第1章电路的基本概念

1、电工电子学电工电子学C2022-6-10电工电子学B第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念1.1 1.1 电路的作用和组成电路的作用和组成1.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.3 1.3 电阻、电容和电感元件电阻、电容和电感元件1.4 1.4 电源元件电源元件1.5 1.5 电路的工作状态电路的工作状态1.6 1.6 电路的基本定律电路的基本定律1.7 1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算2022-6-10电工电子学B1.1 1.1 电路的作用和组成电路的作用和组成电路：电路：由各种元件相互连接而构成的电流的通路。由各种元件相互连接而构成的电流的通路。2 2、

2、一、电路的作用：一、电路的作用：电池电池灯泡灯泡2022-6-10电工电子学B二、电路的组成及模型：二、电路的组成及模型：1 1、组成：、组成：电源、负载和中间环节电源、负载和中间环节。电电池池灯泡灯泡电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: : 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：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2022-6-10电工电子学B2 2、模型、模型： 为了便于用为了便于用数学方法分析电路数学方法分析电路, ,一般要将实际电路模一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件理想电路元件或其组合来或其组

3、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路模型。+RoE-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线SR2022-6-10电工电子学B几个概念：几个概念：激励：激励：作用于电路上的电源或信号源的电压或电流，作用于电路上的电源或信号源的电压或电流， 也称为也称为输入输入。响应：响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称 为为输出输出。电路分析：电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，分在已知电路结构和元件参数的条件下，分 析电路的激励与响应之间的关系。析电路

4、的激励与响应之间的关系。2022-6-10电工电子学B1.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量一、电流及其参考方向：一、电流及其参考方向：1 1、电流：、电流：dtdqi 3 3、实际方向：、实际方向：4 4、参考方向、参考方向：2 2、分类：、分类：电荷在导体中有规则的电荷在导体中有规则的定向移动定向移动形成电流，亦形成电流，亦叫电流强度，简称电流叫电流强度，简称电流i。直流电流直流电流I、交流电流、交流电流i。习惯上规定习惯上规定正电荷正电荷移动的方向为电流的实移动的方向为电流的实际方向。际方向。任选任选某一方向为其参考方向，也叫其正方某一方向为其参考方向，也叫其正方向。向。202

5、2-6-10电工电子学B5 5、正负、正负：10V10 I110V10 I1I1=1AI1=-1A当电流的参考方向与其实际方向当电流的参考方向与其实际方向一致时，其值一致时，其值为正为正；当电流的参考方向与其实际方向；当电流的参考方向与其实际方向相反时，相反时，其值为负其值为负。2022-6-10电工电子学B6 6、表示方法、表示方法： a、用、用箭头箭头来表示，箭头的方向为其参考方向；来表示，箭头的方向为其参考方向； b、用、用双下标双下标表示，例如表示，例如I Iabab表示电流参考方向由表示电流参考方向由a指向指向b。7 7、单位：、单位：安培安培（A A：AmpereAmpere） 毫

6、安毫安mA mA 微安微安uAuA 换算：换算：1mA = 101mA = 10-3-3A 1uA = 10A 1uA = 10-6-6A A2022-6-10电工电子学B二、电压和电动势及其参考方向：二、电压和电动势及其参考方向：（1 1）电压：）电压：dqdwu （3 3）实际方向：）实际方向：（4 4）参考方向）参考方向：1 1、电压：、电压：（2 2）分类：）分类：电场力把单位正电荷从电路中的一点移动到另电场力把单位正电荷从电路中的一点移动到另一点所作的功，即为这两点之间的电压一点所作的功，即为这两点之间的电压u。直流电压直流电压U、交流电压、交流电压u。规定由高电位端指向低电位端。规

7、定由高电位端指向低电位端。任选任选某一方向为其参考方向，也叫其正某一方向为其参考方向，也叫其正方向。方向。2022-6-10电工电子学B（5 5）正负）正负：U0U0U0U0电压值为电压值为正时正时，电压的实际极性和参考，电压的实际极性和参考极性相极性相同同，否则，否则相反相反。2022-6-10电工电子学B（6 6）表示方法）表示方法： （7 7）单位：）单位：a a、用、用极性极性“”、“”表示，参考方向表示，参考方向由正指向负；由正指向负；b b、用、用双下标双下标表示，例如表示，例如U Uabab表示其参考方向由表示其参考方向由a a指向指向b b。伏特伏特（V V：Volt)Volt

8、) 毫伏毫伏mV mV 微伏微伏uV uV 千伏千伏kV kV 换算：换算：1mV 1mV 10103 3V 1uV V 1uV 10106 6V V 1kV 1kV 10103 3V V2022-6-10电工电子学B2 2、关联与非关联参考方向：、关联与非关联参考方向：关联关联参考方向参考方向非关联非关联参考方向参考方向 关联参考方向：关联参考方向： 非关联参考方向：非关联参考方向：电流和电压的参考方向一致；电流和电压的参考方向一致；电流和电压的参考方向不一致；电流和电压的参考方向不一致；2022-6-10电工电子学B3 3、电动势：、电动势：（1 1）概念：）概念：（2 2）实际方向：）实

9、际方向：（3 3）单位：）单位：描述了电源中描述了电源中外力做功外力做功的能力，它的大小等于的能力，它的大小等于外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。极移到正极所做的功。在电源内部由在电源内部由负极指向正极负极指向正极。伏特伏特（V V：Volt)Volt)2022-6-10电工电子学B三、电功率：三、电功率：1 1、概念：、概念：uidtdwpUIP 2 2、单位：、单位：3 3、计算：、计算： （1 1）当电流和电压为关联参考方向时：）当电流和电压为关联参考方向时：（2 2）当电流和电压为非关联参考方向时：）当电流和电压为非关联

10、参考方向时：（3 3）若）若 ，表示该元件吸收功率；，表示该元件吸收功率； （负载）（负载） 若若 , , 表示该元件产生功率。表示该元件产生功率。（电源）（电源）0piupiup0p例：例：教材教材P P4 4 例例1 11 1描述电路元件中电能变换的速度，其值为单位时描述电路元件中电能变换的速度，其值为单位时间内元件所吸收或输出的电能。间内元件所吸收或输出的电能。瓦（瓦（W W）2022-6-10电工电子学B1.3 1.3 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件一、电阻元件：一、电阻元件： 线性电阻元件：线性电阻元件：欧姆定律：欧姆定律：R为电阻，单位：欧姆（为电阻，单位：欧姆（ ）u

11、R i （非关联参考方向）（非关联参考方向） 令令G 1/R（关联参考方向）（关联参考方向）u R i伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。G 称为电导称为电导单位：西门子（单位：西门子（S：Siemens）2022-6-10电工电子学B 功率：功率：RuRiuip22 能量：能量：dtRitpdWtttt002非线性电阻元件：非线性电阻元件：（耗能元件）（耗能元件）伏安曲线不是通过坐标原点的一条直伏安曲线不是通过坐标原点的一条直线。线。2022-6-10电工电子学B二、电容元件：二、电容元件：线性电容元件：线性电容元件：Ciu+Ciu+对线性电容元件有：对线性电

12、容元件有：q = Cu C C 称为电容器的电容称为电容器的电容单位单位：库伏特性曲线在库伏特性曲线在uq平面上为通平面上为通过原点的直线。过原点的直线。法拉法拉（F）微法微法F 纳法纳法nF 皮法皮法pF1 F=10-6F 1nF=10-9F 1pF=10-12F2022-6-10电工电子学B电压、电流关系：电压、电流关系：tuCdtdCutqidddd（直流相当于断路）（直流相当于断路） 电场能量：电场能量：221CuW 非线性电容元件：非线性电容元件：（储能元件）（储能元件）库伏特性曲线在库伏特性曲线在uq平面上不是通平面上不是通过原点的直线。过原点的直线。2022-6-10电工电子学B

13、三、电感元件：三、电感元件：线性电感元件：线性电感元件：Li对线性电感元件有：对线性电感元件有：L L 称为电感器的电感称为电感器的电感单位单位：韦安特性曲线在韦安特性曲线在i 平面上为通过平面上为通过原点的直线。原点的直线。亨利亨利（H）微亨微亨H 毫亨毫亨mH 1 H=10-6H 1mH=10-3H2022-6-10电工电子学B由电磁感应定律可得，自感电动势为：由电磁感应定律可得，自感电动势为：dtdiLdtdedtdiLu 端电压：端电压：（直流相当于短路）（直流相当于短路） 磁场能量：磁场能量：221LiW （储能元件）储能元件）2022-6-10电工电子学B1.4 1.4 电源元件电

14、源元件 能够独立向外电路提供能量的电源，分为电压源能够独立向外电路提供能量的电源，分为电压源 和电流源。和电流源。一、独立电源：一、独立电源：1 1、理想电源：、理想电源： 是实际电源的理想化模型，分为理想电压源和是实际电源的理想化模型，分为理想电压源和 理想电流源。理想电流源。（1 1）理想电压源：）理想电压源： 向负载提供一个恒定值的电压向负载提供一个恒定值的电压直流直流 电压电压US或频率和幅值不变的交流电压或频率和幅值不变的交流电压us。图形符号图形符号伏安特性伏安特性特点：特点： （1） 恒压源两端的电压与流过电源的电流无关；恒压源两端的电压与流过电源的电流无关； （2 2）恒压源输

15、出电流的大小取决于所连接的外电）恒压源输出电流的大小取决于所连接的外电 路。路。2022-6-10电工电子学B（2 2）理想电流源：）理想电流源： 向负载提供一个恒定值的电流向负载提供一个恒定值的电流直流直流 电流电流IS或频率和幅值不变的交流电流或频率和幅值不变的交流电流is。图形符号图形符号伏安特性伏安特性特点：特点： （1） 恒流源输出的电流与恒流源的端电压无关；恒流源输出的电流与恒流源的端电压无关； （2 2） 恒流源的端电压取决于与恒流源相连接的外电恒流源的端电压取决于与恒流源相连接的外电 路。路。2022-6-10电工电子学B其电路模型通常为电源元件和电阻元件的其电路模型通常为电源

16、元件和电阻元件的组合。组合。2 2、实际电源：、实际电源：（1 1）电压源：）电压源：IRUUs02022-6-10电工电子学B（2 2）电流源：）电流源：0RUIIs2022-6-10电工电子学B二、受控电源：二、受控电源：1 1、定义、定义: : 2 2、电路符号：、电路符号：电压源的电压或电流源的电流受电路中其他电压源的电压或电流源的电流受电路中其他部分的电压或电流控制。部分的电压或电流控制。2022-6-10电工电子学B三、分类：三、分类：1 1、电流控制的电流源、电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source )i2i1C C V Sr i1

17、+_u2+_u1+_i2i1C C V Sr i1+_u2+_u1+_C C V Sr i1+_u2+_u1+_2 2、电流控制的电压源、电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source ) : :电流放大倍数电流放大倍数 r : : 转移电阻转移电阻2022-6-10电工电子学B3 3、电压控制的电流源、电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source ) VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVS u1+_u2+_u1+_i2i1VCVS u1+_u2+_u1+_i2i

18、14 4、电压控制的电压源、电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )g: 转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数2022-6-10电工电子学B1.5 1.5 电路的工作状态电路的工作状态oIREU IIREUIP)(0一、有载状态：一、有载状态：1 1、特性：、特性：开关闭合开关闭合RREI0负载电流：负载电流：端端 电电 压压：U = IR负载功率：负载功率：PPPE电源外特性电源外特性IUE20IREI 电源产生电源产生的功率的功率 电源内部电源内部消耗的功率消耗的功率功率平衡功率平衡电源输出电源输出的功率的功率2022-6-10电

19、工电子学B2 2、额定值及运行状态、额定值及运行状态: :额定值额定值: :运行状态运行状态: :欠载欠载（轻载）：（轻载）：NNPPII（不经济）（不经济）过载过载（超载）：（超载）：NNPPII（设备易损坏）（设备易损坏）额定工作状态：额定工作状态：NNPPII（经济合理安全可靠）（经济合理安全可靠）电器设备的安全使用值，用电器设备的安全使用值，用UN、IN和和PN表示。表示。2022-6-10电工电子学B3 3、电源与负载、电源与负载电源与负载的判别：根据电压和电流的电源与负载的判别：根据电压和电流的实际方向实际方向，可以确定某一电路元件是电源还是负载。可以确定某一电路元件是电源还是负载

20、。电源：电源：U和和I的实际方向相反；电流从的实际方向相反；电流从“+”流出；输出功率，流出；输出功率，p0。例：P9 1-12022-6-10电工电子学B二、开路状态：二、开路状态：开关断开开关断开特征特征:0I0PEUU0负载功率：负载功率：电电 流流: :开路电压：开路电压：2022-6-10电工电子学B三、短路状态：三、短路状态：导线短接导线短接 特征特征: :0REIIS0P0U端端 电电 压压: :负载功率负载功率:02RIPSE电源功率电源功率:短路电流短路电流: :2022-6-10电工电子学B1.6 1.6 电路的基本定律电路的基本定律 对于一个线性电阻元件而言，流过电阻的电

21、流对于一个线性电阻元件而言，流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。与电阻两端的电压成正比。一、欧姆定律：一、欧姆定律：关联参考方向：关联参考方向：IUR RIU非关联参考方向：非关联参考方向：例：例：教材教材P10 例例122022-6-10电工电子学B二、基尔霍夫定律：二、基尔霍夫定律：1 1、几个术语：、几个术语：（1 1）支路）支路(branch)：（2 2）节点）节点(node):（3 3）回路）回路(loop)：(4) (4) 网孔网孔(mesh)：电路中流过同一电流的分支。电路中流过同一电流的分支。(b)电路中三条或三条以上支路的连接点电路中三条或三条以上支路的连接点称为节点。称为

22、节点。(n)由一条或多条支路组成的闭合路径。由一条或多条支路组成的闭合路径。(l)对平面电路，内部不含有支路的回路为对平面电路，内部不含有支路的回路为网孔网孔, ,即每个网眼就是网孔。即每个网眼就是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。abab+_R1uS1+_uS2R2R3+_R1uS1+_uS2R2R31 12 23 3123123支路：支路：b=3 节点：节点：n=2 回路：回路：l=3 网 孔 ：网 孔 ： 2 个个支路：支路：b=6 节点：节点：n=4 回路：回路：l=7 网 孔 ：网 孔 ： 3 个个 2022-6-10电工电子学B2 2、基尔霍夫电

23、流定律、基尔霍夫电流定律( (KCL) )： 0I(1)(1)内容内容：(2)(2)符号的确定：符号的确定：i1i4i2i3例例i1i4i2i3例例 i1- i2+ i3- i4= 0 i1+ i3= i2+ i4 任何时刻，对任一节点，所有支路电流的任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数代数和和为零。即：为零。即：选定参考方向后，习惯上取选定参考方向后，习惯上取流出流出该节点该节点的支路电流的支路电流为负为负，流入为正。流入为正。2022-6-10电工电子学B(3)(3)另一种表达：另一种表达：(4)(4)推广：推广：证明：结点证明：结点A： IA = IAB ICA 结点结点B： IB

24、= IBC IAB 结点结点C： IC = ICA IBC左右两边相加可得左右两边相加可得 IA IB IC 0出入II在任一瞬时，流向某一结点的电流之在任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。即和等于由该结点流出的电流之和。即对任一包围几个节点的闭合面而言，流入该闭合对任一包围几个节点的闭合面而言，流入该闭合面（广义节点）的电流等于流出该闭合面的电流。面（广义节点）的电流等于流出该闭合面的电流。2022-6-10电工电子学B3 3、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电压定律 (KVL)(1)(1)内容：内容：(2)(2)符号的确定：符号的确定： 0U表达式表达式：U1 U2 U3

25、 U4 0U1 U4 U2 U3即：即：电路中的任一回路，任一时刻，按一定方向沿着电路中的任一回路，任一时刻，按一定方向沿着回路循行一周，回路中所有电压的回路循行一周，回路中所有电压的代数和为代数和为零。零。即：即：a a、任意选择任意选择一个绕行方向，可以顺时针也可以逆时针；一个绕行方向，可以顺时针也可以逆时针；b b、电压的参考方向与绕行方向、电压的参考方向与绕行方向一致取正一致取正号，电压的参考号，电压的参考 方向与绕行方向方向与绕行方向相反则取负号相反则取负号。2022-6-10电工电子学B （3 3）另一种表达：）另一种表达：即：即： 升降UU（4 4）推广：）推广：E RI U 0

26、从任一回路中的任一点出发，沿任一方向从任一回路中的任一点出发，沿任一方向绕行一周，则在该方向上绕行一周，则在该方向上电位降电位降之和等于之和等于电位升电位升之和。之和。KVLKVL定律不仅应用于闭合回路，也可以应用于回定律不仅应用于闭合回路，也可以应用于回路的部分电路，即路的部分电路，即假想回路假想回路。2022-6-10电工电子学B定律应用中注意的问题：定律应用中注意的问题： 1 1、两个定律具有普遍性，它们适用于由不同元件所构成、两个定律具有普遍性，它们适用于由不同元件所构成 的电路；的电路；2 2、在运用定律时，首先要在电路中标注出电流、电压或、在运用定律时，首先要在电路中标注出电流、电压或 电动势的参考方向；电动势的参考方向；3 3、在应用、在应用KVLKVL定律时，要选择一个绕行方向定律时，要选择一个绕行方向。2022-6-10电工电子学B 例：例：有一个闭合回路如图所示，各支路的元件是任意的，有一个闭合回路如图所示，各支路的元件是任意的， 已知：已知：UAB 5V，UDA 3V， UBC 4V。 试求试求：（：（1）UCD；（；（2）UCA。 ABDC