電路與電子技術(shù)簡明教程 課件 第1章 電路的基本概念和基本定律

電路與電路模型[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS電路與電路組成電路模型第一節(jié)第二節(jié)電路，簡單地說就是電流流通的路徑。是由各種電器元件按照一定方式連接而成的。

手電筒的實際電路電路與電路模型

實際的電路分成3部分：電源、負載（用電器）和中間環(huán)節(jié)。電路

為了便于對實際電路進行分析和計算，需要將電路元件理想化，即在一定條件下，忽略掉電路元件次要的電磁性質(zhì)，用能代表其主要電磁特性的理想模型來描述。

電路中常見的理想元件有：理想電壓源元件、理想電阻元件、理想電容元件和理想電感元件。電阻、電容和電感均為零的理想導(dǎo)線也可以看做是一種廣義理想元件。理想元件的圖形符號電路與電路模型電路模型電路與電路模型電路模型手電筒的電路模型

在電路模型中，電池在對外提供電能的同時，內(nèi)部也消耗一部分電能，所以用一個理想電壓源US和一個內(nèi)電阻R0串聯(lián)來表征；電燈泡用一個負載電阻RL表示；開關(guān)用S表示；把全部的元件用導(dǎo)線連接在一起。謝謝觀看電路的基本物理量[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS電流電壓電功率第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)電路的基本物理量電路中帶電粒子在電源作用下的有規(guī)則移動形成電流。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量定義為電流強度，簡稱電流。用以衡量電流的大小，用符號i表示，即電流電路的基本物理量電流

在國際單位制（SI制）中，電流的單位是安培（A），常用單位還有毫安（mA）和微安（μA）。單位換算關(guān)系為

如果電流的大小和方向不隨時間變化，則這種電流叫做恒定電流，簡稱直流（DC），用符號I表示。如果電流的大小和方向都隨時間變化，則稱為交變電流，簡稱交流（AC），用符號i表示。1A=103mA=106μΑ

直流、交流電流波形電路的基本物理量電流

在分析電路時，通常不能確定實際的電流方向，但為了列寫與電流有關(guān)的表達式，必須預(yù)先任意假定電流的方向，稱為電流的參考方向。

（a）I>0時(b)I<0時電流的參考方向與實際方向的關(guān)系

注意：在沒有給定參考方向的情況下，討論電流的正負是沒有意義的。電路的基本物理量電壓

電壓是描述電場力對電荷作功的物理量。電路中某兩點a、b間的電壓在數(shù)值上等于電場力將單位正電荷由a點移動到b點時所做的功。

用Uab或uab表示ab間電壓，則

在SI制中，電壓的單位是伏特（V）。常用單位還有千伏（kV）、毫伏（mV）

和微伏（

V）。單位換算關(guān)系為

1kV=103V,1V=103mV=106μV電路的基本物理量電壓在分析電路時需要為電壓任意指定參考方向。一般是在元件的兩端用“+”“

”符號來表示，電壓的參考方向由“+”指向“

”。參考方向還可以用雙下標(biāo)表示，Uab從a指向b的電壓，Uba從b指向a的電壓。注意：Uab=

Uba。（a）一般表示形式（b）雙下標(biāo)表示形式

電壓參考極性的表示電路的基本物理量電壓（a）U>0時

（b）U<0時電壓參考極性與實際極性關(guān)系注意：（1）電流、電壓的實際方向是客觀存在的，參考方向是人為選定的。（2）當(dāng)電流、電壓的參考方向與實際方向一致時，電流、電壓值取正號，反之取負號。（3）在分析計算時，必須先選定其參考方向，否則電流、電壓正負值是沒有意義的。電路的基本物理量電壓

某一元件的電壓參考方向（由“+”指向“

”）與電流的參考方向（箭頭指向）一致，稱為電壓與電流的參考方向是關(guān)聯(lián)的，此時電壓與電流的參考方向叫做關(guān)聯(lián)參考方向；

否則，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。

（a）關(guān)聯(lián)參考方向（b）非關(guān)聯(lián)參考方向電壓電流的關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向電路的基本物理量電功率在電路分析中，電功率是標(biāo)志電路電能轉(zhuǎn)換的快慢的一個物理量。通常把單位時間內(nèi)元件吸收或發(fā)出的電能稱為電功率，簡稱功率，用p表示，即

在SI制中，單位是瓦特（W），還有千瓦（kW）、毫瓦（mW）。

單位換算關(guān)系為1kW=103W1W=103mW電路的基本物理量電功率

在直流電路中，當(dāng)電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，功率表達式為P=UI

當(dāng)取非關(guān)聯(lián)參考方向時，P=-UI

如果P＞0，表示該元件實際吸收電能；

如果P＜0，表示該元件實際發(fā)出電能。計算元件功率步驟：(1)判斷元器件的參考方向是否關(guān)聯(lián)。(2)根據(jù)參考方向關(guān)聯(lián)與否選擇不同的計算公式。(3)代入公式計算功率值。(4)根據(jù)正負值，判斷元件吸收電能或發(fā)出電能。謝謝觀看電路負載元件[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS電阻元件電容元件電感元件第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)電路負載元件電阻元件電阻元件由對電流阻礙作用較大的材質(zhì)構(gòu)成，電阻器在電路中要消耗電能，所以也稱為耗能元件。電阻器文字符號用R表示。在SI制中，電阻的單位為歐姆（Ω），常用的單位還有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）。單位換算關(guān)系為

1MΩ=103kΩ，1kΩ=103Ω電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示。電導(dǎo)的國際單位是西門子（S），簡稱西。電路負載元件電阻元件若電阻元件的電壓、電流的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向電阻元件的伏安關(guān)系滿足歐姆定律，即

U=R·I

若電阻元件的電壓、電流的參考方向為非關(guān)聯(lián)方向，電阻元件的伏安關(guān)系應(yīng)為：U=-R·I（a）關(guān)聯(lián)參考方向（b）非關(guān)聯(lián)參考方向（c）伏安特性曲線電阻的伏安關(guān)系電路負載元件電容元件電容所帶電量q與端電壓u的比值叫做電容元件的電容值，簡稱電容，用C表示。在SI制中，電容的基本單位為法拉(F)，簡稱法。法拉單位太大，常用單位是微法(

F)和皮法(pF)。單位換算關(guān)系為電路負載元件電容元件電容的伏安關(guān)系（關(guān)聯(lián)參考方向）若選電壓、電流參考方向為非關(guān)聯(lián)時，則其伏安關(guān)系為當(dāng)電容的電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，電容元件的端電壓與電流關(guān)系為電路負載元件電感元件電感元件是由無電阻的導(dǎo)線繞制而成的線圈。電感線圈是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為磁能存儲起來的電器元件。電流增大時儲能，當(dāng)電流減小時，電感元件中存儲的磁場能會轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。理想的電感元件不消耗電能。在SI單位制中，單位為亨(利)，符號為H。亨單位太大，常用單位是毫亨（mH）和微亨（

H）。單位換算關(guān)系為

1H=103mH=106

H電路負載元件電感元件電感元件的伏安關(guān)系當(dāng)電感元件的電壓、電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，其電壓與電流滿足

非關(guān)聯(lián)參考方向時任一瞬間，電感元件端電壓的大小與電流的變化率成正比，而與這一瞬間的電流大小無關(guān)。在直流電路中，電感電流保持不變，其端電壓為零，相當(dāng)于短路。謝謝觀看電壓源[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS理想電壓源實際電壓源第一節(jié)第二節(jié)電壓源理想電壓源理想電壓源是從實際電源抽象出來的一種模型，簡稱電壓源（或恒壓源）。理想電壓源圖形符號及其外特性電壓源符號圖直流電壓源的外特性兩個基本性質(zhì)：(1)端電壓與輸出的電流無關(guān)，是一個定值US。(2)電壓源內(nèi)阻為零，電流與外電路（RL）有關(guān)。電壓源實際電壓源實際上，理想電壓源是不存在的，電源內(nèi)部總存在一定的內(nèi)阻。用一個理想電壓源US和一個內(nèi)阻RS相串聯(lián)來表示。U與I的關(guān)系為U=US

IRS實際電壓源及外（伏安）特性符號電路外特性曲線電壓源實際電壓源【例】某實際電壓源的開路電壓為30V，當(dāng)外接負載電阻RL后，其端電壓降為25V，此時流經(jīng)負載的電流為5A，電路如圖所示，試求（1）負載電阻RL；（2）電壓源內(nèi)阻RS。解：根據(jù)歐姆定律根據(jù)

U=US-IRS謝謝觀看電流源[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS理想電流源實際電流源第一節(jié)第二節(jié)電流源理想電流源如果電源輸出的電流恒定不變（IS），則稱為理想電流源（或稱恒流源），簡稱電流源。兩個基本性質(zhì)：（1）它發(fā)出的電流與端電壓（U）無關(guān)，即跟外電路無關(guān)。其內(nèi)阻為無窮大。（2）端電壓（U）由外電路（RL）確定。

圖形符號外特性電流源的圖形符號及其外（伏安）特性電流源實際電流源內(nèi)部有一定能量損耗，電流源產(chǎn)生的電流不能全部輸出，會有一部分從內(nèi)部分流掉?？捎靡焕硐腚娏髟碔S與一個內(nèi)電阻RS并聯(lián)的模型來表示。實際的電流源圖形符號及其外特性

圖形符號電

路外特性電流源實際電流源【例】電路如圖所示，試求（1）電阻、電流源兩端的電壓；（2）各元件的功率。解：（1）電阻兩端的電壓為

UR=ISR=2

5=10V電流源兩端電壓為

U=UR+US=10+8=18V（2）各元件的功率5Ω電阻的功率

PR=UR

IS=102=20W

PR＞0，電阻吸收功率。8V電壓源的功率

PUs=US

IS=82=16W

PUs＞0，電壓源吸收功率。2A電流源的功率（非關(guān)聯(lián)參考方向）PIs=U

IS=18

2=

36WPIs＜0，電流源發(fā)出功率為36W。注意：P總=PR+PUS+PIS=20+16-36=0W整個電路的總功率為零（發(fā)出=吸收）。謝謝觀看基爾霍夫定律[第1章電路的基本概念和基本定律]目錄CONTENTS基爾霍夫電流定律基爾霍夫電壓定律第一節(jié)第二節(jié)基爾霍夫定律（1）支路：電路中具有兩個端鈕，通過同一電流的每個分支叫做支路。沒有元件的支路不能看成支路幾個名詞

圖中：acb、adb、aeb均為支路。eb則不是支路。含源支路：支路acb中有電源，稱為含源支路；無源支路：支路aeb中沒有電源,稱為無源支路。支路、節(jié)點、回路和網(wǎng)孔基爾霍夫定律（2）節(jié)點：三條或三條以上支路的連接點叫做節(jié)點。圖中,共2個節(jié)點，即a、b。（3）回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑稱為回路。圖中，acbea、adbea、adbca都是回路。只有一個回路的電路叫做單回路電路。支路、節(jié)點、回路和網(wǎng)孔基爾霍夫定律

(4)網(wǎng)孔：內(nèi)部不含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。圖中：acbea和adbea都是網(wǎng)孔。而adbca則不是網(wǎng)孔。支路、節(jié)點、回路和網(wǎng)孔基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw，KCL）：任一時刻在電路的任一節(jié)點上，所有支路電流的代數(shù)和恒等于零，其數(shù)學(xué)表達式為

或

規(guī)定：列寫KCL方程時，流出該節(jié)點的支路電流取“+”，流入該節(jié)點的支路電流取“