电工学第1章-直流电路

1、第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.1电路的作用和组成电路的作用和组成1.2电路的状态电路的状态1.3电路中的参考点电路中的参考点1.4电路中的参考方向电路中的参考方向1.5理想电路元件理想电路元件1.6基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7支路电流法支路电流法1.8叠加原理叠加原理1.9等效电源定理等效电源定理1.10非线性电阻电路非线性电阻电路教学基本要求教学基本要求分析与思考题分析与思考题练习题练习题第第1章章 直直 流流 电电 路路返回主页返回主页第第 1 章章 直直 流流 电电 路路电电源源1.1电路的作用和组成电路的作用和组成电路电路电流流通的路径。电流流通的路径。返返 回回下一页下

2、一页上一页上一页下一节下一节US第第 1 章章 直直 流流 电电 路路电路的作用电路的作用返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节3第第 1 章章 直直 流流 电电 路路电路的组成电路的组成返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节E电源：电源：E将非电形态的能量转化为将非电形态的能量转化为电能的供电设备。电能的供电设备。负载：负载：将电能转化为非电形态的将电能转化为非电形态的能量的用电设备。能量的用电设备。连结导线：连结导线：沟通电路、输送电能。沟通电路、输送电能。图图 1.1.1 简单照明电路简单照明电路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.2电路中的参考点电路中的参考点返回返回

3、下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节UCCRCICRBIBIEaBCE将电路中的某一点选作将电路中的某一点选作参考点参考点，并规定其电位，并规定其电位为为零零。电路中其它任何一点电路中其它任何一点与参考点之间的电压与参考点之间的电压便是该点的便是该点的电位电位。6 V2 k 270 k 1 mA0.02 mAVe=0Va=UCC=6 VVb=UCCRBIB=0.6 VVc=UCCRCIC=4 V图图 1.3.1 电路中的参考点电路中的参考点第第 1 章章 直直 流流 电电 路路化简电路化简电路RCICRBIBIEaBCEUCC图图 1.3.1 电路中的参考点电路中的参考点第第 1

4、章章 直直 流流 电电 路路1.3电路的状态电路的状态（一）通路（一）通路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节EUSUL+_IS电路的状态电路的状态通路通路电源的状态电源的状态有载有载电源产生的电功率为电源产生的电功率为 EI电源输出的电功率为电源输出的电功率为 US I负载取用的电功率为负载取用的电功率为 UL I 电气设备工作时，其电压、电流和功率均有一定限电气设备工作时，其电压、电流和功率均有一定限额，这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能额，这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能力，称为电气设备的力，称为电气设备的额定值额定值。图图 1.2.1 通路通路

5、第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（二）开路（二）开路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节 当某部分电路与电源断当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为部分电路的状态称为开路开路。S2S1I0有有源源电电路路U视电视电路而定路而定开路的特点开路的特点:图图 1.2.2 开路开路图图 1.2.3 开路的特点开路的特点第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（三）短路（三）短路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节 当某部分电路的两端用电阻当某部分电路的两端用电

6、阻可以忽略不计的导线或开关连接可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部全部被导线或开关所旁路，这部分电路的状态称为分电路的状态称为短路短路。I 视电路而定视电路而定有有源源电电路路U 0短路的特点短路的特点:S2S1电源短路图图 1.2.4 短路短路图图 1.2.5 短路的特点短路的特点第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.4电路中的参考方向电路中的参考方向返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节US+_ISR1R2I I 在复杂的直流电路中，电压和在复杂的直流电路中，电压和电流的实际方向往往是无法预知

7、的，电流的实际方向往往是无法预知的，且可能是待求的；而在交流电路中，且可能是待求的；而在交流电路中，电压和电流的实际方向是随时间不电压和电流的实际方向是随时间不断变化的。这时只能给它们假定一断变化的。这时只能给它们假定一个方向作为电路分析和计算时的参个方向作为电路分析和计算时的参考，这些假定的方向称为考，这些假定的方向称为参考方向参考方向或正方向或正方向。图图 1.4.1 关联参考方向关联参考方向第第 1 章章 直直 流流 电电 路路电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：IE+_ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。Iab 双下标双下标aR

8、b箭箭 标标abRI正负极性正负极性+abU U+_第第 1 章章 直直 流流 电电 路路实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。注意：注意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负值才有正负之分。之分。 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 a 指向指向

9、 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向从从 b 指向指向 a 。第第 1 章章 直直 流流 电电 路路关于欧姆定律关于欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R第第 1 章章 直直 流流 电电 路路解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律

10、对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第第 1 章章 直直 流流 电电 路路 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性常数常数即：即： IUR 第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.5理想电路元件理想电路元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节 由实际电路元件组

11、成的电路称为由实际电路元件组成的电路称为电路实体电路实体。 可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的其物理性质的理想电路元件理想电路元件代替。代替。 用理想电路元件组成的电路称为电路实体的用理想电路元件组成的电路称为电路实体的电电路模型路模型。第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（一）理想无源元件（一）理想无源元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（一）理想无源元件（一）理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定

12、义物理量物理量关系关系实物实物R电路中电能消耗的元件电路中电能消耗的元件是参数元件是参数元件线性元件线性元件图图 1.5.1 电阻电阻第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（一）理想无源元件（一）理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物RR = u/i在直流电路中，在直流电路中，R = U/IR 的单位为欧姆（的单位为欧姆（）uiP= UI = U2/R = RI2图图 1.5.1 电阻电阻第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（一）理想无源元件（一）理想无源元件1.1.理想电阻元件理想电阻元

13、件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节ABC定义定义物理量物理量关系关系实物实物第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（一）理想无源元件（一）理想无源元件. .理想电容元件理想电容元件返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节第第 1 章章 直直 流流 电电 路路返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节（一）理想无源元件（一）理想无源元件3 3理想电感元件理想电感元件第第 1 章章 直直 流流 电电 路路（二）理想电源元件（二）理想电源元件本身功耗忽略不计，本身功耗忽略不计，只起产生电能的作用只起产生电能的作用返回返回下一页下一页上一页上一页下

14、一节下一节上一节上一节第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.1.理想电压源（恒压源）理想电压源（恒压源）返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节（二）理想电源元件（二）理想电源元件第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1.1.理想电压源（恒压源）理想电压源（恒压源）返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节输出电压输出电压是由它本身确定是由它本身确定的的定值定值，与输出，与输出电流和外电路情电流和外电路情况无关。况无关。输出电流输出电流不是定值，与输不是定值，与输出电流和外电路出电流和外电路情况有关。情况有关。（二）理想电源元件（二）理想电源元件第第 1 章章

15、 直直 流流 电电 路路. .理想电流源（恒流源）理想电流源（恒流源）返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节（二）理想电源元件（二）理想电源元件第第 1 章章 直直 流流 电电 路路. .理想电流源（恒流源）理想电流源（恒流源）输出电流输出电流是由它本身确定是由它本身确定的的定值定值，与输出，与输出电压和外电路情电压和外电路情况无关。况无关。输出电压输出电压不是定值，与输不是定值，与输出电压和外电路出电压和外电路情况有关。情况有关。返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节（二）理想电源元件（二）理想电源元件第第 1 章章 直直 流流 电电 路路3 3理想电源元

16、件的两种工作状态理想电源元件的两种工作状态返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节19（二）理想电源元件（二）理想电源元件第第 1 章章 直直 流流 电电 路路实际电源的模型实际电源的模型返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节第第 1 章章 直直 流流 电电 路路 例例 1.5.1 图示直流电路已知理想电压源的电压图示直流电路已知理想电压源的电压 US3 V，理想电流源的电流，理想电流源的电流 IS = 3 A，电阻，电阻 R = 1 。求（求（1）理想电压源的电流和理想电流源的电压；（）理想电压源的电流和理想电流源的电压；（2）讨论电路的功率平衡关系。讨论电

17、路的功率平衡关系。返回返回下一页下一页上一页上一页下一节下一节上一节上一节第第 1 章章 直直 流流 电电 路路支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 23 3第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等

18、于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 或或: = 0I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E1对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0第第 1 章章 直直 流流 电电 路路I =?例例:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V第第 1 章章 直直 流流 电电 路路即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回

19、路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 2第第 1 章章 直直 流流 电电 路路1列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R

20、2I2_第第 1 章章 直直 流流 电电 路路对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章

21、 直直 流流 电电 路路2. 举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V+ + E1140V5 6A+ + d第第 1 章章 直直 流流 电电 路路bca20 4A6 10AE290V+ + E1140V5 6A+ + d+90V20 5 +140V6 cd第第 1 章章 直直 流流 电电 路路图示电路，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点点 的电位的电位VA解解: (1)当开关当开关S S断开时

22、断开时(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路 当不需求当不需求a、c和和b、d间的电流时，间的电流时，(a、c)( b、d)可分

23、别看成一个结点。可分别看成一个结点。第第 1 章章 直直 流流 电电 路路 支路数支路数b =4，且恒流，且恒流源支路的电流已知。源支路的电流已知。I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例例3：试求各支路电流。试求各支路电流。对结点对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路对回路1：12I1 6I2 = 42对回路对回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I112 6 7A3 cd123+UX对回路对回路3：UX + 3I3 = 0第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路2121RREII+ + SIRRRI2121+ + S2122

24、1111IRRRRREIII+ + + + + + SIRRRI2112+ + S21121IRRRRRE+ + + + 第第 1 章章 直直 流流 电电 路路12112112111211 ) (RIRIRIIRIP + + + + 第第 1 章章 直直 流流 电电 路路A1A5510322 + + + + RREIV5V5122S RIU第第 1 章章 直直 流流 电电 路路A5 . 0A5 . 0A1 222 III所所以以A5 . 01555S3232 + + + + IRRRIV5 . 2V55 . 022S RIUV5 . 72.5V5VSSS + + + + UUU第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路第第 1 章章 直直 流流 电电 路路A5 . 2A44