第1章-电路的基本概念和基本定律优秀课件

第1章电路的基本概念和基本定律负载：任务1电路和电路模型电路

——由实际元器件构成的电流的通路。1、电路的组成电源：电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。在电路中接收电能的设备。如电动机、电灯等。中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件，如连接导线、开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。

电路可以实现电能的传输、分配和转换。电力系统中：电子技术中：

电路可以实现电信号的传递、存储和处理。电路的功能2、电路模型和电路元件电源负载实体电路中间环节

与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为实体电路的电路模型。电路模型负载电源开关连接导线SRL+

U–IUS+_R0白炽灯的电路模型可表示为：

实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析效果。如iR

R

L消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此L可以忽略。

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、确切，可定量分析和计算。白炽灯电路RC+

US–电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L电感元件只具有储存磁能的电特性IS理想电路元件分有无源和有源两大类无源二端元件有源二端元件

必须指出，电路在进行上述模型化处理时是有条件的：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相应的电磁过程都集中在电路元件内部进行。这种电路称为集中参数元件的电路。

集中参数元件的特征1.电磁过程都集中在元件内部进行，其次要因素可以忽略。如R，L、C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件。2.

任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒等于从它另一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定。

工程应用中，实际电路的几何尺寸远小于工作电磁波的波长，因此都符合模型化处理条件，均可按集中假设为前提，有效地描述实际电路，从而获得有意义的电路分析效果。任务2电路的物理量及参考方向（1）电流

电流的国际单位制是安培【A】，较小的单位还有毫安【mA】和微安【μA】等，它们之间的换算关系为：idqdt=……（1-1）1A=103mA=106μA=109nAIQt=……（1-2）

电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表征，定义式为：大小、方向均不随时间变化的稳恒直流电可表示为：

在电工技术分析中，仅仅指出电流的大小是不够的，通常以正电荷移动的方向规定为电流的参考正方向。直流情况下（2）电压

高中物理课对电压的定义是：电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所做的功。其表达式为：注意：变量用小写字母表示，恒量用大写字母表示。

电压的国际单位制是伏特[V]，常用的单位还有毫伏[mV]和千伏【KV】等，换算关系为：1V=103mV=10－3KV

电工技术基础问题分析中，通常规定电压的参考正方向由高电位指向低电位，因此电压又称作电压降。

从工程应用的角度来讲，电路中电压是产生电流的根本原因。数值上，电压等于电路中两点电位的差值。即：（3）电流、电压的参考方向

对电路进行分析计算时应注意：列写电路方程式之前，首先要在电路中标出电流、电压的参考方向。电路图上电流、电压参考方向的标定，原则上任意假定，但一经选定，在整个分析计算过程中，这些参考方向就不允许再变更。aI电源元件＋U－b非关联参考方向aI负载元件＋U－b关联参考方向

实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，应选取非关联参考方向，假定某元件是负载应选取关联参考方向。

在电路图上预先标出电压、电流的参考方向，目的是为解题时列写方程式提供依据。因为，只有参考方向标定的情况下，方程式各电量前的正、负号才有意义。I

为什么要在电路图中预先标出参考方向？例如–

+USR0RI

设参考方向下US=100V，I=－5A，则说明电源电压的实际方向与参考方向一致；电流为负值说明其实际方向与图中所标示的参考方向相反。

参考方向一经设定，在分析和计算过程中不得随意改动。方程式各量前面的正、负号均应依据参考方向写出，而电量的真实方向是以计算结果和参考方向二者共同确定的。思考回答1.在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？2.应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几对词的不同之处吗？

电路分析中引入参考方向的目的是：为分析和计算电路提供方便和依据。

应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下，电压、电流数值前面的正负号，如某电流为“－5A”，说明其实际方向与参考方向相反，某电压为“＋100V”，说明该电压实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方向下电路方程式中各量前面的加、减号；“相同”是指电压、电流为关联参考方向，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。

日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度=1KW•h=1KV•A•h3.电能、电功率和效率（1）电能

电能的转换是在电流作功的过程中进行的。因此，电流作功所消耗电能的多少可以用电功来量度。电功：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】1度电的概念1000W的电炉加热1小时；100W的电灯照明10小时；40W的电灯照明25小时。

电功率反映了电路元器件能量转换的本领。如100W的电灯表明在1秒钟内该灯可将100J的电能转换成光能和热能；电机1000W表明它在一秒钟内可将1000J的电能转换成机械能。（2）电功率

电工技术中，单位时间内电流所作的功称为电功率。电功率用“P”表示：国际单位制：U【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】

通常情况下，用电器的实际功率并不等于额定电功率。当实际功率小于额定功率时，用电器实际功率达不到额定值，当实际功率大于额定功率时，用电器易损坏。

用电器额定工作时的电压叫额定电压，额定电压下的电功率称为额定功率；额定功率通常标示在电器设备的铭牌数据上，作为用电器正常工作条件下的最高限值。

提高电能效率能大幅度节约投资。据专家测算，建设1千瓦的发电能力，平均在7000元左右；而节约1千瓦的电力，大约平均需要投资2000元，不到建设投资的1/3。通过提高电能效率节约下来的电力还不需要增加煤等一次性资源投入，更不会增加环境污染。（3）效率

电气设备运行时客观上存在损耗，在工程应用中，常把输出功率与输入功率的比例数称为效率，用“η”表示：

所以，提高电能效率与加强电力建设具有相同的重要地位，不仅有利于缓解电力紧张局面，还能促进资源节约型社会的建立。

想想练练1、某用电器的额定值为“220V，100W”，此电器正常工作10小时，消耗多少焦耳电能？合多少度电？2、一只标有“220V，60W”的电灯，当其两端电压为多少伏时电灯能正常发光？正常发光时电灯的电功率是多少？若加在灯两端的电压仅有110伏时，该灯的实际功率为多少瓦？额定功率有变化吗？

3、把一个电阻接在6伏的直流电源上，已知某1分钟单位时间内通过电阻的电量为3个库仑，求这1分钟内电阻上通过的电流和电流所做的功各为多少？3A，1080J3600000J，1度电220V，60W；15W，不变。检验学习结果电路由哪几部分组成？试述电路的功能？为何要引入参考方向？参考方向和实际方向有何联系与区别？何谓电路模型？理想电路元件与实际元器件有何不同？如何判断元件是电源还是负载？

学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。电气设备的额定值及电路的工作状态1.电气设备的额定值电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。

电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。2.电路的三种工作状态I＝US÷(RS＋RL)（1）通路

＋U=US－IRS

－RLS＋

US－RS（2）开路＋U=US－I＝0S＋

US－RSRL＋U=0－I＝US/RS（3）短路RLS＋

US－RS右下图电路，若已知元件吸收功率为－20W，电压U=5V，求电流I。+UI元件

分析：由图可知UI为关联参考方向，因此:

•

举例2：右下图电路，若已知元件中电流为I=－100A，电压U=10V，求电功率P，并说明元件是电源还是负载。+UI元件

解：UI非关联参考，因此:元件吸收正功率，说明元件是负载。I为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。1）按电压与电流的实际方向判别电压与电流方向关联（即电流由高电位点流向低电位点），则电路吸收功率，为负载。电压与电流方向关联（即电流由高电位点流向低电位点），则电路吸收功率，为负载。电源与负载的判别方法2）按电压与电流的参考方向计算功率，再根据功率符号来判断参考方向关联，计算吸收功率。若P>0则为负载；若P<0则为电源。参考方向非关联，计算发出功率。若P>0则为电源；若P<0则为负载。检验学习结果1.

电源外特性与横轴相交处的电流=？电流工作状态？2.

该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？3.额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A电流去哪了？4.电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的US=?RS=？UI0U0I=?“1W、100Ω”1.3

基本电路元件和电源元件1.电阻元件R线性电阻元件伏安特性0UI

由电阻的伏安特性曲线可得，电阻元件上的电压、电流关系为即时对应关系，即：因此，电阻元件称为即时元件。即时

电阻产品实物图

电阻元件图符号

电阻元件上的电压、电流关系遵循欧姆定律。即元件通过电流就会发热，消耗的能量为：1.电阻器的主要参数（1）标称阻值：电阻器上面所标示的阻值。（2）允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电阻器的精度。允许误差与精度等级对应关系如下：

±0.5%—0.2(或0）级、±5%—Ⅰ级、±10%—Ⅱ级、±20%—Ⅲ级（3）额定功率：在正常的条件下，电阻器长期工作所允许耗散的最大功率。（4）额定电压：由阻值和额定功率换算出的电压。（5）最高工作电压：允许的最大连续工作电压。在低气压工作时，最高工作电压较低。（6）温度系数：温度每变化1℃所引起的电阻值的相对变化。温度系数越小，电阻的稳定性越好。阻值随温度升高而增大的为正温度系数，反之为负温度系数。（7）老化系数：电阻器在额定功率长期负荷下，阻值相对变化的百分数，它是表示电阻器寿命长短的参数。（8）电压系数：在规定的电压范围内，电压每变化1伏，电阻器的相对变化量。（9）噪声：产生于电阻器中的一种不规则的电压起伏，包括热噪声和电流噪声两部分，热噪声是由于导体内部不规则的电子自由运动，使导体任意两点的电压不规则变化。电阻的型号命名方法

国产电阻器的型号由四部分组成

第一部分：主称，用字母表示，表示产品的名字。如R表示电阻，W表示电位器。

第二部分：材料，用字母表示，表示电阻体用什么材料组成，

T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实心、

N-无机实心、J-金属膜、Y-氮化膜、

C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕。

第三部分：分类，一般用数字表示，个别类型用字母表示，表示产品属于什么类型。1-普通、2-普通、3-超高频、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调。

第四部分:序号，用数字表示，表示同类产品中不同品种，以区分产品的外型尺寸和性能指标等纵坐标：流过电阻的电流I横坐标：电阻两端电压U电阻恒定，其电流、电压关系特性是一条电流随电压变化的直线。电阻值决定直线的斜率。斜率随电阻增大而减小。I1R1R2R1<R2IUU1U2电阻元件的电流、电压关系1．线性电阻常见线性电阻的外形图常用电阻元件电阻器标注法

1．直标法

用数字和单位符号在电阻器表面标出阻值，其允许误差直接用百分数表示，若电阻上未注偏差，则均为±20%。例如：47K±5%、75K±1%

2.文字符号法用阿拉伯数字和文字符号两者有规律的组合来表示标称阻值，其允许偏差也用文字符号表示。符号前面的数字表示整数阻值，后面的数字依次表示第一位小数阻值和第二位小数阻值。例如：3R3K：阻值3.3Ω，误差±10%5K6J：阻值5.1KΩ，误差±5%3.数码法数码从左到右，前面的为有效值，最末位为指数，即零的个数，单位为欧。偏差通常采用文字符号表示。

100J=10×101Ω=10Ω，误差±5%472K=47×102Ω=4.7KΩ，误差±10%3321F=332×101Ω=3.32KΩ，误差±1%

最末位为9是例外，应该乘10-110k1W

电阻元件的参数可以用符号直接标注在电阻上，也可使用色环表明。第一环最后一环色环符号规定颜色有效数字乘数

允许误差(%)工作电压/V银色 102 10

金色 101 5

黑色 01004

棕色 1

101 1

6.34、色标法灰色 8 10863

白色

9 109 50~20

黄色 4 10425

颜色有效数字乘数允许误差(％)工作电压/V红色 2 102 210橙色 3 103 16

绿色 5 105 0.532 蓝色 6 106 0.2540紫色 7 107 0.150无色

20 某电阻色环颜色[解]R=27102

=

2700允许误差

5％色环含义：最后一环是允许误差，最后前一环为乘数，前面依次是有效数字。有效数字有两位或三位。电阻色标如图示红色2102紫色7107金色

5％依次为红、紫、红、金，求阻值为多少？第一条为第一位数第二条为第二位数第三条为乘数第四条为允许误差[例]电阻色环颜色依次为橙、橙、红、红、棕，求阻值为多少？想想看你算对了吗？答案：电阻33200，允许误差

1％第一条为第一位数第二条为第二位数第三条为第三位数第四条为乘数第五条为允许误差●小提醒如何正确识别首环？

1离端部近的为首环

2端头任一环与其它较远的一环为最后一环即误差

3金银在端头的为最后一环(误差)4.黑在端头为倒数第二环,并且末环为无色

5紫灰白一般不会是倍率,即不大可能为倒数第二环1、电路名词支路：一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，使各元件上通过的电流相等。（m）结点：三条或三条以上支路的联接点。（n）回路：电路中的任意闭合路径。（l）网孔：其中不包含其它支路的单一闭合路径。m=3abl=3n=2112332网孔=2+_R1US1+_US2R2R3任务4基尔霍夫定律例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个网孔：？个7个有几个网眼就有几个网孔abcdI3I1I2I5I6I4R3US4US3_+R6+R4R5R1R2_电路中的独立结点数为n-1个，独立回路数=网孔数。2、基尔霍夫第一定律（KCL）

基尔霍夫定律包括结点电流定律和回路电压两个定律，是一般电路必须遵循的普遍规律。基尔霍夫电流定律是将物理学中的“液体流动的连续性”和“能量守恒定律”用于电路中，它指出：任一时刻，流入任一结点的电流的代数和恒等于零。数学表达式：I1I2I3I4a–I1+I2–

I3–I4=0

若以指向结点的电流为正，背离结点的电流为负，则根据KCL，对结点a可以写出：例：解：求左图示电路中电流i1、i2。i1i4i2i3•整理为：

i1+i3=i2+i4可列出KCL：i1–i2+i3–i4=0例：–i1–i2+10+(–12)=0®

i2=1A

–

4+7+i1=0®

i1=－3A

••7A4Ai110A-12Ai2其中i1得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。基氏电流定律的推广I=?I1I2I3例例I1+I2=I3I=0IU2+_U1+_RU3+_RRR广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。广义节点3、基尔霍夫第二定律（KVL）

基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。回路电压定律依据“电位的单值性原理”，它指出：

任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：ΣU=0然后根据：

U=0I1+US1R1I4US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4得：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0–R1I1–US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1–US4电阻压降可得KVL另一形式：∑IR=∑US电源压升先标绕行方向根据ΣU=0对回路#1列KVL方程电阻压降#1#2例电源压升#3即电阻压降等于电源压升此方程式不独立省略！对回路#2列KVL常用形式对回路#3列KVL方程I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2#1方程式也可用常用形式

KVL方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带来一定方便。图示电路KVL独立方程为KVL推广应用于假想的闭合回路或写作对假想回路列KVL：USIUR