第1章電路的基本概念和基本定律

1、電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)第1章 電路的基本概念 和基本定律 內(nèi)容提要本章主要介紹電路模型的概念、關(guān)聯(lián)參考方向、功率和能量、集總參數(shù)元件、基爾霍夫定律。電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)1.1 電路與電路模型1.3 電路的功率與能量1.4 電阻元件1.5 電壓源與電流源1.6 基爾霍夫定律1.7 電位及其計(jì)算1.2 電路的基本物理量電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回 電路在現(xiàn)代生活領(lǐng)域隨處可見(jiàn)，例如日常生活中常用電路在現(xiàn)代生活領(lǐng)域隨處可見(jiàn)，例如日常生活中常用的手電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電力傳輸、工業(yè)自動(dòng)化控制系的手電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電力傳輸、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各個(gè)方面

2、都離不開(kāi)電路。統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各個(gè)方面都離不開(kāi)電路。那么什么是電路？那么什么是電路？給出手電筒照明電路如圖所示給出手電筒照明電路如圖所示。如何分析流過(guò)小燈泡的電流如何分析流過(guò)小燈泡的電流? ?【引例引例】電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.1 電路與電路模型電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.1.1 實(shí)際電路實(shí)際電路：實(shí)際電路：由多種電氣元件和器件（例如二極管、晶由多種電氣元件和器件（例如二極管、晶體管、運(yùn)算放大器、變壓器、電阻、電容、電感等）體管、運(yùn)算放大器、變壓器、電阻、電容、電感等）通過(guò)導(dǎo)線按照一定的方式連接而成的電流通路。通過(guò)導(dǎo)

3、線按照一定的方式連接而成的電流通路。 日光燈照明電路日光燈照明電路 晶體管放大電路示意圖晶體管放大電路示意圖 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.1.2 電路模型電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.1.3 集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路：集總參數(shù)電路：電磁能量在空間傳播，如果實(shí)際電路電磁能量在空間傳播，如果實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于其工作電磁波的波長(zhǎng)，可認(rèn)為送到的幾何尺寸遠(yuǎn)小于其工作電磁波的波長(zhǎng)，可認(rèn)為送到實(shí)際電路各處的電磁能量是同時(shí)到達(dá)的，此時(shí)電路尺實(shí)際電路各處的電磁能量是同時(shí)到達(dá)的，此時(shí)電路尺寸可忽略不計(jì)。寸可忽略不計(jì)。集總參數(shù)元件：集總

4、參數(shù)元件：在集總參數(shù)電路中能用一個(gè)參數(shù)或幾在集總參數(shù)電路中能用一個(gè)參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征的理想化電路元件。個(gè)參數(shù)來(lái)表征的理想化電路元件。 注意：注意：在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，且兩個(gè)端子之間的一定等于從另一端子流出的電流，且兩個(gè)端子之間的電壓為單值量。電壓為單值量。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.2 電路的基本物理量 磁鏈磁鏈電流電流電壓電壓電荷電荷電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.2.1 電流及其參考方向1.1.電流定義：電流定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通

5、過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。 tqtidd2.2.電流表達(dá)式：電流表達(dá)式：3.3.電流的實(shí)際方向：電流的實(shí)際方向：很難判斷電流很難判斷電流的實(shí)際方向的實(shí)際方向電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回4.4.電流的參考方向：電流的參考方向：任意假定的電流方向。任意假定的電流方向。在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若 i 0 參考方向與實(shí)際方向一致；參考方向與實(shí)際方向一致； i 0 參考方向與實(shí)際方向一致；參考方向與實(shí)際方向一致； u 0 元件吸收功率；元件吸收功率； p 0 電源吸收功率，起負(fù)載作用；電源吸收功率，起負(fù)載作用；

6、 P 0 電流源吸收功率，起負(fù)載作用；電流源吸收功率，起負(fù)載作用； P 0 電流源發(fā)出功率，起電源作用。電流源發(fā)出功率，起電源作用。 tituPS3.3.理想電流源的功率理想電流源的功率電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.6 基爾霍夫定律 古斯塔夫古斯塔夫羅伯特羅伯特基爾霍夫基爾霍夫 （Gustav Robert Kirchhoff，1824 1887 ） 德國(guó)物理學(xué)家，柏林科學(xué)院院士德國(guó)物理學(xué)家，柏林科學(xué)院院士電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回 u 1847年發(fā)表的兩個(gè)電路定律年發(fā)表的兩個(gè)電路定律（基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律）

7、，（基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律），發(fā)展了歐姆定律，對(duì)電路理論有重大作用。發(fā)展了歐姆定律，對(duì)電路理論有重大作用。u 與化學(xué)家本生一同開(kāi)拓出一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域與化學(xué)家本生一同開(kāi)拓出一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域 光譜分析，并發(fā)現(xiàn)了銫和鍶兩種元素。光譜分析，并發(fā)現(xiàn)了銫和鍶兩種元素。u 提出熱輻射中的基爾霍夫輻射定律，這是輻射提出熱輻射中的基爾霍夫輻射定律，這是輻射 理論的重要基礎(chǔ)。理論的重要基礎(chǔ)。 基爾霍夫定律，闡明了集總參數(shù)電路中與各結(jié)點(diǎn)相連基爾霍夫定律，闡明了集總參數(shù)電路中與各結(jié)點(diǎn)相連的所有支路電流所滿足的關(guān)系和與各回路相關(guān)的所有的所有支路電流所滿足的關(guān)系和與各回路相關(guān)的所有支路電壓所滿足的關(guān)系?；鶢柣?/p>

8、夫定律是分析集總參支路電壓所滿足的關(guān)系。基爾霍夫定律是分析集總參數(shù)電路的重要定律，是電路理論的奠基石。數(shù)電路的重要定律，是電路理論的奠基石。 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.6.1 幾個(gè)基本概念支路支路: :電路中的每個(gè)電路中的每個(gè)分支。分支。結(jié)點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：2 2條及條及2 2條以上支條以上支路的連接點(diǎn)。路的連接點(diǎn)。回路：回路：任一閉合路徑。任一閉合路徑。網(wǎng)孔：網(wǎng)孔：最小的回路。最小的回路。電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.6.2 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律（基爾霍夫電流定律（KCL）表述為：）表述為：在集總參數(shù)電路在集總參

9、數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，流入或流出任一結(jié)點(diǎn)或封閉面的所中，在任一時(shí)刻，流入或流出任一結(jié)點(diǎn)或封閉面的所有支路電流的代數(shù)和等于零，即有支路電流的代數(shù)和等于零，即 KCL實(shí)質(zhì)上是電流連續(xù)性的體現(xiàn)，即在任何瞬間，實(shí)質(zhì)上是電流連續(xù)性的體現(xiàn)，即在任何瞬間，流入該結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。流入該結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。 0i電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 0641iii結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 0321iii0752iii054ii0763iiiKCL電流方程電流方程電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回廣義的結(jié)點(diǎn)廣義

10、的結(jié)點(diǎn)（假想曲面）：（假想曲面）：0ECBiii0321iii電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回A21IA62IA33IA35I4I6I【例例1.3】 如圖所示直流電路中，已知如圖所示直流電路中，已知，。求電流。求電流和和。，電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回04321IIII0654III對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn)a，根據(jù)，根據(jù)KCL列出方程，即列出方程，即【解解】 對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn)b，根據(jù)，根據(jù)KCL，有，有代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù), ,解得解得代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù), ,解得：解得：A14IA26I電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.

11、6.3 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL）：）：在集總參數(shù)電路中，在在集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻沿任一回路，任一瞬時(shí)沿該回路繞行一周，任一時(shí)刻沿任一回路，任一瞬時(shí)沿該回路繞行一周，則該回路的各段支路電壓的代數(shù)和為零，即則該回路的各段支路電壓的代數(shù)和為零，即 KVL實(shí)質(zhì)上是電位單值性的體現(xiàn)，即當(dāng)電路選定電實(shí)質(zhì)上是電位單值性的體現(xiàn)，即當(dāng)電路選定電位參考點(diǎn)以后，其余各結(jié)點(diǎn)都具有一定的電位值。位參考點(diǎn)以后，其余各結(jié)點(diǎn)都具有一定的電位值。0u電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回回路回路1 1 回路回路2 2 回路回路3 3 0631uuu0372uuu

12、01254uuuuKVL電壓方程電壓方程電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回廣義回路廣義回路( (開(kāi)口回路）開(kāi)口回路）：213UUU電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-思考：此電路有多少支路、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)孔和回路？思考：此電路有多少支路、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)孔和回路？電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回021 I0121U【解解】 列結(jié)點(diǎn)列結(jié)點(diǎn)a a的的KCL電流方程，有電流方程，有 按繞行方向，列回路按繞行方向，列回路1 1的的KVL方程方程V2U則則A3I則

13、則【例例1.4】 如圖所示直流電路中，求電流如圖所示直流電路中，求電流和電壓和電壓。IU電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.6.4 電路定律在直流電路中的應(yīng)用【例例1.5】 試寫出下圖所示支路電壓試寫出下圖所示支路電壓 和支路電流和支路電流 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。IUSSIIRUUIIRUUSS電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回【例例1.6】 如圖所示直流電路中，求電流如圖所示直流電路中，求電流和和。1I2I【解解】 根據(jù)繞行方向列回路根據(jù)繞行方向列回路1 1的的KVL方程方程 0383021II列節(jié)點(diǎn)列節(jié)點(diǎn)a a的的KCL方程方程

14、0121 II解上面兩個(gè)方程得解上面兩個(gè)方程得 A45. 21IA45. 32I電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回【例例1.7】 電路如圖電路如圖a所示，求電流所示，求電流、和電壓和電壓。、1I2I3I1U2U電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回【解解】 設(shè)三個(gè)回路的繞行參考方向如圖設(shè)三個(gè)回路的繞行參考方向如圖b b所示。所示。 A51I2AA32102I30I V37V257275221111IIIUV8V22252222212IIU電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回1.7 電位及其計(jì)算 二極管的正向伏安特性的

15、電位測(cè)量二極管的正向伏安特性的電位測(cè)量 o 電位：電位：在電路中取任意一結(jié)點(diǎn)在電路中取任意一結(jié)點(diǎn) 作為參考點(diǎn)，把作為參考點(diǎn)，把 由某結(jié)點(diǎn)由某結(jié)點(diǎn)a a到此參考點(diǎn)的電壓到此參考點(diǎn)的電壓 aoV結(jié)點(diǎn)的電位結(jié)點(diǎn)的電位 aV稱為該稱為該 。一般參考點(diǎn)都用接地符號(hào)表示。一般參考點(diǎn)都用接地符號(hào)表示。 o電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回 晶體管的輸入特性的電位測(cè)量晶體管的輸入特性的電位測(cè)量 baabVVU兩點(diǎn)的電位差兩點(diǎn)的電位差 電位的計(jì)算步驟如下：電位的計(jì)算步驟如下：(1) (1) 任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零；任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零；(2) (2)

16、 標(biāo)出各電流和電壓的參考方向；標(biāo)出各電流和電壓的參考方向；(3) (3) 計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回 【例例1.8】 電路如圖電路如圖a所示，分別設(shè)所示，分別設(shè)a、b為參考點(diǎn)。為參考點(diǎn)。 試求試求a、b、c、d各點(diǎn)的電位。各點(diǎn)的電位?！窘饨狻?根據(jù)電位的概念，設(shè)根據(jù)電位的概念，設(shè)a a點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖b b所示。所示。V60V610babUVV80V204cacUVV30V65dadUVV0aV電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 第1章 電路的基本概念和基本定律返回 設(shè)設(shè)b b點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖c c所示。所示。V0bVV60V610abaUVV140S1cbcUUVV90S2dbdUUV習(xí)慣上在電路圖中不畫出電源，而習(xí)慣上在電路圖中不畫出電源，而是在電源的非接是在電源的非接“地地”的一端標(biāo)出的一端標(biāo)出其電位的極性及數(shù)值，如圖其電位的極性及數(shù)值，如圖d d所示。所示。 電