电路的基本概念和定律

第一章电路的基本概念和定律第一章电路的基本概念和定律§1－1电路和电路模型§1－2电流和电压的参考方向§1－3电阻元件§1－4电压源和电流源§1－5功率§1－6基尔霍夫定律

本章介绍电路模型的概念，电压、电流参考方向的概念，电阻、电压源和电流源等电路元件。还将学习基尔霍夫定律，它是集总参数电路的基本定律，包括电流定律和电压定律。内容提要：§1－1电路和电路模型负载电源电池灯泡简单的实际电路导线UsIRU+_电路模型Rs§1－2电流和电压的参考方向电路中物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。物理量的实际正方向电流和电压参考方向的表示方法iRuabus+_abu_+正负号abuab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头uab电压abiR电流箭头双下标iab(方向由a指向b)电路分析中的参考方向问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？IRUs1ABRUs2++__(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；解:(1)当t＝2ms时，u＝2v实际方向与参考方向相同；当t＝14ms时，u＝－2v实际方向与参考方向相反

例1-1u（a）电压参考方向t＝2ms和t＝14ms时的电压？t＝5ms和t＝12.5ms时的电压？

(2)当t＝5ms时，u＝2v实际方向与参考方向相同；当t＝12.5ms时，u＝－1v实际方向与参考方向相反；(1)电流和和电压压的参参考方方向可任意意选定定，但一一旦选选定后后，在电路路的分分析和和计算算过程程中不能改改变。在以后后的解解题过过程中中，注注意一一定要要先假定定“参参考方方向””(即在图中表表明物理量量的参考方方向)，然后再列方程计算。缺少“参参考方向””的物理量量是无意义义的。电流和电压压参考方向向的几点说说明(2)引入电流和和电压的参参考方向后后，当电流流和电压为为时间的函数时，若某一一时刻由函函数所确定定的电流或或电压的值为正正，则表示示在该时刻刻的实际方方向与参考考方向一致，反反之，若由由函数所确确定的值为为负，则表表示该时刻的实实际方向与与参考方向向相反。(3)如果指定的的电流参考考方向从电电压的参考考方向“＋＋”极性端端流入，从从“－”极极性端流出出，或都用用箭头表示示时,它们的参考考方向一致致，这种种电流和电电压的参考考方向称为关联参考方方向。当两者不一一致时，称称为非关联参考考方向。

iRuRab非关联参考方向+_

iRuRab关联参考方向+_为了避免列列方程时出出错，习惯上把i与u的参考方向向取关联参考方方向。伏-安特性iuui线性电阻非线性电阻阻电阻R（常用单位：、k、M）§1－3电阻元件Riu_+注意：用欧姆定律律列方程时时，一定要要在图中标标明参考方方向。欧姆定律Rui+_uRi+_1.电压源:特点：(1）输出电压不变，u(t)=us(t)us(t)为电压源的的电压（2）电源中的电电流由外电路决定。ius+_abu直流电压源的伏安特性iuUs0§1－4电压源和电电流源2.电流源特点：（1）输出电流不变，其值恒等等于电流源电流iS,即i(t)=is(t)iuIS直流伏电安流特源性（2）输出电压由由外电路决定。abiuabis电流源两端端电压由外外电路决定定IUIsR设:Is=1AR=10

时，U=10

V。R=1时，U=1

V。则:例1-2电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？原则：Is不能变，Us不能变。解：电压源中的的电流I=Is电流源两端端的电压Uab=IR-UsIsIUs

R_+abUab=?例1-3§1－5功率aiRub功率的概念念：设电路任任意两点间间的电压为为u,流入此部分电路的的电流为i，则这部分电电路消耗的的功率为:功率有无正负？如果UI方向不一致结果如何？在u、i取关联参考方方向的前提下，，乘积“ui”表示元件吸吸收的功率率：iRuab“吸收功率”（负载）“发出功率”（电源）若p=ui0若p=ui0iuab+-根据能量守衡关系p（吸收）=p（发出）在u、i取非关联参考考方向的前提下，，乘积“ui”表示元件发发出的功率率：iRuab“吸收功率”（负载）“发出功率”（电源）若p=ui0若p=ui0iuab+-根据能量守衡关系p（吸收）=p（发出）求各元件功功率解：图（a）中电压和电流流参考方向向相反，电流源发出出的功率：：pIs=UIs＝5×7＝35w例1-4图（b）中电压和电电流参考方方向关联，，电电压源吸收收的功率：：pUs=UsI＝3×6＝18w(b)3V6A5V7A(a)图(c)中电流源上上电压和电电流参考方方向非关联联，电流源发出出的功率：：pIs=UsIs（电流源两端端电压为Us）电压源上电电压和电流流参考方向向关联，电电压源吸收收的功率：：pUs=UsIs（电压源中流流过的电流流为Is）验证能量守守衡p（吸收）=p（发出）UsIs(c)§1－6基尔霍夫定定律用来描述电电路中各部部分电压或或各部分电电流间的关关系，其中中包括基尔霍夫电流定律（KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)两个定律。。名词注释：：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径支路：ab、ad、…...（共6条）回路：abda、bcdb、…...（共7个）节点：a、b、…...(共4个）i3us4us1_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-(一)基尔霍夫夫电流定定律(KCL)i1i2i3i4基尔霍夫夫电流定律律的依据：电流的的连续性性。在集中电电路中，，任何时时刻，对对任何节节点，所所有支路路电流的的代数和和恒等于于零。或或者说，，在任何何时刻流流入节点点的电流流等于由由节点流流出的电电流。i=0即：或：KCL还可以推推广到包包围有几几个节点点的闭合合曲面。。i1+i2=i3i=0基尔霍夫夫电流定律律的推广广i=?i1i2i3us2us3us1+_RR1R+_+_R(二)基尔霍夫夫电压定定律(KVL)例如：回路a-d-c-a电位升电位降在集中电电路中，，任何时时刻，沿沿任一回回路内所所有支路路或元件件电压的的代数和和恒等于于零。即：或：i3us4us1_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-有源支路路的欧姆姆定律us+_baiuabR反映了有有源支路路两端电电压与电电流的关关系U2=?例1-5解：U2=－Us2+IR1+Us1=－2+1×4＋4＝＝6VU110V4V2V4Ω2Ω25ΩU2I1Us1R1Us2R3R2I2II=I1+I2=1+0＝1A例1-6I1I2I10Ω5Ω20Ω+50V-50VAI=?解：根据KCL,由节点A可得I1+I2=I得UA＝－14.3VI=－0.715A++-+-Us3Us1Us2