第一章 直流电路B

教材（新版）任立红等，《电工与电子技术》.东华大学出版社参考书秦曾煌，《电工学（下册）》（第七版）.高等教育出版社邱关源.电路（第五版）.高等教育出版社，2006华成英.模拟电子技术基础（第四版）.清华大学出版社，2006吴霞，李敏.电路与电子技术仿真与实践.北京：中国水利水电出版社，2010作业要求准备两本作业本，每周五交/发作业作业助教批，有A、B、C、D等级上课有考勤：签到or练习第一章电路的基本概念与基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电路的基本物理量1.4电源有载工作、开路与短路1.5电路中电位的概念及计算1.6电阻串并联联接的等效变换1.7电压源与电流源及其等效变换本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本物理量并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态;4.掌握电功率的计算并判断物理作用；5.会计算电路中各点的电位。6.了解实际电源的两种模型及其等效变换。第一章电路的基本概念与基本定律基本词汇resistance（电阻），inductance（电感），capacitance（电容）circuit（电路），source（电源），voltage（电压），current（电流），Work（功），power（功率），专业词汇电能：energyelectric电场：electricfield电位：electricpotential电位差：electricpotentialdifference电动势：electromotiveforce电压源：voltagesource电流源：currentsource电路元件：circuitelement电路模型：circuitmodel结点：node参考点：referencepoint

电阻器：resistor电感器：inductor电容器：capacitor回路：loop支路：branch开路（断路）：opencircuit短路：shortcircuit直流：directcurrent（DC)交流：alternatingcurrent（AC）专业词汇参考电位：referencepotential参考方向：referencedirection参考电压：referencevoltage伏安特性：volt—amperecharacteristic负载：load欧姆定律：Ohm’slaw基尔霍夫电流定律：Kirchhoff’scurrentlaw基尔霍夫电流定律：Kirchhoff’svoltagelaw戴维宁定理：Thevenin’stheorem等效电路：equivalentcircuit等效电阻：equivalentresistance等效变换：equivalenttransformofcircuit

1.1电路的作用与组成部分

(1)实现电能的传输、分配与转换

(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用电路是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定的方式组合而成的，它是电流的通路。

发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线2.电路的组成部分:电源、负载、中间环节电源:

提供电能的装置负载:

取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息2.电路的组成部分放大器扬声器话筒电源/信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。1.2电路模型手电筒的电路模型为了便于用数学方法分析电路，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。例：手电筒R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。理想电路元件主要有电阻元件R、电感元件L、电容元件C和电源元件ES、IS等电路元件电阻电感电容恒压源恒流源电压源电流源与恒压源并联的元件，其两端电压均等于恒压源的电压；与恒流源串联的元件，其电流均等于恒流源的电流。恒压源输出电压、恒流源输出电流由其本身决定；手电筒的电路模型R+RoE–S+U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。开关用来控制电路的通断。今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。几种常用的电路元件及其符号★1.3电路基本物理量物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的规定方向物理量实际方向电流I正电荷运动的方向电动势E

(电位升高的方向)

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位

单位A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μVI、U、E之间联系电荷有规则的运动，形成电流。大小用电流强度表示，单位：A电荷在电场力作用下移动形成电流，电场力推动电荷运动做功。用“电压”来衡量电场力对电荷做功能力的大小。单位是V,在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功电动势在数值上等于电源力把单位正电荷从低电位点移动到高电位点所做的功，单位是V恒压源的U与E的关系EUEUEUEUE=U=4VE=-U=4V-E=U=4V-E=-U=4V4V(2)参考方向的表示方法电流：Uab双下标电压（通常用+，-表示极性）(1)参考方向IE+_在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向，称正方向Iab

双下标2.电路基本物理量的参考方向aRb箭标abRIU箭标abRU例：图中红色标识的都是假定方向（为了分析问题而标定的方向，即参考方向）

+-+-选定参考方向；电流(或电压)值为正值，实际方向与参考方向一致（关联一致）；电流(或电压)值为负值，实际方向与参考方向相反。3.实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRIabRU若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；若U=–5V，则电压的实际方向从b指向a。★欧姆定律U=±IR(U和I的关系)U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RUIRUI

表达式中有两套正负号：①式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；②U、I值本身的正负则说明U、I的实际方向与参考方向之间的关系。通常取U、I参考方向相同（关联一致）。U=IR

U=–IR解：对图(a)有,U=IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,U=–IRRU6V2ARU6VI(a)(b)I–2A（电路端电压与电流的关系称为伏安特性）遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。4.功率定义：单位时间内电场力所做的功，为电功率。用P来表示，单位W。P=W/T=±UI

当电压、电流的正方向关联一致时，P=+UI；当电压、电流的正方向不一致时，P=-UI电源与负载的判别（元件作用）U、I参考方向不同，P=-UI

0，负载，消耗功率；P=-UI

0，电源，发出功率。U、I参考方向相同，P=UI0，负载，消耗功率；

P=UI

0，电源，发出功率。

1.根据U、I的实际方向判别2.根据P值判别（常用）电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出（发出功率）负载：

U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出（吸收功率）8V4V1Ω4A-32w16w16w5.简单电路分析方法(基本概念、基本物理量）基尔霍夫定律：KCL、KVL∑I=0，∑U=0（电路图中标定参考方向后，方程书写才有意义）欧姆定律例题6.电位定义电场中或电路中某一点到参考点的电压，称为这一点的电位。它是表示电场中或电路中某一点的性质的物理量。参考点很重要，参考点不同，电路中某一点的电位就不同。在同一电路中，参考点只能选定一个。VO=0V选法：电工工程：大地电子电路：导线的交汇点计算:选一路径，由a到参考点o的压降举例：选c点为参考点选b点为参考点结论：电压：绝对，与参考点的选取无关电位：相对，与参考点的选取有关

1k1kVaVaVbVbVcVc仿真演示

EWB1-5参考方向与电量正负1.4电源有载工作、开路与短路开关闭合，接通电源与负载负载端电压U=IR特征:一、电源有载工作IR0R+

-UsUI①

电流的大小由负载决定②在电源有内阻时，IU或U=Us–IR0电源的外特性UsUI0恒压源，R0=0，负载变化时，有UUs，即带负载能力强。∴电压源内阻越小越好，带负载能力越强开关闭合，接通电源与负载负载端电压U=IR特征:电源有载工作①

电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=Us–IRoUI=UsI–I²RoP=PUs

–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念:

负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。IR0R+

-UsU

I功率∑P=0，总功率代数和等于零。P1=-3W电源PIS=-3W，电源P2=2W，负载P=4W，负载I1=-2AI=-1A电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：I<IN

，P<PN(不经济)

过载(超载)：

I>IN

，P>PN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN

，P=PN

(经济合理安全可靠)

1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V

，PN=60W电阻：RN=100

，PN=1W

特征:开关断开二、电源开路I=0电源端电压(开路电压)负载功率U

=U0=UsP

=01.开路处的电流等于零；

I

=0电路中某处断开时的特征:IU有源电路IRoR+

-UsU0

电源外部端子被短接三、电源短路特征:电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U

=0

PUs=P=I²R0P

=01.短路处的电压等于零；U

=02.短路处的电流I视电路情况而定。电源电压全部降在内阻上，产生很大的短路电流，容易损坏电器设备，加入熔断器或短路电流保护器等保护措施，发生事故时自动切断。电路中某处短路时的特征:IU有源电路IR0R+

-UsU0

电路的三种工作状态电路状态通路有正常电流开路电路中没有电流短路电路中存在危险，要损坏导线和电源电气设备的额定值包括：额定电流、额定电压、额定功率、额定工作状态、轻载状态、过载状态演示(EWB1-6）

电路的三种工作状态断路短路+-+-四．简单电路、复杂电路(网络)中基本概念结点N：电路中三个或三个以上元件的连接点支路B：电路中两结点之间的每一个分支回路：电路中任一闭合的路径网孔：电路中未被任何支路分割的最简单的回路B-（N-1）等效电阻：两点间经串、并联等效计算得出的电阻等效变换：不改变电路中外电路的电量，等效表示原电路；等效电路：经过等效变换的电路简单回路：经串、并联等效变换可化简为单一回路的复杂电路：不能等效变换为单一回路的有分支的电路有源两端网络：含有两个端口并有电源的部分电路无源两端网络：含有两个端口并不含有电源的部分电路两结点ab四支路三网孔，六回路三结点五支路（五个不同的电流）c123451.5电路中电位的概念及计算电位：电路中某点A至参考点O的电压，记为“VA”

。

通常设参考点O的电位为零。VA=UAO1.电位的概念电位的计算步骤:

(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；

(2)标出各电流参考方向并计算；

(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。电位2.举例求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90VUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变。(2)两点间的电压值是绝对的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图，选择合适的参考点。bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,电路如图(b)电流I2=0，电位VA=0V。电流I1=I2=0，电位VA=6V。电流在闭合路径中流通2kA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)例2：电路如下图所示，(1)零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2)当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？A+12V–12VBRPR1R212V–12V–BARPR2R1I解：（1）电路如左图，零电位参考点为+12V电源的“–”端与–12V电源的“+”端的联接处。当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流I减小，所以A电位增高、B点电位降低。（2）VA

=–IR1

+12VB

=IR2

–121.6电阻串并联联接的等效变换1.电阻的串联特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；两电阻串联时的分压公式：R=R1+R23)等效电阻等于各电阻之和；4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。2)各电阻中通过电流相同；应用：降压、限流、调节电压等。R1U1UR2U2IRUI2.电阻的并联：两电阻并联时的分流公式：(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。特点:(1)各电阻连接在两个公共的结点之间；(2)各电阻两端的电压相同；应用：分流、调节电流等。I1I2R1UR2IRUI例：US输出功率R1R2//R3+-USR6R4//R5（R1+R2//R3）//（R4//R5）等效电阻886384244710102571.7电压源与电流源及其等效变换一、电压源

电压源模型由上图电路可得:U=

U0–IR0

若R0=0理想电压源:U

EU0=E

电压源的外特性IUIRLR0+-EU电压源是由电动势E和内阻R0串联的电源的电路模型。

若R0<<RL，U

E，可近似认为是理想电压源。理想电压源O电压源U0

理想电压源（恒压源）例1：(2)输出电压是一定值，恒等于电动势。对直流电压，有U

E。(3)恒压源中的电流由外电路决定。特点:(1)内阻R0

=0IE+_U设

E=10V，接上RL

后，恒压源对外输出电流。RL

当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A外特性曲线IUEO电压恒定，电流随负载变化二、电流源RLU0=ISR0

电流源的外特性IU理想电流源OIS电流源是由恒流源IS和内阻R0并联的电源的电路模型由上图电路可得:若R0=理想电流源:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS－I理想电流源（恒流源)例1：(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS；(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。特点:(1)内阻R0

=；设IS=10A，接上RL

后，恒流源对外输出电压。RL当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V外特性曲线

IUISOIISU电流恒定，电压随负载变化。三、电压源与电流源的等效变换由图a：

U=E－IR0由图b：U=ISR0–IR0IRLR0+–EU电压源等效变换条件:E=ISR0RLR0UR0UISI电流源E与IS的极性一致等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。E、

IS极性要一致；③理想电压源与理想电流源之间无等效关系。①电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。

注意事项：例：当RL=时，电压源的内阻R0中不损耗功率，而电流源的内阻R0中则损耗功率。④任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。R0