīng)用于回路的部分電路+-ABC-UABUAUB U=UA-UB-UAB=0或或 UAB=UA-UBE-U-RI=0或或 U=E-RI注：注：列方程時，要先在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢列方程時，要先在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢的參考方向。的參考方向。ER+-+-UI I(1)由基爾霍夫電壓定律可得由基爾霍夫電壓定律可得UAB+UBC+UCD+UDA=0(2)UAB+UBC+UCA=

23、0例例1.6.2 下圖為一閉合電路，各支路的元件是任意的，但已下圖為一閉合電路，各支路的元件是任意的，但已知知UAB=5V，UBC=- -4V，UDA=- -3V。試求。試求(1)UCD (2)UCA。解解: :得得 UCD=2V即即 5+(-4)+ UCD+ (-3)=0得得 UCA=-1V即即 5+(-4)+ UCA =0+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA KCL和和KVL是在實驗的基礎(chǔ)上得出的，是分析電路是在實驗的基礎(chǔ)上得出的，是分析電路的理論基礎(chǔ)，它和歐姆定律一起構(gòu)成了電路分析的的理論基礎(chǔ)，它和歐姆定律一起構(gòu)成了電路分析的兩個兩個基本依據(jù)基本依據(jù)。 KCL和和KVL具有普遍

24、性，適用于由各種不具有普遍性，適用于由各種不同元件構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電同元件構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電流和電壓。流和電壓。 列方程時，不論是應(yīng)用列方程時，不論是應(yīng)用KCL、KVL還是歐姆定律，還是歐姆定律，首先都要在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢的首先都要在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動勢的參考方參考方向向，否則會出錯。，否則會出錯。總結(jié)：總結(jié)：返回返回1.7 電路中電位的概念及計算電路中電位的概念及計算電位：電路中某點至參考點的電壓，電位：電路中某點至參考點的電壓，記為記為“VX” 。 通常設(shè)參考點的電位為零。通常設(shè)參考點的電位為零。一、一、電位的概念電位

25、的概念 電位的計算步驟：電位的計算步驟： (1) 任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流參考方向并計算；標(biāo)出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負(fù)，說明該點電位比參考點低。某點電位為負(fù)，說明該點電位比參考點低。二、二、舉例舉例 求圖示電路中求圖示電路中各點的電位各點的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。設(shè)設(shè) a為參考點，為參考點， 即即Va=0VVb=Uba= 106= - -60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè)設(shè) b為參考點，即為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 V5 Uab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V20 E1140Vbac4A6 10AE290V+ + - -6A+ + - -d解：解：電位值是相對的，參考點選得不同，電路中其它