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第1章直流电路1.1电路的根本概念及根本定律1.2电路的根本分析方法1.3电容器第1章直流电路本章要求:了解电路的根本概念，掌握电路的根本定律掌握电路中电位的意义及计算了解电源的等效变换法，掌握电阻串并联的特点及电路的计算了解电容器的充放电特性，了解电容C的意义1.1电路的根本概念及根本定律电路是电流的通路，是为了某种需求由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1.1.1电路概述1.电路的作用〔1〕电能的产生、传输控制和转换

电工电路总目录上页章目录下页〔2〕电信号的产生、传输处置和变换2.电路的组成电子电路电源负载中间环节信号源负载处置电路前往3.电路模型根本的理想元件有如下五种：理想元件是指只需一种电磁性质的假想元件。电阻元件是具有耗费电能性质的假想元件，其性质用参数R表示；总目录上页章目录下页前往电感元件是具有将电能转换成磁场能并储存起来性质的假想元件，其性质用参数L表示；电容元件是具有将电能转换成电场能并储存起来性质的假想元件，其性质用参数C表示；理想电压源的输出电压恒定不变，也称为恒压源，其恒压性用E或US表示；理想电流源的输出电流恒定不变，也称为恒压源，其恒流性用IS表示；将实践元件用理想元件或其组合等效替代，所得到的电路称为实践电路的电路模型，简称电路。总目录上页章目录下页前往汽车照明电路的电路模型1.电流大小：单位时间内经过导体横截面的电荷量。电流是电荷在电场力的作用下作定向运动构成的,其大小和方向都与电荷有关。1.1.2电路的根本物理量直流交流单位：A、KA、mA、μA实践方向：正电荷的运动方向。总目录上页章目录下页前往2.电压大小：在电路中，恣意两点a、b的电压Uab等于电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功。直流交流单位：V、KV、mV实践方向：高电位低电位即电位降落的方向。电荷运动回路总目录上页章目录下页前往3.电动势大小：电源的电动势Eba等于电源力将单位正电荷从负极b经电源内部移到正极a所做的功。单位：V、KV、mV实践方向：低电位高电位即电位升高的方向。电荷运动回路电流的实践方向可用箭头、双下标；电压、电动势用正负极性、箭头、双下标。Iab总目录上页章目录下页前往〔1〕电流、电压、电动势的参考方向参考方向的表示方法：总目录上页章目录下页前往参考方向：在分析、计算电路时，人为假定的方向。aRbIE+_U+_电流：电压、电动势：Iab双下标箭标abRIUab双下标Eba正负极性+–abUE+_〔2〕实践方向与参考方向的关系总目录上页章目录下页前往实践方向与参考方向一致，电量值为正值；实践方向与参考方向相反，电量值为负值。假设I=5A，那么电流从a流向b；假设I=–5A，那么电流从b流向a。假设U=5V，那么电压的实践方向从a指向b；假设U=–5V，那么电压的实践方向从b指向a。例：abRIabRU+–〔2〕实践方向与参考方向的关系总目录上页章目录下页前往假设E=5V，那么电动势的实践方向从b指向a；假设E=–5V，那么电动势的实践方向从a指向b。+–abE留意：在参考方向选定后，电流、电压、电动势的值才有正负之分。在电路分析中，假设没有特别指明，所标的电量方向均指参考方向。4.导体的电阻总目录上页章目录下页前往电阻是反映导体对电流妨碍作用大小的物理量。电阻定律阐明：①不同的导体其电阻率不同，用途也不同。②导体电阻还与温度有关，通常用电阻温度系数α表示。部分导体电阻率和温度系数如下页表所示。l—导体长度〔m〕；S—导体截面积(m2);ρ—导体电阻率〔Ω·m〕单位：Ω、KΩ、MΩ总目录上页章目录下页前往材料名称电阻率ρ/Ω·m电阻温度系数α/1/℃用途银铜铝0.0165×10-60.0175×10-60.0283×10-60.00380.00400.0042导线线圈引线触点

锰铜康铜镍铬铁铬铝碳

0.42×10-60.4~0.51×10-61.1×10-61.4×10-610.0×10-6

0.0000050.0000050.000130.00005-0.0005电阻器电热丝部分导体的电阻率ρ和电阻温度系数α1.1.3欧姆定律总目录上页章目录下页前往1.部分电路欧姆定律U、I参考方向一样时，U、I参考方向相反时，通常取U、I参考方向一样，称为关联参考方向。RU+–IRU+–I总目录上页章目录下页前往解：对图(a)有,I=U/R例：运用欧姆定律对以下图电路列出式子，并求电阻R。对图(b)有,I=–U/RRU6V+–2AR+–U6VIa)b)I–2A总目录上页章目录下页前往2.全电路欧姆定律E、I参考方向一样时，E、I参考方向相反时，通常取E、I参考方向一样。+RL-R0EIU+-+RL-R0EIU+-总目录上页章目录下页前往解：例：知E=3V，R0=0.4Ω,RL=9.6Ω,求电流I、内阻压降IR0及电源端电压U。+RL-R0EIU+-+RL-R0EIU+-1.1.4功率及其计算总目录上页章目录下页前往1.实践方向下功率的计算电功：t时间内，电场力〔或电源力〕做的功，用WR(或WE)表示。根据电压定义单位时间内电场力〔或电源力〕所做的功称为电功率，用PR〔或PE〕表示。根据电动势定义电阻的功率电源的功率总目录上页章目录下页前往功率单位：瓦〔W〕、千瓦〔KW〕、毫瓦(mW)电功单位：焦〔J〕，千瓦·时〔kW·h)1kW·h=3.6×106J2.参考方向下功率的计算U、I参考方向一样时，U、I参考方向相反时，P>0元件吸收功率，是负载P<0元件发出功率，是电源。正负值的意义：IAU+–IBU+–总目录上页章目录下页前往解：对图(a)有,P=UI=-10W，A发出功率，是电源。例：计算图中各元件的功率，并指出各元件的性质。对图(b)有,P=–UI=20W，B吸收功率，是负载。I-1AAU10V+–a)b)I2AB+–U-10V总目录上页章目录下页前往3.电流的热效应电流的热效应：电流经过金属导领会发热的景象。电流热效应运用广泛。汽车上的照明灯、熔断器、双金属片式断路器、电热式机油压力表和水温表的指针偏转等。焦〔J〕电流热效应的存在容易使导线发热，老化绝缘外皮，严重时引起漏电或短路事故。焦耳定律：电流经过金属导体产生的热量Q与电流的平方I2、导体电阻R以及通电时间t成正比。1.1.5电路的三种形状总目录上页章目录下页前往1.通路通路：电流经过电源和负载构成回路的形状。U+-IR0RL+-ES通路形状下，电源被接上负载，此时电源的任务形状称为有载形状。2.开路〔断路〕开路：电路中的某处被断开时的形状。特征：电路中没有电流流动。电源的负载被断开，此时的电源形状称空载形状。总目录上页章目录下页前往开路可以分为控制性开路和缺点性开路。控制性开路是利用开关将处于通路形状的电路断开。缺点性开路是一种突发性、意想不到的断路形状。例如，在汽车电路中，电源与负载之间的衔接线松脱，负载与导体的金属部分接触不良，都会引起断路缺点。所以在接线时要结实可靠，尽量防止断路缺点发生。在汽车电路发生断路缺点时，通常用试灯或万用表〔直流电压挡〕去寻觅电路的断路点。总目录上页章目录下页前往方法：将试灯一端〔或电压表负表笔〕接在电源负极，另一端依次触及电路接线点a、b、c、d。假设灯亮阐明此接线点至电源正极间无断路，假设灯不亮阐明此接线点与前一接线点间有断路。用这种方法逐渐减少查找范围，直至找到断路点。总目录上页章目录下页前往3.短路U=0+-短路：电路的恣意两端被导体接通时的形状。电源短路时，流过大电流，烧损电源及导线，为防止该情况的发生，在电源附近要安装短路维护器。特征：被接通的两端电压为零。-IR0RL+Eab短路能够发生在电源上，也会发生在负载上，前者称为电源短路，后者称为负载短路。图中的短路为电源短路。总目录上页章目录下页前往短路除了有害的一面以外，还有有利的一面。在汽车上利用短路法能快速的找到缺点点。假设按下起动按钮，起动机不转。经查电源、熔断器FU及搭铁线均无缺点。于是就可采用短接法查找缺点所在位置。汽车起动系统原理图1.1.6基尔霍夫定律总目录上页章目录下页前往支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合途径。网孔：内部不含支路的回路。ba+-E2R2+-R3R1E1I1I2I3123总目录上页章目录下页前往1.基尔霍夫电流定律(KCL定律)在任一瞬间，流向任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。I1+I2=I3电流定律〔KCL〕反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。(1)定律I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1即:Ｉ入=Ｉ出结点a:结点b:I3=I1+I2本质:电流延续性的表达。总目录上页章目录下页前往电流定律可以推行运用于包围部分电路的任一假设的闭合面。〔2〕推行I=?I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V总目录上页章目录下页前往解：例：知I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，求I4根据基尔霍夫电流定律得总目录上页章目录下页前往对任一回路，沿假定的绕行方向走一周，回路中各段电压的代数和恒等于零。〔1〕定律I1R1+I3R3–E1=0I2R2+I3R3–E2=0基尔霍夫电压定律〔KVL〕反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。2.基尔霍夫电压定律(KVL定律)I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112即：U=0对回路1：对回路2：总目录上页章目录下页前往①列方程前标注回路绕行方向；U=0I2R2–E2+UBE=0②运用U=0列方程时，项前符号确实定：假设规定电压方向与绕行方向一样时取正号，那么相反时就取负号。③开口电路可按回路处置〔2〕留意：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_绕行总目录上页章目录下页前往解：例：知一闭合电路，其组成元件为恣意的，假设UAB=5V，UBC=-4V，UDA=-3V，求UCD，UCA对回路ABCDA有对开口电路ABCA有总目录上页章目录下页前往1.1.7电位的概念及计算电位：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。某点电位为正，阐明该点电位比参考点高；某点电位为负，阐明该点电位比参考点低。总目录上页章目录下页前往2.举例求图示电路中各点的电位及电压。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90Vc204A610AE290V

E1140V56A

dba总目录上页章目录下页前往结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中

各点的电位也将随之改动；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考

点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图BDC100kR19V50k

6VA

R2R2R1100k50kCAB-9V6V总目录上页章目录下页前往思索题什么是等电位点？两个等电位点用导线连通后，导线中能否有电流？答：2.在直流电路中如何用万用表丈量直流电位？答：电位相等的点为等电位点。两个等电位点用导线连通后，导线中无电流流过。将万用表转换开关转到直流电压档，然后把黑表笔触及电位参考点、红表笔接触各丈量点，此时万用表的电压读数即为各点的电位。1.2电路的根本分析方法

1.2.1电阻串并联的特点特点:〔3〕等效电阻等于各电阻之和；〔1〕各电阻中经过同一电流；各电阻一个接一个地顺序相接，且电流一样。1.电阻的串联串联:〔2〕总电压等于分电压之和；R=R1+R2R1R2IU+–U2+–U1+–IU+–R(4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。总目录上页章目录下页前往运用：降压、限流、调理电压等。两电阻串联时的分压公式：例：图为一分压器，知输入Ui=1V，电位器电阻RP=4.7kΩ，固定电阻R=0.3kΩ，求输出Uo变化范围。当RP滑动触点在最下端时，有解：总目录上页章目录下页前往当RP滑动触点在最上端时，有故输出电压的变化范围：0.06~1V2.电阻的并联特点:(1)各电阻两端的电压一样；(2)总电流等于各分电流之和；各电阻接在两个公共结点之间，具有一样的电压。并联:I1I2R1UR2I+–总目录上页章目录下页前往(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；两电阻并联时的分流公式：(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。运用：分流、调理电流等。I1I2R1UR2I+–RUI+–两电阻并联的等效电阻：总目录上页章目录下页前往例：将一个500Ω的电阻，分别与500Ω、600Ω、20Ω电阻并联，问并联后的等效电阻分别是多少？解：两个并联电阻的等效电阻总目录上页章目录下页前往例：知电源电压US=12V，电阻R1=2Ω，R2=12ΩR3=R4=3Ω。求R4上的分流I4。解：电路的等效电阻为总目录上页章目录下页前往1.2.2电源的两种模型及等效变换发电机、蓄电池等都是实践电源，在电路分析中，常用电路模型表示。实践电源的电路模型有两种：电压源模型和电流源模型。两种电路模型的特点不同，但在一定条件下可以相互转换。由上图电路可得:U=E–IR0RLR0+-EU+–电压源是由电动势E和内阻R0串联组成。I电压源模型U0=EIUO电压源外特性1.电压源(模型)总目录上页章目录下页前往假设R0=0那么UE，称为理想电压源(恒压源〕。假设R0<<RL，UE，可近似以为是理想电压源。由U=E–IR0可知:IE+_U+_RLIUEO电流由外电路决议。设E=10V，接上RL后，恒压源对外输出电流。当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A电压恒定，电流随负载变化外特性曲线理想电压源〔恒压源〕例1：总目录上页章目录下页前往RLU0=ISR0电流源外特性IU电流源是由电流IS和内阻R0并联组成的电源的模型。由上图电路可得:假设R0=理想电流源〔恒流源〕假设R0>>RL，IIS，可近似以为是理想电流源。电流源模型R0UR0UIS+－I那么IISIS太阳能电池、放大形状晶体管O2.电流源(模型)总目录上页章目录下页前往恒流源两端的电压U由外电路决议。设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电流。RL当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V外特性曲线IUOIISU+_电流恒定，电压随负载变化。IS理想电流源〔恒流源〕例1：总目录上页章目录下页前往由图a：由图b：IRLR0+–EU+–a电压源RLUISI+–b电流源等效变换条件:3.电压源与电流源的等效变换总目录上页章目录下页前往②等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。③理想电压源与理想电流源之间无等效关系。①电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部那么是不等效的。本卷须知：例：当RL=时，电压源的内阻R0中不损耗功率，而电流源的内阻R0中那么损耗功率。④任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。R0+–EabISR0abR0–+EabISR0ab总目录上页章目录下页前往求以下各电路的等效电源解:+–abU25Va)+

a5AbU3b)+

ab2.5AU2a)+

+–abU315Vb)+

例1:总目录上页章目录下页前往例2：解：一致电源方式试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1电阻中的电流。2+-+-6V4VI2A34612A362AI4211AI4211A24A总目录上页章目录下页前往解：I4211A24A1I421A28V+-I411A42AI213A1.3电容器

1.3.1电容器的构成及电容量电容器是用来存储电荷的一种容器。将两个金属导体用绝缘物质隔开，再引出导线，就构成一只电容器。两个金属导体叫极板，绝缘物质叫介质。空气蜡纸、云母、陶瓷等。电容器存储电荷的才干用电容量表示，简称电容(C)。总目录上页章目录下页前往电容：或单位：法〔F〕1F=1C/1V1μF〔微法〕=10-6F1pF(皮法)=10-12F。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—板间间隔〔m〕ε—介电常数〔F/m〕总目录上页章目录下页前往1.3.2电容器的充放电特性1.充电过程+–RSAB+-URC串联电路tU、的变化规律充电时间常数：充电速度的快慢取决于R、C的大小充电时间常数充是衡量充电快慢的物理量S合上前〔S〕总目录上页章目录下页前往2.放电过程+–RSAB+-U、