第1章 电路的基本概念及基本定律

电工电子技术成绩：期终考试占70%，

平时占30%2023/2/31绪论一、课程的地位和主要内容电工电子技术——研究电工技术和电子技术的理论及其应用的科学技术。电工技术（上册）（电工学）电工电子技术电子技术（下册）电路分析基础

磁路与电机

模拟电子技术

数字电子技术

2023/2/32电路分析基础

——直流电路（1、2）；暂态分析（3）；交流电路（4、5）。磁路与电机——磁路和变压器（6）；电动机（7、

8、9）；继电接触器控制（10）可编程控制器（11）、供电与安全用电（12）、电工测量（13）上册模拟电子技术——半导体器件（14）；放大器（15、16）；反馈（17）；直流电源（18）；电力电子技术（19）数字电子技术——组合电路（20）；时序电路（21）存储器和可编程器件（22）、模数转换（23）下册2023/2/33二、电工电子技术的发展与应用现状容量大型化器件小型化功率电子技术微电子技术设计自动化EDA技术1785年，库仑确定电荷间的作用力；1826年，欧姆提出“欧姆定律”；1831年，法拉第发现电磁感应现象；1834年，雅可比造出第一台电动机；1864年，麦克斯韦提出电磁波理论；1895年，马可尼和波波夫实现第一次无线电通信；1904年，弗莱明发明第一只电子管（二极管）；1946年，诞生第一台电子计算机；1947年，贝尔实验室发明第一只晶体管；1958年，德克萨斯公司发明第一块集成电路。：发展快速发展原因电能易转换易传输易控制2023/2/34

计算机检测控制系统原理框图微机传感器伺服机构模拟信号处理功率放大模数转换数模转换数字接口数字接口

被测控对象干扰、噪声、漂移、非线性电工电子技术的典型应用模拟电子技术数字电子技术电机2023/2/35电工学课程和非电类专业学生的关系几乎没有任何一个行业离得开电学在非电类专业应用领域，如机械制造，现代先进的制造技术涉及电镀、电焊、金属加工、数字控制技术、微机控制技术等，都和电学知识息息相关。在航空领域，如机务维修、空中交通管制等，电气设备比比皆是，都离不开电工电子技术2023/2/36三、如何学好电工电子技术课程特点：内容多且广、学时相对少1、注意掌握“三基”：2、注重综合分析与设计注重工程化素质培养基本原理、基本分析方法、基本应用3、提高学习效率、培养自学能力课堂、答疑、作业、自学、讨论、实验2023/2/37第1章电路的基本概念基本定律1.1电路的作用与组成部分1.2电路模型1.3电压和电流的参考方向1.4欧姆定律1.5电源有载工作、开路与短路1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念及计算习题2023/2/381.了解电路的作用与组成部分；2.了解电路的建模思想；3.理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向的关系；4.掌握KCL、KVL的内容并能正确应用；5.了解电源的有载工作、开路与短路状态中，电压、电流与功率的特征；理解电功率和额定值的意义；6.会计算电路中各点的电位,熟悉电位的特点。

本章教学要求:2023/2/39本节的要求：了解电路的作用及组成1.1电路的作用与组成部分2023/2/310电源返回下一页上一页下一节＋－US电路：电流流通的路径。

为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的电流的通路。2023/2/311

作用之一：实现电能的传输、分配与转换1.电路的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线请欣赏例子强电电路的作用2023/2/312电能的输送和分配发电厂主传输线500kV升压降压电压分配10kV降压变电站三相单相

主设备(380V)插座(220V)仪表控制盘仪表单相2023/2/313架空输电线2023/2/314作用之二：实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用请欣赏例子弱电电路的作用2023/2/315各种检测仪器2023/2/3162.电路的组成部分电源:

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2023/2/317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激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;

电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。2023/2/318

电源、负载和中间环节电路的组成是什么？2023/2/3192023/2/320本节要求：

了解几种理想电路元件；了解实际电路的建模思想1.2电路模型2023/2/321

电路模型：实际电路的数学模型如何建模？由理想元件的串、并联组成，近似地描述实际电路的电气特性。有哪些理想元件？2023/2/322电阻元件：描述消耗电能的特性，把电能转变为热能、光能、声能、机械能等符号：电感元件：描述存贮磁场能的特性符号：LR2023/2/323电容元件：描述存贮电场能量的特性符号：理想电压源：描述提供一定的电压的特性符号：+-E2023/2/324理想电流源：描述提供一定的电流的特性符号：IS还有许多其它的理想元件，以后慢慢学吧！2023/2/325建模思想是科研中一种很重要的思维方法请欣赏实际电路建模例！2023/2/326手电筒电路模型(a)实际电路(b)电路模型(b)2023/2/327晶体管放大电路(a)实际电路(b)电路模型(b)信号源晶体管电池（忽略内阻）变压器扬声器电阻器2023/2/328

根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型描述同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。

线圈的几种电路模型

(a)线圈的图形符号(b)线圈通过低频交流的模型

(c)线圈通过高频交流的模型记住啰，很有用啰！2023/2/329线圈内阻存贮磁场能匝间电容效应2023/2/330郑重声明：本课程介绍

电路模型（简称电路）的分析计算2023/2/331

请欣赏一些元器件实物！2023/2/332

低频信号发生器的内部结构2023/2/333

常用的干电池和可充电电池2023/2/3342023/2/3352023/2/3362023/2/3372023/2/3382023/2/3392023/2/340本节的要求：理解电压与电流参考方向的意义及其与实际方向关系本节很重要，别打瞌睡啰！1.3电压和电流的参考方向2023/2/341

我们以前所学的电路，由电路图即可确定各物理量的实际方向。如图所示：ERIU

对复杂电路，我们在最初是无法确定电压、电流的实际方向的。RRR123UU12+-+-III1232023/2/342一、电流和电流的参考方向1、定义：在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，那么我们把单位时间内通过导体横截面积的电量定义为电流强度。大小和方向都不随时间改变的电流称为直流电流，简称直流，用I表示大小和方向都随时间改变的电流称为交流电流，简称交流，用i表示2023/2/3432、单位:

国际标准单位：安培（A）

1安培(A)=1000毫安(mA)1毫安(mA)=1000微安(μA)3、实际方向：规定正电荷的运动方向。4、参考方向：在分析和计算电路时往往任意选定某一个方向作为电流的正方向，也称参考方向。5、电流参考方向的表示方法：2023/2/344

参考方向与实际方向的关系：在规定的参考方向下，若计算结果

I>0，参考方向与实际方向一致；

I<0，参考方向与实际方向相反。2023/2/345二、电压和电压的参考方向1、定义电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功定义为ab两点间的电压。大小和方向都不随时间改变的电压称为直流电压，用U表示大小和方向都随时间改变的电压称为交流电压，用u表示2023/2/3462、单位国际标准单位：伏特（V）

1千伏特(kV)=1000伏(V)1伏特(V)=1000毫伏(mV)1毫伏(mA)=1000微伏(μV)3、实际方向：高电位指向低电位。4、参考方向：任意选定某一方向作为电压的正方向，也称参考方向5、电压参考方向的表示方法：2023/2/347

参考方向与实际方向的关系：在规定的参考方向下，若计算结果

U>0，参考方向与实际方向一致；

U<0，参考方向与实际方向相反。2023/2/348

每个二端元件，电压、电流的参考方向应如何取？理论上，爱咋样取，就咋样取。不过，有大家习惯的取法。FOLLOWME2023/2/349三、关联参考方向

若电流和电压的参考方向一致时，称为关联参考方向，否则称为非关联参考方向。称U、I关联称U、I非关联电压源中U、I非关联2023/2/350技巧：求解电路时，若事先并不知某元件上电流、电压的实际方向时，就取参考方向，通过计算结果就知啦！你知吗？2023/2/351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kA、A、mA、μA低电位

高电位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV总结2023/2/352U、I

的正方向表示I+-R电流：（从高电位指向低电位）U+正负号-abUab

双下标箭头电压（指向电位降）abU正负号

箭头电动势（指向电位升）+E-ab举例:abEabEUU=5V则U=Ea端电位比b端电位高5VUab=-UbaE=5V2023/2/353参考正方向与实际正方向1）在解题前先设定一个正方向，作为参考方向，

然后再列方程计算。3)

实际方向是物理中规定的，而参考正方向则是在进行电路分析计算时,任意假设的。2)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。

给定了参考方向之后U与I才有正负之分(Uab=-Uba)2023/2/354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1：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。2023/2/3552023/2/356本节的要求：复习欧姆定律内容；注意欧姆定律的公式表达。

1.4欧姆定律2023/2/357欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，这就称为欧姆定律。初中就学过啦，不必啰嗦了！2023/2/358U、I参考方向相同时，U、I参考方向相反时，RU+–IRU+–I

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。U=IR

U=–IR公式表达：请集中3分钟精神！2023/2/359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=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A2023/2/360二端元件或单口网络端电压与电流的关系称为伏安特性。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻、非线性电阻的概念：

线性电阻的伏安特性是一条过原点的直线。2023/2/361

国际单位制中，电阻的单位是欧姆(Ω)、千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)。欧姆定律表示的U、I关系是由实验测得的。

实际中，电阻值的大小取决于电阻长度，电阻率和与电流垂直的电阻横截面积，即2023/2/3622023/2/363

本节的要求：了解电源的有载工作、开路与短路状态中，电压、电流与功率的特征；理解电功率和额定值的意义。1.5电源有载工作、开路与短路2023/2/3641.5.1电源有载工作图1.5.1电源有载工作讨论问题：电压与电流、功率与功率平衡、电源与负载的判别、额定值与实际值状态：开关闭合,接通电源与负载IR0R+

-EU+

-2023/2/3651.电压与电流由欧姆定律可求出电路中的电流为：负载电阻两端的电压为：由此可得：电源内阻一般很小。当R0<<R时，则U≈E。这表明，当电流(负载)变动时，电源的端电压变动不大。说明它的带负载能力强。电流的特征电压的特征2023/2/366

表示电源端电压U与输出电流I之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线。其特性图如下图所示，其斜率与电源内阻有关。1.5.2电源的外特性曲线电源端电压的特征2023/2/3672.功率与功率平衡功率平衡公式：式中，是电源产生的功率；在国际单位制中，功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW)定义：1s内转换1J的能量，则功率为1W。2023/2/3683.电源与负载的判别

根据电压与电流的实际方向可确定某一元件是电源还是负载。

电源：U和I的实际方向相反，电流从“＋”端流出，发出功率；

负载：U和I的实际方向相同，电流从“＋”端流入，取用功率；方法一：2023/2/369方法二：通过计算功率判断是负载还是电源具体步骤如下：(1)按以下规定写功率公式U,I关联U,I非关联2023/2/370(2)判断结论：P>0，吸收功率负载P<0，提供功率电源4.额定值与实际值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值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

2023/2/371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)

2023/2/372例在图示电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

试求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整个电路吸收的功率。

2023/2/373

例在图图示电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整个电路吸收的功率为解：各二端元件吸收的功率为2023/2/374特征:

状态：开关断开I=0电源端电压

(开路电压

)U

=U0=EP

=PE=△P=0①

开路处的电流等于零，I

=0②

开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+

-EU0+

-功率的特征电压的特征电流的特征1.5.2电源开路2023/2/375状态：电源外部端子被短接

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

PE=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。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0R+

-EU0+

-电流的特征电压的特征功率的特征1.5.3电源短路2023/2/376短路也可发生在负载端或线路的任何处。短路通常是一种严重事故，应该尽力预防。产生短路的原因：绝缘损坏或接线不慎。措施：

1)经常检查电气设备和线路的绝缘情况(重要措施)2)为了防止短路引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器。例外：有时为了某种需要，可以将电路中的某一段短路或进行某种短路实验。如：电池短路实验；电力变压器短路实验2023/2/3772023/2/3781.6

基尔霍夫定律本节的要求：掌握KCL、KVL的内容；

能熟练地列写KCL、KVL

方程本节是本章的重点！2023/2/379支路：电路中的每一个分支。一条支路流过同一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路（中空）的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123介绍几个名词2023/2/380支路：ab、bc、ca、…（共6条）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I下面可是一个很好的例子，莫错过啰！几条支路？几个结点？结点：a、b、c、d

(共4个）2023/2/381回路：abda、abca、adbca…

（共7个）网孔：abd、abc、bcd

（共3个）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I几个回路？几个网孔？2023/2/382数一数图示电路的支路、结点、回路和网孔数。2023/2/383重点开始啦！2023/2/384基尔霍夫电流定律

(KCL:Kirchhoff’sCurrentLaw)定律的内容：

即:Ｉ入=

Ｉ出

叙述法之一：在任一瞬间，流进任一结点的电流等于流出该结点的电流。一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1例：对于结点a，有：I1+I2=I3或：I1+I2–I3=02023/2/3851.

基尔霍夫电流定律(KCL)定律的内容：一般地:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1

叙述法之二：在任一瞬间，流进（或流出）任一结点的电流代数和为零。一般地：流进结点：+流出结点：－均为：参考方向2023/2/3861.

基尔霍夫电流定律(KCL)KCL的实质:电流连续性的体现。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1KCL：约束了电路中任一结点各支路间的电流2023/2/387

电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。KCL的推广应用：I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V这些电流：有的为正；有的为负2023/2/3882.

基尔霍夫电压定律

（KVL:Kirchhoff’sVoltageLaw)定律的内容：叙述法之一：

在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路绕行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0

或I2R2+I3R3–E2=0

I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112

即:

电位升=

电位降即：

U=02023/2/389叙述方法之二：在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。2.

基尔霍夫电压定律（KVL)定律的内容

U=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112一般地：电位降：+电位升：－KVL：约束了电路中任一回路各元件间的电压2023/2/390a．列方程前标注回路循行方向；b．应用

U=0列方程时，项前符号的确定：

如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。

注意：2023/2/391

电位升=电位降

E2=UBE+I2R2U=0

I2R2–E2+

UBE

=0开口电压可按回路处理1对回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_KCL的推广应用本重点讲解大约需要0.9分钟！坚持就是胜利！2023/2/392例1：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0对回路adbca，沿逆时针方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0应用U=0列方程对回路cadc，沿逆时针方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I2023/2/393

例2：如对图示电路的三个回路，沿顺时针方向绕行回路一周，写出的KVL方程。

1232023/2/3942023/2/3951.7

电路中电位的概念及计算本节的要求：熟悉电位的概念；

会进行电位计算；

熟悉电位的特点；

熟悉电路的简化画法2023/2/396电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”

。

通常设参考点的电位为零。1.电位的概念某点电位为正，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。电压与电位的关系：a、b之间的电压a点电位b点电位你们的师兄、师姐经常在此犯错误！2023/2/397注意：①说某点电位的大小，一定要指明参考点；

②某点有电位，但一点没有电压，两点之间才有电压

你可记住了？2023/2/398

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、电压参考方向并计算；

(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位请欣赏例子，并注意归纳总结下面的重点内容讲解大约需要3分钟2023/2/399例1：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