第1章電路的基本概念和基本定律

第1章電路的基本概念和基本定律

§1.1電路與電路模型

§1.2電壓、電流及其參考方向

§1.3電路的功和功率

§1.4基爾霍夫定律

§1.5無源電路元件

§1.6有源電路元件*§1.7受控源

§1.8電路的基本狀態(tài)和電氣設備的額定值后一頁退出本章基本要求1.理解和掌握電路的基本物理量及其應用，電壓、電流參考方向的意義，電位和功率的計算。2.理解和掌握無源電路元件R

、L

、C的伏安特性。3.理解和掌握電壓源、電流源的外特性及實際有源元件的兩種電路模型。4.理解和掌握電路的基本定律——基爾霍夫定律。5.了解電氣設備的額定值。前一頁后一頁節(jié)目錄退出一、電路的組成

1.電路：將一些電氣設備或器件按照一定的方式連接的電流通路。

2.電路的組成：電源、負載、中間環(huán)節(jié)。

§1.1電路與電路模型

電源：提供電能的元件，將非電能轉(zhuǎn)換為電能。負載：將電能轉(zhuǎn)換為非電能或電信號元件。中間環(huán)節(jié)：連接電源和負載的導線、開關。前一頁后一頁節(jié)目錄退出二、電路的功能和分類

1.力能(強電）電路：起傳輸和分配電能的作用。

特點：電壓高，電流和功率大。要求：功率損耗小，電能轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)男矢摺?/p>

2.信號(弱電)電路：起傳遞和處理信號的作用。

特點：電壓低，電流和功率小。

要求：輸出信號強，傳遞信號不失真。前一頁后一頁節(jié)目錄退出

理想電路元件：具有單一性能的電路元件。分類：有源元件和無源元件。有源元件：電壓源和電流源。無源元件：電阻R、電容C、電感L。

電路模型：由理想電路元件組成的電路稱為電路模型。前一頁后一頁節(jié)目錄退出三、電路模型一個實際的電感線圈在不同頻率下的電路模型前一頁后一頁節(jié)目錄退出模型化電路分 析前一頁后一頁節(jié)目錄退出四、網(wǎng)絡和系統(tǒng)（一）術語1.結(jié)點：電路中三個或三個以上元件的公共連接點。2.支路：由一個或幾個電路元件串聯(lián)構(gòu)成的一段無分支電路。3.回路：由一條或多條支路組成的閉合回路。4.網(wǎng)孔：除組成回路本身的支路外，內(nèi)部不包含其他支路的回路。有源支路無源支路前一頁后一頁節(jié)目錄退出（二）網(wǎng)絡和系統(tǒng)網(wǎng)絡：比較復雜的電路。分類：有源網(wǎng)絡和無源網(wǎng)絡。系統(tǒng)：完成一定功能的復雜電路。

端鈕端鈕端鈕四端網(wǎng)絡二端網(wǎng)絡端口端口端口一端口網(wǎng)絡二端口網(wǎng)絡前一頁后一頁節(jié)目錄退出前一頁后一頁節(jié)目錄退出分立元件單管放大電路中規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路前一頁后一頁節(jié)目錄退出[練習與思考]圖1.1.6有幾個結(jié)點、幾條支路、幾個回路和幾個網(wǎng)孔？圖1.1.6前一頁后一頁節(jié)目錄退出自由電子§1.2電流、電壓及其參考方向一、電流

電流：電荷的定向運動。

變動電流：

直流：

電流的實際方向：正電荷運動的方向。e-+正離子負離子電極電解液前一頁后一頁節(jié)目錄退出二、電位、電壓和電動勢

例：設c點為參考點，即則：，前一頁后一頁節(jié)目錄退出1.電位任選電路中的一點作為參考點，參考點用“⊥”符號表示，參考點的電位為零，電路中其它各點的電位是相當于參考點的電壓。

定義：2.電壓大小：方向：a→b3.電動勢大?。悍较颍篵→a前一頁后一頁節(jié)目錄退出再設b點為參考點，即則：，三、電壓、電流的參考方向前一頁后一頁節(jié)目錄退出[練習與思考]3.在圖1.2.4電路中，分別以C、D為參考點，計算各點電位及電壓UAB、UBD。

圖1.2.4[練習與思考]4.畫出圖1.2.5電路的原電路。

圖1.2.5[練習與思考]畫出右圖電路的原電路，并計算A、B點的電位及電壓UAB。解：VA=(5-3)V=2V、

VB=(5-3-4)V=-2VUAB=VA-VB=4V前一頁后一頁節(jié)目錄退出§1.3電路的功和功率負載吸收或消耗的電能:單位：

1J=1W×1s=1Ws工程單位：1kWh=1000W×3600s(俗稱1度）

功率：單位：前一頁后一頁節(jié)目錄退出[例1.3.1]圖1.3.1電路中：U=5V，I=－2A，試判斷元件A是電源還是負載？圖1.3.1前一頁后一頁節(jié)目錄退出解：P=UI=5×（－2）=－10W<0

故可以判定元件A為電源。

如果I為＋2A，或箭頭與圖示相反，P=10W，則A為負載。[練習與思考]圖1.3.2電路中：US=10V，思考電壓源US供出的功率和電阻消耗的功率各為多少？圖1.3.2前一頁后一頁節(jié)目錄退出功率的判定：前一頁后一頁節(jié)目錄退出§1.4基爾霍夫定律

基爾霍夫定律——是電路理論的核心,

是分析電路的依據(jù)。前一頁后一頁節(jié)目錄退出一、基爾霍夫電流定律（KCL）

KCL是確定連接在同一結(jié)點上的各支路電流之間的關系定律。結(jié)點B：結(jié)點C：結(jié)點D：結(jié)點A：廣義結(jié)點：前一頁后一頁節(jié)目錄退出圖1.4.3為一NPN晶體管電路符號，可以將其視為一廣義結(jié)點

則：請思考：圖1.4.4中2Ω電阻支路的電流為多少？圖1.4.4圖1.4.3前一頁后一頁節(jié)目錄退出二、基爾霍夫電壓定律（KVL）

KVL描述了電路中任意閉合回路中各部分電壓之間的關系。

對網(wǎng)孔ABCA：對網(wǎng)孔ACDA：對網(wǎng)孔BDCB：

前一頁后一頁節(jié)目錄退出對不閉合回路：KVL（1）的解釋：沿任一回路繞行一周，電位有升有降，總電位升之和等于總電位降之和。例：圖1.4.5中ABEDA是閉合回路，按順時針方向循行，其KVL方程為：圖1.4.5KVL（2）的解釋：沿任一回路循行一周，回路中各部分電壓的代數(shù)和等于零。各部分電壓參考方向與循行方向一致取“+”、相反者取“-”。前一頁后一頁節(jié)目錄退出而BCFEB不是閉合回路，其KVL方程為：可得：[練習與思考]圖1.4.7前一頁后一頁節(jié)目錄退出在圖1.4.7的電路中，已知網(wǎng)孔的KVL方程為：（1）標出各元件的參考方向和循行方向;（2）確定U1的電壓值?！?.5無源電路元件前一頁后一頁節(jié)目錄退出一、電阻元件0.25W金屬膜電阻2W金屬膜電阻瓷釉電阻電阻排前一頁后一頁節(jié)目錄退出電位器可調(diào)電阻前一頁后一頁節(jié)目錄退出伏安特性關系：

功率：取關聯(lián)參考方向：

伏安特性曲線：

前一頁后一頁節(jié)目錄退出電阻的功率為正值，是耗能元件。空心電感電感線圈二、電感元件前一頁后一頁節(jié)目錄退出環(huán)形電感可調(diào)電感前一頁后一頁節(jié)目錄退出韋安特性關系：—自感系數(shù)伏安特性：

取關聯(lián)參考方向：

前一頁后一頁節(jié)目錄退出三、電容元件CBB聚丙烯電容鉭電解電容前一頁后一頁節(jié)目錄退出鋁電解電容前一頁后一頁節(jié)目錄退出

獨石電容前一頁后一頁節(jié)目錄退出q-u特性關系：

—電容伏安特性：

關聯(lián)正方向下：前一頁后一頁節(jié)目錄退出[練習與思考]2.已知通過R、L、C三個元件的電流為：前一頁后一頁節(jié)目錄退出

求各元件的端電壓，并畫出與i對應的波形。3.上題圖中，在t=T/2時，i（T/2)=0，u是否為零。1.找出電感元件與電容元件對偶的特征?！?.6有源電路元件

前一頁后一頁節(jié)目錄退出一、電壓源1.(理想)電壓源:

提供一個恒定不變的電壓。

電壓源輸出電壓與負載無關，輸出電流由外電路負載決定。

前一頁后一頁節(jié)目錄退出2.電壓源模型（實際電壓源）伏安特性：實際電壓源輸出電壓、電流都與負載有關。

前一頁后一頁節(jié)目錄退出二、電流源1.(理想)電流源：能夠提供恒定不變的電流。電流源輸出電流與負載無關，輸出電壓由外電路負載決定。

前一頁后一頁節(jié)目錄退出2．電流源模型（實際電流源）伏安特性：

實際電流源輸出電壓、電流都與負載有關。

前一頁后一頁節(jié)目錄退出前一頁后一頁節(jié)目錄退出

三、兩種電源組合模型的等效互換[練習與思考]2.電流源的外接電阻越大，其端電壓越高，對嗎？3.某實際電源的外特性為U=10-5I，外接負載R=2Ω，供出的電流為多少？前一頁后一頁節(jié)目錄退出4.圖1.6.8（a）電路中R

1增大時，U2如何變化？圖1.6.8（b）電路中R

1增大時，I2如何變化？1.電壓源與電流源為什么不能等效互換？圖1.6.8（b）圖1.6.8（a）5.圖1.6.9（a）、（b）電路中，哪個有源元件供出功率？圖1.6.9（a）圖1.6.9（b）6*.圖1.6.10（a）、（b）電路中，哪個有源元件供出功率？圖1.6.10（a）圖1.6.10（b）前一頁后一頁節(jié)目錄退出*§1.7受控源前一頁后一頁節(jié)目錄退出§1.8電路的基本狀態(tài)和電氣設備的額定值一、電路的基本狀態(tài)1.通路：根據(jù)KVL

2.開路（空載）開路電壓3.短路短路電流

前一頁后一頁節(jié)目錄退出二、電氣設備的額定值額定電壓過電壓（電擊穿）額定電流過電流（熱損壞）額定功率

前一頁后一頁節(jié)目錄退出[練習與思考]2.一只220V、40W的白熾燈與一只220V、100W的白熾燈并聯(lián)，接于220V的電源上，那只亮？為什么？若串聯(lián)呢？3.將一只220V、40W的白熾燈接到220V、1kW的電源上，白熾燈能否正常工作？為什么？前一頁后一頁節(jié)目錄退出1.額定功率相同的兩個電阻，阻值大的額定電流大還是??？額定電壓大還是??？

本章學習小結(jié)

本章內(nèi)容的重點為電壓、電流的參考方向，元件約束和結(jié)構(gòu)約束以及電壓源、電流源的特性。

1.電壓、電流的參考方向是為分析電路而假設的。在參考方向下，電壓、電流、功率都是代數(shù)量。在分析計算電路時，電壓、電流的參考方向通常采用關聯(lián)參考方向，即一致方向。如果電路中的某無源元件的電壓、電流的參考方向不關聯(lián)（相反），則其元件約束方程前加“－”號。如電阻元件的電壓、電流參考方向如圖1.1所示時，其約束方程為u=－Ri

圖1.1

前一頁后一頁節(jié)目錄退出

2.計算電路元件消耗的功率時，要考慮其電壓、電流是否為關聯(lián)參考方向。是，用p=ui

計算；否，用

p=-ui

計算。無論哪種情況，若P>0，說明此電路元件消耗了功率，在電路中的作用為負載；若P<0，說明此電路元件供出功率，在電路中的作用為電源。

3.電壓源，電流源為本章的難點，尤其是電流源，初學者總覺得難以理解和掌握。電壓源、電流源都是理想的有源元件。當一個實際電源的內(nèi)阻遠遠小于負載電阻時，可近似看成電壓源；而當它的內(nèi)阻遠遠大于負載電阻時，改變負載電阻，電源供出的電流變化不大，則可近似看成電流源。前一頁后一頁節(jié)目錄退出

電壓源與電流源為對偶元件，它們都有兩個基本特性，可以對照理解和掌握。電壓源的端電壓為恒定值或為一定的時變電壓，與它供出的電流無關，其供出電流由外電路決定；電流源供出的電流為恒定值或為一定的時變電流，與其端電壓無關，它的端電壓由外電路決定。因此，如果一個電壓源與一個電流源串聯(lián)時，則此支路電流被電流源所確定，而電流源的端電壓要根據(jù)ＫＶＬ列方程確定；如果一個電壓源與一個電流源并聯(lián)，則電流源的端電壓被電壓源確定，而電壓源提供的電流要根據(jù)ＫＣＬ確定。前一頁后一頁節(jié)目錄退出例如右圖所示電路

若US1=4V，IS1=2A，IS2=4A，US2=10V，R=2Ω，由于電壓源US1與電流源IS1串聯(lián)，則支路電流為IS1=2A，

而電流源IS2的端電壓被US2確定，即UIS2=