电路基本概念讲解

1、电路基本概念 主讲人：*电路组成我们在分析研究问题时，常采用模型化的方法，研究电路问题也是如此，首先要建立电路模型，然后进行定量分析。本节我们主要讲解以下二个方面的内容：第一个方面：我们先了解一下电路的组成，电路由三个部分组成： （1） 必须有能提供电能的能源 （例如：我们大家都熟悉的电池）（2） 用电装置，我们统称它为负载 （例如：我们熟悉的灯炮）（3） 联接电源与负载的导线电路模型第二个方面：我们既然已了解了电路的组成，让我们来瞧瞧电路模型的建立吧！（1）首先，我们应了解建立模型的依据：能量守恒定律。 能量守恒定律：它是指能量即不产生，也不消失，它只是从一种能量转化为另一种能量。（2）其次

2、，实际电路的尺寸远小于给出电磁波的波长电路中的基本描述量电流电流是指电荷做规则的定向运动。我们虽然看不见摸不着，但可以感觉到，例如：灯炮的亮灭。电流有大小之分：引入电流强度来描述它，把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度。用I来表示电流则 I=dQ/dt 电流的单位为安培（A），毫安（MA）、微安（UA），它们的换算关系如下： 1kA=103A 1mA=10-3A1uA=10-6A 电路中的基本描述量电流电流不仅有大小而且有方向，我们规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。这是什么意思呢！ 我们来看看下面的例子： 如图所示： Iab0 Iba0 电流从高电位流向低电位；可见电流不仅有大

3、小，它还有方向。 总结：电路中电流数值的正与负与参考方向密切相关，参考方向设的不同，计算的结果仅差一负号。 电路中的基本描述量电压电压两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力作功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中的一点移到另一点电场力作功的大小。用数学表达式来表示就是 U=dW/dQ其中，dQ为从a点移到b点的电荷量，单位为库仑（C）；dW为转移电荷dQ所做的功，单位为焦耳（J）；电压的单位为伏特（V），也用千伏（KV）、毫伏（MV）、微伏（UV）关系如下： 1KV=103V 1V=103MV 1V=106UV电路中的基本描述量电压我们在分析电路问题时，经常会遇到电压的方向改变问题，给

4、分析带来困难，这就要求我们规定电压参考方向，就是假定电压降低的方向。在电路图中用+-号标出电压的参考方向用，若Uab为正值则a点电位高于b点电位，反之Uab为负值,则b点电位高于a点电位 。电路中某点的电位随参考点的变化而变化。总结：电路中某点电位数值随选参考点的不同而改变，但参考点一经选定，那么某点电位就是唯一确定的数值。电路中的基本描述量电功率电功率我们把做功的速率称作功率。（单位是瓦） 首先，我们来看看它的定义式：代表时间内电荷做的功；是指时间。 下面，我们应先了解一下关联参考方向与非关联参考方向： 关联参考方向：（电路图如右） （电压为U，电流为I，电阻为R） （吸收能量释放能量） 非

5、关联参考方向：（电路图如右） （电压为U，电流为I，电阻为R） - （吸收能量释放能量）电路中的基本描述量电功率如下图所示：R=6欧姆、电压1和2分别为12V和6V，求两个电压元件各自的功率？并判断吸收和释放分析：首先要求功率必须先求出电流，然后在利用公式P=UI来求解。 解：本题分两步来做： (1)先求出R两端电压设为Ur： Ur=12V-6V=6V I=6v6=1A (2) Pr=6V1A=6W （吸收）； P1=-UI=-12V1A=-12W（释放）；P2=UI=61=6W（吸收） 理想电器元件理想电压源 理想电压源我们把不管外部电路如何，其端电压总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为

6、理想电压源，其模型如下图所示： 理想电压源的特点：它的电压函数Us（t）是固定的，与外电路无关，它还不约束电流；电流是取决于外电路；（是指流过电压源本身的电流）伏安特性（VAR），如下图。 理想电器元件理想电流源理想电流源我们把不管外部电路如何，其输出电流总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电流源，其模型如下图所示： 箭头表示电流的方向理想电流源的特点： 电流给定，与外电路无关； 电压由外电路决定； 伏安特性（VAR）如右图： 说明： Is（t)=0电流源等效为开路线（内阻为无穷大） 理想电器元件理想电阻元件理想电阻元件任意时刻T，对任何一个二端元件，其伏安关系在U-I平面上是一条曲线

7、描述，我们称该二端元件为电阻元件，我们先来看看它的模型。我们来学习一个定律：欧姆定律 U（t）=RI（t）电阻的单位是欧姆；它的倒数是电导，公式 G=1/R G的单位是西门子理想电器元件理想电容元件理想电容元件我们也称它是一总记忆元件，因为它只具有贮藏电能的作用，而不消耗电能，也不贮藏磁能。（符号C）电容器的模型如右图： （ 图中用C表示电容）下面我们来看看电压与电流的关系： 微分关系：i（t）=CdU（t）/d（t） 这个式子表示 电容上任意时刻的电流i（t）正比于该时刻电容上电压的导数。理想电器元件理想电感元件理想电感元件它具有贮藏磁场能的功能；符号L。（单位H，亨利） 关联参考方向：U=

8、LdI/dt 非关联参考方向：U=-LdI/dt基尔霍夫定律 1、支路我们从三个方面来说明它：（1）每个元件就是一条支路，如图ab、bd；（2）串联的元件我们视它为一条支路，如图aec；（3）流入等于流出的电流的支路。 2、节点我们也从三个方面来说明它： （1）支路与支路的连接点；（2）两条以上的支路的连接点，如图a，b，c，d；（3）广义节点（任意闭合面）。3、回路我们从二个方面来说明它：（1）闭合的支路，如abda，bcdb；（2）闭合节点的集合。4、网孔我们从二个方面来说明它： （1）其内部不包含任何支路的回路如abcea；（2）网孔一定是回路，但回路不一定是网孔如abcda电流定律（K

9、CL）电流定律（KCL）它的内容是：在电路中，任意时刻流入任意节点的电流之和等于流出该节点的电流之和举例说明：例：如上图所示，两个电阻都为3，电源为3V，求电流I=？分析：因为A点接地，所以Ua=0，根据KCL定律我们来求解； 解： 先求I1=3V/3=1A I2=3V/3=1A 再由KCL定律得：-I=I1+I2=1+1=2A 则：I=-2A电压定律（KVL）电压定律（KVL）它的内容是：对任何电路，在任意时刻沿任意闭合路径各段电路电压的代数和为零举例说明：例：如图所示，求电流源产生的功率？ 分析：要求功率，先得求出电压，设电流源两端的电压为Ui； 解： 由KVL定律：-Ui+32-1=0

10、Ui=5V求功率，P=-UI=-52=-10W（电流与电压参考方向为非关联）元件的串联与并联 电阻的串联和并联电阻的串联 串联的特点：流过每个电阻的电流都是同一的。 上图ab两端的电压 Uab=U1+U2+U3 R=R1+R2+R3 总结：电阻串联起分压作用，电路消耗的总功率等于各个电阻消耗的功率之和。电阻的并联 并联的特点：每个电阻两端的电压是同一的。 上图总电流 I=i1（t）+i2（t）+i3（t） 1/R=1/R1+1/R2+1/R3 总结：电阻并联起分流作用，电路消耗的总功率等于相并各电阻消耗的功率之和。电感的串联和并联电感的串联 串联的特点：流过每个电感的电流都是同一的； L总=L1+L2+L3 各个电感的电压等于各自电感值与电流的乘积；总的电压等于各个电感的电压之和。电感的并联并联的特点：每个电感两端的电压是同一的。 1/L=1/L1+1/L2+1/L3 各个电感的电流等于各自电感电压与各自电感值的商；总的电流等于各个电感的电流之和。电容的