第一章 直流电路

1、1电电 工工 学学李志辉李志辉电电 气气 工工 程程 学学 院院2 电工学课程是为电工学课程是为非电专业非电专业开设的一门技术基础课程。开设的一门技术基础课程。它的侧重点在于用它的侧重点在于用电磁理论电磁理论来研究工程技术领域中所要用来研究工程技术领域中所要用到的与电有关的方向的一些问题，也是现代科学技术的基到的与电有关的方向的一些问题，也是现代科学技术的基础之一。电工学包括电工技术和电子技术，础之一。电工学包括电工技术和电子技术，理论性和实践理论性和实践性结合性结合非常密切。非常密切。 课程的性质：课程的性质：前前 言言3 课程的主要任务是：课程的主要任务是： 使学生获得电工与电子技术的基本

2、概念、基本原使学生获得电工与电子技术的基本概念、基本原理、基本分析方法和基本技能，培养学生分析问题和理、基本分析方法和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。了解电工电子技术的发展与应用，解决问题的能力。了解电工电子技术的发展与应用，拓宽知识面，为以后的学习、创新和科学研究工作打拓宽知识面，为以后的学习、创新和科学研究工作打下扎实的理论和实践基础。下扎实的理论和实践基础。4n按要求参加实验，培养良好的实验素质按要求参加实验，培养良好的实验素质n注重实践技能的培养注重实践技能的培养n掌握常用实验仪器的功能及使用方法掌握常用实验仪器的功能及使用方法n理论与实践相结合，互相促进，全面提高理论与实

3、践相结合，互相促进，全面提高n及时完成实验报告及时完成实验报告n理解基本概念、基本理论和分析方法理解基本概念、基本理论和分析方法n学用结合，举一反三，融会贯通学用结合，举一反三，融会贯通n处理好课上课下、复习与习题的关系处理好课上课下、复习与习题的关系n每周交每周交1次作业次作业n及时提问，独立完成作业及时提问，独立完成作业n完整掌握课程体系，培养自学能力完整掌握课程体系，培养自学能力 课程的学习课程的学习51. 掌握掌握电路电路的基本原理、分析方法及特点。的基本原理、分析方法及特点。2.了解了解变压器变压器的原理及特点。的原理及特点。 3. 学习学习电动机电动机的基本原理和的基本原理和电气自

4、动控制电气自动控制技术。技术。4. 了解常用电工了解常用电工电子元件及电子器件电子元件及电子器件的结构、原理、特性。的结构、原理、特性。 掌握基本掌握基本电子电路电子电路的组成、特点及分析方法。的组成、特点及分析方法。 课程的内容课程的内容6n邱关源主编，电路，高等教育出版社邱关源主编，电路，高等教育出版社n秦曾煌主编，电工学上下册（第六版）高等教育秦曾煌主编，电工学上下册（第六版）高等教育出版社出版社 参考用书：参考用书：7第一章第一章 直流电路直流电路8 本章是在物理学的基础上，从工程技术的本章是在物理学的基础上，从工程技术的观点出发，着重讨论电路的观点出发，着重讨论电路的基本知识、基本定

5、基本知识、基本定律和定理律和定理，以及，以及应用这些定律和定理分析和计应用这些定律和定理分析和计算直流电路的方法算直流电路的方法。这些方法只要稍加扩展，。这些方法只要稍加扩展，原则上也适用于交流电路的分析和计算，同时原则上也适用于交流电路的分析和计算，同时也是今后分析电子电路的重要基础。也是今后分析电子电路的重要基础。前前 言言9 1.1 1.1 电路的作用和组成电路的作用和组成 1.2 1.2 电路的状态电路的状态 1.3 1.3 电路中的参考点电路中的参考点 1.4 1.4 电路中的参考方向电路中的参考方向 1.5 1.5 理想电路元件理想电路元件 1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律

6、 1.7 1.7 支路电流法支路电流法 1.8 1.8 叠加定理叠加定理 1.9 1.9 等效电源定理等效电源定理 1.101.10非线性电阻电路非线性电阻电路101.1 1.1 电路的作用与组成电路的作用与组成u 电路或网络：电路或网络：是电流流通的是电流流通的路径路径。是为了实现能量。是为了实现能量的输送和转换，或者实现信号的传递和处理，由某些电气设的输送和转换，或者实现信号的传递和处理，由某些电气设备和元器件按一定方式组合后的总称。备和元器件按一定方式组合后的总称。u 电路的作用：电路的作用： 实现能量的输送和转换；实现能量的输送和转换；导线开关电池灯泡11电力系统电力系统发电机发电机升

7、压升压变压变压器器降压降压变压变压器器电灯电灯电动机电动机电炉电炉电力系统电路示意图电力系统电路示意图输电线输电线12 实现信号的传递和处理。实现信号的传递和处理。扩音器扩音器v声音信号声音信号v图象信号图象信号v测量信号或控制信号测量信号或控制信号放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器1314计算机的声卡计算机的声卡15v电源电源v负载负载v中间环节中间环节 将电能转换为非电形态的能量的将电能转换为非电形态的能量的用电用电设备。设备。u 电路的基本组成部分：电路的基本组成部分： 将非电形态的能量转换为电能的将非电形态的能量转换为电能的供电供电设备。设备。 沟通电路、输送电能的作用。沟通电路、输送电

8、能的作用。16电源电源: 提供提供电能的设备电能的设备负载负载: 取用取用电能的设备电能的设备中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线17信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。18v内电路内电路 电源本身的电流通路

9、称为内电路。电源本身的电流通路称为内电路。 电源以外的电流通路称为外电路。电源以外的电流通路称为外电路。发电机发电机升压升压变压变压器器降压降压变压变压器器电灯电灯电动机电动机电炉电炉输电线输电线放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器v外电路外电路信号源信号源（电源）（电源）19 电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交流电流。流电流。 电路中的电流是不随时间变化的直流电流。电路中的电流是不随时间变化的直流电流。v直流电路直流电路v交流电路交流电路u 电路的模型：电路的模型：R+_导线开关电池灯泡电路实体电路实体电路模型电路模型20 实现信号的传递和处理。实现信号

10、的传递和处理。扩音器扩音器v声音信号声音信号v图象信号图象信号v测量信号或控制信号测量信号或控制信号放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器21u电路元件的理想化电路元件的理想化 在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。素，把它近似地看作理想电路元件。u为什么电路元件要理想化为什么电路元件要理想化? ? 便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化）。想化（或称模型化）。手电筒的电路模型手电筒的电路模型UI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠221

11、.21.2 电路的状态一、通路：一、通路： 当开关闭合，电源与负载接通，电路处于当开关闭合，电源与负载接通，电路处于通路通路状态，而电源此时的状态称为状态，而电源此时的状态称为有载有载。R+_导线开关电池灯泡R+_23R+_abSIab1、电流、电流tQI 直流：直流：dtdqi 交流：交流：电荷有规则的定向运动电荷有规则的定向运动实际方向实际方向:正电荷移动的方向正电荷移动的方向单位单位:安培安培(A) 毫安毫安(mA)、 微安微安( A)大小大小:单位时间内通过导体横截面的电单位时间内通过导体横截面的电荷量称为电流强度简称电流。荷量称为电流强度简称电流。Q Q单位为库仑（单位为库仑（C C

12、）, ,t t单位为秒（单位为秒（s s）I24 为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量物理量电压电压 大小大小：a、b两点间电压两点间电压 Uab 在数值上等于电场在数值上等于电场力把单位正电荷从某一高电位处力把单位正电荷从某一高电位处a点移到另一点移到另一低电位处低电位处b点时所作的功。点时所作的功。 方向方向：规定由高电位指向低电位的方向即：规定由高电位指向低电位的方向即电压降电压降的方向的方向为电压的正方向。为电压的正方向。 单位单位：伏特：伏特(V) 千伏千伏(kV) 毫伏毫伏(mV)2、电压、电压IUab+_abSU电源的端电压电源的

13、端电压 LU负载的端电压负载的端电压 U直流：直流：u交流：交流：25 有另一种力去克服电场力而使有另一种力去克服电场力而使b端的正端的正电荷移至电荷移至a端。端。IEabUab+_ab3、电动势、电动势E直流：直流：e交流：交流：单位单位：电动势与电压的单位相同，为伏特：电动势与电压的单位相同，为伏特(V) 方向方向：电动势的实际方向是由低电位端指向：电动势的实际方向是由低电位端指向高电位端即高电位端即电位升高电位升高的方向。的方向。大小大小：电动势：电动势Eab的数值等于电源中的局的数值等于电源中的局外力（即非电场力）将单位正电荷从电源外力（即非电场力）将单位正电荷从电源负极低电位负极低电

14、位b端移至电源正极高电位端移至电源正极高电位a端时端时所转换而来的电能。所转换而来的电能。26由由欧姆定律欧姆定律可列上图的电流可列上图的电流RREI0负载电阻两端电压负载电阻两端电压RIU IREU0UEOI电源的外特性曲线电源的外特性曲线当当R R0 0R R时时EU 由上两式得由上两式得ER0+U-RIabdc274 4、功率与功率平衡、功率与功率平衡 IUP 功率功率: :单位时间内所转换的电能称为电功率简称为功率。单位时间内所转换的电能称为电功率简称为功率。W W为瓦为瓦 特特 kWkW为千瓦为千瓦 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U U , ,流入此部分电路的电流

15、流入此部分电路的电流为为 I I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: : 与与 的乘积等于电源产生的电功率。的乘积等于电源产生的电功率。IE 与与 的乘积等于电源输出的电功率。的乘积等于电源输出的电功率。IU 与与 的乘积等于负载消耗的电功率。的乘积等于负载消耗的电功率。IULEIPEUIP IUPLL28 功率平衡功率平衡：一个完整的电路中电源产生的电功率应该：一个完整的电路中电源产生的电功率应该等于电路各部分消耗的电功率之和。电源输出的电功率应等于电路各部分消耗的电功率之和。电源输出的电功率应该等于外电路中各部分消耗的电功率之和。该等于外电路中各部分消耗的电功率之和。电源

16、输出电源输出的功率的功率电源内阻电源内阻损耗功率损耗功率电源产生电源产生的功率的功率IRERIU0IRUE020IRUIEIPE2RIUIP202IRRIPPPE20IRP2RIP负载电阻消耗负载电阻消耗的功率的功率29解解(1)(1)电源电源: :负载负载: :如图，如图，U220220V，I5 5A，内阻，内阻R0101R02020.60.6 (1) (1)求电源的电动势求电源的电动势E1 1和负载的反电动势和负载的反电动势E2 2；(2)(2)试说明功率的平衡试说明功率的平衡例题例题1.11.1IREUEU01111V22356 . 0220011IRUEIREUEU02222V2175

17、6 . 0220022IRUE30（2 2）功率的平衡功率的平衡等号两边同乘以等号两边同乘以I 得得IRIREE010221201202211IRIRIEIEPE由由（1 1）中两式中两式IREUEU01111IREUEU02222得得122PPPEW1115151510851EP负载取用负载取用功率功率电源产生电源产生的功率的功率负载内阻负载内阻损耗功率损耗功率电源内阻电源内阻损耗功率损耗功率电源输出电源输出的功率的功率22PPUIPEW1100151085W1556 . 0W1556 . 0W1085521721222PPPE31解解A273.022060UPI806273.0220IUR

18、来计算和或可用PURIPR22已知：已知：有一有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源上，的电源上，求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时电压下工作时电阻电阻如每晚用如每晚用3 3小时，问一个月消耗小时，问一个月消耗电能电能多少？多少？例题例题1.21.2325 5、电能、电能 电能电能: :在时间在时间t t内转换的电功率称为电能。内转换的电功率称为电能。在直流电路中电能用在直流电路中电能用W W表示：表示： WP t 工程上常用电能的计量单位为千瓦时（工程上常用电能的计量单位为千瓦时（kWkWh h）,1,1千瓦千瓦时即时即1 1度电，它与焦

19、的换算关系为：度电，它与焦的换算关系为：61kW h3.6 10 J 一个月的用电量一个月的用电量: :WPt360 103 305.4kWh 电能单位是焦耳（电能单位是焦耳（J J）33额定值：额定值： 是制造厂商为了使产品能在给定的是制造厂商为了使产品能在给定的条件下正常运行而规定的正常允许值。条件下正常运行而规定的正常允许值。 额定额定状态：实际值状态：实际值等于等于额定值的电气设备的工作状态。额定值的电气设备的工作状态。 过载过载：实际值：实际值大于大于额定值的电气设备的工作状态。额定值的电气设备的工作状态。 欠载欠载：实际值：实际值小于小于额定值的电气设备的工作状态。额定值的电气设备

20、的工作状态。电气设备的铭牌电气设备的铭牌 电气设备或元器件的标定值通常标注在其铭牌上或记电气设备或元器件的标定值通常标注在其铭牌上或记载在说明书中，这些标定值都是给定的额定值，如载在说明书中，这些标定值都是给定的额定值，如UN表示表示额定电压、额定电压、IN表示额定电流、表示额定电流、PN表示额定功率表示额定功率。 在在使用电气设备或元器件时不得超过其额定值使用电气设备或元器件时不得超过其额定值，以免，以免影响其正常使用甚至使其遭到损坏。影响其正常使用甚至使其遭到损坏。 注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。值，要能够加

21、以区别。 34解解A105005RPI在使用时电压不得超过在使用时电压不得超过 URI5000.150V已知：有一额定值为已知：有一额定值为5W 500 的线绕电阻，的线绕电阻，问其额定电流？在问其额定电流？在使用时使用时电压不得超过多大？电压不得超过多大？例题例题1.31.335ER0+U-RIabdc二、开路：二、开路：特征：特征：I0 当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为开路开路。有有源源电电路路U视电视电路而定路而定EUUO0P36ER

22、0+U-RIabdc三、短路：三、短路：特征：特征：U0 当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或者开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导或者开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部分电路所处的状态称为线或开关所旁路，这部分电路所处的状态称为短路或者短路或者短接短接。I视电路而定视电路而定有有源源电电路路U 00REIIs20IRPPE0P37ER0+U-RIabdc闭合闭合有载有载断开断开空载空载短接短接短路短路电源状态电源状态2、电源处于短路状态一般不能称为短接。、电源处于短路状态一般不能称为短接。 1、电源处

23、于有载状态时负载的大小和增减是指负、电源处于有载状态时负载的大小和增减是指负载消耗的电功率的大小和增减。载消耗的电功率的大小和增减。注意：注意：38分析与思考分析与思考1.2.1.2.（1 1）某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供）某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供电，当负载电阻增加时，该负载是增加了？还是减小了？电，当负载电阻增加时，该负载是增加了？还是减小了？ 答：负载的大小和增减是指负载消耗的电功率的大答：负载的大小和增减是指负载消耗的电功率的大小和增减。小和增减。 负载消耗的电功率负载消耗的电功率P=U2/RL, ,蓄电池电压一定即式中蓄电池电压一定即式中U不变，当不变，

24、当RL增加时，增加时，P 减小，故该负载减小了。减小，故该负载减小了。391.2.1.2.（2 2）某电源的电动势为）某电源的电动势为E, ,内电阻为内电阻为R0 0, ,有载时的电流有载时的电流为为I, ,试问该电源有载时和空载时的电压和输出的电功率是试问该电源有载时和空载时的电压和输出的电功率是否相同否相同, ,若不相同若不相同, ,各应等于多少各应等于多少? ?答：该电源有载时如图（答：该电源有载时如图（a)a)E+_IR0RU+_(a)E+_I=0R0U(b)+_空载时如图（空载时如图（b)b)可见电源有载和空载时的电压和输出的电功率不相同。可见电源有载和空载时的电压和输出的电功率不相

25、同。输出电压输出电压UER0I输出功率输出功率PUI输出电压输出电压UE输出功率输出功率P0不变不变电源输出电流电源输出电流I0401.2.1.2.（3 3）图示电路中的电源短）图示电路中的电源短路时路时, ,是烧坏电源还是烧坏照明是烧坏电源还是烧坏照明灯灯? ?S2S1答：烧坏电源。因为这时所有负载均被短路，电流不通答：烧坏电源。因为这时所有负载均被短路，电流不通过负载，外电路的电阻可视为零，回路中仅有很小的电过负载，外电路的电阻可视为零，回路中仅有很小的电源内阻，故会有很大的电流通过电源，将电源烧坏。源内阻，故会有很大的电流通过电源，将电源烧坏。411.3 1.3 电路中的参考点电路中的参

26、考点l 电路中，常将电路中的某一点选为电路中，常将电路中的某一点选为参考点参考点，并，并规定该点的电位为零规定该点的电位为零,参考点也称为参考点也称为零电位点零电位点。l电路中其它任一点与参考点之间的电压就是该电路中其它任一点与参考点之间的电压就是该点的点的电位电位。l电压一般采用双下标表示电压一般采用双下标表示 : Uab 电位一般采用单下标表示电位一般采用单下标表示 : Val各点的电位只有在参考点选定以后才有确定的各点的电位只有在参考点选定以后才有确定的数值数值电位的单值性电位的单值性。42E1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A Uab61060VUca20480VUd

27、a5630VUcb140VUdb90VE1=140V4A6A520abcdE2 9 0V10A 设设 则则VbVaUba Vb60VVcVaUca Vc80VVdVaUda Vd30V0Va43E1=140V4A6A520abcdE290V10A 设设 则则Va=Uab=60VVc=Ucb=140VVd=Udb=90V结论：结论：（1 1）电路中某一点的电位等于该点与参考点）电路中某一点的电位等于该点与参考点 （电位为零）之间的电压（电位为零）之间的电压 （2 2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着 改变，但是任意两点间的电位差是不变的。改变，但是任

28、意两点间的电位差是不变的。各点电位的高低是各点电位的高低是相对相对的，而两点间电位的的，而两点间电位的差值是差值是绝对绝对的。的。注：注：0bV44电位在电路中的表示法：电位在电路中的表示法：E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2acb45R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-46解解 I（VAVC）（）（R1R2） 6（9）（10050） 103 0.1mAUABVAVBR2I计算下图电路中计算下图电路中B点的电位。点的电位。例题例题1.3.11.3.1CBA-9V+6VIR1100R150K K R R2 2kkVBVAR2I 6

29、（50 103) (0.1 10-3) 1V47解解I30I1I2E1（R1R2） 6（42） 1A或或 VAR3I3E2R1I1E1 044 162V如图已知：如图已知：E16V E24V R14 R2R3 2 2 。求。求A点电位点电位VA A。例题例题1.3.21.3.2E1E2+-R1R2R3I1I2I3ACBVA R3I3E2R2I2 042 1 2V48电压和电流的方向电压和电流的方向实际方向实际方向参考方向参考方向 参考方向参考方向: : 在分析计算时人为规定的方向。在分析计算时人为规定的方向。1.4 1.4 电路中的参考方向电路中的参考方向物理量物理量单位单位实际方向实际方向电

30、流电流IAk A、 m A、 A正电荷移动的方向正电荷移动的方向电压电压UVk V 、 m V 、 V电位降低的方向电位降低的方向电动势电动势EVk V 、 m V 、 V电源驱动正电荷的方向电源驱动正电荷的方向实际方向：实际方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。49_U+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头Uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。电池电池灯泡灯泡IRUabE+_ab物理量参考方向的表示方法物理量参考方向的表示方法50电路分析中的电路分析中的假设正方向假设正方向（

31、参考方向）（参考方向）问题的提出：问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR51问题：问题： 在复杂电路中难于判断元件中物理量的在复杂电路中难于判断元件中物理量的 实际方向，如何解决？实际方向，如何解决？(1) (1) 在解题前在解题前任选任选某一个方向为参考方向（或称正某一个方向为参考方向（或称正 方向）；方向）； (3) (3) 根据计算根据计算结果结果确定实际方向：确定实际方向： 若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与参考方向，则实际方

32、向与参考方向一致一致； 若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与参考方向，则实际方向与参考方向相反相反。(2) (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；解决方法：解决方法：52已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当a b间电压间电压U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E RabIRURU解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR 例题例题1.4.11.4.153(3) 数值计算数值计算

33、A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU54(4) 电流和电压的参考方向都是任意的，彼此可以互相电流和电压的参考方向都是任意的，彼此可以互相独立假设，但独立假设，但习惯上习惯上把他们联系起来选择，这样设定的把他们联系起来选择，这样设定的参考方向称为参考方向称为关联参考方向关联参考方向。(1) 方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 方向方

34、向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“参考方向参考方向” (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 注意注意55EIUIU 负载负载：电流的参考方向由电：电流的参考方向由电压参考方向所假定的压参考方向所假定的高高电位流电位流向向低低电位。电位。 电源电源：电流的参考方向由：电流的参考方向由电压参考方向所假定的电压参考方向所假定的低低电位电

35、位流向流向高高电位。电位。 符合以上规定的参考方向称为电流和电压符合以上规定的参考方向称为电流和电压的参考方向或正方向一致为关联参考方向，否的参考方向或正方向一致为关联参考方向，否则称为不一致为非关联参考方向。则称为不一致为非关联参考方向。56U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率）； 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实

36、际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。57U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率）； 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。58欧姆定律：欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压

37、成正比。RIU欧欧 姆姆 定定 律律59伏安特性伏安特性线性电阻伏安特性线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性非线性电阻伏安特性当电压和电流的参考方向当电压和电流的参考方向一致一致时时 U=RI当电压和电流的参考方向当电压和电流的参考方向相反相反时时 U=RI注意注意: :I IUI IU60解解326326326326IURIURIURIUR(a)(b)(c)(d)应用应用欧姆定律欧姆定律对下图的电路列出式子，并求电阻对下图的电路列出式子，并求电阻R例题例题1.4.21.4.261设设 则则0bV解解计算下图的电阻计算下图的电阻R R值，已知值，已知U Uabab12V12V。例题例题1.4.3

38、1.4.3V32 EVmV12abaUVV7512nVV1037mnnmVVU5210IURnm62电电 功功 率率aIUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？63 在在 U、 I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下， IUab或或IUab“吸收功率吸收功率” （负载）（负载）“发出功率发出功率” （电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P

39、= UI 0IUab+-IUab64 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 参考方向一致参考方向一致: : 当计算的当计算的 P 0,0,这说明它们是这说明它们是取用还是输出电功率取用还是输出电功率? ?EIUIU答：电源的电功率答：电源的电功率P 0, ,说明电源输出电功率

40、说明电源输出电功率; ;负载的电负载的电功率功率P 0, ,说明负载取用（输入）电功率。说明负载取用（输入）电功率。66电路元件电路元件开关开关灯泡灯泡保险管保险管67伏伏 - 安安 特性特性iuconstiuRRiuuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻( (一一) ) 理想无源元件理想无源元件1. 1. 电阻电阻 R （常用单位：（常用单位： 、k 、M ） 1.5 1.5 理想电路元件理想电路元件是一种是一种电能消耗电能消耗元件元件682.2.电容电容 CuqC 单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电

41、容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_69dtduCdtdqi电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系uqC 当当 Uu (直流直流) 时时,0dtdu0i所以所以,在直流电路中电容相当于开路在直流电路中电容相当于开路.uiC70dsC极板极板面积面积板间板间距离距离介电介电常数常数电容和结构参数的关系电容和结构参数的关系线性电容线性电容:C=Const ( 不变不变)非线性电容非线性电容:C = Const ( 不为常数不为常数)uiC71200021uccuduuidtpdtWcutt电容的储能电容的储能电容是一种储能元件电容是一种储能元件, , 储存的储存的电场能量电场能量为：为

42、：）（dtduCdtdqi723.3.电感电感 L L：ui（单位：（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链iNL线圈线圈匝数匝数磁通磁通73电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系dtdiLeue eidtdiLeu当当 Ii (直流直流) 时时,0dtdi0u所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.74lSNL2线圈线圈面积面积线圈线圈长度长度导磁率导磁率电感和结构参数的关系电感和结构参数的关系线性电感线性电感:L=Const (如如:空心电感空心电感 不变不变)非线性电感非线性电感 :L = Const (如如:铁心电感铁心电感 不为常数

43、不为常数)ue ei75电感是一种储能元件电感是一种储能元件, , 储存的储存的磁场能量磁场能量为：为：电感的储能电感的储能200021iLLidiuidtpdtWittL）（dtdiLu 76UR1R2LCR1UR2直流直流电阻：直流电阻电阻：直流电阻 或欧姆电阻或欧姆电阻电感：短路电感：短路电容：开路电容：开路等效为等效为交流交流电阻：交流电阻电阻：交流电阻 或有效电阻或有效电阻电感：电感：电容：电容：dtdiLudtduCi 77无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 （u 与与 i 的关系）的关系）LCRiRudtdiLudtduCi 注意：今后所讨论的电阻、电容和电感

44、都是单一参注意：今后所讨论的电阻、电容和电感都是单一参数元件；都是线性元件。数元件；都是线性元件。78实际元件实际元件的特性可以用若干理想元件来表示的特性可以用若干理想元件来表示例：例： 电感线圈电感线圈L ：电感量：电感量R：导线电阻：导线电阻C：线间分布电容：线间分布电容参数的影响和电路的工作条件有关。参数的影响和电路的工作条件有关。791.1.电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型0IREUIUEUIR0+-ERo越大越大斜率越大斜率越大( (二二) ) 理想电源元件理想电源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。80理想电压

45、源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: : RO= 0 时的电压源时的电压源.特点：特点：( (1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势。压不变，其值恒等于电动势。 即即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE（3）恒压源不能短路，否则流过的电流）恒压源不能短路，否则流过的电流为无限大。为无限大。81恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: E=10VIaE+_bUab2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时：R22 当当R1接入时接入时 ：则：则：例题例题1.5.11.5.1I=5AI=

46、10A82REI 恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_ E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_ I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababR832. 2. 电流源电流源ISR0abUabI0RUIIabSIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型R0R0越大越大特性越陡特性越陡I084理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源):): R0= 时的电流源时的电流源. 特点：（特点：（1）输出电流不变，其值恒等

47、于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。（3）恒流源不能开路，否则其两端的电压）恒流源不能开路，否则其两端的电压为无穷大。为无穷大。85恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时时， U =10 V R=1 时时， U =1 V则则:例题例题1.5.21.5.286恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_ _Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_ Uab_ 会引起会引起 Uab 的

48、变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向RIUsab 理想恒流源两端理想恒流源两端可否被短路可否被短路？abIUabIsR87电压源中的电流电压源中的电流如何确定如何确定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？IE R_+abUab=?Is原则：原则：I Is s不能变，不能变， U Us s不能变。不能变。SabUIRU电压源中的电流电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压SRIIIRIUSR电阻电阻 RUS_+例题例题1.5.31.5.388结论：结论： 凡与理

49、想电流源凡与理想电流源串联串联的元件，其电流均等于的元件，其电流均等于理想电流源的电流。理想电流源的电流。 与理想电流源与理想电流源串联的元件量值串联的元件量值变化时，仅仅变化时，仅仅影响其自身和理想电流源的影响其自身和理想电流源的电压电压，不会影响，不会影响电路其余部分的电压和电流。电路其余部分的电压和电流。 当理想电流源与其它元件串联时，对外部电当理想电流源与其它元件串联时，对外部电路而言，可将其他元件除去，而只用一个理路而言，可将其他元件除去，而只用一个理想电流源等效代替。想电流源等效代替。 多个理想电流源多个理想电流源并联并联时，可以合并成一个等时，可以合并成一个等效的理想电流源。效的

50、理想电流源。89电压源中的电流电压源中的电流如何确定如何确定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？原则：原则：I Is s不能变，不能变， U Us s不能变。不能变。SabUU电压源中的电流电压源中的电流恒流源两端的电压恒流源两端的电压SRUU 电阻电阻 RRUIISSUSIE R_+abUab=?Is_+RUISR例题例题1.5.41.5.490结论：结论： 凡与理想电压源凡与理想电压源并联并联的元件，其两端的电压的元件，其两端的电压均等于理想电压源的电压。均等于理想电压源的电压。 与理想电压源与理想电压源并联的元件量值并联的元件量值变化时，仅仅变化时，仅仅影响其自身和理想电

51、压源的影响其自身和理想电压源的电流电流，不会影响，不会影响电路其余部分的电压和电流。电路其余部分的电压和电流。 当理想电压源与其它元件并联时，对外部电当理想电压源与其它元件并联时，对外部电路而言，可将其他元件除去，而只用一个理路而言，可将其他元件除去，而只用一个理想电压源等效代替。想电压源等效代替。 多个多个理想电压源串联理想电压源串联时，可以合并成一个等时，可以合并成一个等效的理想电压源。效的理想电压源。91理想电压源和理想电流源都有以下两种工作状态：理想电压源和理想电流源都有以下两种工作状态： 电源状态：电压和电流的实际方向和电源的电源状态：电压和电流的实际方向和电源的关联参考方向一致，即

52、实际方向是电流由电关联参考方向一致，即实际方向是电流由电源元件的源元件的正极流出，负极流入正极流出，负极流入。 负载状态：电压和电流的实际方向和负载的负载状态：电压和电流的实际方向和负载的关联参考方向一致，即实际方向是电流由电关联参考方向一致，即实际方向是电流由电源元件的源元件的正极流入，负极流出正极流入，负极流出。92恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_abIUabUab = E （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is

53、（常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定93 用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关用来描述电路中各部分电压或各部分电流的关系系, ,包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。结点：结点：三条或三条以上支路相联接点三条或三条以上支路相联接点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中一条

54、或多条支路所组成的闭合电路电路中一条或多条支路所组成的闭合电路注注基尔霍夫基尔霍夫电流电流定律应用于定律应用于结点结点基尔霍夫基尔霍夫电压电压定律应用于定律应用于回路回路1.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律网孔：网孔：未被其他支路分割的单孔回路未被其他支路分割的单孔回路94支路：支路：ab、ad、cb、cd、bd、ac （共（共6 6条条 b=6）回路：回路：abda、 bcdb、abcda、abca、abdca、adbca、adca （共（共7 7个）个）结点：结点：a、 b、 c、 d ( (共共4 4个个 n=4）I I3 3E E4 4E E3 3_ _+ +R R3 3R R6

55、6+ +R R4 4R R5 5R R1 1R R2 2a ab bc cd dI I1 1I I2 2I I5 5I I6 6I I4 4- -95( (一）基尔霍夫电流定律一）基尔霍夫电流定律(KCL)(KCL)E1I1E2U2I2I3R2R1R3abcd如图如图 I1I2I3 Iin Iout在任一瞬时，在任一瞬时，流向流向某一结点的某一结点的电流之和电流之和应该等于应该等于流出流出该结点该结点的电流之和。的电流之和。或或 I1I2I30 0 即即 I I0 0 即在任一瞬时，一个结点上电流即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于的代数和恒等于零。零。96I1I3 I2 I4 2 2（

56、2 2）（）（3 3） I4 解解: :I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4可得可得 I43A已知：如图所示，已知：如图所示，I12A，I23A，I32A，试求试求I4。例题例题1.6.11.6.1 Iin Iout由由基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律可列出可列出97解解: :I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4I1I3 I2 I4 = 0 2 2（2 2）（）（3 3） I4 = 0 可得可得 I43A已知：如图所示，已知：如图所示，I12A，I23A，I32A，试求试求I4。例题例题1.6.11.6.1 I I0 0由由基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律可列出可列出9

57、8电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?E2E3E1+_RR1R+_+_RI1I2I3I4I5I6abc99Us1 Us2 U2 2U1 1 0 0即即( (二二) )基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)(KVL)从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和之和. . 或电压的代数和为或电压的代数和为 0。Us1 U2 U1Us2

58、 E1E2R2I2 R1I1 0 电位电位升升 电位电位降降 U=0=0100 即即 E1E2R1I1R2I2 E （RI） E U E （RI）+ U 在应用含电动势的公式时，应注意将电动势在应用含电动势的公式时，应注意将电动势E和其和其他项他项分开放在等式的两边，等式左边用电动势表示的分开放在等式的两边，等式左边用电动势表示的是电位升的代数和，等式右边用电压或电阻和电流表是电位升的代数和，等式右边用电压或电阻和电流表示的是电位降的代数和。示的是电位降的代数和。E1E2R1I1R2I20E1E2=1R2I2其中：沿回路环行方向电位其中：沿回路环行方向电位升高的电动势升高的电动势前标正号前标正

59、号沿回路环行方向电位沿回路环行方向电位降低的电压降低的电压前标正号前标正号与回路环行方向一致的电流前标正号与回路环行方向一致的电流前标正号101基尔霍夫电压定律的基尔霍夫电压定律的推广推广：可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路 UUAUBUAB或或 UABUAUBE U + RI或或 UERI注注列方程时，列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。电动势的参考方向。102+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律可得可得（1 1）UABUBCUCDUDA=0 即即 UCD2V（2 2）UABUBC

60、UCA0 即即 UCACA1V1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知的，但知UAB5V，UBC4V，UDA3V试求：（试求：（1 1）UCD：（：（2 2）UCA。例题例题1.6.21.6.2103解解应用基尔霍夫电压定律应用基尔霍夫电压定律 回路回路2： UBEBE US R1I1 0 I10.57mA应用应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律列出列出 IB BI1I20 I2 20.255mA0.255mA如图：如图：RB B20K20K ， R1 110K10K ，EB B6V6VUS S6V6V，UBEBE0.3V0.3V 试求电