第1章電路的基電本概念與基本定律

電工技術(shù)DIANGONGJISHU武漢大學電氣工程學院《電工技術(shù)》電子教案第1章電路的基本概念與基本定律基本要求（1）了解電路的組成及其基本物理量的意義、單位和符號；（2）掌握電壓、電流的概念及其正方向的規(guī)定；（3）掌握電能與電功率的計算方法；（4）掌握基爾霍夫定律及其在電路分析計算中的應(yīng)用。電工技術(shù)DIANGONGJISHU目錄1.1

電路的作用與組成部分1.2

電路模型1.3

電壓和電流的參考方向1.5

電源有載工作、開路與短路1.6

基爾霍夫定律1.7

電路中電位的概念及計算1.4

歐姆定律電工技術(shù)DIANGONGJISHU

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線BACK1.1電路的作用與組成部分電工技術(shù)DIANGONGJISHU2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線電工技術(shù)DIANGONGJISHU直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。電工技術(shù)DIANGONGJISHU

為了便于用數(shù)學方法分析電路,一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。例：手電筒手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。HOME1.2電路模型負載電源中間環(huán)節(jié)電工技術(shù)DIANGONGJISHU手電筒的電路模型電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢E和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導(dǎo)體。

開關(guān)用來控制電路的通斷。

今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。ER0SRL+-電工技術(shù)DIANGONGJISHU電流的大小電荷的有規(guī)則的定向運動形成電流。人們習慣規(guī)定以正電荷運動的方向作為電流的實際方向。電流的大小用電流強度（簡稱電流）來表示。電流強度在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量，用符號q表示。則：1.3電壓和電流的參考方向1.3.1電流及其參考方向電工技術(shù)DIANGONGJISHU大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流，簡稱直流電流，采用大寫字母I表示，則電流的單位是安培（簡稱安），用符號A表示；電荷量的單位為庫侖（簡稱庫），用符號C表示；時間的單位為秒，用符號s表示。當電流很小時，常用單位為毫安（mA）或微安；當電流很大時，常用單位為千安（kA）。它們之間的換算關(guān)系為：

1A=1000mA=103mA1A=1000000A=106A1kA=1000A=103A電工技術(shù)DIANGONGJISHU（2）電流的實際方向與參考方向

圖1.3簡單電路在電路分析中，任意選定一個方向作為電流的方向，這個方向就稱為電流的參考方向，又稱為電流的正方向.

當電流的參考方向與實際方向相同時，電流為正值。若電流的參考方向與實際方向相反，則電流為負值。電工技術(shù)DIANGONGJISHU圖1.3簡單電路在電路分析中，任意選定一個方向作為電流的方向，這個方向就稱為電流的參考方向，又稱為電流的正方向.

當電流的參考方向與實際方向相同時，電流為正值。若電流的參考方向與實際方向相反，則電流為負值。（2）電流的實際方向與參考方向電工技術(shù)DIANGONGJISHU電流參考方向的標注法①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU電流參考方向的標注法I①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHUII①②③電流參考方向的標注法電工技術(shù)DIANGONGJISHU電流參考方向的標注法IIIabab①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU2.電壓

1.3.2電壓及其參考方向電路中a、b兩點間電壓，在數(shù)值上等于將單位正電荷從電路中a點移到電路中b點時電場力所作的功，用uab表示，則：大小和方向都不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，簡稱直流電壓，采用大寫字母U表示，如a、b兩點間的直流電壓為：電工技術(shù)DIANGONGJISHU（2）電壓的實際方向與參考方向當電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正值，當電壓的參考方向與實際方向相反時，電壓為負值。電壓參考方向的標注UUUabab+-①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU（2）電壓的實際方向與參考方向當電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正值，當電壓的參考方向與實際方向相反時，電壓為負值。電壓參考方向的標注UUUabab+-①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU（2）電壓的實際方向與參考方向當電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正值，當電壓的參考方向與實際方向相反時，電壓為負值。電壓參考方向的標注UUUabab+-①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU（2）電壓的實際方向與參考方向當電壓的參考方向與實際方向相同時，電壓為正值，當電壓的參考方向與實際方向相反時，電壓為負值。電壓參考方向的標注UUUabab+-①②③電工技術(shù)DIANGONGJISHU3．電功率與電能電場力所作的功為Wab=QUab，單位時間內(nèi)電場力所作的功稱為電功率，簡稱為功率。以符號P表示。當已知設(shè)備的功率為Ｐ時，則在ｔ秒內(nèi)消耗的電能為Ｗ＝Pt

電工技術(shù)DIANGONGJISHUU、I參考方向相同時，U、I參考方向相反時，RU+–IRU+–I

表達式中有兩套正負號：

①式前的正負號由U、I

參考方向的關(guān)系確定；

②

U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關(guān)系。通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR返回1.4歐姆定律電工技術(shù)DIANGONGJISHU3.歐姆定律在電阻電路中，當電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向，電流的大小與電阻兩端的電壓成正比，與電阻值成反比。即歐姆定律可用下式表示：UI電工技術(shù)DIANGONGJISHU伏安特性線性電阻伏安特性非線性電阻伏安特性IUoIUo電工技術(shù)DIANGONGJISHU歐姆定律表達了電路中電壓、電流和電阻的關(guān)系：（1）如果電阻保持不變，當電壓增加時，電流與電壓成正比例地增加；當電壓減小時，電流與電壓成正比例地減小。（2）如果電壓保持不變，當電阻增加時，電流與電阻成反比例地減?。划旊娮铚p小時，電流與電阻成反比例地增加。歐姆定律可以有三種不同的表示形式:U=±RI電工技術(shù)DIANGONGJISHU電阻元件的功率為上式表明，電阻元件吸收的功率恒為正值，而與電壓、電流的參考方向無關(guān)。因此，電阻元件又稱為耗能元件。電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.5電源有載工作、開路與短路開關(guān)閉合,接通電源與負載負載端電壓U=IR特征:1.5.1電源有載工作IR0R+

-EU+

-①電流的大小由負載決定。②在電源有內(nèi)阻時，IU?；騏=E–IR0電源的外特性EUI0當

R0<<R時，則UE

，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。返回S電工技術(shù)DIANGONGJISHU開關(guān)閉合,接通電源與負載。負載端電壓U=IR特征:1.5.1電源有載工作①

電流的大小由負載決定。②在電源有內(nèi)阻時，IU?；騏=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE

–P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率③電源輸出的功率由負載決定。負載大小的概念:

負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。IR0R+

-EU+

-I電工技術(shù)DIANGONGJISHU電源與負載的判別U、I參考方向不同，P=UI

0，電源；

P=UI

0，負載。U、I參考方向相同，P=UI0，負載；

P=UI

0，電源。

1.

根據(jù)U、I的實際方向判別2.

根據(jù)U、I的參考方向判別電源：

U、I實際方向相反，即電流從“+”端流出，（發(fā)出功率）；負載：

U、I實際方向相同，即電流從“-”端流出。

（吸收功率）。電工技術(shù)DIANGONGJISHU電氣設(shè)備的額定值額定值:電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài)欠載(輕載)：I<IN

，P<PN(不經(jīng)濟)

過載(超載)：

I>IN

，P>PN(設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)：I=IN

，P=PN

(經(jīng)濟合理安全可靠)

1.額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；2.額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W

電工技術(shù)DIANGONGJISHU特征:開關(guān)斷開1.5.2電源開路I=0電源端電壓(開路電壓)負載功率U0=EP

=01.開路處的電流等于零；

I

=02.開路處的電壓U視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-S電工技術(shù)DIANGONGJISHU電源外部端子被短接1.5.3電源短路特征:電源端電壓負載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U

=0

PE=P=I2R0P

=01.

短路處的電壓等于零；

U

=02.短路處的電流I視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+–U有源電路IR0R+

-EU0+

-電工技術(shù)DIANGONGJISHU支路節(jié)點回路網(wǎng)孔abcd+_Us5R5R3R1R2R4R6Is+_Us11.6基爾霍夫定律電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.6基爾霍夫定律支路節(jié)點回路網(wǎng)孔abcd+_E2R5R3R1R2R4R6Is+_E1一共有6條支路電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.6基爾霍夫定律abcd+_E2R5R3R1R2R4R6Is+_E1支路節(jié)點回路網(wǎng)孔一共有4個節(jié)點電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.6基爾霍夫定律abcd+_E2R5R3R1R2R4R6Is+_E1支路節(jié)點回路網(wǎng)孔一共有7個回路電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.6基爾霍夫定律abcd+_E2R5R3R1R2R4R6Is+_E1支路節(jié)點回路網(wǎng)孔一共有3個網(wǎng)孔電工技術(shù)DIANGONGJISHU1.6.1

基爾霍夫電流定律(KCL定律)1．定律

即:Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。實質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)?；?Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1對結(jié)點a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點處各支路電流間相互制約的關(guān)系。電工技術(shù)DIANGONGJISHU2．推廣I=?例:廣義結(jié)點I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12VKCL通常用于結(jié)點，但對包圍幾個結(jié)點的閉合面（亦稱廣義結(jié)點）也適用。電工技術(shù)DIANGONGJISHU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。1.6.2

基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1．定律即：U=0在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112基爾霍夫電壓定律（KVL）反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。電工技術(shù)DIANGONGJISHU1．列方程前標注回路循行方向；

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2U=0

I2R2–E2+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時，項前符號的確定：

如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。3.開口電壓可按回路處理

注意：1對回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_電工技術(shù)DIANGONGJISHU例：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對回路

adbca，沿逆時針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用U=0列方程對回路

cadc，沿逆時針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I電工技術(shù)DIANGONGJISHU基爾霍夫電壓定律的推廣：可應(yīng)用于回路的部分電路U＝UA－UB－UAB或UAB＝UA－UBE－U－RI＝0或U＝E－RI注意列方程時，要先在電路圖上標出電流、電壓或電動勢的參考方向。解由基爾霍夫電壓定律可得（1）UAB＋UBC＋UCD＋UDA=0

即UCD＝2V（2）UAB＋UBC＋UCA＝0

即

UCA＝－1V已知：下圖為一閉合電路，各支路的元件是任意的，但知UAB＝5V，UBC＝－4V，UDA＝－3V試求：（1）UCD：（2）UCA。例題1.7電工技術(shù)DIANGONGJISHU電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX”

。

通常設(shè)參考點的電位為零。1.電位的概念電位的計算步驟:

(1)任選電路中某一點為參考點，設(shè)其電位為零；

(2)標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。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。返回1.7電路中電位的概念及計算電工技術(shù)DIANGONGJISHU2.舉例求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E