第一章電路的基本概念與基本定律3

電路基礎(chǔ)沈玉梅參考書秦曾煌主編《電工學》(第六版上下冊)高教版第一章電路的基本概念與基本定律1.1電路和電路模型1.2電路的基本物理量1.3電阻元件和歐姆定律1.4電壓源和電流源1.6電路的工作狀態(tài)1.5基爾霍夫定律本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義；4.了解實際電源的兩種模型；5.會計算電路中各點的電位。第一章電路的基本概念與基本定律闡明電路的基本約束關(guān)系元件間聯(lián)接關(guān)系的約束元件自身特性的約束基爾霍夫定律元件伏安特性中心內(nèi)容拓撲約束電磁約束§1.1電路和電路模型

(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2.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)。

各種蓄電池和干電池由化學能轉(zhuǎn)換成電能。電源

汽輪發(fā)電機和風力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能。電動機手電鉆吸塵器負載實際的負載包括電動機、電動工具和家用電器等等。3.電路模型手電筒的電路模型

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R+RoE–S+U–I電池導線燈泡開關(guān)手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導線燈泡開關(guān)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；

中間環(huán)節(jié)：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。電路參數(shù)

實際電路的形式和作用是多種多樣的。但不論哪一種實際電路，隨著電流的通過，電路中總是進行著電能與其它形式的能量相互轉(zhuǎn)換的過程。三種基本的能量過程：電場儲能磁場儲能能量損耗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。磁場儲能能量損耗電場儲能電阻電容電感電路參數(shù)分布參數(shù)電路集中參數(shù)電路§1.2電路的基本物理量物理中對基本物理量規(guī)定的方向一、電路基本物理量的實際方向+–abUEI物理量實際方向單位關(guān)系式電流I正電荷運動的方向kA、AmA、μAkV、VmV、μV電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位kV、VmV、μV電動勢E(電位升高的方向)低電位

高電位kV、VmV、μV電位V電路中某節(jié)點到參考節(jié)點間的電壓(2固)參考炕方向纏的表羽示方渣法電流裝：Uab

雙下標電壓沿：(1排)參考揭方向IUs+_在分型析與宰計算果電路丟時，默對電叔量任鈔意假杠定的出方向擱。Iab

雙下標二、電路枝基本雞物理疼量的激參考枯方向aRb箭標abRI正負極性+–abUU+_實際右方向盯與參蝕考方饞向一致，電下流(或電臂壓)值為正值；實際盟方向妖與參賞考方喊向相反，電偉流(或電倆壓)值為負值。(3溫)實際含方向勝與參考窮方向摩的關(guān)著系注意耽：在參較考方嶺向選僻定后沒，電侄流(或電躁壓)值才移有正負之甩分。若I=瘋5A，則電赴流從a流向b；例：若I=零–5澤A，則電涼流從b流向a。abRIabRU+–若U=寒5V，則電解壓的災(zāi)實際武方向肺從a指向b；若U=切–5附V，則電妙壓的蛋實際衡方向從b指向a。電位匙：電路僚中某風點至辱參考法點的著電壓凍，記為“VX”。通常想設(shè)參治考點源的電侍位為簡零。三、電位電位燈的計近算步炸驟:(1勺)任選士電路別中某瓣一點粘為參幻玉考點變，設(shè)搶其電條位為活零；(2釀)標出幻玉各電隸流參召考方千向并促計算唯；(3融)計算呼各點妥至參坦考點卻間的瓶電壓想即為健各點慚的電鈔位。某點帝電位計為正炸，說彩明該氣點電刃位比戶參考宵點高作；某點橡電位塘為負犯，說鼓明該死點電孔位比溫參考我點低鳥。例1：求污圖示豆電路糕中各閑點的辣電位:Va、Vb、Vc、Vd。解：設(shè)a為參紐奉考點缸，續(xù)即Va=0甚VVb=Uba=–1埋0×然6=60吸VVc=Uca=壓4×逝20蹲=述8哈0警VVd=Uda=俯6寇×5爆=藏3剃0亦V設(shè)b為參桃考點襪，即Vb=0唯VVa=Uab=1朗0×片6士=剛60狼VVc=Ucb=Us1=漿14厘0割VVd=Udb=Us2=值90扁Vbac204A610AUs290VUs1140V56AdUab=10司×6概=怕6牧0色VUcb=Us1=魚14登0爭VUdb=Us2=字90煙VUab=10殿×6海=上6古0住VUcb=Us1=陵14照0鐵VUdb=Us2=停90林V結(jié)論獄：(1特)電位甲值是離相對枯的，蠶參考猾點選示取的茶不同辰，電尼路中絕各狹點的孟電位盾也將滲隨之脫改變懇；(2拳)電路錯中兩慕點間惑的電斥壓值漢是固酷定的吼，不睛會因腔參考報點的鞋不同覆而變笑，即與灰零電凡位參強考點來的選說取無查關(guān)。借助苦電位隆的概選念可階以簡彩化電丑路作捷圖bca204A610AUs290VUs1140V56Ad+90V205+140V6cd例2:圖示仇電路御，計刻算開箭關(guān)S斷開哭和閉欲合時A點的電芝位VA解:瓶(1精)當開疲關(guān)S斷開炸時(2遷)當開度關(guān)閉金合時,電路如圖艙（b）電流I2=勝0，電位VA=截0V。電流I1=I2=勝0，電位VA=死6V。電流受在閉秀合路徑村中流化通2KA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)四、電路孤元件僑的功塞率1.電功冷率功率慣的單價位：W歉(瓦特)能量炒的單眨位：J嫩(焦耳)單位壺時間常內(nèi)電盾場力散所做染的功荷。2.電路態(tài)吸收替或發(fā)賓出功辜率的叼判斷u、i取關(guān)聯(lián)今參考陳方向P悼=ui表示元館件吸獎收的涌功率P>遭0吸收寨正功艷率(實際美吸收)P<膽0吸收語負功顧率(實際布發(fā)出)p=ui表示互元件細發(fā)出姨的功波率P>梳0發(fā)出紹正功廈率(實際阿發(fā)出)P<撤0發(fā)出勉負功抱率(實際巷吸收)u、i取非關(guān)聯(lián)扒參考芳方向+-iu+-iu例：564123I2I3I1++++++—————U6U5U4U3U2U1求：盟圖示類電路淚中各跑方框斬所代個表元學件消筒耗或漫產(chǎn)生企的功忘率。已知植：U1=便1V、U2=毀-3圓V、U3=織8VU4=田-4妻V、U5=字7V、U6=谷-3辦VI1=藍2A、I2=攤1A、I3=轉(zhuǎn)-1期A解：注：對一擴完整味的電跑路，發(fā)出揉的功蚊率＝犬消耗檔的功刮率，稱齒為能量賓守恒—§1形.3電阻娘元件概和歐姆這定律U、I參考夾方向猶相同晴時U、I參考貞方向猛相反礎(chǔ)時RU+–IRU+–I表達拿式中蘆有兩戚套正暴負號匹：①選式思前的釘正負烏號由U、I參考尤方向撕的關(guān)牢系確翅定；②U、I值本董身的倆正負券則說龍明實老際方增向與牙參考方向黨之間反的關(guān)社系。通常催取U、I參考帖方向曲相同饒，稱各為關(guān)聯(lián)蘋參考甜方向托。U=I氏RU=重–IR歐姆呀定律品：流過酷電阻鏈的電稅流與潮電阻汁兩端捎的電委壓成于正比解：對圖(a洞)有,U=IR例：應(yīng)用路歐姆積定律用對下秧圖電祥路列雀出式水子，墳并求沸電阻R。對圖(b紋)有,U=向–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A電路寒端電起壓與享電流何的關(guān)薪系稱躬為伏彈安特毀性。遵循巾歐姆鈔定律仿的電鍵阻稱叔為線塊性電戰(zhàn)阻，奪它表泛示該籍段電宵路電肉壓與章電流選的比室值為屯常數(shù)棉。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性異電阻奴的概艙念：線性禍電阻基的伏滿安特朗性是線一條仙過原劣點的份直線攀。導體祥的長營度導體火的截蔬面積電阻首率非線像性電倦阻元難件＋－iu不服佩從歐尤姆定質(zhì)律的錄電阻剩元，剃即u–i特性奴不能喇用通炒過坐財標原傲點的斗直線浪來表炭示的駐電阻班元件趴。電流控電阻元件為單俊值函數(shù)電壓控電阻元件為單值函數(shù)ui0二極管的伏安特性分類§1齡.4電壓站源和掌電流融源1、電壓鈔源電壓各源模宮型由上免圖電姑路可拜得:U=Us–叮IR0若R0=勸0理想送電壓預源:UUsU0=Us電壓蹤蝶源的效外特幸性IUIRLR0+-UsU+–電壓抽源是概由理拒想電箱壓源Us和內(nèi)先阻R0串聯(lián)姻組成幣的電壤路模解型。若R0<<RL，UUs，可近野似認溜為是赴理想趙電壓檔源。理想次電壓駱源O電壓頭源理想詞電壓尼源（粥恒壓奔源）例1：(2途)輸出曉電壓是匆一定圾值，京恒等召于電壁動勢慨。對直蹲流電此壓，藥有UUs。(3義)恒壓軋源中概的電融流由或外電俗路決用定。特點:(1汁)內(nèi)阻R0=韻0IUs+_U+_設(shè)Us=壩10黎V，接上RL后，刑恒壓芝源對奇外輸封出電猶流。RL當RL=響1時，U=煤10主V，I=莖10陪A當RL=痛10時，U=猾10物V，I=啟1A外特性曲線IUUsO電壓孫恒定瞧，電程流隨儉負載否是變點化的Us電壓挪源的智串聯(lián)ab＋－Us1Us2Usn＋－＋－abUs＋－注意:求和界是代頑數(shù)和山，注意婆參考莊方向宅是否腹相同檔。Us=Us1+Us2+迫…析+Usn=∑UsK＋－abUs1Us2Usn＋－＋－abUS＋－滿探足電壓蟲源的蛋并聯(lián)各電源的參考方向相同各電源大小相等RabUS＋－電壓詞源與電阻盤并聯(lián)＋－ISabUSR電壓攪源與結(jié)電阻復及電鋪流源凡并聯(lián)電壓不源的退并聯(lián)abUS＋－注意扇：這些設(shè)并聯(lián)若等效罰都是闖對ab端以湊外的果電路狡等效友。2、電流派源IRLU0=ISR0電流婦源的財外特僚性IU理想饅電流箏源OIS電流糠源是吧由電脖流IS和內(nèi)悟阻R0并聯(lián)上的電君源的菌電路顧模型牧。由上逢圖電恰路可丟得:若R0=理想勁電流汪源:IIS若R0>>RL，IIS，可近虜似認忌為是沉理想反電流角源。電流饞源電流源模型R0UR0UIS+－理想構(gòu)電流芒源（蹈恒流膨源)例1：(2底)輸出干電流是啟一定賤值，秒恒等存于電速流IS；(3備)恒流垮源兩兇端的愁電壓U由外課電路張決定周。特點:(1艦)內(nèi)阻R0=；設(shè)IS=滿10悲A，接上RL后，醒恒流寺源對共外輸干出電常流。RL當RL=況1時，I=啦10柴A，U=都10勵V當RL=僚10時，I=眼10濁A，U=輝10崖0V外特短性曲去線IUISOIISU+_電流散恒定散，電汗壓隨鞭負載府是變填化的孟。abIS電流慘源的稿并聯(lián)ISnabIS1IS2注意:求和瞎時是廳代數(shù)固和，注意駝參考巨方向泥是否靈相同硬。Is=Is1+Is2+裳…芒+Isn=∑IskabIS1IS2ISnabIS電流阻源的蔑串聯(lián)滿倦足各電源的參考方向相同各電源大小相等abISR電流閃源與電阻報串聯(lián)電流采源與弄電阻卻及電燥壓源鍵串聯(lián)abIS＋－abISRUS電流倍源的厭串聯(lián)注意魂：這些桶串聯(lián)瓜等效村都是錦對ab端以姻外的竄電路擠等效蓋。開關(guān)炸閉合,接通之電源悶與負佩載負載賺端電晶壓:U=IR特征:1.負載黃狀態(tài)IR0R+

-UsU+

-I①電流計的大淡小由家負載雙決定梁。②粒在電呆源有鑰內(nèi)阻專時，IU?；騏=Us–IR0電源的外特性UsUI0當R0<<R時，妨則UUs，表明京當負取載變籮化時片，電稻源的賞端電預壓變但化不朽大，上即帶劃負載散能力攪強。§1意.5電路吉的狀捎態(tài)UI=UsI–I2RoP=Ps–P負載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率③渣電源略輸出邀的功撥率由沃負載既決定高。負載屑大小姓的概障念:負載掛增加句是指(電壓觸一定)時，辮負載機取用湖的電濤流和寺功率鳳的大受小。IR0R+

-UsU+

-功率于：①電流控的大切小由遵負載企決定串。②押在電殃源有衰內(nèi)阻火時，IU。電源的外特性UsUI0電源控與負算載的蛇判別U、I參考舞方向污不同啄，P=UI求0，電源；P=UI祥0，負載。U、I參考才方向游相同羅，P=UI數(shù)0，負載；P腐=墾UI脖0，電源。1.根據(jù)U、I的實際培方向戀判別2.根據(jù)U、I的參考奧方向字判別電源特：U、I實際任方向吳相反生，即楊電流伙從“+”端流縣出，（發(fā)宜出功傳率）；負載蒸：U、I實際方方向萬相同型，即叫電流慢從“-”端流酒出。（吸但收功忘率）。電氣肅設(shè)備扇的額摟定值額定謹值:電氣方設(shè)備引在正防常運遮行時患的規(guī)講定使貧用值電氣竹設(shè)備倒的三率種運適行狀壯態(tài)欠載(輕載)：I互<遲IN，P癢<壁PN(不經(jīng)坑濟)過載(超載)：I棕>鵲IN，P牛>承PN(設(shè)備刮易損羨壞)額定狐工作影狀態(tài)遙：I賊=廳IN，P項=果PN(經(jīng)濟跟合理效安全笛可靠)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

＋－10V5AN1N2例扮：計澇算二械端網(wǎng)胃絡(luò)N1和N2的電岸功率解：PN1=蹦10攀×5薦=軍5岸0辟W網(wǎng)絡(luò)N1吸收的電調(diào)功率洽：PN2=－10特×5沖=－50揚W網(wǎng)絡(luò)N2發(fā)出的電翠功率多：網(wǎng)絡(luò)N1吸收篩的電擾功率=網(wǎng)絡(luò)N2放出獅的電武功率功率個守恒泛。特征:開關(guān)抖斷支開2.開路堡狀態(tài)I=0電源端電壓(開路電壓)負載功率U

=U0=EP

=01.開路擦處的謎電流毫等于偉零；I=恩02.開路破處的餐電壓U視電失路情災(zāi)況而燃定。電路板中某欣處斷政開時惰的特刮征:I+–U有源電路IRoR+

-EU0+

-電源反外部肥端子矛被短季接3、短路熱狀態(tài)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

Ps=P=I2R0P

=01.短路溉處的縣電壓鏈等于檔零；U=禾02.短路租處的仍電流I視電滔路情家況而勞定。電路鍬中某熟處短申路時蛾的特架征:I+–U有源電路IR0R+

-UsU0+

-§1勢.6基爾吵霍夫祖定律支路淹：電路擴中的漁每一帶個分宅支。一條番支路唐流過性一個曲電流伸，稱追為支蒸路電械流。結(jié)點掏：三條辜或三浮條以悶上支蹲路的衣聯(lián)接砌點?；芈菲罚河芍}路組腐成的嘉閉合蔽路徑。網(wǎng)孔育：內(nèi)部憶不含汽支路手的回勺路。I1I2I3ba+-Us2R2+-R3R1Us1123例1：支路貍：ab、bc、ca、…（共6條）回路鄭：ab此da、ab嬌ca、ad病bc爸a…（共7個）結(jié)點：a、b、c、d(共4個）網(wǎng)孔昨：ab針d、ab作c、bc請d（共3個）adbcUs–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I1．基債爾霍侍夫電價流定菌律即:Ｉ入=Ｉ出在任劃一瞬切間，識流向墊任一沫結(jié)點痕的電讀流等杰于流魔出該啞結(jié)點戶的電暫流。實質(zhì):電流健連續(xù)記性的項體現(xiàn)熟?；?激Ｉ=限0I1I2I3ba+-Us2R2+-R3R1Us1對結(jié)飼點a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=攜0基爾牙霍夫褲電流物定律（KC緒L）反映熄了電招路中館任一峰結(jié)點販處各綿支路開電流廚間相狐互制戴約的背關(guān)系嘗。電流蜂定律婚可以盜推廣稀應(yīng)用方于包政圍部蜘分電形路的箏任一愁假設(shè)聯(lián)的閉更合面樹。推廣壺：I=?例:廣義算結(jié)點I=害0IA+IB+IC=厘0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V在任察一瞬障間，纏沿任劣一回塊路循欄