电路的基本概念和基本律

关于电路的基本概念和基本律第一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电路的基本概念和基本定律§1.1电路与电路模型

1.1.1电路的功能和构成

1.1.2电路模型

1.1.3 电路理论研究的主要内容§1.2电路基本物理量的正方向与正负号§1.3 基本电路元件§1.4 电路的工作状态§1.5 电路的基本定律－KVL、KCL

第一章第二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

(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.电路的功能

电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。

发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线§1.1 电路与电路模型1.1.1电路的功能和构成第三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二2.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...输电线第四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二直流电源直流电源:

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

电源或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。第五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

小结电路按功能可分为两类：1、电力线路（强电）--作用：传输、分配、控制和转换能量，

－构成：电源－中间环节－负载；

2、电子线路（弱电）－作用：传递和处理信号，

--构成：信号源－中间环节－负载

电源（狭义）（广义）电源（激励）电力电子线路？（用弱电控制强电，参见电工学III第6章）第六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.1.2电路模型一、电路元件、电路（图）实际电路元件模型化（理想）电路元件实际电路电路（模型）电路（图）符号化实际结构研究电路（图）揭示实际电路主要性能例：建立手电筒的电路模型第七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二手电筒的电路模型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。第八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.1.2电路模型一、电路元件、电路（图）二、基本电路元件电源：恒压源

与恒流源（不计受控电源）

负载：电阻、电容、电感中间环节：短路线

与开路线

(描述导线与开关）第九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.1.3 电路理论研究的主要内容基本物理量：电流、电压、电位（势）、电动势、电功率基本元件：上述7种（含教材3.1节）工作状态：开路、短路、有载基本规律：基尔霍夫定律—KCL、KVL

（整体规律）求解方法（分类、内容、适用范围——属第二章内容）第十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二§1.2电路基本物理量的正方向与正负号电池灯泡电流 I、i电压U、u电动势E、e电位（势）V、v（后面讲）Vb=－ERE_IU+ab+_第十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电路中物理量的正方向物理量的方向：实际方向假设方向（参考方向）实际方向：物理中对电学量规定的方向。假设方向（参考方向）：在分析计算时，对电学量人为规定的方向，一般称为正方向第十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二物理量的实际方向和单位第十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二物理量正方向的表示方法电池灯泡IRUabE+_abu_+正负号abUab

高电位点在前，低电位点在后

双下标（旧箭头）u电压aIR电流：箭头或 双下标

Iabb第十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二为何在电路分析中用正方向？问题的提出：1、在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向。

2、在交流电路中，实际方向反复变化。电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR第十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(1)在解题前先设任意假设一个方向作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则表明实际方向与假设方向一致；故称假设方向（参考方向）为正方向。若计算结果为负，则表明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,然后解出所求的物理量；第十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二例已知：E=2V,R=1Ω问：当U即Uab分别为3V和1V时，IR=?E

IRRURabU解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：第十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(3)数值计算（实际方向与正方向一致）（实际方向与正方向相反）E

IRRURabU第十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二***(4)在以后的解题过程中，若题中未给出某些电压、电流的符号和\或正方向，而自己解题中又需要，符号的下标与正方向自己可以任意假设，但必须假设，且设好后不能再变。(1)“实际方向”是物理中规定的，而“正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。若无特别说明，电路图中所标出的方向都是指‘正方向’。(2)欧姆定律U/I=R

仅适用于U、I正方向一致的情况，当U、I正方向不时一致，应改为U/I=－R

。（3）为了避免列方程时出错，习惯上把

I

与U

的正方向假设为一致（同方向）。提示第十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二欧姆定律中的正负号U、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第二十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二解：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–2A第二十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电功率aIAUb功率的正负：设电路任意两点间的电压为

U,流入此部分电路A的电流为I，则这部分电路取用（消耗或储存）的功率为:功率有无正负？U、I正方向一致时取‘＋’U、I正方向相反时取‘－’第二十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二右图：U、I正方向一致

P=UIIRUab或IRUab“取用功率（负载）”为什么？“发出功率（电源）”为什么？若P0 则该元件IUab+-根据能量守衡关系P（取用）=P（发出）右图：U、I正方向相反

P=

－UI若P<0 则该元件第二十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

当计算出的P>0

时,则说明U、I

的实际方向一致，此部分电路取用电功率，为负载。

所以，从P值的+

或-

可以区分元器件的性质是电源还是负载。（不能仅从元器件的名称就断定它一定是电源或负载）结论在计算功率时，如果按P=±UI (U、I正方向相反时取‘－’）计算，则：

当计算的P<0

时,则说明U、I

的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。如果按P=±UI计算，计算时有两套正负号。？第二十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二节点电位的概念：Va=5V

a

点电位：ab15Aab15AVb=-5V

b

点电位：在电路中任选一节点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。标记），改在基本电路元件之前讲*§1.6 电路中电位的计算第二十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

电位值是相对的,参考点（电位零点）选的不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压（电位差）值是固定的，不会因参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别第二十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2第二十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二R1R2+15V-15V

参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-第二十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二“电路中电位的计算” 史仪凯新教材1.7.3节

（必考内容）第二十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二一、无源元件1.电阻R§1.3 （二端）基本电路元件3种含义2.电感L3.电容C第三十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1电阻元件

描述消耗电能的性质根据欧姆定律:即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系线性电阻

金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关，表达式为：表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。电阻的能量Ru+_第三十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻电阻R（常用单位：、k、M）Riuu与i的关系？第三十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二

描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质。1.物理意义电感:(H、mH)线性电感:L为常数;非线性电感:L不为常数2电感元件电流通过N匝线圈产生(磁链)电流通过一匝线圈产生(磁通)u+-线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。第三十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二自感电动势：2.自感电动势方向的判定(1)自感电动势的参考方向规定:自感电动势的参考方向与电流参考方向相同,

或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则。+-eL+-L线性电感元件的符号S—线圈横截面积（m2）l—线圈长度（m）N—线圈匝数μ—介质的磁导率（H/m）第三十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(2)自感电动势瞬时极性的判别0<eL与参考方向相反eL具有阻碍电流变化的性质eL实+-eLu+-+-eL实-+0eLu+-+-eL与参考方向相同0>0第三十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二（线性）电感中电流、电压的关系uei当(直流)时,所以,在直流电路中电感相当于短路.根据电压与电动势的定义可得：第三十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电感元件储能将上式两边同乘上

i

，并积分，则得：

即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。磁场能上面的磁场能公式只适于t＝0时i＝0的情况公式有问题吗？第三十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二*例1:

有一电感元件，L=0.2H,电流i如图所示，求电感元件中产生的自感电动势eL和两端电压u的波形。解：当时则：当时24624O246-0.20.4246-0.40.2OO第三十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二由图可见：(1)电流正值增大时，eL为负，电流正值减小时，eL为正；(2)电流的变化率di/dt大，则eL大；反映电感阻碍电流变化的性质。(3)电感两端电压u和通过它的电流i的波形是不一样的。24624O246-0.20.4246-0.40.2OO第三十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二3电容元件

描述电容两端加电源后，其两个极板上分别聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起电场，并储存电场能量的性质。电容：uiC+_电容元件电容器的电容与极板的尺寸及其间介质的介电常数等关。S—极板面积（m2）d—板间距离（m）ε—介电常数（F/m）

当电压u变化时，在电路中产生电流:（单位：F,F,pF）第四十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电容符号有极性无极性+_第四十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电容上电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电容相当于断路.uiC第四十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二电容的储能电容是一种储能元件,储存的电场能量为：即电容将电能转换为电场能储存在电容中，当电压增大时，电场能增大，电容元件从电源取用电能；当电压减小时，电场能减小，电容元件向电源放还能量。电场能第四十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二（线性）电阻、电感、电容元件小结理想元件的特性（两个端钮上u与i

的关系）（在 u与i

正方向一致的条件下）LCR元件最本质的特性——u与i的关系，亦可据此定义来元件（数学模型，理想化）第四十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二实际元件的特性可以用若干理想元件来表示例：电感线圈L

：电感量R：导线电阻C：匝线间分布电容各个参数的影响和电路的工作条件（如频率）有关。（备注）第四十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二4.短路线(元件）与 开路线(元件）a Rab=∞ iab=0b Uab

取决于外电路（一般

Uab

≠0)描述开路、理想开关的断开状态记笔记！a Rab=0i Uab=0b i取决于外电路（一般

i≠0)描述短路、理想导线与理想开关的闭合状态第四十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意L、C

在不同电路中的作用即：L等效为短路线

C等效为开路线第四十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(二)

有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。在此之前，先讲两种理想电源：恒压源和恒流源1、恒压源（理想电压源）:R0=0时的电压源.特点：(1）输出端电压恒等于电动势，即Uab

E。 （2）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性IUabE（外特性）第四十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒压源中的电流由外电路决定设:

E=10VIE+_abUab2R1当R1

R2

同时接入时：I=10AR22例

当R1接入时：I=5A则：第四十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒压源特性中不变的是：_____________E恒压源特性中变化的是：_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向？+_I恒压源特性小结EUababR第五十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二2、恒流源（理想电流源):

R0=

时的电流源.特点：（1）输出电流恒等于电流源的源电流

IS； （2）输出电压由外电路决定。abIUabIsIUabIS伏安特性注意符号第五十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AR=10

时，U=10

VR=1

时，U=1

V则:例第五十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：_____________Is恒流源特性中变化的是：_____________Uab_________________会引起Uab

的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向！

理想恒流源两端可否被短路？

abIUabIsR第五十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二说明：实际电源器件大多数可近似为恒压源；但也有少数电源器件接近恒流特性。第五十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒压源中的电流如何决定？恒流源两端的电压等于多少？例IER_+abUab=?Is原则：Is不能变，E不能变。恒压源中的电流I=IS恒流源两端的电压第五十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量E+_abIUabUab=E

（常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab

无影响。IabUabIsI=Is

（常数）I

的大小、方向均为恒定，外电路负载对I

无影响。输出电流I

可变-----

I

的大小、方向均由外电路决定端电压Uab

可变-----Uab

的大小、方向均由外电路决定，（一般

Uab

≠0)第五十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二斜率绝对值越大，表明R0越大，“内耗”越大3.电压源伏安特性（实验测出）电压源模型IUEUIR0+-E第五十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二4.电流源IsUabI外特性

R0R0越大特性越陡电流源模型ISR0abUabI第五十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二5.两种电源的等效互换

等效互换的条件：对外的电压电流（关系）相等。当I=I’

时

Uab

=Uab’反之亦然即：IR0+-EbaUabISabUab'I'R0'第五十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二等效互换公式IR0+-EbaUabISabUab'I'R0'则I=I'Uab=Uab'若第六十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二aE+-bIUabR0电压源电流源Uab'R0'IsabI'第六十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二等效变换的注意事项(1)“等效”是指“对外”两端钮上的U～I关系相同（此处为互换前后伏--安特性一致），对内不等效。例如：RL＝∞时IsaR0'bUab'I'RLaE+-bIUabR0RLR0中不消耗能量R0’中则消耗能量对内不等效对外等效第六十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二注意转换前后E

与Is

的方向(2)aE+-bIR0E+-bIR0aIsaR0'bI'aIsR0'bI'第六十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(3)恒压源和恒流源不能等效互换abI'Uab'IsaE+-bI内阻R0=0内阻R’0=∞第六十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(4)

进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。R0和R0'不一定是电源内阻。第六十五页，共八十四页，编辑于2023年，星期二R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?第六十六页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(接上页)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I并联符号第六十七页，共八十四页，编辑于2023年，星期二+RdEd+R4E4R5I--(接上页)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3第六十八页，共八十四页，编辑于2023年，星期二10V+-2A2I讨论题哪个答案对???+-10V+-4V2第六十九页，共八十四页，编辑于2023年，星期二§1.4电路的工作状态

1.4.1 三种工作状态(R0很小）+-ER0UIKRER0UIR-+

状态项目开路

有载短路I0E/(R0+R)E/R0大!UEE－IR00载耗P0EI－I2R00内耗△P0I2R0E2/R0烧!发出PE0－EI－E2/R0判断P＋△P＋PE＝0功率平衡？第七十页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.4.2 额定值

因为

E

与 R0不变

所以

I

与 PE取决于负载。多大合适？

额定值（IN、UN、PN，其

值与温度有关）意义：1、限额－－安全、长寿2、能力－－经济、合理额定值额定值≠实际值 满载原因：负载变化 欠载（轻载） 超载（过载）第七十一页，共八十四页，编辑于2023年，星期二§1.5电路的基本定律－KVL、KCL

(本章重点）

1.5.1电路的结构描述

节（结）点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支简单电路：单回路，或可用串并联化简法 化为单回路的电路。复杂电路：非简单电路名词注释：回路：电路中任一闭合路径网孔：单孔回路（电路常称为网络）第七十二页，共八十四页，编辑于2023年，星期二支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）节点：a、b、…...(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-网孔：几个？简单电路？否！第七十三页，共八十四页，编辑于2023年，星期二1.5.2克希荷夫定律（克氏定律） （基尔霍夫定律）

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。第七十四页，共八十四页，编辑于2023年，星期二(一)克氏电流定律 (KCL)

对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I4克氏电流定律的依据：电流的连续性例I