电路的基本概念和基本定律

1、第一章电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基尔霍夫定律是电工技术和电子技术的基础。1-1电路中的物理现象和电路模型一、实际电路电路：由电气器件或设备，按一定方式连接起来，完成能量的传输、转 换或信息的处理、传递。组成：电源、负载和中间环节。日光灯实际电路二、理想电路元件、电路模型实际电路的分析方法：用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽 象为电路模型，用电路理论进行分析、计算。1、理想电路元件实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或旗舰所组成，如发电 机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。例如：一个白炽灯在有电流通过时，如下图所示：廨匿：兰h_L 储春磁场雁量

2、儿、 一：I（嵋性）r J除.的无川为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因 素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件2、电路模型将实际电路中的元件用理想电路元件表示、连接，称为实际电路的电路 模型。如下图所示:电负载源一y实际电路、T连接导线实际电路、T、电路的分类1、分布参数电路电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略的电路。2、集中参数电路如果电路本身的几何尺寸l相对于电路的工作频率所对应的波长入小的多，则在分析电路时可以忽略元件和电路本身几何尺寸。例如：工作频率为50Hz,波长 入=6000km所以在工频情况下，多数 电路满足l0,电路实际吸收功率，元件为负载

3、；（U和I的实际方向相同，是负载）若PV0,电路实际发出功率，元件为电源。（U和I的实际方向相反，是电源）功率的单位：W（瓦）、kW（千瓦）例如：试判断（a）、（b）中元件是吸收功率还是发出功率。+仁 -1A+I I= 2AU=2V 口U= -3V no-（b）解：（a）元件电流和电压的参考方向为关联p = / = 2 n = -2 WI J是发出功率。（b）元件电流和电压的参考方向为非关联p -VI = 4-3）x2 = 6W 曰 mv 是吸收功率。2、电能:tW = L p dt （焦耳 J）to1kWh （1千瓦小时称为1度）=3.6 MJ 1-3电阻元件和欧姆定律一、电阻元件二端元件：

4、有两个端纽与外部相连的元件。二端电阻元件的u、i关系可由u-i平面的一条曲线（伏安特性曲线）确 定。f（u, i）=0 （电阻元件的电压与电流的约束关系简称 VCR分类：（时不变电阻和时变电阻）或者（线性电阻-过原点的直线和非线 性电阻）如下图所示实际电阻:o 吸收非关联方向：| P 0释放u = - Ri i = Gup 一 u i 1-4电压源和电流源常用实际电源直流电源：干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源等。交流电源：交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源 等。一个实际电源可以用两种模型来表示。用电压的形式表示称为电压源， 用电流的形式表示称为电流源。一、独立电压源独

5、立：指其外特性由电源本身的参数决定，而不受电源之外的其他参数控制1、理想电压源定义：是由内部损耗很小，以至可以忽略的实际电源得到的理想化二端 电路元件。特性：电源的输出电压与外界电路无关，即电压源输出电压的大小和方 向与流经它的电流无关，也就是说无论接什么样的外电路，输出电压总保持 为某一给定值或某一给定的时间常数。电路符号： 或q比DQ0理想电压源（交流）理想电压源（直流）伏安特性：特点：电流及电源功率由外电路确定，输出电压不随外电路变化。2、实际电压源理想电压源是不存在的，电源在对外提供功率时，不可避免的存在内部 功率损耗，即实际电源存在内阻，带负载后，端电压下降。例：干电池在带负载后，端

6、电压将低于定值电压 Us,负载电流越大,端电压越低。电路符号:T-THnT-或T-THnT-或Y *实际电压源（交流）实际电压源（宜流）伏安特性:实际电压源 伏安特性实际电压源 伏安特性U=US-RSJ特点：输出电压随外电路变化注意：实际电压源与理想电压源的本质区别在于其内阻Rs。当Rs=0时,实际电压源就成为理想电压源实际电压源：理想电压源：实际电压源：理想电压源：实际工程中，当负载电阻远远大于电源内阻时，实际电源可用理想电压源表示。00、独立电流源1、理想电流源电源的输出电流与外界电路无关，即电源输出电流的大小和方向与它两 端的电压无关，也就是说无论接什么样的外电路，输出电流总保持为某一给

7、 定值或某一给定的时间常数。理想电流源（交流）理想电流源（直流）伏安特性：特点：电源的端电压及电源的功率由外电路确定，输出电流不随外电路 变化。2、实际电流源理想电流源是不存在的，电源在对外提供功率时，不可避免的存在内部 功率损耗。即实际电源存在内阻，带负载后，输出电流下降。电路符号：h； E.Hq实际电流源（交流）实际电流源（直流）伏安特性:O电伏性O-OO电伏性O-O特点：输出电流随外电路变化。注意：实际电流源与理想电流源的本质区别在于其内阻RS0当Rs-8时，实际电流源就成为理想电流源。R5 -8R5 -8实际工程中，当负载电阻远远小于电源内阻时，实际电源可用理想电流 源表小。如下图所小

8、： 1-5电路的工作状态电源与负载相联接，根据所接负载的情况，电路有三种不同的工作状态 分别为：开路、短路、额定工作状态。、开路（断路）1、分析：此时电源和负载未构成通路，负载上电流为零，电源空载，不输出功率，这时电源的端电压称为开路，用 Uoc表示。2、分析电源为实际电压源时（如下图所示）：I=0, I=0, Rs上电压降为一 IRs =0,所以 Uoc =Us IRS = U OC3、分析电源为实际电流源（如下图所示）：丁 I =0,则 Is =Ii,丁 I =0,则 Is =Ii, Il =UocGs= Uoc =Is/Gs.Gs非常小Uoc很大。从而得出开路时会损坏实际电流源, 源不应

9、处于开路状态。4、电压表白利用（I =0, Uoc=Us）实际中，可利用电压表寻找含电压源电路的断开点。二、短路（Isc表示短路电流）1、电源两端由于某种原因短接在一起。2、分析：之载=0, U电源=0, P=0电流3、分析实际电流源的短路情况（如下图所示）I SCI SC根据 I =% UGs 得：I SC = Is4、分析实际电压源的短路情况(如下图所示)：sc+P- Us() a + Rs 力 U-sc_b0根据 U =UsIRs 得：Us=IscRs= Isc =Ua ( Rs 一般很小)Rs对电压源有损坏，应防止电压源被短路的事故发生。四、例题的应用(求解实际电压源的电动势和内阻的方

10、法) 五、额定工作状态电气设备工作在额定值的情况下，称为额定工作状态， 额定值：电气设备一定的电压、电流和功率。电源设备一般标三种额定值(Un ,I N ,Sn ),其中U N、I N是电源设备安全运行所规定的电压和电流限额，Sn是电源最大允许的输出功率。电源设备工作时，不一定总是输出规定的最大允许电流和功率，究竟 输出多大还取决于所联接的负载。负载一般标三种额定值(U N ,I N ,Pn )如电阻性质的负载标U N , Pn ；碳膜、金属膜电Rn ,Pn。六、电路一般有三种工作状态；空载（开路和短路）、满载、过载 1-6基尔霍夫定律、新名词：1、支路一电路中通过同一电流的每个分支。2、节点

11、一三条或三条以上支路的连接点。3、回路一电路中任一闭合的路径。4、网孔一回路平面内不含有其它支路的回路。5、平面电路一将电路画在一个平面上时，不会出现互相交叉的支路 图示电路中有3条支路，2个节点，3个回路。+ cR3+o dusi 0jeus2（）b1I二、基尔霍夫电流定律（KCD表述一：在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出 的电流之和。以= i出所有电流均为正表述二：在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和包等于零。Z i =0可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作 相反的假定KCLffl常用于节点，但是对于包围几个节点的闭合面也是适用的例：列出下图中各节点的KCL方程、基尔霍夫电压定律（例：列出下图中各节点的KCL方程、基尔霍夫电压定律（KVD下点 a 1 - i4 - i6 = 节点 b i2 i4 -i5 =0节点 c i3 i5 , i6 = 0以上三式相加：i1 i2 i3 = 表述一：在任一瞬时，在任一回路上电位升之和等于电位降之和Z u升=Z u降所有电压均为正。表述二：在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。工u =0电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。对于电阻电路，回路中电阻上电