第1章 电路的基本概念和基本定律

1.1电路和电路模型1.2电路中的基本物理量1.3电路的基本元件1.4电路的工作状态1.5基尔霍夫定律第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路和电路模型电路

电流的通路，把若干电气设备或元件等按一定方式组合起来的，能够满足某种需要的电流通路。1.实现电能的转换、输送和分配1.1.1电路的作用图1.1.1电力系统电路示意图放大器2.实现信号的产生、传递和处理图1.1.2扩音器电路示意图1.1.1电路的作用电源负载中间环节1.电源电路中供应电能或产生信号的设备。

3.中间环节对电路实现控制、保护或测量。2.负载电路中使用电能或输出信号设备。1.1.2电路的组成图1.1.3电路L物理过程表示耗能电能非电能电能电场能电能磁场能非电能电能RC无源元件表示建立电场表示建立磁场有源元件+-1.1.3电路模型图1.1.1电路图1.1.4电路模型1.1.3电路模型

正电荷运动方向规定为电流的实际方向参考方向(a)用箭头表示(b)用双下标表示图1.2.1电流参考方向的2种表示方法1.2.1电流及其参考方向1.2电路中的基本物理量BAii>0,电流实际方向从A到Bi<0,电流实际方向从A到B*参考方向可任意设定*参考方向设定后，电流就成为代数量*只有同时知道电流的正负和参考方向，才能判定电流的实际方向!参考方向和实际方向的关系1.2.1电流及其参考方向【例1.2.1】各电流的参考方向如图1.2.3所示。已知I1=10A，I2=–2A，I3=8A。试确定I1、I2、I3的实际方向。图1.2.3例1.2.1图1.2.1电流及其参考方向电压实际方向—由高电位端指向低电位端参考方向

(a)用箭头表示(b)用正负极性表示(c)用双下标表示图1.2.2电压参考方向的三种标注方法1.2.2电压及其参考方向BAuu>0,电压实际方向A高B低u<0,电压实际方向B高A低*参考方向可任意设定*只有同时知道电压的正负和参考方向，才能判定电压的实际方向!参考方向和实际方向的关系1.2.2电压及其参考方向关联参考方向元件上电流的参考方向是从电压的参考高电位（“+”极性端）指向参考低电位（“-”极性端），即电压电流参考方向一致。

ui-+u-+i非关联参考方向关联参考方向1.2.3电压与电流的关联参考方向

图1.2.4关联与非关联参考方向1.电位在电路中任选一点为电位参考点，则某点到参考点的电压就叫做这一点的电位。如B点的电位计作VB，当选择O点为参考点时，

VB=UBO

图1.2.5电位示意图1.2.4电位与电动势电压与路径无关，两点间的电压就是两点间的电位差

UAB

=VA-VB

图1.2.5电位示意图图1.2.6电路的习惯画法1.2.4电位与电动势

电源内部的电源力将单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功。方向规定在电源内部从电源负极指向正极，即电位升的方向。

E（e）表示，单位V。1.2.4电位与电动势2.电动势

在u、i为关联参考方向下，元件上吸收的功率为

p=ui

在u、i为非关联参考方向下，元件上吸收的功率为

p=-ui

不论u、i是否关联参考方向，若p>0，则该元件吸收（或消耗）功率；若p<0，则该元件发出（或供给）功率。1.2.5功率单位：瓦特（W）【例1.2.2】试判断图1.2.7中元件是发出功率还是吸收功率。（a）（b）图1.2.8例1.2.2图1.2.5功率1.3电路的基本元件1.3.1电阻元件1.3.2电容元件1.3.3电感元件1.3.4电压源1.3.5电流源1.3.1电阻元件

1.

电阻元件

R

欧姆(Ω)

G

西门子(S)ui-+Rui-+R图1.3.1电阻元件的图形符号2.电压、电流的关系

欧姆定律

★流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比1.3.1电阻元件2.电压、电流的关系

欧姆定律u=Riu=-Ri图1.3.2线性电阻元件的伏安特性ui-+ui-+RR3.功率计算若u、i为关联参考方向，则电阻吸收的功率为p=ui=Ri2若u、i为非关联参考方向，则电阻吸收的功率为p=-ui=-(-Ri)i=Ri2耗能元件1.3.1电阻元件4.电阻器的使用图1.3.3电阻器1.3.1电阻元件1.电容元件极板上聚集等量异号的电荷储存电场能量的元件1.3.2电容元件C=q/u（a）电容构成原理图

（b）电容电路符号图1.3.4电容元件单位:法拉(F)微法(μF)和皮法(pF)

2.电压、电流关系

伏安关系说明(1)i>0,电容充电;i<0,电容放电(2)隔直作用，在直流电流相当于开路i-+uC图1.3.4电容的图形符号当电压电流参考方向非关联时1.3.2电容元件3.功率计算若u、i为关联参考方向，则电容吸收的功率为储能元件电容吸收的能量为1.3.2电容元件1.3.3电感元件1.电感元件

单位：亨利(H)毫亨(mH)和微亨(μH)（a）电感线圈（b）电路符号图1.3.5电感元件2.电压、电流关系当电压电流参考方向非关联时伏安关系说明(1)电感的电流发生变化时，电感上才有电压(2)导直作用，在直流电路中相当于短路-+uLi图1.3.5电感的图形符号1.3.3电感元件1.3.3电感元件3.功率计算若u、i为关联参考方向，则电感吸收的功率为储能元件电感吸收的能量为

1.理想电压源恒定电压源US1.3.4电压源图1.3.6理想电压源的图形符号图1.3.7直流电压源的伏安特性两个特点：(1)理想电压源的端电压固定不变(2)理想电压源的电流取决它所连接的外电路2.

电压源模型

1.3.4电压源图1.3.8电压源模型及其外特性曲线（b）外特性曲线（a）电压源模型

1.理想电流源恒定电流源IS1.3.5电流源图1.3.9理想电流源的图形符号图1.3.10直流理想电流源的伏安特性两个特点：(1)理想电流源的电流是恒定的(2)理想电流源的端电压取决它所连接的外电路2.

电流源模型

（a）电流源模型（b）外特性曲线图1.3.11电流源模型及其外特性曲线1.3.5电流源1.3电路的基本元件【例1.3.2】在图1.3.12中，一个理想电压源和一个理想电流源相连，试讨论它们的工作状态。假设U和I都大于零。（a）（b）图1.3.12例1.3.2图1.4电路的工作状态1.4.1电路的工作状态电流：负载电压：0IUUS图1.4.2电源的外特性曲线1.通路图1.4.1

通路（有载工作）1.通路图1.4.1

通路（有载工作）1.4.1电路的工作状态2.开路开路电压或空载电压1.4.1电路的工作状态图1.4.3开路-+USR0ISCRL1.4.1电路的工作状态3.短路图1.4.4短路

各种电气设备的电压、电流及功率等都有一个额定值。额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。

UNINPN

当电流大于额定值时称为过载，小于额定电流时称为欠载，达到额定值时称为满载。需要注意：使用时，电压、电流和功率的实际值不一定等于它们的额定值。1.4.2电气设备的额定值结点回路支路1.5

基尔霍夫定律abUS1R1US2R2R3cd++--I1I2I3图1.5.1电路举例网孔1.5.1电路名词1.5.2基尔霍夫电流定律表述1:任一瞬时，流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。图1.5.1电路举例电流正负号：流入为正，流出为负

表述2：任一瞬时，流经任一结点的所有电流的代数和恒等于零。1.5.2基尔霍夫电流定律图1.5.1电路举例【例1.5.1】在图1.5.2中，已知I1=2A，I2=–3A，

I3=–2A，求电流I4的大小。图1.5.2例1.5.1图1.5.2基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律通常应用于节点，也可以把它推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。图1.5.3KCL在广义节点上的应用1.5.2基尔霍夫电流定律【例1.5.2】在图1.5.4中，已知I1=6A，I6=4A，

I7=–9A，试求电流I8。图1.5.4例1.5.2图1.5.2基尔霍夫电流定律KVL：任一瞬时，沿任一回路，所有电压的代数和恒等于零。1.5.3基尔霍夫电压定律电压的正负取决于电压的参考方向与绕行方向图1.5.5回路电压的正负取决于电阻电流的参考方向与绕行方向通常，取与绕行方向一致，为正；否则，为负。【例1.5.3】有一闭合回路如图1.5.6所示，已知，

，。试用基尔霍夫电压律求电压

和图1.5.6例1.5.3的电路1.5.3基尔霍夫电压定律

KVL不仅应用于闭合回路，也可推广应用于回路的部分电路（a）