第1章 電路的基本概念和基本定律

1.1電路和電路模型1.2電路中的基本物理量1.3電路的基本元件1.4電路的工作狀態(tài)1.5基爾霍夫定律第1章電路的基本概念與基本定律1.1電路和電路模型電路

電流的通路，把若干電氣設(shè)備或元件等按一定方式組合起來(lái)的，能夠滿(mǎn)足某種需要的電流通路。1.實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換、輸送和分配1.1.1電路的作用圖1.1.1電力系統(tǒng)電路示意圖放大器2.實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞和處理圖1.1.2擴(kuò)音器電路示意圖1.1.1電路的作用電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)1.電源電路中供應(yīng)電能或產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備。

3.中間環(huán)節(jié)對(duì)電路實(shí)現(xiàn)控制、保護(hù)或測(cè)量。2.負(fù)載電路中使用電能或輸出信號(hào)設(shè)備。1.1.2電路的組成圖1.1.3電路L物理過(guò)程表示耗能電能非電能電能電場(chǎng)能電能磁場(chǎng)能非電能電能RC無(wú)源元件表示建立電場(chǎng)表示建立磁場(chǎng)有源元件+-1.1.3電路模型圖1.1.1電路圖1.1.4電路模型1.1.3電路模型

正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向參考方向(a)用箭頭表示(b)用雙下標(biāo)表示圖1.2.1電流參考方向的2種表示方法1.2.1電流及其參考方向1.2電路中的基本物理量BAii>0,電流實(shí)際方向從A到Bi<0,電流實(shí)際方向從A到B*參考方向可任意設(shè)定*參考方向設(shè)定后，電流就成為代數(shù)量*只有同時(shí)知道電流的正負(fù)和參考方向，才能判定電流的實(shí)際方向!參考方向和實(shí)際方向的關(guān)系1.2.1電流及其參考方向【例1.2.1】各電流的參考方向如圖1.2.3所示。已知I1=10A，I2=–2A，I3=8A。試確定I1、I2、I3的實(shí)際方向。圖1.2.3例1.2.1圖1.2.1電流及其參考方向電壓實(shí)際方向—由高電位端指向低電位端參考方向

(a)用箭頭表示(b)用正負(fù)極性表示(c)用雙下標(biāo)表示圖1.2.2電壓參考方向的三種標(biāo)注方法1.2.2電壓及其參考方向BAuu>0,電壓實(shí)際方向A高B低u<0,電壓實(shí)際方向B高A低*參考方向可任意設(shè)定*只有同時(shí)知道電壓的正負(fù)和參考方向，才能判定電壓的實(shí)際方向!參考方向和實(shí)際方向的關(guān)系1.2.2電壓及其參考方向關(guān)聯(lián)參考方向元件上電流的參考方向是從電壓的參考高電位（“+”極性端）指向參考低電位（“-”極性端），即電壓電流參考方向一致。

ui-+u-+i非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向1.2.3電壓與電流的關(guān)聯(lián)參考方向

圖1.2.4關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向1.電位在電路中任選一點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就叫做這一點(diǎn)的電位。如B點(diǎn)的電位計(jì)作VB，當(dāng)選擇O點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，

VB=UBO

圖1.2.5電位示意圖1.2.4電位與電動(dòng)勢(shì)電壓與路徑無(wú)關(guān)，兩點(diǎn)間的電壓就是兩點(diǎn)間的電位差

UAB

=VA-VB

圖1.2.5電位示意圖圖1.2.6電路的習(xí)慣畫(huà)法1.2.4電位與電動(dòng)勢(shì)

電源內(nèi)部的電源力將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功。方向規(guī)定在電源內(nèi)部從電源負(fù)極指向正極，即電位升的方向。

E（e）表示，單位V。1.2.4電位與電動(dòng)勢(shì)2.電動(dòng)勢(shì)

在u、i為關(guān)聯(lián)參考方向下，元件上吸收的功率為

p=ui

在u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向下，元件上吸收的功率為

p=-ui

不論u、i是否關(guān)聯(lián)參考方向，若p>0，則該元件吸收（或消耗）功率；若p<0，則該元件發(fā)出（或供給）功率。1.2.5功率單位：瓦特（W）【例1.2.2】試判斷圖1.2.7中元件是發(fā)出功率還是吸收功率。（a）（b）圖1.2.8例1.2.2圖1.2.5功率1.3電路的基本元件1.3.1電阻元件1.3.2電容元件1.3.3電感元件1.3.4電壓源1.3.5電流源1.3.1電阻元件

1.

電阻元件

R

歐姆(Ω)

G

西門(mén)子(S)ui-+Rui-+R圖1.3.1電阻元件的圖形符號(hào)2.電壓、電流的關(guān)系

歐姆定律

★流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比1.3.1電阻元件2.電壓、電流的關(guān)系

歐姆定律u=Riu=-Ri圖1.3.2線(xiàn)性電阻元件的伏安特性u(píng)i-+ui-+RR3.功率計(jì)算若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻吸收的功率為p=ui=Ri2若u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻吸收的功率為p=-ui=-(-Ri)i=Ri2耗能元件1.3.1電阻元件4.電阻器的使用圖1.3.3電阻器1.3.1電阻元件1.電容元件極板上聚集等量異號(hào)的電荷儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件1.3.2電容元件C=q/u（a）電容構(gòu)成原理圖

（b）電容電路符號(hào)圖1.3.4電容元件單位:法拉(F)微法(μF)和皮法(pF)

2.電壓、電流關(guān)系

伏安關(guān)系說(shuō)明(1)i>0,電容充電;i<0,電容放電(2)隔直作用，在直流電流相當(dāng)于開(kāi)路i-+uC圖1.3.4電容的圖形符號(hào)當(dāng)電壓電流參考方向非關(guān)聯(lián)時(shí)1.3.2電容元件3.功率計(jì)算若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電容吸收的功率為儲(chǔ)能元件電容吸收的能量為1.3.2電容元件1.3.3電感元件1.電感元件

單位：亨利(H)毫亨(mH)和微亨(μH)（a）電感線(xiàn)圈（b）電路符號(hào)圖1.3.5電感元件2.電壓、電流關(guān)系當(dāng)電壓電流參考方向非關(guān)聯(lián)時(shí)伏安關(guān)系說(shuō)明(1)電感的電流發(fā)生變化時(shí)，電感上才有電壓(2)導(dǎo)直作用，在直流電路中相當(dāng)于短路-+uLi圖1.3.5電感的圖形符號(hào)1.3.3電感元件1.3.3電感元件3.功率計(jì)算若u、i為關(guān)聯(lián)參考方向，則電感吸收的功率為儲(chǔ)能元件電感吸收的能量為

1.理想電壓源恒定電壓源US1.3.4電壓源圖1.3.6理想電壓源的圖形符號(hào)圖1.3.7直流電壓源的伏安特性?xún)蓚€(gè)特點(diǎn)：(1)理想電壓源的端電壓固定不變(2)理想電壓源的電流取決它所連接的外電路2.

電壓源模型

1.3.4電壓源圖1.3.8電壓源模型及其外特性曲線(xiàn)（b）外特性曲線(xiàn)（a）電壓源模型

1.理想電流源恒定電流源IS1.3.5電流源圖1.3.9理想電流源的圖形符號(hào)圖1.3.10直流理想電流源的伏安特性?xún)蓚€(gè)特點(diǎn)：(1)理想電流源的電流是恒定的(2)理想電流源的端電壓取決它所連接的外電路2.

電流源模型

（a）電流源模型（b）外特性曲線(xiàn)圖1.3.11電流源模型及其外特性曲線(xiàn)1.3.5電流源1.3電路的基本元件【例1.3.2】在圖1.3.12中，一個(gè)理想電壓源和一個(gè)理想電流源相連，試討論它們的工作狀態(tài)。假設(shè)U和I都大于零。（a）（b）圖1.3.12例1.3.2圖1.4電路的工作狀態(tài)1.4.1電路的工作狀態(tài)電流：負(fù)載電壓：0IUUS圖1.4.2電源的外特性曲線(xiàn)1.通路圖1.4.1

通路（有載工作）1.通路圖1.4.1

通路（有載工作）1.4.1電路的工作狀態(tài)2.開(kāi)路開(kāi)路電壓或空載電壓1.4.1電路的工作狀態(tài)圖1.4.3開(kāi)路-+USR0ISCRL1.4.1電路的工作狀態(tài)3.短路圖1.4.4短路

各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率等都有一個(gè)額定值。額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。

UNINPN

當(dāng)電流大于額定值時(shí)稱(chēng)為過(guò)載，小于額定電流時(shí)稱(chēng)為欠載，達(dá)到額定值時(shí)稱(chēng)為滿(mǎn)載。需要注意：使用時(shí)，電壓、電流和功率的實(shí)際值不一定等于它們的額定值。1.4.2電氣設(shè)備的額定值結(jié)點(diǎn)回路支路1.5

基爾霍夫定律abUS1R1US2R2R3cd++--I1I2I3圖1.5.1電路舉例網(wǎng)孔1.5.1電路名詞1.5.2基爾霍夫電流定律表述1:任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。圖1.5.1電路舉例電流正負(fù)號(hào)：流入為正，流出為負(fù)

表述2：任一瞬時(shí)，流經(jīng)任一結(jié)點(diǎn)的所有電流的代數(shù)和恒等于零。1.5.2基爾霍夫電流定律圖1.5.1電路舉例【例1.5.1】在圖1.5.2中，已知I1=2A，I2=–3A，

I3=–2A，求電流I4的大小。圖1.5.2例1.5.1圖1.5.2基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律通常應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)，也可以把它推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。圖1.5.3KCL在廣義節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用1.5.2基爾霍夫電流定律【例1.5.2】在圖1.5.4中，已知I1=6A，I6=4A，

I7=–9A，試求電流I8。圖1.5.4例1.5.2圖1.5.2基爾霍夫電流定律KVL：任一瞬時(shí)，沿任一回路，所有電壓的代數(shù)和恒等于零。1.5.3基爾霍夫電壓定律電壓的正負(fù)取決于電壓的參考方向與繞行方向圖1.5.5回路電壓的正負(fù)取決于電阻電流的參考方向與繞行方向通常，取與繞行方向一致，為正；否則，為負(fù)?！纠?.5.3】有一閉合回路如圖1.5.6所示，已知，

，。試用基爾霍夫電壓律求電壓

和圖1.5.6例1.5.3的電路1.5.3基爾霍夫電壓定律

KVL不僅應(yīng)用于閉合回路，也可推廣應(yīng)用于回路的部分電路（a）