第一章电路的基本概念和基本定律

1、电工技术（电工学电工技术（电工学I I）第一章 电路的基本概念和基本定律Basic conception and Laws of circuit 江苏大学电气信息工程学院电气信息工程学院 School of electric and informationSchool of electric and information，UJSUJS 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律讲课教师：任明炜讲课教师：任明炜电气信息工程学院电气信息工程学院 电工电子教研室电工电子教研室联系方式：联系方式疑地点：电气楼答疑地点：电气楼309 时时 间：星期三晚上间：星期三晚上7:

2、00-9:00 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律1.1 电路的作用与组成电路的作用与组成 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1.3 电路的元件电路的元件 1.4 电路的基本电路的基本定律定律 1.5 电路中的电位及其计算电路中的电位及其计算 内容内容 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律功率的分析计算功率的分析计算 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向 电路元件特性电路元件特性 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重重点点 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律1.1 电路的作用与组成电路的作用与组成一、电路的作用：一、电路的作用： l 能量（电能）的

3、传输、分配和转换能量（电能）的传输、分配和转换电灯电灯电动机等电动机等升压升压变压器变压器发电机发电机降压变降压变压器压器输电线输电线l 信息的采集、传递和处理信息的采集、传递和处理声音（弱）声音（弱）电（弱）电（弱）电（强）电（强）声音（强）声音（强）放大放大电路电路话筒话筒 扬声器扬声器，如电力系统（强电），如电力系统（强电） ，如半导体扩音器电路（弱电），如半导体扩音器电路（弱电） 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律二、电路的组成：二、电路的组成： 电源（信号源）电源（信号源）：提供电能：提供电能 负载负载：消耗、传输、分配电能：消耗、传输、分配电能 中间环节中间环节：起沟通

4、电路和输送电能的作用：起沟通电路和输送电能的作用 其繁简决定了电路的复杂程度其繁简决定了电路的复杂程度 电池（电池（电源电源）灯泡（灯泡（负载负载）导线（导线（中间环节中间环节）举例：举例： 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律关于电路参数及变量的文字符号关于电路参数及变量的文字符号电路模型中，元件用大写斜体字母表示，如：电路模型中，元件用大写斜体字母表示，如：R，L，C; 时变量用小写斜体字母表示，如：时变量用小写斜体字母表示，如：, ;u i小写斜体字母也可表示广义变量，即所描述的数学小写斜体字母也可表示广义变量，即所描述的数学 模型对直流和对变量都适用时模型对直流和对变量都适用

5、时;3.3.电路的参数和电路分析中的变量单位：必须使用国际电路的参数和电路分析中的变量单位：必须使用国际 上通用的文字符号表示。单个字母必须用大写字母，复上通用的文字符号表示。单个字母必须用大写字母，复合字母表示的单位其第一个字母用大写正体，第二个及合字母表示的单位其第一个字母用大写正体，第二个及 以后的字母表示用小写，如：以后的字母表示用小写，如：HzHz，WbWb等。等。 2.2.电路分析中的变量：电路分析中的变量：恒定的直流量用大写斜体字母表示，如：恒定的直流量用大写斜体字母表示，如：U U，I; I; 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律1.2 电流和电压的参考方向电流和电压

6、的参考方向 1.2.1 电流和电压的实际方向：电流和电压的实际方向：物理中对电量规定的方向物理中对电量规定的方向 电流：电流：正电荷移动正电荷移动的方向的方向 电压：电压：由高电位到低电位即由高电位到低电位即电位降低电位降低的方向的方向 电动势：电动势：电源内部由低电位到高电位即电源内部由低电位到高电位即电位升高电位升高方向方向 电源电源灯泡灯泡IRUE+_ab简单电路：简单电路： 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律 ( (1) )复杂电路：复杂电路：事先无法确定实际方向。为分析方便，只能事先无法确定实际方向。为分析方便，只能 先任意假设一种方向（即参考方向），根据计算结果，才先任

7、意假设一种方向（即参考方向），根据计算结果，才 能最终确定电流的实际方向。能最终确定电流的实际方向。为什么要引入参考方向？为什么要引入参考方向？ (2)交变电路：交变电路：电流电压是交变的，无法标出实际方向。设定参电流电压是交变的，无法标出实际方向。设定参 考方向和其相应表达式，表示出电流的大小和实际方向。考方向和其相应表达式，表示出电流的大小和实际方向。 电流方向电流方向 AB？ BA？ 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律1.2.2 1.2.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1.1.电路分析中的电路分析中的假设假设正方向，正方向，是是人为假定的方向人为假定的方向 （不

8、管实际方向如何）（不管实际方向如何）2.2.参考方向的参考方向的表示方法（标注）：表示方法（标注）： 电流参考方向电流参考方向有两种标注表示：有两种标注表示： 用箭头表示：箭头的指向为用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。 用双下标表示：如用双下标表示：如iAB, ,电流的参考方向由电流的参考方向由A点指向点指向B点。点。 IABiABiABAB 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律电压参考方向电压参考方向有三种表示方式有三种表示方式： 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压用

9、正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 的参考方向的参考方向 用双下标表示：如用双下标表示：如UAB , ,由由A指向指向B的方向为电压的方向为电压 ( (降降) )的参考方向的参考方向 ABUABUABU+AB 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系： 参考方向参考方向实际方向实际方向 ABi 0 0 i 0P =U I = 5= 51W 00时，吸收能量，电能时，吸收能量，电能000时，吸收能量，电能时，吸收能量，电能 02s时时，u0v，21( )( 2 )00 .5 A2ti tid 解：由图可知，解：由图可知，u u 为为分段

10、函数，求分段函数，求i应分段积分应分段积分 0t 1s时时，u1v，011( )( 0 )122ti tidt1t 2s时时，u-2v，11( )(1)20 .511 .52ti tidtt则则 i(1)0.5A例例如图所示为如图所示为2H2H电感上的电压波形，电感上的电压波形，求电流求电流i并画波形并画波形i（0）0i/At/s02-0.5本例目的：本例目的：熟悉元件的伏安关系，体会元件的记忆功能熟悉元件的伏安关系，体会元件的记忆功能 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律无源元件特性小结无源元件特性小结 电感电感L 电容电容C 电阻电阻R uR idiuLdtduiCdtU, ,i

11、均可跃变均可跃变i不能跃变不能跃变u不能跃变不能跃变 元件元件 电压电电压电流关系流关系 参数参数定义定义能量能量uqC LNiuRi耗能元件耗能元件20tR i dt储能元件储能元件212C u储能元件储能元件212L i其他其他电阻电阻R短路（短路（u0 0）开路（开路（i0 0）直流特性直流特性 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律1.3.4 1.3.4 电压源电压源 伏安特性伏安特性: :（外特性）（外特性）模型：模型：电动势电动势E串联内阻串联内阻RououUEIRU UI IR Rouou+ +- -E E工作分析工作分析RL，即空载，即空载RLIUE伏安特性曲线伏安特性

12、曲线0RL,UE,差值降在内阻上差值降在内阻上 RL0，即短路，即短路，ouIRIE/Rou,U=0 ，I=0,U=E 电压源电压源 为外电路提供稳定电压为外电路提供稳定电压 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律I IU UE E理想理想 特点特点输出电压输出电压U不变，其值恒等于电动势。不变，其值恒等于电动势。 即即 U E； 电源中的电流电源中的电流I由外电路决定由外电路决定。IE E+ +_ _UouUEIRRou越小越小,斜率越小斜率越小 Rou= 0，特性曲线与横轴，特性曲线与横轴I平行平行 此时的电压源为此时的电压源为理想电压源理想电压源 或或恒压源恒压源，模型为：，模型

13、为：实际电压源由实际电压源由恒压源与内阻串联恒压源与内阻串联而成而成。UIRou+ +- -E恒压源恒压源内阻内阻 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律当当R1 R2 同时接入时：同时接入时：I IE E+_a ab bU Uabab设设: :E=10V，求外电路改变时的电流求外电路改变时的电流I I和电压和电压Uab 例例 当当R1接入时接入时 ：当当IS=1A的电流源接入时：的电流源接入时：电压电压 UabEE不变不变 2 R1R22 I Is s本例目的：熟悉并体会恒压源的特点本例目的：熟悉并体会恒压源的特点 I=5A I=10AI=-1A 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念

14、和基本定律ISROiUISoiUIIRUI1.3.5 1.3.5 电流源：电流源：模型：模型：电激流电激流IS并联内阻并联内阻Roi 伏安特性伏安特性（外特性）（外特性） 工作分析工作分析 RL0，短路，短路RL外特性曲线外特性曲线 RL，空载，空载，0RL, IVbab1 5A 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律 求图示电路中各求图示电路中各点的电位点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。设设 a a为参考点，即为参考点，即V Va a=0V=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V设设 b b为参考点，即为参

15、考点，即V Vb b=0V=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 Vc20 4A6 10AE290V E1140V5 6A da ab 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律 电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变； 电路中两点间的电

16、压值是固定的，不会因参考电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路图借助电位的概念可以简化电路图b bc ca a2020 4A4A6 6 10A10AE E2 290V90V E E1 1140V140V5 5 6A6A d d+90V+90V2020 5 5 +140V+140V6 6 c cd d电位图电位图 江苏大学电工电子教研室电路的基本概念和基本定律2 2 A A+ +I I1 12 2 I I2 26V6V(b)(b) 图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A A点的电位点的电位V VA A解解: (1): (1)当开关当开关S S断开时断开时(2) (2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b b）电流电流 I I2 2 = 0= 0，I I1 1=3A=3A电位电位 V VA A =