第1章 電路的基本概念和基本定律endend

1、返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回什么是電路呢？什么是電路呢？返回返回電源電源一、電一、電 路路電路是由某些電氣元件按一定方電路是由某些電氣元件按一定方式連接起來的總體，它提供了電式連接起來的總體，它提供了電流流通的路徑。流流通的路徑。電路主要由電路主要由電源電源、負載負載和和中間環(huán)中間環(huán)節(jié)節(jié)三部分組成。三部分組成。1.定義定義:2.組成組成:返回返回例如：手電筒電路例如：手電筒電路電源電源中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)負載負載電源：電源： 其它形式的能量其它形式的能量 （信號信號 ） 電能電能 （電信號電信號）負載：負載： 電能電能（電信號電信號） 其它形式的其它形式的能量能量（信號信號 ） * 一

2、般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能量或一般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能量或 信號的轉換信號的轉換返回返回 3.作用作用：（1）實現(xiàn)能量的傳輸實現(xiàn)能量的傳輸、分配和轉換分配和轉換.（2）實現(xiàn)信號的傳遞與處理。實現(xiàn)信號的傳遞與處理。（3）信息的存儲。信息的存儲。返回返回放大放大器器揚聲器揚聲器話筒話筒發(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.輸電線輸電線二、電路模型二、電路模型1.定義：定義： 電路模型就是將實際電路中的各種電路模型就是將實際電路中的各種元件按其主要物理性質分別用一些元件按其主要物理性質分別用一些理想電路元件來表示所構成的電路理想電路元件來表示所構成的電路圖。圖

3、。 對實際電路的分析通常是很復雜的，會對實際電路的分析通常是很復雜的，會受到很多因素的制約。為了便于對實際電路受到很多因素的制約。為了便于對實際電路進行分析，常將電路中的元件理想化，即在進行分析，常將電路中的元件理想化，即在一定的條件下，一定的條件下，突出元件的主要性質，忽略突出元件的主要性質，忽略它的次要性質它的次要性質。返回返回2. 常見的理想電路元件常見的理想電路元件電阻電阻電容電容電壓源電壓源電流源電流源返回返回電感電感3. 手電筒的電路模型手電筒的電路模型R0RUS電源電源中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)負載負載 電路模型只反映實際電路的作用及其相互電路模型只反映實際電路的作用及其相互的連接方式，不

4、反映實際電路的內(nèi)部結構、幾的連接方式，不反映實際電路的內(nèi)部結構、幾何形狀及相互位置。何形狀及相互位置。返回返回S一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向1. 定義：定義：在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通過導體橫截面積的電荷量定義為電流過導體橫截面積的電荷量定義為電流強度。強度。i = dq/dt大小和方向都隨時間改變的叫交流大小和方向都隨時間改變的叫交流 用用i 表示表示大小和方向都不隨時間改變的叫直流大小和方向都不隨時間改變的叫直流 用用I 表示表示返回返回2. 單位：單位：1安培（安培（A）=1

5、000毫安毫安(mA) 1毫安毫安 (mA)=1000微安微安(A)3. 實際方向：實際方向：規(guī)定正電荷運動的方向。規(guī)定正電荷運動的方向。 4. 參考方向參考方向 ：在分析和計算電路時往往任意選在分析和計算電路時往往任意選定某一方向作為電流的正方向定某一方向作為電流的正方向，也稱參考方向。，也稱參考方向。返回返回* 參考方向與實際方向的關系參考方向與實際方向的關系 在規(guī)定的參考方向下，若計算結果在規(guī)定的參考方向下，若計算結果 I 0 參考方向與實際方向一致參考方向與實際方向一致 I 0 參考方向與實際方向一致參考方向與實際方向一致 U 0，說明元件在吸收功，說明元件在吸收功率，一定是率，一定是

6、負載，負載，求出的求出的P 0 0 , , 說明說明U U、I I 實際方向實際方向與參考方向與參考方向一致，一致，說明說明電電路路吸收吸收電功率，為電功率，為負載負載。， 當某部分電路功率當某部分電路功率 P P 00則則 P 0 吸收能量吸收能量電能電能 磁場能磁場能0則則 P 0則則P0 0 吸收功率吸收功率 電容充電電容充電0則則P0 0 發(fā)出功率發(fā)出功率 電容放電電容放電返回返回WC=t0P dt=C uC212能量不能突變能量不能突變 電容兩端的電壓不能突變電容兩端的電壓不能突變電容是一種儲能元件電容是一種儲能元件,不消耗電能不消耗電能* WC與與U 成正比，與成正比，與i無關，無

7、關， 當當i =0時，時， WC 仍可能存在。仍可能存在。2 電路中能量轉換過程電路中能量轉換過程 電阻電阻 耗能元件耗能元件 電電 電感電感 源源 儲能元件儲能元件 電容電容返回返回1. 電壓源電壓源 理想電壓源理想電壓源(恒壓源恒壓源)USIU特點特點: (1)輸出電壓恒定輸出電壓恒定U= US,(2)輸出電流取決于外輸出電流取決于外 電路。電路。(3)內(nèi)阻內(nèi)阻 R0=0伏安特性：伏安特性：USUI返回返回二、二、 有源理想元件有源理想元件 實際電壓源實際電壓源USUR0U = US I R0IUII R0伏安特性伏安特性:USIU當當R0 R時，時，R00, U= US返回返回2.電流源

8、電流源理想電流源理想電流源(恒流源恒流源) U伏安特性伏安特性:IIS特點特點: (1) 輸出電流恒定輸出電流恒定I= IS,與端電壓無關。與端電壓無關。(2) 輸出端電壓取決于外輸出端電壓取決于外 電路。電路。(3) 內(nèi)阻內(nèi)阻 R0=IISU返回返回 實際電流源實際電流源ISIUR0I= IS UR0UIU伏安特性伏安特性IISU/ R0返回返回例例1、電路如圖，求理想電壓源和理想電流源的功、電路如圖，求理想電壓源和理想電流源的功率。率。US1VR1IS1A解解: 該電路為串聯(lián)電路該電路為串聯(lián)電路各元件的電流均為各元件的電流均為IS.PUS = US IS=1WPR = IS2 R = 1W

9、PIS = (PUS +PR) = 2W此時電壓源吸收功率此時電壓源吸收功率(負載負載)功率平衡：功率平衡：P吸吸= P發(fā)發(fā)U返回返回 在電路中起電源作用，但其大小和方向受在電路中起電源作用，但其大小和方向受電路中其它支路的電流或電壓控制，這種電源電路中其它支路的電流或電壓控制，這種電源稱為受控源。稱為受控源。3. 受控源受控源返回返回（1 1）概念）概念（2 2）分類及表示方法）分類及表示方法VCVS 電壓控制電壓源電壓控制電壓源VCCS 電壓控制電流源電壓控制電流源CCVS 電流控制電壓源電流控制電壓源CCCS 電流控制電流源電流控制電流源VCVSCCVSVCCSCCCSu1r i1i1g

10、 u1常見的受控電流源和電壓源，如下圖常見的受控電流源和電壓源，如下圖返回返回電流控制的電流源電流控制的電流源電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源rir0uiu u0u uiIiriIiI0r0返回返回l 幾個概念幾個概念支路支路: 一個或幾個二端元件首尾相接中間一個或幾個二端元件首尾相接中間沒沒 有分岔有分岔，使各元件上通過的，使各元件上通過的電流相等電流相等， 這種連接方式稱為支路。這種連接方式稱為支路。節(jié)點節(jié)點: 由由三條或三條以上三條或三條以上的支路相連接的點叫的支路相連接的點叫 做節(jié)點。做節(jié)點?；芈坊芈? 電路中的任一閉合路徑叫做回路。電路中的任一閉合路徑叫做回路。網(wǎng)孔網(wǎng)孔: 單一閉合路

11、徑，其中單一閉合路徑，其中不包含其它支路不包含其它支路的的 回路稱為網(wǎng)孔?；芈贩Q為網(wǎng)孔。返回返回 節(jié)點共節(jié)點共a、 b 2個個支路共支路共3條條回路共回路共3個個例例回路幾回路幾個？個？#1#2#3abI1I2I3U2R1R3R2+_U1+_幾條幾條支路？支路？節(jié)點幾節(jié)點幾個？個？網(wǎng)孔網(wǎng)孔數(shù)？數(shù)？網(wǎng)孔共網(wǎng)孔共2個個返回返回例例支路：共支路：共 ？條？條回路：共回路：共 ？個？個節(jié)點：共節(jié)點：共 ？個？個6條條4個個獨立回路：？個獨立回路：？個7個個有幾個網(wǎng)眼就有幾個獨立回路！有幾個網(wǎng)眼就有幾個獨立回路！I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_返回返回一、一、

12、基爾霍夫基爾霍夫電流定律電流定律(KCL) 對于電路中的任對于電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間一節(jié)點，在任一瞬間流入節(jié)點的電流之和流入節(jié)點的電流之和一定等于流出該節(jié)點一定等于流出該節(jié)點的電流之和。的電流之和。(第一第一定律定律)abI1I2I3E1E2R1R3R2如圖：如圖： I1 I2 I3 對電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間，該節(jié)點對電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間，該節(jié)點上電流代數(shù)和等于零。上電流代數(shù)和等于零。 I 如圖如圖I1 I2 I3 規(guī)定規(guī)定流入節(jié)點的電流取正流入節(jié)點的電流取正, ,流出節(jié)點的電流取負。流出節(jié)點的電流取負。返回返回Ii IO推廣：適用于封閉面推廣：適用于封閉面AIBIAICB

13、CIABIBCICAIA IB IC 0IBICIEIB IC IE滿足三極管電流分配關系滿足三極管電流分配關系返回返回I=?I1I2I3例例例例I1+I2=I3I=0IRU3+_U2+_U1+_RRR返回返回 例：例：標出圖中未知電流大小。標出圖中未知電流大小。 2A8A3A346A1A5A二、二、基爾霍夫基爾霍夫電壓定律電壓定律(KVL) 在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各部分電壓降的代數(shù)和等于零，即部分電壓降的代數(shù)和等于零，即U。與繞向一致的電壓取正，反之取負。與繞向一致的電壓取正，反之取負。返回返回R1R2U1U2I1I2US1US2aU1US

14、1US2U2 = 0I1 R1US1US2I2 R20在電路中任意回路在電路中任意回路繞行方向上電動勢繞行方向上電動勢的代數(shù)和等于電阻的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和上電壓降的代數(shù)和 US IR規(guī)定規(guī)定與繞向一致的電與繞向一致的電壓壓 取正，反之取取正，反之取負。負。US1 US2 I1 R1 I2 R2返回返回推廣推廣: 適用于開口電路適用于開口電路 U開開=U說明說明:上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。例例1. 已知已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：求：K打開時，打開時，Uab=？ K閉合時，閉合時，I

15、3=？1、K打開，打開，I3=0 UR3=0E1+Uab+E3E2= 0 Uab=714+16=9V2、K閉合，閉合，Uab=0E1+E3E2 + I3R3= 0I3=(E1E3 + E2) R3 =99=1AE1R1abKE3E2R2R3I3解：解：返回返回當這兩個電當這兩個電阻相串或相阻相串或相并時，等效并時，等效電阻電阻R？負載獲得最負載獲得最大功率的條大功率的條件？最大功件？最大功率為多少？率為多少？A4=？ A5 =？結點？支結點？支路？路？Uab=？I=？10K10Pmax=US24R0R1R2I1I2IR3I3A4A5A4=13mAA5=3mA2 I12V+_16V+_155ab

16、n=2b=3Uab=0 I=0返回返回電位具有電位具有，相對于參考點較高的電位點是，相對于參考點較高的電位點是比參考點低的電位點為比參考點低的電位點為。參考點的電位一般。參考點的電位一般電位實際上就是電路中電位實際上就是電路中，電壓常用，電壓常用，而電位則用，而電位則用，電位的單位也是，電位的單位也是Va = +5V a 點電位：點電位：ab1 5AVb = - 5V b點電位：點電位：ab1 5A例例例例一一、電位、電位 電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電壓，電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電壓，參考點就是零電位點。參考點就是零電位點。返回返回 電位值是相對的電位值是相對的, ,參考點選得不同，參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；電路中其它各點的電位也將隨之改變； 電路中兩點間的電壓值是固定的，不電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。會因參考點的不同而改變。返回返回Ue=0I=9/9A=1AUa=5VUb=5V2V=3VUc=5V6V= 1VUd=4VUab=2V3e5V4Vabcd24返回返回e5V4Vabcd324若參考點選在若參考點選在d點則：點則：Ua = 9VUb = 7VUc = 3VUd = 0VUe = 4VUab = 2V電路中某點的電位與參考點的選擇有電路中某點的電位與參考點的選擇有關，而任意兩點之間的電壓與