第一章电路基本概念和基本定律

1、第一章电路基本概念和基本第一章电路基本概念和基本定律定律早期的通讯早期的通讯现代通信现代通信 电能的应用范围极其广泛。现代一切科学技术电能的应用范围极其广泛。现代一切科学技术 无不与电有着密切的关系无不与电有着密切的关系; 在工农业生产中，电能是主要的能源；在工农业生产中，电能是主要的能源； 在机械制造工艺上，如电镀、电焊、高频淬在机械制造工艺上，如电镀、电焊、高频淬火、火、 高频冶炼、电蚀加工、超声波加工等等都是高频冶炼、电蚀加工、超声波加工等等都是电能的应用；电能的应用； 对生产过程中的许多物理量，如速度、对生产过程中的许多物理量，如速度、压力、温度、流量等等都可以用电的方法来压力、温度、

2、流量等等都可以用电的方法来测量并控测量并控 制，以实现生产过程的自动化；制，以实现生产过程的自动化； 我们的日常生活也是完全离不开电能的我们的日常生活也是完全离不开电能的。第第1 1章章 目录目录3 3 负载负载电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。或元件按一定方式组合起来的。1 1 电源电源2 2 中间环节中间环节1.1.电能的传输与转换电能的传输与转换2. 2. 传递与处理信号传递与处理信号 输电线输电线其它形式的能量其它形式的能量电能电能 电能电能其它形式的能量其它形式的能量连接电源和负载，传输、分配电

3、能连接电源和负载，传输、分配电能信号源信号源负载负载话筒把声音（信息）话筒把声音（信息）电信号电信号扬声器把电信号扬声器把电信号 声音（信息）声音（信息）第第1 1章章 1 1 1 1 负载负载 电源电源 中间环节中间环节输电线输电线放放大大器器信号源信号源负载负载 电源和电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。 由由激励在电路中产生的电压和电流称为响应激励在电路中产生的电压和电流称为响应电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论与与的关系的关系第第1 1章章 1 1 1 1手电筒的电路模型

4、手电筒的电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。相对应的电路模型。R+RoES+UI电池电池导线导线灯泡灯泡开关开关 手电筒由电池、灯手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。泡、开关和筒体组成。 理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。电容元件和电源元件等。R+RoES+UI电池电池导线

5、导线灯泡灯泡开关开关 电池是电源元件，其电池是电源元件，其参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻Ro； 灯泡主要具有消耗电能灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其的性质，是电阻元件，其参数为电阻参数为电阻R； 筒体用来连接电池和灯筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通开关用来控制电路的通断。断。理想理想电路元件电路元件理想理想电源元件电源元件 理想理想无源元件无源元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻R电电感感L电电容容C第第1 1章章 1 1 2 2第第1 1章章 1 1 3 3

6、第第1 1章章 1 1 3 3ERUI电压的实际方向：电压的实际方向：由高电位端指向低电位端由高电位端指向低电位端电流的实际方向：电流的实际方向：正电荷运动的方向或正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向电压、电流的参考方向：任意假定电压、电流的参考方向：任意假定电压、电流参考方向与实际方向相同为正值，相反为负值电压、电流参考方向与实际方向相同为正值，相反为负值例如：例如：E=3V，若假定电压的参考方向为，若假定电压的参考方向为上上“+”下下“”，则，则U=3V或或UAB=3VAB反之，若假定电压的参考方向为上反之，若假定电压的参考方向为上“”下下“+”，则，则U= 3V或或UB

7、A= 3V电压的参考方向用电压的参考方向用+、极性和双下标表示。极性和双下标表示。电流的参考方向用箭头和双下标表示。电流的参考方向用箭头和双下标表示。第第1 1章章 1 1 4 4通过电阻的电流与电压成正比通过电阻的电流与电压成正比表达式表达式 = RUIU 、I参考方向相同参考方向相同U= IRU、 I参考方向相反参考方向相反图图B中若中若I= 2A，R=3 ，则，则U= (2)3=6VUIR图图A+或或UIR图图B+UIR图图C+u /V0i /A第第1 1章章 1 1 4 4遵循欧姆定律的电阻称遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻为线性电阻,(反之为非反之为非线性电阻线性电阻),它是一个与它是

8、一个与电压电流无关的常数。电压电流无关的常数。线性电阻的线性电阻的ABUIR+EI IU第第1 1章章 1 1 5 51. 电压与电流电压与电流R0RABCDU=RIR+ R0I = EU=E R0I ER0IU电源的外特性曲线电源的外特性曲线当R0 R时，时， U E说明电源带负载能力强说明电源带负载能力强I IU0第第1 1章章 1 1 5 51. 电压与电流电压与电流U=RIR+ R0I = EU=E R0I 2. 功率与功率平衡功率与功率平衡UI=EI R0I2 P =PE P 功率的单位：瓦功率的单位：瓦特特(W)或千瓦或千瓦(KW)=+EI IUR0RABC第第1 1章章 1 1

9、5 53. 电源与负载的判别电源与负载的判别根据电压、电流的实际方向判别根据电压、电流的实际方向判别电源：电源：U和和I的实际方向相反，的实际方向相反，发出功率发出功率负载：负载：U和和I的实际方向相同，的实际方向相同，取用功率取用功率根据电压、电流的参考方向判别根据电压、电流的参考方向判别电源：电源：P=UI为负值，发出功率为负值，发出功率负载：负载：P= UI为正值，取用功率为正值，取用功率例；例；已知：已知：UAB=3V解：解：P=UI = (2)3= 6WI = 2A求：求：N的功率，并说明它的功率，并说明它是电源还是负载是电源还是负载因为此例中电压、电流因为此例中电压、电流的参考方向

10、相同的参考方向相同而而P为负值，所以为负值，所以N发出功率是电源发出功率是电源想一想，若根据电压电流想一想，若根据电压电流的实际方向应如分析？的实际方向应如分析？NABI第第1 1章章 1 1 5 54. 额定值与实际值额定值与实际值S1US2电源电源+IS2P电源输出的电流和功电源输出的电流和功率由负载的大小决定率由负载的大小决定额定值是为电气设备在额定值是为电气设备在给定条件下正常运行而给定条件下正常运行而规定的允许值规定的允许值电气设备不在额定电气设备不在额定条件下运行的危害：条件下运行的危害：不能充分利用设备的能力不能充分利用设备的能力降低设备的使用寿命甚至损坏设备降低设备的使用寿命甚

11、至损坏设备EI IU0第第1 1章章 1 1 5 5 特征特征R0RABCDI=0U=U0=E P=0U=0=0I 视电路而定视电路而定有源电路EUISR1电流过大，将烧毁电源电流过大，将烧毁电源特特征征R2R0U=0I=IS=E/ R0P = 0 PE = P = R0IS2 ER1R2R0U短接短接第第1 1章章 1 1 5 5IR3abE1结点结点 电路中三条或三条电路中三条或三条 以上支路联接的点以上支路联接的点支路支路 电路中的每一分支电路中的每一分支cd回路回路 由一条或多条支路由一条或多条支路组成的闭合路径组成的闭合路径如如 acb ab adb如如 abca adba adbc

12、a 第第1 1章章 1 1 6 6E2如如 a bR2R1（直流电路中）（直流电路中） I= 0 i = 0（对任意波形的电流）（对任意波形的电流）在任一瞬间一个节点上电在任一瞬间一个节点上电流的代数和等于零流的代数和等于零例：若例：若I1=9A， I2= 2A， I4=8A。求：求： I309I382（）I319A第第1 1章章 1 1 6 6I1I2I3I4I1I2+ I3 + I4=0解：解：IAIBIABIBCICA或或 I = 0第第1 1章章 1 1 6 6ICABC对对A、B、C三个结点三个结点应用应用KCL可列出：可列出：IA= IABICAIB= IBCIABIC= ICAI

13、BC上列三式相加，便得上列三式相加，便得IA + IB + IC =0可见，在任一瞬间通过任一闭可见，在任一瞬间通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。合面的电流的代数和也恒等于零。E2U4E1U1U2abced+在任一瞬间，沿任一回路在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。压的代数和恒等于零。 U = 0若若求：求：U2=？E1 =5V，电压的参考极性与实际极性是否相同第第1 1章章 1 1 6 6E2 = 3VU3 =8V，U1 = 2V，U1+U2 U3 U4 + U5 =0U2 (3) 8+5 + (2)=0KVL+U5U3+或或 E = UU1+U2U4 = E2 E1R1abcd第第1 1章章 1 1 7 7R2E1E2R3电路中某一点的电位是指电路中某一点的电位是指由这一点到由这一点到的电压的电压电路的参考点电路的参考点可以任意选取可以任意选取通常认为参考点的电位为零通常认为参考点的电位为零Va = E1Vc = E2Vb = I3 R3I3若以若以d为参考点，为参考点，则则:简简化化电电路路+dabcR1R2R3例例. .电路如图所示。电路如图所示。分别以分别以A、B为参考点为参考点计算计算C和和D点的电位点的电位A2 10V+