电路的基本概念与定律课件

海南风光第1章电路的基本概念与定律第1讲海南风光第1章第1讲第1章电路的基本概念与定律1.1电路中的物理量1.2电路元件1.3基尔霍夫定律第1章电路的基本概念与定律1.1电路中的物理量1.1

电路中的物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_电源负载1.1电路中的物理量电池灯泡电流EIRU+_电源负载电路

电路就是电流通过的路径,以手电筒为例:E实际电路元件电路模型开关电池电珠电路电路就是电流通过的路径,以手电筒为例:E实际电路元件电

又如扩音机,其电路示意图为:二.电路的作用1.电能传输与转换。

2.信号的传递与处理。三.电路的基本组成

以手电筒为例,包括:

电源:电池,提供能量。负载:电珠,把电能转化为其他形式的能量(光能)。

开关:控制电路通或断。导线:筒体,输送和分配电能。

又如扩音机,其电路示意图为:二.电路的作用1.电能传输与电流、电压及其参考方向一.电流及参考方向带电粒子向一个方向移动形成电流。带电粒子如电子(带负电荷)、离子(可带正或负电荷)、空穴(带正电荷)。

电流由其大小与方向来描述。1.电流的大小

用电流强度来表示,定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量。即:is电流、电压及其参考方向一.电流及参考方向带电粒子向一个方向移在电工技术中有时采用比安培更大的单位千安培(KA),电子技术中则采用小电流的单位,如毫安(mA),微安(),纳安(nA)。电流强度的单位是安培(A)。当dq=1C,dt=1S,则i=1A。uA在电工技术中有时采用比安培更大的单位千安培(KA),电子技术

2.电流的方向①电流的实际方向正电荷运动的方向规定为电流的方向,负电荷形成的电流其方向与运动方向相反。如图,带电极板使电荷运动,电荷形成的电流方向为自A到B,这就是电流的实际方向。+－

2.电流的方向①电流的实际方向正电荷运动的方向规定为电流电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向A

B？电流方向B

A？U1ABRU2IR电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难(1)在解题前先设定一个正方向，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，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则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；(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3②电流的参考方向在较复杂的电路中,某支路ab其实际电流方向在求解前往往很难判断.但描述电路元件性质和连接方式规律的公式的列写都与电流的方向有关为此在进行分析之前,我们必须给各支路的电流一个假定的正方向用箭头表示,称为电流的参考方向,也称为假定方向。电流的参考方向AB②电流的参考方向在较复杂的电路中,某支路ab其实际电流方向电流的实际方向将根据求解后电流数值的正负以及电流的参考方向来决定,电流的大小由电流数值的绝对值来表示。电流的实际方向将根据求解后电流数值的正负解：(a)电流i为正值,说明实际电流方向与参考方向一致,电流的真实方向为由a到b;(b)电流i为负值,说明实际方向与参考方向相反,电流的真实方向为由b到a。例

指出图(a),(b)中电流的真实方向，电流参考方向已用箭头表示在图上。解：(a)电流i为正值,说明实际电流方向与参考方向一致,电3.电流的分类电流大小与方向均不变的称为直流(DC);大小与方向均随时间而改变的称为交流(AC);除此以外,亦有方向不变而大小随时间而变;或者大小不变,而方向随时间而变的电流,常称为脉冲电流。如图（c)及（d）所示：3.电流的分类电流大小与方向均不变的称为直流(DC);大小与二.电压及参考极性1.电压电压就是单位正电荷从电路中的一点移至另一点时电路所吸收或放出的能量。若为吸收能量则称为电压降;若为放出能量则称为电压升,电压升就是负的电压降。应该指出,有时“电压”一词就是指电压降用u表示。即:式中dw为电路吸收的能量；dq为通过的电荷。一库仑的正电荷被电路吸收的能量若为一焦耳,则该电路的电压降为一伏特。二.电压及参考极性1.电压电压就是单位正电荷从电路中的一点移2.电压参考极性电路中某两点a、b间,在某一时刻的电压可能是电压降,也可能是电压升。这一情况,在求解之前也是不知道的,但描述电路元件性质和连接方式的公式的列写也是与这个电压的极性有关的,所以,在作电路分析之前,我们也必须给出一个假定的电压降方向,用“+”、“-”号表示,“+”号表示高电位端,“-”表示低电位端,称为电压的参考极性。2.电压参考极性电路中某两点a、b间,在某一时刻的电压可能电路中两点间电压的真实极性由求解所得电压数值的正.负以及电压的参考极性来确定。如图中,若u=5v则表示a,b两点间电压的大小为5v,且a点是高电位端,b点是低电位端,a到b有5v的电压降;若u=-5v,则a,b两点间电压为5v,但b点是高电位端,或说a到b有5v电压升。电路中两点间电压的真实极性由求解所得电压数值的正.负以及电压三.关联参考方向一个元件的电流参考方向和电压参考极性的假定都是任意的。为了方便,也为了防止混乱,常采用关联参考方向的标示方法,把电压电流方向一致起来。如图所示,电流i与电压u参考方向一致时称为关联，否则就是非关联。关联的参考方向：一个元件当它的电流参考方向假定以后，其电压的参考极性就不再任意假定了，而一定是把电压降的方向取为电流的参考方向；或当它的电压的参考极性被假定以后，其电流的参考方向就不再任意假定了，而一定是把电流的参考方向假定为与电压降的方向一致。三.关联参考方向一个元件的电流参考方向和电压参考极性的假定都四.电位而电路中其它各点对该点的电压就称为相应点的电位。参考点的电位规定为零。在电路中，特别是在电子电路中，选择一个点作为参考点，如图,若选d点为参考点，则a、b、c各点的电位为由电压和电位的概念可知，电路中某两点的电压一定等于该两点间的电位之差，在电子仪器中通常选取公共接地点或仪器的外壳作为参考点，在电路图中

符号或表示，必须指出，各点电位的大小和正负，与所选参考点有关而某两点之间的电压却与参考点无关┷四.电位而电路中其它各点对该点的电压就称为相应点的电位。在电五.电动势由电源E和外电路R构成的电流通路。在电源两极板电场的作用下正电荷从电极a经外电路R流向电极b,流经R时,正电荷放出能量,而外电路R

吸收能量。电荷的移动使电极a正电荷减少,电位逐渐降低,电极b因正电荷

的增多,电位逐渐升高,其结果是a和b两电极的电位之差逐渐减小,电流亦逐渐减小。为了维持电流的持续性,电源应该产生外力(电源力),把正电荷从电源负极(低电位处)重新送到电源正极(高电位处)。在电池中这种电源力就是化学力,对于发电机这种电源力是电磁力,电磁力又由热或机械力转化而来。一个实际电源除了包含电动势E,还包含内电阻R0,五.电动势由电源E和外电路R构成的电流通路。在电源两极板物理量的实际正方向物理量的实际正方向物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头Uabab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_abU+_物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U=IRaIRUbI与U的方向相反U=–IRaIRUb规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U=IR规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为

U,流入此部分电路的电流为I，则这部分电路消耗的功率为:IUP=如果UI方向不一致写法如何？电压电流正方向一致aIRUb规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P=–UI功率有正负？规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P

0输出功率（起电源作用）若P

0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负吸收功率或消耗功率（起负载作用）若P0输出功率（起电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致电源的功率IUab+-P=UIP=–UIIUab+-含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致P=–UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络含源网络的功率IU+-含源网络P=UI电压电流正方向一致

当计算的P>0

时,则说明U、I

的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。

所以，从P的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。结论在进行功率计算时，如果假设U、I

正方向一致。

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。当计算的P>0时,则说明U、I的实际方伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一)无源元件1.电阻R（常用单位：、k、M）1.2电路元件伏-安特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一)无源2.电感

L：ui（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通2.电感L：ui（单位：H,mH,H）单位电流产生的电感中电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电感相当于短路.uei++––电感中电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电3.电容C单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）++++----+q-qui电容符号有极性无极性+_3.电容C单位电压下存储的电荷（单位：F,F,pF）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（开路）uiC电容上电流、电压的关系当(直流)时,所以,在直流电路中电无源元件小结理想元件的特性（u与i

的关系）LCR无源元件小结理想元件的特性（u与i的关系）LCRUR1R2LCR1UR2U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UR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意1.电压源(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。理想电压源（恒压源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电压不变（2）电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大1.电压源(二)有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源恒压源中的电流由外电路决定设:

U=10VIU+_abUab2

R1当R1

、R2

同时接入时：I=10AR22

例

当R1接入时：I=5A则：恒压源中的电流由外电路决定设:U=10VIU+_abURS越大斜率越大电压源模型伏安特性IUUSUIRS+-USRLU=US–IRS当RS=0时，电压源模型就变成恒压源模型由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻RS越大电压源模型伏安特性IUUSUIRS+-USRLU=理想电流源（恒流源)特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。2.电流源理想电流源（恒流源)特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电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:例恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设:IS=1AISRSabUabIIsUabI外特性

电流源模型RSRS越大特性越陡I=IS–Uab/RS由理想电流源并联一个电阻组成当内阻RS=

时，电流源模型就变成恒流源模型ISRSabUabIIsUabI外特性电流源模型RSRS恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量U+_abIUabUab=U

（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恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化1.3基尔霍夫定律（克希荷夫定律，克氏定律）

用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律两个定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径1.3基尔霍夫定律用来描述电路中各部分电压或各支路：共3条回路：共3个节点：a、b(共2个）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1支路：共3条回路：共3个节点：a、b例#1#2#3aI1II3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个独立回路：？个3个有几个网眼就有几个独立回路I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I(一)基尔霍夫电流定律

对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。I1I2I3I4基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性

I=0即：例或：流入为正流出为负(一)基尔霍夫电流定律对任何节点，在任一瞬间，电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I(二)基尔霍夫电压定律

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为