第一章 電路的基本概念與基本定律

電工電子技術第1章電路的基本概念與基本定律1.3參考方向1.4歐姆定律1.7電位1.1電路的組成和作用、與電路模型1.6基爾霍夫定律1.5電路的工作狀態(tài)1.2電路模型：本章要求1234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；

理解電壓與電流參考方向的意義；理解電路的歐姆定律并能正確應用；重點掌握KCL，KVL定律，計算電路中各點的電位。重、難點電路的組成和作用主要內容：重難點：1.1電路的組成和作用電路組成；電路作用電路組成和作用的理解什么是電路？電流的通路，是為了實現(xiàn)某種功能，將實際電器元件或設備按一定方式組合而成。實際電路舉例

手電筒電腦電力系統(tǒng)1.1電路的組成和作用電力系統(tǒng)◆電路作用1.1電路的組成和作用電子技術◆電路作用1.1電路的組成和作用

電路有什么組成？放大器負載

手電筒電源中間環(huán)節(jié)擴音器信號源負載◆電路組成1.1電路的組成和作用◆電路組成負載電源(信號源)中間環(huán)節(jié)提供電能（或信號）的部分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。激勵響應電源（或信號源）連接和控制電源與負載的部分中間環(huán)節(jié)吸收或轉換電能的部分負載1.1電路的組成和作用1.2電路模型實際電路電路模型

手電筒擴音器電力系統(tǒng)◆電路模型◆電路模型什么是電路模型？由理想電路元件及其組合構成的電路，能夠反映實際電路的主要特性。IUabUs+_RR0ba+_負載電源中間環(huán)節(jié)實際電路電路模型1.2電路模型◆怎樣建立電路模型？由理想電路元件及其組合構成，能夠反映實際電路的主要特性。電阻R電感L電容C1.2電路模型1.2電路模型_+理想電壓源Us理想電流源Is1.2電路模型◆怎樣建立電路模型？建立電路模型電路結構電路參數(shù)由理想電路元件及其組合構成，能夠反映實際電路的主要特性。UabR0I+_ba+_Us負載電源中間環(huán)節(jié)實際電路◆怎樣建立電路模型？同一元件不同條件下的電路模型可能不同說明例題通直流電通低頻交流電通高頻交流電1.2電路模型◆電路模型

集總參數(shù)元件理想電路元件只表現(xiàn)一種電或磁的性能，并認為其電磁過程都集中在元件內部進行。

集總電路由集總參數(shù)元件構成的電路。集總參數(shù)電路模型是電路理論中最基本的假設。本書研究的電路均為集總電路。簡稱電路。說明1.2電路模型小結1、電路的組成2、電路作用3、電路模型1.1-1.2電路的組成、作用和電路模型電壓和電流的參考方向

電壓和電流的參考方向1.3主要內容：重難點：參考方向概念及表示方法；參考方向與實際方向之間的關系；理解參考方向的概念

電壓和電流的參考方向1.3物理中對基本物理量規(guī)定的方向物理量實際方向電流I正電荷運動的方向電動勢E(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV◆電路基本物理量的實際方向

電壓和電流的參考方向1.3電流方向A

B？電流方向B

A？問題的提出：在復雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，電路如何求解？◆電路基本物理量的參考方向ABRUs2IR+_+_Us1

電壓和電流的參考方向1.2I+_RR0baUab+_實際方向實際方向電壓和電流的方向：實際方向參考方向◆電路基本物理量的參考方向Us

電壓和電流的參考方向1.3(2)參考方向的表示方法電流：電壓：(1)參考方向在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。注意：在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負之分?！綦娐坊疚锢砹康膮⒖挤较騜Iab

雙下標箭標abRIaR

雙下標正負極性+–abUabUabab箭標UI+_RR0baUab+_Us3V

電壓和電流的參考方向1.3◆參考方向與實際方向的關系（1）分析電路時首先假定參考方向；（2）

根據(jù)電路定律求解；（3）

確定實際方向：Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2aI>0實際方向與參考方向一致I<0實際方向與參考方向相反實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。

電壓和電流的參考方向1.3

IRURab

IRURab++__U、I關聯(lián)參考方向（或參考方向相同）：電流參考方向是從電壓參考方向的“+”極性端指向“-”極性端U、I非關聯(lián)參考方向（或參考方向相反）：電流參考方向是從電壓參考方向的“-”極性端指向“+”極性端

電壓和電流的參考方向1.3舉例解：(1)由已標定的電流參考方向可得:電流為正值，故電流的實際方向與它的參考方向一致，電流由a流向b。(2)由已標定的電流參考方向可得：電流為負值，說明電流的實際方向與它的參考方向相反,電流由b流向a。

abi

電壓和電流的參考方向1.3舉例Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A實際方向實際方向

電壓和電流的參考方向1.2◆小結1.理解參考方向概念；2.掌握參考方向與實際方向之間的關系、參考方向的表示方法。電壓和電流的方向：實際方向參考方向歐姆定律歐姆定律1.4主要內容：重難點：歐姆定律形式；歐姆定律應用；理解歐姆定律應用；歐姆定律1.4◆歐姆故事啟示勇攀高峰敢為人先的創(chuàng)新精神追求真理嚴謹治學的求實精神不怕困難敢于奮斗的斗爭精神胸懷祖國服務人民的愛國精神2020年9月11日習總書記在科學家座談會上提出的科學家精神歐姆定律1.4◆問題？Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2aU=IRU=?

IRURab

IRURab++__U=-IR歐姆定律1.4歐姆定律：通過電阻的電流與電壓成正比。表達式

=RUIU、I關聯(lián)參考方向（或參考方向相同）：電流參考方向是從電壓參考方向的“+”極性端指向“-”極性端U=–IRU、I非關聯(lián)參考方向（或參考方向相反）：電流參考方向是從電壓參考方向的“-”極性端指向“+”極性端歐姆定律1.4◆舉例若I=–2A，R=3

RUI圖中電壓參考方向與電流的參考方向相反則U=–3

(–2)=6VU=?用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標明參考方向。注意一節(jié)一練求UAB練習題

2A2

AB+6V_歐姆定律1.4◆小結2.歐姆定律應用1.歐姆定律：U=–IRU=IR電路的工作狀態(tài)1.5本節(jié)要求內容重點難點電源有載工作、開路、短路；電源與負載的判別；額定值的意義電源三種狀態(tài)的外特性；電源與負載的判別方法；電源與負載的判別方法123電路的工作狀態(tài)關鍵電源三種狀態(tài)的外特性；電源與負載的判別；41.5電路的工作狀態(tài)◆電源的工作狀態(tài)有載工作開路工作短路工作1.5電路的工作狀態(tài)什么是電路？◆電源有載工作負載電阻I電源電壓電源內阻電源外特性IUUs0斜率與Rs有關；Rs越小，斜率越小。若Rs

<<RL，負載發(fā)生變化時，U變化很小

；說明U受負載的影響很小，即電源帶負載能力強。U=IRLU內=IRs+-SUsRsRL電源U1R+RsI=

Us=Us–RsI電壓與電流1.5電路的工作狀態(tài)電路功率IU+-SUsRsRL電源電源輸出的功率P等于電源產(chǎn)生的功率Ps減去內阻上消耗的功率ΔP功率平衡式2R+RsI=

Us=Us–RsIUI=UsI–RsI2

P=Ps

–

P電源產(chǎn)生功率內阻消耗功率電源輸出功率電源產(chǎn)生功率=負載取用功率+內阻消耗功率功率平衡式1.5電路的工作狀態(tài)根據(jù)電壓和電流的實際方向判別元件的性質：電源?負載。Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A5V3V負載電源兩個電源都做電源嗎？問題UI實際方向相反UI實際方向相同◆有載工作狀態(tài)元件性質的判別31.5電路的工作狀態(tài)負載：U、I的實際方向相同，電流從負端流出，吸收功率P（發(fā)出）=P（吸收）aI=2ARU=6Vb+_電源：U、I的實際方向相反,電流從正端流出,發(fā)出功率I=2AUs+_U=6V發(fā)出功率12W吸收功率12W元件性質的判別31.5電路的工作狀態(tài)P>0U、I參考方向相同：發(fā)出功率，是電源吸收功率，是負載P<0根據(jù)電壓和電流的參考方向判別元件的性質：電源?負載。U、I參考方向不相同：？P>0吸收功率，是負載發(fā)出功率，是電源P<0元件性質的判別31.5電路的工作狀態(tài)Uab+_Us2+_R1R3R2+_Us1bI3I1I2a=0.5A=-0.2A5V3V負載電源對Us1,U和I參考方向相反：P=UI=5*0.5=2.5W>0，電源對Us2,U和I參考方向相反：P=UI=3*（-0.2）=-0.6W<0，負載元件性質的判別◆例1.5電路的工作狀態(tài)已知U=5V，在I=1A和I=-1A時，元件A是吸收或發(fā)出功率？判斷電路性質。思考元件性質的判別3aIAUb+_1.5電路的工作狀態(tài)什么是電路？◆電源開路（空載，即開關S斷開）I=0,U=Uo=Us，P=0IU=Us+-SUsRsRL電源電路特征:空載實例

注意1.5電路的工作狀態(tài)什么是電路？◆電源短路（電壓源不允許）U=0ISU+-SUsRsRL電源電源端電壓:

RL

=0接入熔斷器P=0電路特征:注意！工程職業(yè)素養(yǎng)電源輸出功率和內阻消耗功率:

1.5電路的工作狀態(tài)Rs電源RLUS◆電源短路（電壓源不允許）U=0電源端電壓:電源輸出功率和內阻消耗功率:電路特征:IsI=Is電源端電流:1.5電路的工作狀態(tài)◆電氣設備的額定值各種電氣設備的電壓、電流、功率都有一個額定值。分別用UN，IN，PN來表示。PN

，UN，IN1.5電路的工作狀態(tài)◆電氣設備的額定值對負載來講：額定值指負載正常工作時的條件及消耗的功率限額。一般負載必須額定工作!對電源來講：額定值指電源向負載提供的電流、電壓和功率的限額。額定值是為電氣設備在給定條件下正常運行而規(guī)定的允許值。電源使用時不允許超過額定值!注意1.5電路的工作狀態(tài)小馬拉大車（1）滿載工作：

I=IN

，P=PN,輸出額定功率。

(經(jīng)濟合理安全可靠)（2）輕載工作：：I<IN

，P<PN，輸出的功率低于額定值。(不經(jīng)濟)

（3）超載工作：I>IN

，P>PN,輸出功率高于額定值(設備易損壞)大馬拉小車√×◆電氣設備的額定值

電壓和電流的參考方向1.3舉例解：已知：一個“220V/60W”的燈泡，正常發(fā)光25h，消耗多少電能？如果是36V/40W的燈泡，要消耗等量的電能，需要正常發(fā)光多少小時？解：1.5電路的工作狀態(tài)◆小結有載工作開路工作短路工作電源外特性:IUUS0U=IRLU內=IRs滿載、輕載、超載I=0U=USP=0U=0P=0（不允許）√×

一節(jié)一練練習題已知：圖中UAB=3V，I=–2A求：N的功率，并說明它是電源還是負載NABI基爾霍夫定律1.6本節(jié)要求內容重點難點基爾霍夫電流定律；基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電流定律；基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電流定律的熟練應用；基爾霍夫電壓定律的熟練應用123基爾霍夫定律1.6基爾霍夫定律求解？已知：R1=R2=R3=R6=R，R4=R5=2R，求解電阻R上的電流I?問題How？不能運用電阻的串、并聯(lián)計算方法簡化成一個單回路電路。I=?

US1+-RR5R1R4R3R2US2+_R6復雜電路1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫定律Kirchhoff’slaw求解復雜電路方法之一基爾霍夫電流定律基爾霍夫電壓定律電路求解大師1845年提出1824-1887年基爾霍夫GustavRobertKirchhoff執(zhí)著追求科學創(chuàng)新研究1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆復雜電路中的基本概念電路中通過同一電流的每一條分支。E2+-R1R3R2+_E1B=31.支路（Branch）1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆復雜電路中的基本概念E2+-R1R3R2+_E12.節(jié)（結）點（Node）：三條或三條以上支路的連接點。N=23.回路（Loop）：電路中任一閉合路徑。L=3M=2l1l3l24.網(wǎng)孔（Mesh）：內部不含有其他支路的回路。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔與回路有什么關系？abB=31.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電流定律SimulationUs2+-R1R3R2+_Us1I1

=?1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電流定律aa：0.011-0.0130.024+=Simulation1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電流定律a0.015-0.0100.025+=Simulationa：1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電流定律對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流。節(jié)點電流定律流入、流出以參考方向為準，而與I自身的“＋”、“－”無關。a：aI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us1Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)表述一：1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電流定律取流入節(jié)點：“+”，流出節(jié)點：“-”。在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為0。節(jié)點電流定律aI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us1a：Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)表述二：1.6基爾霍夫定律◆基爾霍夫電流定律例題

在圖中，1點是電路中的一個節(jié)點，已知若I1=5A，I2=1A，

I3=-3A，求通過元件A的電流？解：通過元件A的電流為I4，

由

KCL可知：5–1+(–3)+I4

=0I4=–1AI1

–I2+I3+I4=01AI4I1I3I21.6基爾霍夫定律什么是電路？◆KCL的擴展KCL對包圍多個節(jié)點的任一閉合面也適用。例題I1I2I3I4I5I6I1

–I2+I3=01.6基爾霍夫定律什么是電路？◆應用KCL的基本步驟1.找出電路中的節(jié)點；2.指定每一個支路的電流參考方向；3.對電路節(jié)點列寫方程:oraI1I2I3bUs2+-R1R3R2+_Us11.6基爾霍夫定律思考題

2

+_+_I5

1

1

5

6V12VI=？1.6基爾霍夫定律How？I1

=?US2+-R1R3R2+_US1aI1I2I3bl1l2◆基爾霍夫電壓定律復雜電路1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆基爾霍夫電壓定律(KVL)E2+-R1R3R2+_E1aI1I2I3bl1l1：對電路中的任一回路，沿任意方向循行一周，電位升等于電位降或各段電壓的代數(shù)和為0?；芈冯妷憾呻娢唤等　埃?，電位升取“-”。1.6基爾霍夫定律–U1+U2–U3+U4

-U5

+U6=0電已知圖中各元件的電壓U1=3V，U2=-2V，U3=5V，U4

=9V，U5=-5V，試求U6？U6

=-4VKVL:KVL舉例+U5-+U4-+U6-+U3-_B+U1+U2_A1.6基爾霍夫定律U1+U2–U3+U4+U5=0U1=–2V，U2=8V，U3=5V，U5=–3V，R4=2

，求電阻R4兩端的電壓及流過它的電流。U4=2VI=0.5AKVL:U4=IR4KVL舉例IU1U2abced++––+–U5U3+–R4U4+–1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆KVL的擴展KVL還適用于電路任一假想回路。-aUsb__+++U2U1-+UabKVL:求Uab舉例1.6基爾霍夫定律什么是電路？◆應用KVL的基本步驟1.標出回路中各段電壓和電流的參考方向；2.針對所選回路假定一個循行方向：順時針或逆時針；3.對所選電路回路列寫方程：1.6基爾霍夫定律◆小結電壓、電流定律描述計算步驟1.電流、電壓定律的熟練應用。1.6基爾霍夫定律◆小結思考題

用基爾霍夫定律求解電流I，請思考節(jié)點數(shù)、回路數(shù)、網(wǎng)孔數(shù)。U–+R3R4R1R2IR一節(jié)一練練習題b電路如圖所示，分別求Uad,Ucd,Uac。2A

3

1

2

1AaI1I2I3bcd3A電路中電位的概念及計算1.7電位主要內容：重點難點：電位的概念；電位的計算及應用理解電位的概念；運用電位進行電路分析計算1.7電位◆電位Va=7V

a

點電位：ab1

7Aab1

7AVb=-7V

b

點電位：在電路中任選一節(jié)點，設其電位為零（用

標記），此點稱為參考點。其它各節(jié)點與參考點之間的電壓，便是該節(jié)點的電位。記為：“VX“（注意：電位為單下標）。舉例Vb=0Va

=01.7電位什么是電路？◆電位和電壓的區(qū)別電位值是相對的,參考點選的不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；電位相對性電壓絕對性Va=7V

a

點電位：ab1

7Aab1

7AVb