第一章：電路的基本概念與基本定律

電路與電子技術(shù)主講教師：高琴防災(zāi)科技學(xué)院電路與電子技術(shù)主要內(nèi)容：電路和電路模型電路的基本物理量及參考方向基爾霍夫定律常用的元件疊加定理和戴維南定理第1章電路的基本概念和定律第一篇電路分析一、實(shí)際電路

電路：由電氣器件或設(shè)備，按一定方式連接起來，完成能量的傳輸、轉(zhuǎn)換或信息的處理、傳遞。組成：電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。220V開關(guān)S鎮(zhèn)流器L啟輝器Q日光燈管R日光燈實(shí)際電路

電容器C第一節(jié)電路和電路模型電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律實(shí)際電路的分析方法用儀器儀表對實(shí)際電路進(jìn)行測量，把實(shí)際電路抽象為電路模型，用電路理論進(jìn)行分析、計(jì)算。二、電路模型電源負(fù)載連接導(dǎo)線實(shí)際電路電路模型開關(guān)SR–

+R0US將實(shí)際電路中的元件用理想電路元件表示、連接，稱為實(shí)際電路的電路模型。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律220V開關(guān)S鎮(zhèn)流器L啟輝器Q日光燈管R實(shí)際電路電容器CR

LsCus

+-常用電路元件的符號(hào)電路模型[例]電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律第二節(jié)電路的基本物理量一、電流及電流的參考方向1.電流：帶電粒子或電荷在電場力作用下的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。（單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的電荷量）電流的單位：A（安培）、kA（千安）、mA(毫安）、μA（微安）電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律2.電流的參考方向電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向(客觀存在）電流的參考方向：任意假定實(shí)際方向（2A）參考方向（參考方向與實(shí)際方向相同）實(shí)際方向（2A）參考方向（參考方向與實(shí)際方向相反）電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律二、電壓、電位及參考方向1.電位（物理中的電勢）電場力把單位正電荷從一點(diǎn)移到參考點(diǎn)所做的功。（電路中電位參考點(diǎn)：接地點(diǎn)，Vo=0）單位：V（伏特）、kV（千伏）、mV(毫伏）方向：無2.電壓:單位：同電位方向：實(shí)際方向（高電位低電位）參考方向（任選）注意：參考點(diǎn)可以任意選擇，參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)的電位就不同。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律注意：1.i、u的參考方向可分別任意假定。但一經(jīng)選定，分析過程中不應(yīng)改變。2.電路中標(biāo)出的方向一律指參考方向。3.同一元件的

u、i

同方向，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。IRU+–IRU+–或IRU+–IRU+–或關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律補(bǔ)充：含源支路歐姆定律I支路電壓方程:U=Uac=Uab+Ubc=RI+UsU=Uac=Uab+Ubc=－RI－UsUab=Uae＋Uec＋Ucd＋Udf＋Ufb

=I1R1＋Us2－I2R2－Us1－I3R3acdebR1→I1+-US2+-US1R3→I3fR2I2Uab推廣：電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律若P>0，電路實(shí)際吸收功率，元件為耗能元件（如:電阻）；若P<0，電路實(shí)際發(fā)出功率，元件為儲(chǔ)能元件（如:電源）。UI當(dāng)元件電流和電壓的參考方向關(guān)聯(lián)情況下，電功率為：UI非關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)四、電功率定義：電能對時(shí)間的變化率，簡稱功率。功率的單位：W（瓦）、kW（千瓦）當(dāng)元件電流和電壓的參考方向非關(guān)聯(lián)情況下，電功率為：電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律

例：試判斷(a)、(b)中元件是吸收功率還是發(fā)出功率。I=-1AU=2V+–(a)U=-3V+–(b)I=2A

解：(a)、(b)、是吸收功率。元件電流和電壓的參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)是發(fā)出功率。元件電流和電壓的參考方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律[例]：已知I1＝2A,I2=1A,I3=-1A,U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U5=7V,U4=-4V,U6=-3V判別哪個(gè)是耗能元件，哪個(gè)是儲(chǔ)能元件？用電源、電阻符號(hào)畫出電路模型P1=-U1×I1=-2WP2=U2×I1=-6WP3=U3×I1=16WP4=U4×I2=-4WP5=U5×I3=-7WP6=U6×I3=3W126543+-U2+++++-----U3U1U6U4U5I1I2I3+-U2+++++-----U3U1U6U4U5I1I2I3電路中各元件發(fā)出的功率總和等于吸收功率總和，即“功率平衡”電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律第三節(jié)常用元件介紹一、電阻元件電阻指導(dǎo)體對電子運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)的阻力；電阻上的電壓與電流有確定的對應(yīng)關(guān)系，可以用u-i平面上的伏安特性曲線表示；分類:時(shí)不變電阻時(shí)變電阻或線性電阻（過原點(diǎn)的直線）非線性電阻（伏安特性不是直線）電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律1.線性電阻關(guān)聯(lián)參考方向：Ru或G—電導(dǎo)，單位：西門子（S）非關(guān)聯(lián)參考方向：i2.線性電阻元件吸收的功率關(guān)聯(lián)方向：非關(guān)聯(lián)方向：電阻的功率恒為正值即電阻是耗能元件電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律二、電容元件1.電容中電荷量與電壓的關(guān)系（線性）iC

u2.電容元件的電壓電流關(guān)系（關(guān)聯(lián)參考方向）（電容元件的VCR）電容特點(diǎn)：通高頻，阻低頻；通交流，隔直流；電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律3.電容元件儲(chǔ)存的能量（關(guān)聯(lián)參考方向）電容C在任一瞬間吸收的功率：電容C從0到t時(shí)間內(nèi)吸收的能量：設(shè)u(0)=0即表明電容的儲(chǔ)能總是大于或等于零；即電容為無源元件。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律三、電感元件2.電感元件的電壓電流關(guān)系

u、i的參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向3.電感元件儲(chǔ)存的能量（關(guān)聯(lián)參考方向）iL+–u（在直流電路中L相當(dāng)于短路）電感L在任一瞬間吸收的功率：電感L從0到t時(shí)間內(nèi)吸收的能量：即:設(shè)i(0)=0表明電感的儲(chǔ)能總是大于或等于零；即電感為無源元件。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律四、電容、電感的串并聯(lián)（自學(xué)）電容的串聯(lián)電容的并聯(lián)電感串并聯(lián)時(shí)等效電感的求解方法與電阻的一致，與電容的相反。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律第四節(jié)電源及其轉(zhuǎn)換常用實(shí)際電源干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。交流發(fā)電機(jī)、電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源、交流穩(wěn)壓電源等。直流電源：交流電源:一個(gè)實(shí)際電源可以用兩種模型來表示。用電壓的形式表示稱為電壓源，用電流的形式表示稱為電流源。分類:獨(dú)立電源受控電源（簡稱電源）（簡稱受控源）電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律是由內(nèi)阻很小,以至可以忽略的實(shí)際電源得到的理想化二端電路元件。1.理想電壓源一、電壓源理想電壓源(直流)電路符號(hào)Us+-2.實(shí)際電壓源電源在對外提供功率時(shí)，不可避免的存在內(nèi)部功率損耗。即實(shí)際電源存在內(nèi)阻，帶載后，端電壓下降。實(shí)際電壓源(直流)電路符號(hào)Us+-RS伏安特性IRUu0iUs理想電壓源伏安特性Us+-RS實(shí)際電壓源伏安特性U=USU=US–RSI時(shí)，實(shí)際電壓源就成為理想電壓源。當(dāng)電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律二、電流源1.理想電流源電源的輸出電流與外界電路無關(guān),即無論接什么樣的外電路,輸出電流總保持為某一給定值或某一給定的時(shí)間常數(shù)。理想電流源(直流)電路符號(hào)U+-Is電源在對外提供功率時(shí),不可避免的存在內(nèi)部功率損耗。即實(shí)際電源存在內(nèi)阻,帶載后,輸出電流下降。2.實(shí)際電流源實(shí)際電流源(直流)電路符號(hào)RSIsU+-u0i理想電流源伏安特性Is伏安特性實(shí)際電流源伏安特性IR+-UIsRSIO時(shí)，實(shí)際電流源就成為理想電流源。當(dāng)電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律

對外電路而言，如果將同一負(fù)載R分別接在兩個(gè)電源上，R上得到相同的電流、電壓，則兩個(gè)電源對R而言是等效的。IRUUs+-RSIR+-UIsRSIO三、實(shí)際電源的等效變換電壓源和電流源的等效變換Us+-RSIsRS電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律四、有源支路的簡化原則：簡化前后，端口的電壓電流關(guān)系不變。Rab–+Usab–+UsabIsRabIs2.電流源與其它元件串聯(lián)1.電壓源與其它元件并聯(lián)ISab–+UsabIsUs+–電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律[例1]

用電源等效變換方法求圖示電路中電流I

。+_+_I90V140V2056207A5I618A4I611A[解]4電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律[例2]

用電源等效變換的方法求圖示電路中電流I。+_I25V6A351+_25V5A536AI[解]11A3I5電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律

每個(gè)電路元件的伏安特性（VCR）反映元件本身的電壓電流關(guān)系，稱為電路的元件約束。（如：歐姆定律）

各支路的電壓和各支路的電流之間應(yīng)遵循的規(guī)律，稱為電路的拓?fù)浼s束（即：電路的互聯(lián)規(guī)律）?；鶢柣舴蚨裳芯康氖羌袇?shù)電路的拓?fù)浼s束關(guān)系，是分析計(jì)算電路的基本定律。電路的元件約束：電路的拓?fù)浼s束：第五節(jié)基爾霍夫定律電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律一、專用名詞1.支路：電路中流過同一電流的幾個(gè)元件互相連接起來的分支稱為一條支路。Us2+－R2Us3+－R3Us1+－R5R1R42.節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)。3.回路：由支路組成的閉合路徑稱為回路。4.網(wǎng)孔：將電路畫在平面圖上，內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。本圖中有?條支路本圖中有5條支路(b=5)例:本圖中有?個(gè)節(jié)點(diǎn)本圖中有3個(gè)節(jié)點(diǎn)(n=3)本圖中有?個(gè)回路本圖中有6個(gè)回路本圖中有?個(gè)網(wǎng)孔本圖中有3個(gè)網(wǎng)孔①②③電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律二、基爾霍夫電流定律（KCL)在任一時(shí)刻，流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流之和。若規(guī)定流入結(jié)點(diǎn)的電流為正，流出的電流為負(fù)，則:(Kirchhoff’sCurrentLaw

)在任一時(shí)刻，流出一封閉面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。KCL推廣應(yīng)用把以上三式相加得：封閉面電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律Us1+-R1Us2+-R2isUs3+-R3R4ii=電路1電路2i=0推廣：0?電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律①②③例：對節(jié)點(diǎn)①列方程i1+i3-i4=0對節(jié)點(diǎn)②列方程i2+i4+is=0對節(jié)點(diǎn)③列方程-i1-i2-i3-is=0④對封閉面④列方程i1+i2+i3+is=0Us1+-R1Us2+-R2isUs3+-R3R4i1i2i3i4電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律三、基爾霍夫電壓定律（KVL)選定回路的繞行方向，電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。(Kirchhoff’sVoltageLaw

)在任一瞬間，沿任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。-U3–

U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+

U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3注意：電流電壓本身帶有數(shù)值符號(hào)，該符號(hào)不能與基爾霍夫定律方程中的符號(hào)相混淆。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律可將該電路假想為一個(gè)回路列KVL方程：u=us+u1

電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)間沿任意路徑各段電壓的代數(shù)和。KVL推廣應(yīng)用：+-u+-us+-ROu1根據(jù)U=0UAB=UAUB

UAUBUAB=0ABCUA+_UAB+_UB+_電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律對回路①列回路電壓方程：-Us1+

U1+

U2+

Us2=0對回路②列回路電壓方程：-Us1+

U1+U4+U3+

Us3=0例：①②Us2+－R2Us3+－R3Us1+－R5R1R4+U1-+U2-

+U5-

+U3-

+U4-電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律①例：對回路①列方程對回路列方程UCCRCRE+–ICUCEIEIB對封閉面列方程Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3R4I1I2I3電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律

2V+-R11AR22AR3R4I1B例：如圖所示電路，各個(gè)電阻均為1，求：I1、B點(diǎn)電位、電壓源及2A電流源的功率。解：電壓源吸收的功率：2A電流源吸收的功率：U電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律ab根據(jù)KCL有：I2-I1-I0=0顯然:I2=I1∴I0＝0AVb＝6V根據(jù)KVL有：I1-3＋2I2=0∴I2＝1A∴Va＝-3+2I2+6+4I0

＝5V+-+-1Ω2Ω4Ω3V6VI1I2I0[例]：求圖中a、b點(diǎn)的電位電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律

在線性電路中，任一處的電壓（電流）響應(yīng)，恒等于各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)在該處產(chǎn)生響應(yīng)的疊加。Us1R1R2+-IsIUs1R1R2+-IsUs1R1R2+-IsIs當(dāng)電壓源不作用時(shí)應(yīng)視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。計(jì)算功率時(shí)不能應(yīng)用疊加的方法。第六節(jié)疊加定理電壓源作用電流源作用電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律證明：如圖電路中的電流I電壓源作用電流源作用UsR2R1IsIR2

+IsR1IUsR1R2R1R2Is電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律使用疊加定理時(shí)，應(yīng)注意以下幾條：1.該定理只用于線性電路。

2.功率不可疊加。

3.不作用電源的處理方法:電壓源短路（Us=0）電流源開路（Is=0）4.疊加時(shí)，應(yīng)注意電源單獨(dú)作用時(shí)電路各處電壓、電流的參考方向與各電源共同作用時(shí)的參考方向是否一致。

5.該定理包含“加性”和“齊性”兩重含義。

所謂“齊性”是指某一獨(dú)立電源擴(kuò)大或縮小K倍時(shí)，該電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的響應(yīng)分量亦擴(kuò)大或縮小K倍。電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律[例1]：如圖電路，用疊加原理計(jì)算電流I。解：4462I10A8V44628VIs446210A電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律如圖示電路，求各支路電流。[例2]：

分析:一獨(dú)立電源擴(kuò)大或縮小K倍時(shí),它所產(chǎn)生的響應(yīng)分量也擴(kuò)大或縮小K倍。本題只有一個(gè)獨(dú)立電源作用，因此，可設(shè)I5’=1A倒推到激勵(lì)源處求得相應(yīng)的Us’

，由Us/Us’=K

再反推計(jì)算每一支路電流。33124US100VI1I2I3I4I5解：設(shè)則：從而：由齊性定理得：電路與電子技術(shù)第1章電路的基本概念和基本定律任一線性含獨(dú)立電源的單口網(wǎng)絡(luò)N，對外而言，可以等效為一理想電壓源與電阻串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。即：N+

Uoc–NI=0+

Uoc–+U–RoI+U–NoRoI開路電壓戴維南等效電阻第七節(jié)戴維南定理理想電壓源的參數(shù)等于原單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，其串聯(lián)電阻（內(nèi)阻）的阻值等于原單口網(wǎng)絡(luò)去掉內(nèi)部獨(dú)立電源后，從端口看進(jìn)去的等效電阻。一、戴維南定理：電路與電子技術(shù)第1章電路