電路的基本概念和定律

第一章電路的基本概念和定律第一章電路的基本概念和定律§1－1電路和電路模型§1－2電流和電壓的參考方向§1－3電阻元件§1－4電壓源和電流源§1－5功率§1－6基爾霍夫定律

本章介紹電路模型的概念，電壓、電流參考方向的概念，電阻、電壓源和電流源等電路元件。還將學(xué)習(xí)基爾霍夫定律，它是集總參數(shù)電路的基本定律，包括電流定律和電壓定律。內(nèi)容提要：§1－1電路和電路模型負(fù)載電源電池?zé)襞莺?jiǎn)單的實(shí)際電路導(dǎo)線UsIRU+_電路模型Rs§1－2電流和電壓的參考方向電路中物理量的正方向：實(shí)際正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向：物理中對(duì)電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向（參考方向）：在分析計(jì)算時(shí)，對(duì)電量人為規(guī)定的方向。物理量的實(shí)際正方向電流和電壓參考方向的表示方法iRuabus+_abu_+正負(fù)號(hào)abuab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭uab電壓abiR電流箭頭雙下標(biāo)iab(方向由a指向b)電路分析中的參考方向問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？IRUs1ABRUs2++__(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；解:(1)當(dāng)t＝2ms時(shí)，u＝2v實(shí)際方向與參考方向相同；當(dāng)t＝14ms時(shí)，u＝－2v實(shí)際方向與參考方向相反

例1-1u（a）電壓參考方向t＝2ms和t＝14ms時(shí)的電壓？t＝5ms和t＝12.5ms時(shí)的電壓？

(2)當(dāng)t＝5ms時(shí)，u＝2v實(shí)際方向與參考方向相同；當(dāng)t＝12.5ms時(shí)，u＝－1v實(shí)際方向與參考方向相反；(1)電流和電壓壓的參考方方向可任意選定定，但一旦選選定后，在電路的分分析和計(jì)算算過程中不能改變。在以后的解解題過程中中，注意一一定要先假定“參參考方向””(即在圖中中表明物理理量的參考考方向)，，然后再列方程計(jì)算。缺少“參參考方向””的物理量量是無意義義的。電流和電壓壓參考方向向的幾點(diǎn)說說明(2)引入電流和和電壓的參參考方向后后，當(dāng)電流流和電壓為為時(shí)間的函數(shù)時(shí)，若某一一時(shí)刻由函函數(shù)所確定定的電流或或電壓的值為正正，則表示示在該時(shí)刻刻的實(shí)際方方向與參考考方向一致，反反之，若由由函數(shù)所確確定的值為為負(fù)，則表表示該時(shí)刻的實(shí)實(shí)際方向與與參考方向向相反。(3)如果指定的的電流參考考方向從電電壓的參考考方向“＋＋”極性端端流入，從從“－”極極性端流出出，或都用用箭頭表示示時(shí),它們們的參考方方向一致，，這種電電流和電壓壓的參考方方向稱為關(guān)聯(lián)參考方方向。當(dāng)兩者不一一致時(shí)，稱稱為非關(guān)聯(lián)參考考方向。

iRuRab非關(guān)聯(lián)參考方向+_

iRuRab關(guān)聯(lián)參考方向+_為了避免列列方程時(shí)出出錯(cuò)，習(xí)慣上把i與u的參考方向向取關(guān)聯(lián)參考方方向。伏-安安特性iuui線性電阻非線性電阻阻電阻R（常用單位：、k、M）§1－3電阻元件Riu_+注意：用歐姆定律律列方程時(shí)時(shí)，一定要要在圖中標(biāo)標(biāo)明參考方方向。歐姆定律Rui+_uRi+_1.電壓源源:特點(diǎn)：(1）輸出電壓不變，u(t)=us(t)us(t)為電壓源的的電壓（2）電源源中的電流流由外電路決定。ius+_abu直流電壓源的伏安特性iuUs0§1－4電電壓源和和電流源2.電流源源特點(diǎn)：（1）輸出出電流不變，其值恒等等于電流源電流iS,即i(t)=is(t)iuIS直流伏電安流特源性（2）輸出出電壓由外電路決定。abiuabis電流源兩端端電壓由外外電路決定定IUIsR設(shè):Is=1AR=10

時(shí)，U=10

V。R=1時(shí)，U=1

V。則:例1-2電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？原則：Is不能變，Us不能變。解：電壓源中的的電流I=Is電流源兩端端的電壓Uab=IR-UsIsIUs

R_+abUab=?例1-3§1－5功率aiRub功率的概念念：設(shè)電路任任意兩點(diǎn)間間的電壓為為u,流入此部分電路的的電流為i，則這部部分電路消消耗的功率率為:功率有無正負(fù)？如果UI方向不一致結(jié)果如何？在u、i取關(guān)聯(lián)參考方方向的前提下，，乘積“ui”表示元元件吸收的的功率：iRuab“吸收功率率”（負(fù)載）“發(fā)出功率率”（電源）若p=ui0若p=ui0iuab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系p（吸收）=p（發(fā)出）在u、i取非關(guān)聯(lián)參考考方向的前提下，，乘積“ui”表示元元件發(fā)出的的功率：iRuab“吸收功率率”（負(fù)載）“發(fā)出功率率”（電源）若p=ui0若p=ui0iuab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系p（吸收）=p（發(fā)出）求各元件功功率解：圖（a）中電壓壓和電流參參考方向相相反，電流源發(fā)出出的功率：：pIs=UIs＝5×7＝＝35w例1-4圖（b）中中電壓和電電流參考方方向關(guān)聯(lián)，，電電壓源吸收收的功率：：pUs=UsI＝3×6＝＝18w(b)3V6A5V7A(a)圖(c)中中電流源上上電壓和電電流參考方方向非關(guān)聯(lián)聯(lián)，電流源發(fā)出出的功率：：pIs=UsIs（電流源兩兩端電壓為為Us）電壓源上電電壓和電流流參考方向向關(guān)聯(lián)，電電壓源吸收收的功率：：pUs=UsIs（電壓源中流過過的電流為Is）驗(yàn)證能量守衡p（吸收）=p（發(fā)出）UsIs(c)§1－6基爾霍夫定律用來描述電路中中各部分電壓或或各部分電流間間的關(guān)系，其中中包括基爾霍夫電流定律（KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)兩個(gè)定律。名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑支路：ab、ad、…...（共6條）回路：abda、bcdb、…...（共7個(gè)）節(jié)點(diǎn)：a、b、…...(共4個(gè)）i3us4us1_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-(一)基爾霍夫夫電流定律(KCL)i1i2i3i4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性性。在集中電路中，，任何時(shí)刻，對(duì)對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，所所有支路電流的的代數(shù)和恒等于于零。或者說，，在任何時(shí)刻流流入節(jié)點(diǎn)的電流流等于由節(jié)點(diǎn)流流出的電流。i=0即：或：KCL還可以推推廣到包圍有幾幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合合曲面。i1+i2=i3i=0基爾霍夫電流定律的推廣廣i=?i1i2i3us2us3us1+_RR1R+_+_R(二)基爾霍夫夫電壓定律(KVL)例如：回路a-d-c-a電位升電位降在集中電路中，，任何時(shí)刻，沿沿任一回路內(nèi)所所有支路或元件件電壓的代數(shù)和和恒等于零。即：或：i3us4us1_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-有源支路的歐姆姆定律us+_baiuabR反映了有源支路路兩端電壓與電電流的關(guān)系U2=?例1-5解：U2=－Us2+IR1+Us1=－2+1×4＋4＝6VU110V4V2V4Ω2Ω25ΩU2I1Us1R1Us2R3R2I2II=I1+I2=1+0＝1A例1-6I1I2I10Ω5Ω20Ω+50V-50VAI=?解：根據(jù)KCL,由由節(jié)點(diǎn)A可得I1+I2=I得UA＝－14.3VI=－0.715A++-+-Us3Us1Us2-R