第一章电路的基本概念与基本定律

第一章电路的基本概念与基本定律第一节电路的基本概念第二节电阻元件和电源元件的伏安特性第三节基尔霍夫定律及应用第四节电路的工作状态本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.理解电路的基本定律并能正确应用；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义。4.理解电路中电位的概念，并掌握计算方法。第一章电路的基本概念与基本定律第一节电路的基本概念电路是电流的通路，是电工设备或电路元件按一定方式组合而成。一、电路的组成和电路模型电能的优点1.便于转换：发电设备用电设备2.便于传输、分配3.便于控制1.电路的作用(2)实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线(1)实现电能的传输、分配与转换(3)实现信号控制电源:

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2.电路的组成部分直流电源直流电源:

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。3.电路模型

为了便于分析电路,将实际电路模型化，用反映其主要电磁性质的理想电路元件来代替实际电路的器件，称为实际电路的电路模型。例：手电筒由电池、灯泡、开关和导线组成理想电路主要元件:电阻、电感、电容、电源等手电筒的电路模型RL+RS–SUSI电池导线灯泡开关电池是电源元件，其参数为电压US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；

导线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。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。二、电流和电压的参考方向物理中对基本物理量规定的方向1.电路基本物理量的实际方向

物理量实际方向电流I正电荷运动的方向

电压U(电位降低的方向)高电位

低电位单位kA、A、mA、μAkV、V、mV、μV(2)参考方向的表示方法电流：Uab

双下标电压：(1)参考方向在复杂电路中很难确定电流和电压的实际方向。在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向，为参考方向。Iab

双下标2.电流和电压的参考方向US+_aRb箭标abR正负极性+–abUSIIU箭标abU实际方向与参考方向一致，电流(电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(电压)值为负值。(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(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。(4)关联与非关联的参考方向同一电路元件，如果规定电流（流过该电路元件的电流）与电压的参考方向一致，则称为关联的参考方向；否则为非关联的参考方向。IabRU+–IbaR+–U电流与电压的参考方向一致，为关联的参考方向；电流与电压的参考方向不一致，为非关联的参考方向。三、电功率Rui+-p

uii2Ru2/RRui+-p

–ui–(–Ri)ii2R

–u(–u/R)u2/R上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。1、电阻元件电功率(u、i为瞬时值)2.电路吸收或发出功率的判断+-iu

u,i取关联参考方向P=ui

表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(实际吸收)P<0吸收负功率(实际发出)+-iu

u,i取非关联参考方向p=ui

表示元件发出的功率P>0

发出正功率(实际发出)P<0

发出负功率(实际吸收)功率的计算（按吸收写表达式）（1）U、I关联的参考方向，P=UI；（2）U、I非关联的参考方向，P=-UI；如果P

0，元件吸收功率，为负载；如果P0，元件释放功率，为电源。

电路吸收或发出功率的判断（电路负载或电源的判断）负载元件:实际电流从其电压正极流入电源元件:实际电流从其电压正极流出从实际电流电压方向判断例564123I2I3I1++++++-----U6U5U4U3U2U1-求图夸示电主路中持各方绢框所项代表爬的元钥件吸根收或稳发出飘的功较率。迷已知字：U1=1茂V,塘U2=章-3值V,U3=8铜V,堤U4=恢-4被V,U5=7每V,仇U6=追-3夹VI1=2困A,扩I2=1祥A,I3=刺-1吩A解对一夕完整货的电侮路，胁发出老的功民率＝扰消耗础的功仆率第二猪节修电爪阻元贿件丢和电知源元寺件的歼伏安类特性其伏庙安关木系用u～i曲线谁来描剧述：电路元件电源：独立电压源独立电流源受控电源负载：电阻电感电容耦合电感

{Ri+–u一、宣电阻风元件电路申端电斤压与剪电流奖的关过系称为日伏安磨特性惰。遵循杯欧姆熔定律抚的电浓阻称收为线性恳电阻，它表亩示该枝段电朵路电压树与电洲流的惕比值担为常昨数。I/AU/Vo线性蜡电阻固的概知念：线性劫电阻身的伏程安特瓦性是脆一条走过原奖点的谢直线。解：对图(a英)有,U=IR例2：应用禁欧姆链定律袍对下骑图电嘴路列柱出式末子，们并求杜电阻R。对图(b干)有,U=虹–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A注意没：电阻R是恒登大于握或等伟于零圆。二、冻理想门电压培源其两毕端电耀压总云能保欠持定够值，其值效与流黄过它杰的电隶流i无关电路膜符号i+_理想升电压代源的侨电压柳、电灰流关茫系电源喂两端景电压丽由电孤源本膛身决窃定,与外山电路秩无关两；与叨流经哪它的电流订方向申、大崖小无拜关。通过安电压置源的电流由电塘源及部外电称路共砌同决绵定。ui伏安叙关系例Ri-+外电挪路电压年源不遣能短墙路！三、理想抱电流迈源其输出监电流搅总能复保持励定值，其值妄与电俘源两壁端电瓜压u无关电路娘符号理想痰电流迫源的劈燕电压父、电奖流关麻系(1执)电流块源的戒输出婆电流唉由电斜源本泥身决却定，蛋与外混电路烦无关疤；与掏它两俯端电服压方有向、泽大小但无关（2）电流估源两涨端的样电压荡由电此源及蠢外电型路共飘同决虏定ui伏安设关系U+_IS第三霸节基尔丝式霍夫秆定律惰及应需用支路寄：电路长中的斗每一寒个分哈支。一条辅支路贯流过昨一个溉电流丧，称匙之为支路锤电流。节点嫌：三条趣或三虎条以守上支典路的麻连接被点。回路躲：由支彩路组仅成的腿闭合旬路径。网孔汪：内部呼不含炕支路需的回穴路。I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U1123支路役、节点变数？回路症、网驶孔数傍？例1：支路昂：ab、bc、ca、…（共6条）回路碌：ab派da、ab却ca、db刃ca…（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）网孔惑：ab虑da、ab寄ca、db蛇cd（共3个）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I一、基尔搂霍夫沃电流之定律(KC贞L定律)即1：Ｉ入=Ｉ出在电师路中厌，任能一瞬更间，俗流向光任一蚕节点睁的电淹流等缎于流病出该间节点厦的电帅流。实质:电流惕连续揪性的挣体现恰。或2:菌Ｉ=余0I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U1对节前点a：I1+I2=I3I1+I2–I3=调0（2）用KC谊L解题库时，景先要习取定节各支巴路电疏流的参考落方向。注意桃：（1）KC孙L适用葬于任彼何电蕉路；（3）电路惭中有n个节吧点，兼则根要据KC临L可列叙出(n垦-1陡)个独扬立的伯电流劣方程沉。KC嗽L电流闯定律立可以电推广帖应用勿于包帝围部蚊分电贯路的吼任一君假设岁的闭净合面役。I=?例2:广义节点I=鸦0IA+IB+IC=呼0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V在任铺一瞬需间，撞沿任兆一回道路循里行方颂向，讯回路锯中各伞段电般压的泻代数滥和恒乌等于乳零。即：U=房诚0二、基尔未霍夫鞠电压为定律派（KV同L定律)在任具一瞬呆间，胳沿任一回路熔，则破电位来升之粥和等贪于电奶位降荐之和械。对回践路1：对回解路2：U1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=U2或I1R1+I3R3–U1=恶0或I2R2+I3R3–U2=诉0I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U112即：U升=朗U降1．列掌方程重前标注回路(循行)方向；电位础升=电位传降U2=UAB+I2R2U=姓0I2R2–U2+UAB=钉02．应用U=株0列方轿程时，项前妇符号聋的确楚定：如果相规定搅电位塘降取前正号盾，则僻电位聚升就跌取负块号。3.开口画电压短可按清回路霉处理注意强：1对回小路1：U1UABB+A+–R1+–U2R2I2_UAB=U2–I2R2*从高A到低B直接下写例3：图1所示折电路盆中，督正确念的电事压方膏程是济（凝）喷。c例4：图2所示电路中，A、B间的电压UAB为（）。AB2A2Ω2Ω图2（a）2V（b）–2V（c）–1Vb图1（a）US1–R1I1+R3IS=0（b）US2+R3IS+R2I2=0（c）US1–R1I1–US2–R2I2=0I1I2R1R3R2US1US2IS++––例5：图示效电路克中，吐已知拜：IS1=4扮A，IS2=2拉A，US=6吓V，R1=劫R2=3弃Ω，求A、B间的姓电压曾。解：询电阻R1上的牙电流IR1和两端电返压UR1的参坟考方残向如闯图示蚁。根据KC师L，对节来点A列电纵流方程盒：IS2=谅IS1+昨IR1IR1=楚IS2–甩IS1=2稍–蚂4=师–柴2A电阻R1上的早电流电阻R1两端将电压UR1=桃IR1R1=砌–2荡×3原=谦–6宋VUAB=US+UR1=6也–弓6储=笑0症VIR1+–UR1AIS1R1R2USIS2+–B例6：图示羽电路伶中，垄已知胖：R1=行R2=1府Ω，IS1=1产A，IS2=2铺A，US1=店US2=1定V，挣求A、B间的挂电压UAB。++––UR1UR2IR2IR1解：影流过锻电阻R1和R2的电辞流IR1、IR2和两苦端电宵压UR1、UR2的参矿考方阁向如曲图示向。电流IR1和电旷压UR1为：IR1=虏IS1=1辽AUR1=支IR1R1=疲1V电流IR2和电唤压UR2为：IR2=泡IS2=2占A，倘UR2=添IR2R2=吃2VUAB=赴–US1+抄UR1–UR2–US2UAB=愿–砌3VIS1R1++–––+R2US1US2IS2ABUAB从A到B写UAB例7：试求夜图示蒸部分节电路悲中的串电流I，I1和电朽阻R。设Uab=0。4Ω4Ω1Ω2Ω+-2VR6AII1ab解：把虚删线中读的电位路看含成是歪一个溜大的可结点守，则伶有：I=哗6AUab=2+2I1=0I1=-1AI2I3Uab=4I3-4I2=0I3=I2=3AI4I5对结点a列电流方程：I4=I2-I1=4A对结点b列电流方程：I5=I3+I1=2AUab=R×I4-I5=0R=0.5Ω开关呆断律开一、空载吩状态I=0电源端电压(开路电压)负载功率U

=U0P

=01.开路顾处的浸电流猾等于唱零；I=晴02.开路诉处的在电压U0视电咐路情在况而其定。电路链中某叠处断滚开时香的特滑征:I+–U0有源电路IRoR+

-UU0+

-第四饺节电路举的工稿作状亭态负载致端电洗压为0电源乌外部包端子窄被短犁接二、短路渠状态

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）U0

=0

PU=P=I²R0P

=01.短路惑处的赤电压伤等于醋零；U=顾02.短路着处的杏电流I视电声路情啄况而裕定。电路扬中某透处短猴路时改的特菠征:I+–U有源电路IR0R+

-UU0+

-开关献闭合,电源接通负载负载克端电安压三、降负载号状态(有载河状态)IR0R+

-UU0+

-I①电流练的大费小由贺负载施决定复。②榆在电平源有某内阻蛇时，IU0。U0=U–IR0当R0<<R时，经则U0U，表明敢当负寇载变桐化时级，电锄源的辅端电错压变厘化不波大，毒即带体负载盼能力锅强。电源的外特性UU0I0如果烛不考鬼虑电零源的拜内阻婶，外抓特性弊为虚瓦线所咽示。开关祥闭合,电源袋接通叉负载溪。1、特携征:①电流串的大带小由裂负载乎决定医。②步因电榆源有梳内阻申，IU0。U0I=UI–I²RoP=PU–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率③照电源罩输出句的功谨率由恋负载晚决定挽。负载净大小江的概天念:负载哈增加坦指负纸载取妄用的电流使和功脾率增棒加(电压斜一定)。IR0R+

-UU0+

-I即(电压辜一定)接入例更多储设备2、功率茧与功好率平炮衡U0I=UI–I²RoP=PU–P负载取用功率电源产生功率内阻消耗功率在一醋个电升路中蒸，电疮源产涉生的滋功率书等于奸负载粥取用臂的功避率与逃电源台内阻毯损耗帆的功随率之相和，亏称为剂功率冠平衡它。IN+U－例3在图绘示电妻路中孝，已呢知：I=缎2A，U1=1岂0V，U2=6基V，U3=额–兰4V，问哪北些元眯件是艳电源较？哪针些元暖件是辜负载示？213U2+++–––U1U3I=晓I昌U2=今2×汪6=辟1得2W庆＞0=救–消I疮U3=娇–形2×悉（掠–连4）睁=素8W颗＞0元件1为电炉源=慌–铸I鲜U1=影–2感×1封0=搂–台20倚W＜赠0解：元件1：P1元件2：P2元件2为负讲载元件3：P3元件3为负阳载例4在图司示电岂路中胸，US1、US2、I均为赤正值锦，问编发出功识率的奇电源仅是哪辣个？IR1US1US2++––R2解：电源US1的功靠率PUS1=–访US1I界＜0发出乒功率电源US2的功抚率PUS2=US2I＞0吸收宋功率电路皇中发出功逮率的袄电源逗是US13、电宋气设卷备的萍额定浊值额定绿值:电气台设备持在正每常运沫行时询的规轻定使找用值电气发设备牢的三惹种运室行状宗态欠载(轻载)：I雨<火IN，P漫<缎PN(不经傍济)过载(超载)：I取>设IN，P扶>技PN(设备售易损刃坏)额定姥工作迎状态棵：I滥=证IN，P轨=狂PN(经济会合理叶安全示可靠)（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

实际盟应用尊中，弟电动骡机工兄作在宿额定丙状态厚时效绣率最康高。变压掠器工寸作在涨额定壳值的75％效恳率最止高电路线中电则位的卡概念蹦及计馆算电路烤中某纱点X至参雕考点艳的电毅压，记为“VX”。通常滔设参认考点补的电满位为织零。1.电位遮的概监念电位晴的计臂算步愁骤:(1砍)选电械路中抛某一侦点为杂参考察点(为零耽电位)(2坝)标出谣各电仇流和免电压糟的参喊考方鹊向(3雨)计算辣各点印至参脱考点爹间的杯电压挑即为嗓各点困电位奶。VX为正继，说谅明该斑点电驻位比傻参考城点高差；VX为负漆，说杆明该捷点电抢位比步参考琴点低斩。例8:求图舱示电们路中赌各点字的电询位:Va、Vb、Vc、Vd。解设a为参畏考点(Va=0半V)Vb=Uba=–1玩0×伙6=60奥VVc=Uca=韵4×少20午=某8直0密VVd=Uda=渣6妈×5凡=播3酬0椒V设b为参唐考点(Vb=0暂V)Va=Uab=1苗0×济6窗=粉60啄VVc=Ucb=U1=栏14哲0瓦VVd=Udb=U2=换90哈Vbac204A610AU290VU1140V56AdUab=Va–Vb=牛60惊VUcb=Vc–Vb=吉14欣0援VUdb=Vd–Vb=犹90颜VUab=10悟×6姑=帐6遗0隐VUcb=U1=众14棵0敢VUdb=U2=览90栏V结论肺：(1伍)电位致是相造对值泄，选不同学的参闭考点，电路窄中各脆点的电位双也将店随之拜改变；(2覆)电路仪中两点扬间的蹦电压际值是尝固定的，即与参塌考点(零电刮位)的选取呆无关。借助搭电位没的概叫念可乎以简切化电与路作窄图bca204A610AU290VU1140V56Ad+90V205+140V6cd例9:图示验电路,计算密开关S断开钥、闭凉合时A点电馆位VA解:云(1应)当开屿关S断开袖时(2息)当开黑关闭杏合时,电路如图瓣（b）电流I2=需0，电位VA=冶0V。电流I1=I2=0，电位VA=朱6V。电流灿在闭猛合路径永中流功通