单元一电路分析基础

1.1电路及电路模型电路分析基础1.1.1实际电路实际电路

为某种目标而将各种电气、电子器件（如电阻、电容、线圈、变压器、电机、开关、电池、晶体管）按照一定的方式相互连接。按电路的功能可分为两大类：1）进行电能的产生、传输、分配与转换发电机

升压变压器

降压变压器电灯电动机电炉...输电线强电系统：工作电压高、电流大。1.1.1实际电路按电路的功能可分为两大类：2）实现电信号的产生、传递、变换、处理与控制弱电系统：工作电压低、电流小。放大器扬声器话筒不管简单还是复杂，电路的基本组成都离不开三个基本环节。任何一个电路都是由电源、负载、中间环节三部分组成。1.1.1实际电路

向电路提供电能的装置；

将其它形式的能量，如化学能、热能、机械能、原子能等转换为电能；

通常人们熟悉的各种用电器，是电路中接收电能的装置；

在电路中，通过负载，把从电源接收到的电能转换为人们需要的能量形式。

电源和负载连通离不开传输导线，电路的通、断离不开控制开关，实际电路为了长期安全工作还需要一些保护设备是在电路中起着传输和分配能量、控制和保护电气设备等作用的部分。电源负载中间环节1.1.2电路模型

为便于对实际电路进行分析和计算，对实际电路进行模型化处理,建立电路模型。在一定条件下，忽略电路实体部件的次要性质，用以表征其主要特性的模型来表示，即把它们近似地看作理想电路元件或者它们的组合，理想电路元件简称为理想元件，它是组成电路模型的最小单元。本课程将介绍5个理想元件即电阻元件、电感元件、电容元件、理想电压源及理想电流源。IS＋US—－CLR

实际电路可近似地看作理想电路元件，并用规定的图形符号表示，根据器件的连接方式，用理想导线将这些理想电路元件连接1.1.2电路模型1.1.3电路的分类求解实际部件模型时，集总意味着把部件的电场和磁场分隔开，电场只与电容元件关联、磁场只与电感元件关联，这样，两种场之间就不存在相互作用。

实际电场与磁场间会产生电磁波，一部分能量将通过辐射损失，因此只有在辐射能量可忽略不计的状况下才能采用集总的概念。集总参数电路：实际电路器件的几何尺寸l远小于其使用时最高频率所对应的波长λ

，在分析电路时可以忽略器件本身的几何尺寸。分布参数电路：在分析电路时不可以忽略器件本身的几何尺寸。1.1.3电路的分类例如：我国电力工程的电源频率是50Hz，属于低频电路，对应的波长为6000km,对实验室的设备来说，其尺寸与波长相比完全可以忽略不计，因而可以用集总概念。对于远距离的电力输电线路，电路本身的几何尺寸相对于工作波长不可忽略不能用集总的概念进行集总参数电路：按其元件参数是否为常数，又分为线性电路和非线性电路。本课程重点学习集总参数电路1.1电路及电路模型知识闯关1.电路的基本组成部分都离不开三个基本环节如电源、负载和中间环节。（

）2.本书所讨论分析的电路都是实际电路。（

）感谢观看。。。。。。。。。。。。。。1.2电流、电压及其参考方向作者姓名单位电路基础1.2.1电流为了表示电流的强弱，引入电流强度这一物理量。电流强度定义为在电场力作用下，单位时间内通过导体横截面的电量，即：金属导体内部，自由电子可以在原子间作无规则的运动；在电解液中，正负离子可以在溶液中自由运动；如果在金属导体或电解液两端加上电压，在金属导体内部或电解液中就会形成电场，自由电子或正负离子就会在电场力的作用下，作定向移动从而形成电流。电流强度简称为电流，所以“电流”不仅仅表明一种物理现象，也代表一个物理量。

1.电流的概念1.2.1电流

国际单位制（SI）中，电量q（Q）单位采用库仑【C】、时间t单位采用秒【s】，电流i（I）单位采用安培【A】电流常用单位还有毫安【mA】、微安【μA】和纳安【nA】，它们之间的换算关系为：

1A=103mA=106μA=109nA1.2.1电流2.电流的方向

电流不仅有大小，而且有方向，习惯规定正电荷移动的方向作为电流的正方向，当负电荷或电子运动时，电流的实际方向与负电荷或电子运动的方向相反。

对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。问题参考方向任意假定一个方向即为电流的参考方向。1.2.1电流3.电流的参考方向电流参考方向的两种表示：

用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。i

参考方向AB

用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。iABAB1.2.1电流i>0i<0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：i

参考方向ABi

参考方向ABi

参考方向AB1.2.2电压1.电压的概念

当电压大小和方向不随时间变化时，恒定的直流电压用大写字母Uab表示。

国际单位制（SI）中，当电功的单位用焦耳【J】，电量的单位用库仑【C】时，电压的单位是伏特【V】。电压的常用单位还有千伏【kV】和毫伏【mV】，各种单位之间的换算关系为：1kV=103V=106mV1.2.2电压与电压相关的另一个概念为电位，在电路中任选一点为参考点，则从电路中a点到参考点之间的电压称为a点的电位。电路中的电位具有相对性，参考点的选取是任意的，只有先明确了电路的参考点，再讨论分析电路。2.电位的概念电路参考点的电位取零值，其它各点的电位值均要和参考点相比，高于参考点的电位是正电位，低于参考点的电位是负电位。1.2.2电压电位与电压不同，电位特指电场力把单位正电荷从电场中的一点移到参考点所作的功。为了区别于电压，在电学中电位用“V”表示，电压和电位的关系为：

电路中任意两点间电压，在数值上等于这两点电位之差。电压是绝对量，电路中任意两点间的电压大小，仅取决于这两点电位的差值，与参考点无关。

3.电压与电位的区别1.2.2电压4.电压的方向

实际电压方向

电位真正降低的方向复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。问题1.2.2电压分析电路时，同电流需要指定参考方向一样，对电路两点之间的电压也需要指定参考方向。4.电压的方向电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示(3)用双下标表示UU+ABUAB1.2.2电压4.电压的方向U>0参考方向U+–参考方向U+–<0U+实际方向–+实际方向–1.2.3电流与电压的参考方向分析和计算电路的过程中，电压和电流都需要规定参考方向，二者各自选定，不需要必须一致。实际电路分析中，为了方便，一般把元件电压的参考方向与电流的参考方向选为一致，称为关联参考方向，反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向i+-+-iuu1.2.3电流与电压的参考方向例电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；

B电压、电流参考方向关联。＋－uBAi需要注意：关联参考方向，必须首先明确是对哪个元件而言。知识闯关

1.2电流、电压及其参考方向A．电流参考方向与实际方向一致

B．电流参考方向与实际方向相反1.电流参考方向如习题图1所示，计算结果表明i>0，则（

）习题图1知识闯关

1.2电流、电压及其参考方向2.电压参考方向如习题图2所示，计算结果表明u<0，则（

）A．电压参考方向与实际方向一致B．电压参考方向与实际方向相反习题图23.判断习题图3元件1和元件2，哪一个电压、电流为关联参考方向（

）A．元件1B．元件2习题图3感谢观看。。。。。。。。。。。。。。1.3电功率和能量作者姓名单位电路基础1.3.1电功率当电场力推动正电荷在电路中运动时，电场力做功，电路吸收能量，电路在单位时间内吸收的能量称为电路吸收的电功率，简称为功率。

功率的单位：瓦特（W），常用单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW）1.电功率的定义能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)1.3.1电功率1.电功率的定义说明关联参考方向图（ａ）P=ui非关联参考方向图（b）P=-ui根据功率值的正负判断元件的工作状态P>0，说明该元件吸收功率,消耗能量，元件是负载性质P<0，说明该元件发出功率，提供能量，元件是电源性质1.3.1电功率

求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率？例1：已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－1.3.1电功率解:对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意

1.3.1电功率

例2：图示电路，若已知元件吸收功率为－20W，电压U为5V，求电流I。+UI元件I=PU=－205=－4A

解+UI元件

解P=UI=10×(-100)=1000W元件吸收正功率，说明元件是负载。

例3：图示电路，已知元件中通过的电流为－100A，电压U为10V，电功率P。并说明元件性质。1.3.2能量能量：某一时间内消耗的功率。能量的单位是焦耳（J）,它等于功率是1W的用电设备在1s的时间内消耗的电能。工程上或生活中还常用千瓦小时（kW•h）作为电能的单位，1kW•h又称为1度电。

知识闯关1.3电功率和能量1.计算功率时不用考虑元件的电压、电流是否为关联参考方向。（

）2.不管任何元件，在电路中都只会吸收能量。（

）感谢观看。。。。。。。。。。。。。。1.4电阻元件作者姓名单位电路基础1.4.1线性时不变电阻电阻元件是最常见的电路元件之一，如电阻器、白炽灯、电炉等在一定条件下，其主要电磁特性是消耗电能，简称为电阻（R）；它是一种对电流呈现阻碍作用的耗能元件。各种各样的电阻1.4.1线性时不变电阻当伏安特性曲线为过原点的直线则称该电阻为线性时不变电阻。假如取电流作为横坐标，电压作为纵坐标，可以画出u-i平面上的一条曲线，这条曲线就称为电阻的伏安特性曲线。1.线性时不变电阻i1.4.1线性时不变电阻1.线性时不变电阻

常用的电阻单位有：kΩ、MΩ，之间的换算关系为：1MΩ=103kΩ=106

Ω电压单位用伏特（V）表示、电流单位用安培（A）表示时，电阻的单位用欧姆（Ω）表示，简称欧。

线性时不变电阻元件，在电流和电压为关联参考方向的条件下：

i1.4.1线性时不变电阻2.电导在电流和电压为关联参考方向的条件下，根据欧姆定律有：电阻的倒数称为电阻元件的电导，它也是电阻元件的参数，用G表示，电导的单位符号为S，西门子，简称西。电导常用的单位还有：毫西门子（mS)1S=103mS

1.4.1线性时不变电阻当电流与电压非关联参考方向时，根据欧姆定律，电压与电流之间关系式可以表示为：u=−Ri或者i=−Gu1.4.1线性时不变电阻3.开路与短路（a）R=∞情况下

（b）开路一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值，即伏安特性曲线在u-i平面上与电压轴重合，相当于R=∞或者G=0，称为“开路”或“断路”。1.4.1线性时不变电阻3.开路与短路一个线性电阻元件的电流不论为何值，它的端电压恒为零值，即伏安特性曲线在u-i平面上与电流轴重合，相当于R=0或者G=∞，称之为“短路”。若把ab两端子用理想导线连接起来，称这对端子ab被“短路”。1.4.1线性时不变电阻如果该电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的曲线，则称该电阻为非线性电阻。电阻还可以按照是否随时间变换分为两大类：如果电阻值不随时间t变换，则称为非时变电阻，反之称为时变电阻。

本课程只讨论学习线性、非时变电阻及电路4.非线性电阻与时变电阻1.4.2电阻元件的耗能

1.4.2电阻元件的耗能

电阻的功率P恒为正值，在任何时刻，只能从电路中吸收功率，其吸收的电能转换成热能或其它能量，所以电阻都是耗能元件。1.4电阻元件【例1】35W的电烙铁其阻值为多少？1KW电炉呢？

1.4电阻元件【例2】已知下图中U=-6V，I=2A，求电阻R。与电流为非关联参考方向，则：解：U=-6V，表明电压实际方向与参考方向相反：R=-U/I=-（-6）/2=3（Ω）【例3】一个标有“220V50W”的白炽灯泡，试问220V电压下正常工作时，通过电路的电流为多少？灯丝的电阻多大？若一个月（30天）消耗5度电能，试问工作了多少小时？

根据度和焦耳的关系，可以计算出：5度=5kWh=18MJ

1.4电阻元件1.4电阻元件知识闯关

感谢观看。。。。。。。。。。。。。。1.5独立电源作者姓名单位电路基础1.5独立电源

有些实际电源在工作时提供的端电压基本稳定或按固定的时间函数变化，如干电池、蓄电池、直流发电机、交流发电机、电子稳压源等，将这类电源可抽象为理想电压源元件。有些实际电源在工作时提供的端电流基本稳定或按固定的时间函数变化，如光电池、电子稳流源等，将这类电源可抽象为理想电流源元件。“独立”是相对应后面介绍的“受控”源而言的。独立电源端电压和端电流是不受电源之外的其它参数控制，是独立量。1.5.1理想电压源

理想电压源简称电压源，其图形符号如图所示，us为电压源的激励电压，它是恒定值或按一定的时间函数变化，与流过它的电流无关。恒压不恒流

当us为恒定值时，这种电压源称为恒定电压源或直流电压源，用Us表示，有时也用蓄电池图形符号表示，其中长线代表电源的“+”端。一般电压源符号直流电压源符号直流电压源伏安特性曲线1.5.1理想电压源1.理想电压源的开路与短路开路I=0US+_RL+_U=USI=∞US+_RL短路+_U=0理想电压源不允许短路！1.5.1理想电压源2.理想电压源的串联与并联串联US=

USk

电压值相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。US2+_－+US1注意参考方向US=

US1

—U

S25V+_+_5VI5V+_I+_USºº并联1.5.2理想电流源

理想电流源简称电流源，其图形符号如图所示，iS为电流源的激励电流，是恒定值或是一定的时间函数，与元件两端的电压无关。恒流不恒压

当电流源电流为恒定值时，这种电流源称为恒定电流源或直流电流源，用IS表示一般电流源符号直流电流源符号直流电流源伏安特性曲线1.5.2理想电流源1.理想电流源的开路与短路开路I=IS+_U=∞短路+_U=0理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！ISRLISRL理想电流源不允许开路！光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。1.5.2理想电流源2.理想电流源的串联与并联IS1IS2IS3IS并联IS=

ISk注意参考方向IS=

IS1+IS2

－IS3

电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。串联1.5独立电源ISUS

ISUS

IS1

IS2US1US2？

US？IS？

ISIs=Is2-Is1

在电路等效的过程中，与理想电压源相并联的电流源不起作用！

与理想电流源相串联的电压源不起作用！同学们想想1.理想电压源两端的电压与外电路无关（

）2.流过理想电流源的电流与外电路无关（

）3.电路如习题图4所示，求流过电阻的电流（

）A．10AB.5AC.2A4.电路如习题图5所示，求电阻两端的电压（

）A．10VB.5VC.20V知识闯关1.5独立电源感谢观看。。。。。。。。。。。。。。1.6受控源作者姓名单位电路基础1.6受控源层间水沸石水在电路理论中还存在一种有源理想电路元件，这种电路元件上的电压或电流不像独立源那样由自身决定，而是受电