第一章 电路的基本概念和基本定律

1、返回返回一、电一、电 路路是为能够实现某种需要，由某些电气是为能够实现某种需要，由某些电气元件按一定方式连接起来的总体，提供元件按一定方式连接起来的总体，提供了电流流通的路径。了电流流通的路径。电源电源、负载负载和和中间环节中间环节1.定义定义:2.组成组成:返回返回电源：将其他形式的能量或信号转换成电能或电源：将其他形式的能量或信号转换成电能或 信号的装置。信号的装置。 如：发电机：机械能如：发电机：机械能电能电能 传感器传感器:非电量信息非电量信息电信号电信号负载：将电能转换成其他形式的能量的装置，负载：将电能转换成其他形式的能量的装置， 如：电动机：电能如：电动机：电能机械能机械能 扬声

2、器：音频信号扬声器：音频信号电信号电信号中间环节：传送、控制电能或电信号的部分。中间环节：传送、控制电能或电信号的部分。 如：导线、控制电路、开关、容电器等如：导线、控制电路、开关、容电器等 例如：手电筒电路例如：手电筒电路电池：电池： 提供电能提供电能灯泡：灯泡：将电能转将电能转换成光能换成光能 * 中间环节基本不产生能量或中间环节基本不产生能量或 信号的转换信号的转换返回返回电池电池开关电器开关电器机壳与连接导线机壳与连接导线灯泡灯泡 (1) (1) 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换电力电路电力电路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

3、电炉电炉.输电线输电线二、电路的作用二、电路的作用电路的基本作用电路的基本作用: : 进行电能与其他形式能量之间的转换。进行电能与其他形式能量之间的转换。特点特点- -高电压、大电流、要求功率大、效率高、强电电路高电压、大电流、要求功率大、效率高、强电电路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用电用电设备设备（220220500500）kVkV10kV10kV380V380V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

4、电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理信号电路信号电路放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒特点特点- -低电压、小电流、要求信号不失真、抗干扰能低电压、小电流、要求信号不失真、抗干扰能力强等。弱电电路力强等。弱电电路放大器放大器测量仪器测量仪器压电式压电式传感器传感器电缆电缆直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：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，它推动电路工作；由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

5、电压和电流称为响应。激励所产生的电压和电流称为响应。（一）实际使用的电工设备和电子元器件表现出多种电（一）实际使用的电工设备和电子元器件表现出多种电磁性质，磁性质，其能量转换过程主要表现在以下两种模型：其能量转换过程主要表现在以下两种模型：三三、电路模型电路模型定义：定义：电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主电路模型就是将实际电路中的各种元件按其主要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的要物理性质分别用一些理想电路元件来表示所构成的电路图电路图 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电路模型化，用足

6、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相对应的电路模型。成与实际电路相对应的电路模型。电源模型电源模型负载模型负载模型2.2.电感性电感性 建立磁场，储存磁场能的电磁性质建立磁场，储存磁场能的电磁性质 。可逆。可逆。电机电机, ,空调空调, ,电焊机电焊机, ,电冰箱等电冰箱等 3.3.电容性电容性 带电体建立电场，储存电场能的电磁性质带电体建立电场，储存电场能的电磁性质 。可逆。可逆。1.1.电阻性电阻性 消耗电能的电磁性质，将电能转换为热消耗电能的电磁性质，将电能转换为热 能，不可逆地损耗掉了。能，不可逆地

7、损耗掉了。白炽灯、电炉子、电褥子白炽灯、电炉子、电褥子电源模型电源模型中表现的是：中表现的是： ：向电路提供电能。向电路提供电能。负载模型负载模型中所表现出的有以下三种基本形式：中所表现出的有以下三种基本形式：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、电容元件和电源元件等。电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。 忽略实际电工设备和电子元器件的一些次要性质忽略实际电工设备和电子元器件的一些次要性质, ,只保留只保留它的一个主要性质它的一个主要性质, ,并用一个足以反映该主要性质的模型并用一个足以反映该主要性质的模型理理想化电路元件来表示。想化电路元件来表示。 实际电工设

8、备和电子元器件所表现出的电磁性质是实际电工设备和电子元器件所表现出的电磁性质是十分复杂的。例如白炽灯主要表现为电阻性，同时具有十分复杂的。例如白炽灯主要表现为电阻性，同时具有电感性与电容性。电感性与电容性。每一种理想化电路元件只具有一种电磁性质。每一种理想化电路元件只具有一种电磁性质。2. 2. 电感元件电感元件 电感性电感性( (储能元件储能元件) )L L3. 3. 电容元件电容元件 电容性电容性( (储能元件储能元件) )C C1. 1. 电阻元件电阻元件 电阻性电阻性( (耗能元件耗能元件) )R R（二）理想化电路元件（二）理想化电路元件（三）实际电气设备及电路元件的电气性质都可（三

9、）实际电气设备及电路元件的电气性质都可以用理想电路元件表示。以用理想电路元件表示。有的电气设备及电路元件的电气性质则需用理想元件的有的电气设备及电路元件的电气性质则需用理想元件的组合表示。组合表示。例如白炽灯、电阻炉可以用单一的电阻元件表示。例如白炽灯、电阻炉可以用单一的电阻元件表示。白炽灯白炽灯R RL LR R电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型电感线圈：可以用电感元件与电阻元件的串联组合表示。电感线圈：可以用电感元件与电阻元件的串联组合表示。E ER RO O+ +-实际电源的电路模型实际电源的电路模型实际电源可以用电源模型与电阻元件的串联组合表示。实际电源可以用电源模型与电阻元件的串联

10、组合表示。 (四）常见的理想电路元件四）常见的理想电路元件电阻电阻电容电容电压源电压源电流源电流源返回返回电感电感(五五) 手电筒的电路模型手电筒的电路模型R0RUS电源电源中间环节中间环节负载负载 电路模型只反映实际电路的作用及其相互电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。何形状及相互位置。返回返回S返回返回一、电流的参考方向一、电流的参考方向电流电流单位：单位：（A A m A uA m A uA）电流的电流的实际方向实际方向: :正电荷的运动方向。正电荷的运动方向。在电流可能的两个实际方向中，任

11、选一个作为标准（参考），在电流可能的两个实际方向中，任选一个作为标准（参考），并用箭头标出。当电流并用箭头标出。当电流I I的实际方向与之相同时，的实际方向与之相同时， I I为正值；为正值；反之，反之，I I是负值。是负值。电流的电流的参考方向参考方向: :又称为假定正方向或正方向。又称为假定正方向或正方向。是确定电流实际方向的一种方法、手段。是确定电流实际方向的一种方法、手段。带电微粒有规则的定向运动形成电流。带电微粒有规则的定向运动形成电流。直流电流：电流的方向和大小都不随时间变化。直流电流：电流的方向和大小都不随时间变化。交流电流：交流电流：电流的方向和大小都不随时间变化。电流的方向和

12、大小都不随时间变化。i = dq/dtI=Q/tI I0 0实际方向实际方向 相对于电流的参考方向（标准），电流相对于电流的参考方向（标准），电流I I是一个代数量。是一个代数量。参考方向与代数量结合，即可确定电流的实际方向。参考方向与代数量结合，即可确定电流的实际方向。一段电路电流的实际方向为未知一段电路电流的实际方向为未知I I规定其参考方向（红色）如图示规定其参考方向（红色）如图示实际方向实际方向I II I0 0结论结论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

13、电压) )值为值为负值负值。则表明该支路电流实际方向与图示参考方向相同。则表明该支路电流实际方向与图示参考方向相同。例如：例如： 若计算得到若计算得到 I I = 1.5A = 1.5A：R RI I分析、计算电路首先要在电路图中标出参考方向。分析、计算电路首先要在电路图中标出参考方向。未标出电流的参考方向，电流的正、负值没有意义。未标出电流的参考方向，电流的正、负值没有意义。参考方向的表示方法参考方向的表示方法I Iabab 双下标双下标箭箭 标标a ab bR RI I则表明该支路电流实际方向与图示参考方向相反。则表明该支路电流实际方向与图示参考方向相反。 若计算得到若计算得到 I I =

14、 -1.5A = -1.5A：电压是衡量电场力推动正电荷运动电压是衡量电场力推动正电荷运动, ,对正电荷作功能力的物理量。对正电荷作功能力的物理量。二、电压的参考方向二、电压的参考方向电压的实际方向电压的实际方向 : :自高电位点指向低电位点自高电位点指向低电位点电场力推动正电荷沿电压的实际方向运动电场力推动正电荷沿电压的实际方向运动, ,对正电荷做正功。对正电荷做正功。电位逐点降低，消耗电能。电位逐点降低，消耗电能。电路中电路中A A、B B两点之间的电压：在数值上等于电场力把单位正电荷两点之间的电压：在数值上等于电场力把单位正电荷自自A A点移动到点移动到B B点所做的功。点所做的功。低电

15、位点低电位点B B高电位点高电位点A AQWUABA A、B B两点之间的电压两点之间的电压单位：伏（单位：伏（V V）+ +U UABAB电压的参考方向电压的参考方向电压的实际方向与电压的参考方电压的实际方向与电压的参考方向一致，为向一致，为正值正值；反之，为；反之，为负值负值。确定参考方向之后，电压是代数量。确定参考方向之后，电压是代数量。U UABAB+ + - -A AB B电压参考方向的表示方法电压参考方向的表示方法用用“+ +”、“- -”分别表示假设的高电位点和低电位点。分别表示假设的高电位点和低电位点。用双下标字母表示，如用双下标字母表示，如U UABAB，第一个字母，第一个字

16、母A A表示表示假设的高电位点，假设的高电位点，第第二个字母二个字母B B表示表示假设的低电位点。假设的低电位点。U Uabab 双下标双下标正负极性正负极性+ +a ab bU UU UABAB+ + - -A AB B 如果计算出的如果计算出的U UABAB0,0,则电压的实际则电压的实际方向与参考方向相同方向与参考方向相同, A, A点是高电位点点是高电位点, , B B点是低电位点。点是低电位点。 如果计算出的如果计算出的U UABAB0,0,则电压的实际则电压的实际方向与参考方向相反方向与参考方向相反, B, B点是高电位点点是高电位点, , A A点是低电位点。点是低电位点。三、电

17、压、电流的关联参考方向三、电压、电流的关联参考方向U U+ + - -A AB BI I关联参考方向关联参考方向 电流的参考方向与电压降的参考方向一致。电流的参考方向与电压降的参考方向一致。U U+ + - -A AB BI I非关联参考方向非关联参考方向对于电阻元件对于电阻元件U U+ +-A AB BI IR RRUI RUIU U+ +-A AB BI IR R非关联参考方向。非关联参考方向。对于元件对于元件B B所在支路所在支路电压、电流是电压、电流是在图示参考方向下在图示参考方向下对于元件对于元件A A所在支路所在支路电压、电流是电压、电流是关联参考方向。关联参考方向。B BA AU

18、 UI I+ +-关联参考方向与非关联参考方向是对于某一段确定电路来说的关联参考方向与非关联参考方向是对于某一段确定电路来说的, ,例如图示电路：例如图示电路：应用欧姆定律计算电阻应用欧姆定律计算电阻R326IUR326IUR+-UR6V2AI关联参考方向关联参考方向R+-U6V-2AI非关联参考方向非关联参考方向例题例题已知已知I1=3A、 I2= 2A、 I3=5A、 U1=10V。+-+-+-U1U2U3I3I2I1AB（2）电流的实际方向）电流的实际方向 非关联参考方向非关联参考方向 U1、 I1 AB+I1U1（3）电压的实际方向）电压的实际方向( (B点是高电位点点是高电位点, ,

19、 A点是低电位点点是低电位点) )。 （1）关联参考方向）关联参考方向 U2 、 I2 U3、 I3AB+I2U2AB+I3U3三三、电源的电动势电源的电动势电动势：是衡量电源对电荷做功能力的物理量。电动势：是衡量电源对电荷做功能力的物理量。电动势：在数值上等于电源力把单位电动势：在数值上等于电源力把单位正电荷从电源负极经电源内部到达正正电荷从电源负极经电源内部到达正极所做的功。极所做的功。外电路与内电路外电路与内电路内电路内电路外电路外电路电动势的实际方向：自电源负极经电源内部指向正极。电动势的实际方向：自电源负极经电源内部指向正极。电动势的电动势的参考方向参考方向自电源负极经电源内部指向正

20、极。自电源负极经电源内部指向正极。R RE E+ + - -I IA AB BE E = = U UABAB电压源对外电路的作用效果既可以用电压源对外电路的作用效果既可以用电动势表示电动势表示, ,也可也可以用电压表示以用电压表示, ,在图示正方向下在图示正方向下五、电功率五、电功率U U、 I I均为代数量均为代数量, ,可正、可负，可正、可负， 可能使可能使P P0 0或或P P 0 0 。P P = = UIUI一段电路或一个电路元件在单位时间内所吸收或提供的电能。一段电路或一个电路元件在单位时间内所吸收或提供的电能。单位：瓦单位：瓦（W W）+ +- - -U UABABA AB BE

21、 EU U+ +-I I关联参考方向下：关联参考方向下：P P0 0 吸收电功率吸收电功率P P 0 0 提供提供电功率电功率U U+ +-I I非关联参考方向下：非关联参考方向下：P P 0 0 提供提供电功率电功率P P 0 0 吸收吸收电功率电功率 U U、I I同正或同负。同正或同负。 如如U U 0 0 、I I 0 0 ， 表明表明U U、I I实际方向与图示参考方向相同，正实际方向与图示参考方向相同，正电荷自高电位点流向低电位点，电场力做功，电荷自高电位点流向低电位点，电场力做功，吸收电功率，显示负载性。吸收电功率，显示负载性。例题：例题：I I= 4A= 4A、 U U1 1=

22、 5V= 5V、 U U2 2= 3V= 3V、 U U3 3= = 2V2V。计算各元件的功率。计算各元件的功率。解：解：元件元件1 1 P P1 1= = U U1 1 I I = 5= 54= 20W4= 20W元件元件2 2 P P2 2 = = U U2 2 I I = 3= 34= 12W 4= 12W 元件元件3 3 P P3 3 = = U U3 3 I I = -2= -24= -8W 4= -8W 提供总电功率提供总电功率 12+8=20W12+8=20W吸收总电功率吸收总电功率 20W20W功率平衡功率平衡吸收吸收提供提供提供提供I I+ + + +-U U1 1U U2

23、 2U U3 31 12 23 32.电功率电功率1） 定义定义: 单位时间内电能所作的功称为电功率单位时间内电能所作的功称为电功率, 简称功率简称功率. p = u i1.电能电能10ddttWu qu(t )i(t ) t 返回返回当某元件的电压电流关联当某元件的电压电流关联参考方向时参考方向时 有有 p = u i当某元件的电压电流当某元件的电压电流非非关关联参考方向时联参考方向时 有有 p = u iabIUabIU返回返回* 若求出的若求出的P 0，说明元件在吸收功率，一定，说明元件在吸收功率，一定是是负载，负载，求出的求出的P 0则则 P 0 吸收能量吸收能量电能电能 磁场能磁场能

24、0则则 P 0则则P0 0 吸收功率吸收功率 电容充电电容充电0则则P0 0 发出功率发出功率 电容放电电容放电返回返回WC=t0P dt=C uC212能量不能突变能量不能突变 电容两端的电压不能突变电容两端的电压不能突变电容是一种储能元件电容是一种储能元件,不消耗电能不消耗电能* WC与与U 成正比，与成正比，与i无关，无关， 当当i =0时，时， WC 仍可能存在。仍可能存在。2 电路中能量转换过程电路中能量转换过程 电阻电阻 耗能元件耗能元件 电电 电感电感 源源 储能元件储能元件 电容电容返回返回1. 电压源电压源 理想电压源理想电压源(恒压源恒压源)USIU特点特点:(1) 电源的

25、端电压电源的端电压U恒等于电恒等于电源的电动势源的电动势US,与流过它的电与流过它的电流无关。流无关。(2) 流过恒压源电流是任意的，流过恒压源电流是任意的，由负载电阻和电动势由负载电阻和电动势US确定。确定。 输出电流取决于外电路。输出电流取决于外电路。(3)内阻内阻 R0=0伏安特性：伏安特性：USUI返回返回二、二、 理想电源元件（有源理想电源元件（有源) 实际电压源实际电压源USUR0U = US I R0IUII R0伏安特性伏安特性:USIU当当R0 R时，时，R00, U= US返回返回2.电流源电流源理想电流源理想电流源(恒流源恒流源) U伏安特性伏安特性:IIS特点特点:(1

26、) 输出电流恒定输出电流恒定I= IS,与端电压无关。与端电压无关。(2) 电流源两端电压时任意的，电流源两端电压时任意的，由负载电阻和电流确定。由负载电阻和电流确定。 输出端电压取决于外电路。输出端电压取决于外电路。(3) 内阻内阻 R0=IISU返回返回 实际电流源实际电流源ISIUR0I= IS UR0UIU伏安特性伏安特性IISU/ R0返回返回例例1、电路如图，求理想电压源和理想电流源的功、电路如图，求理想电压源和理想电流源的功率。率。US1VR1IS1A解解: 该电路为串联电路该电路为串联电路各元件的电流均为各元件的电流均为IS.PUS = US IS=1WPR = IS2 R =

27、 1WPIS = (PUS +PR) = 2W此时电压源吸收功率此时电压源吸收功率(负载负载)功率平衡：功率平衡：P吸吸= P发发U返回返回 在电路中起电源作用，但其大小和方向受在电路中起电源作用，但其大小和方向受电路中其它支路的电流或电压控制，这种电源电路中其它支路的电流或电压控制，这种电源称为受控源。称为受控源。VCVSCCVSVCCSCCCSu1r i1i1g u1常见的受控电流源和电压源，如下图常见的受控电流源和电压源，如下图3. 受控源受控源返回返回电流控制的电流源电流控制的电流源IiriIiI0r0电压控制的电压源电压控制的电压源rir0uiu u0u ui返回返回返回返回支路：电

28、路中的每一个分支。支路：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。I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -E E2 2R R2 2+ + - -R R3 3R R1 1E E1 11 12 23 3 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

29、对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 02.推广：适用于封闭面推广：适用于封闭面AIBIAICBCIABIBCICAIA IB IC 0IBICIEIB IC IE满足三极管电流分配关系满足三极管电流分配关系返回返回I I =?=?例例: :I I = 0 = 0I IA A + + I IB B + + I IC C = 0= 0A AB BC CI IA AI IB BI IC C2 2 + +_ _+ +_ _I I5 5 1 1 1 1 5 5 6V6V12V12V即：即： U U = 0 = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循在任一瞬间，从回路中任一点出

30、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行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。和。对回路对回路1 1：对回路对回路2 2： E E1 1 = = I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3= =E E2 2或或 I I1 1 R R1 1 + +I I3 3 R R3 3 E E1 1 = 0 = 0 或或 I I2 2 R R2 2+ +I I3 3 R R3 3 E E2 2 = 0 = 0 I I1 1I I2 2I I3 3b ba a+ +- -E E2 2R R2 2+ + - -

31、R R3 3R R1 1E E1 11 12 21 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 E E2 2 = =U UBE BE + + I I2 2R R2 2 U U = 0 = 0 I I2 2R R2 2 E E2 2 + + U UBEBE = 0= 02 2应用应用 U U = 0 = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 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 1：E E1 1U UBEBEE E+ +B B+ +R R1 1+ +E E2 2R R2 2I I2 2_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例例1： Ue