电工电子技术基础课件：电路基本概念及基本定律

电工电子技术基础

电路基本概念及基本定律

教学目标电工电子技术基础

电路基本概念及基本定律1.理解电路作用与组成部分，掌握电路模型。2.掌握电压和电流参考方向及相关性，理解元件物理性质和外特性。3.掌握欧姆定律，理解电路的工作状态。4.理解基尔霍夫定律并能熟练运用。5.理解电位概念，掌握电源与负载判断，功率平衡。第一节电路模型第二节电路基本物理量第三节基尔霍夫定律第四节电路元件第五节电路的工作状态本章目录电路基本概念与定律电工电子技术基础

思政引例电路基本概念与定律电工电子技术基础下一页上一页章目录千里之行，始于足下。——老子

思政引例电路基本概念与定律电工电子技术基础下一页上一页章目录日常生活人们所接触实际电路很多，如家用电器：电视、洗衣机、电饭煲、微波炉、电磁炉、电冰箱、空调等，不管内部是交流电路还是直流电路，比如手电筒，若要弄清工作原理，必须从电路原理上进行分析，就需要具备一定的电路基础知识。

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以中国战斗机FC-1“枭龙”为例，该战斗机包括雷达、通信导航与识别、大气数据等系统。

飞机系统从简单飞机照明电路，到复杂飞机供电系统，都是由电路元器件构成，如电源电阻、电容、电感、集成电路等。电路分析是分析由理想电路元件组成电路模型。介绍电路基本物理量、理想电路元件、电路状态，从工程案例出发，引出参考方向、额定值、功率平衡、参考电位，讨论基尔霍夫定律。

由实际电气元件按一定方式连接而成的一个整体，以形成电流通路，从而实现某种特定的功能。

一、实际电路的组成和作用1.1电路模型①实现电能的传输和转换组成作用电路基本概念与定律——电路模型②实现信号的传递和处理电路电源（或信号源）负载中间环节（强电）（弱电）电工电子技术基础下一页上一页章目录

最简单的手电筒电路示意图电路基本概念与定律——电路模型电源负载中间环节电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录干电池作电源，灯泡作负载，导线和开关作为中间环节将灯泡和干电池连接起来，实现将电能转变为光能的功能。

半导体扩音机的工作原理方框图电路基本概念与定律——电路模型信号源负载中间环节电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录

话筒（麦克风）是电源（信号源），中间环节是放大电路，负载是扬声器。二、电路模型由理想化的电路元件组成的电路图。电路基本概念与定律——电路模型理想电路元件理想无源元件理想有源元件理想电阻元件R理想电感元件L理想电容元件C理想电压源US理想电流源IS电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路模型是由实际电路抽象而成，近似地反映实际电路的电气特性。电路模型是由理想化的电路元件组成电路图。虽然利用电路模型分析计算的结果仅是实际电路的近似值，但它是我们判断实际电路电气性能和指导电路设计的重要理论依据。

图中，US为汽车上的直流发电机的输出电压，R1为发电机的内阻，E为蓄电池，R2为蓄电池内阻，RL是汽车上的等效负载电阻，它包括各种车用电气设备的等效电阻。电路基本概念与定律——电路模型汽车供电电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录响应由激励产生的结果（如某个元件上的电流或电压等）

已知激励、电路结构和参数的情况下，根据电路的基本定律对电路模型进行分析，求出各元件上的电压、电流及功率等物理量，预测实际电路的特性，以便设计更优化的电路。激励对一个电路而言，电源（或信号源）的作用激励和响应的关系就是作用和结果的关系。电路基本概念与定律——电路模型电路分析电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路模型电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录【练习与思考】(1)电路由哪3个基本部分组成?(2)电路的主要作用大致分为哪两个方面?(3)什么是电路模型?为什么要用电路模型来表示电路?1.2电路基本物理量

电路分析中，基本物理量有电流、电压、电动势和电功率。一、电流及其参考方向电流就是电荷的定向移动，电流的大小用电流强度表示。交流电流用小写字母i表示，直流电流用大写字母I表示。电流强度（电流）电路基本概念与定律——电路基本物理量即单位时间内通过导体横截面的电荷量。（安[培]，A)电工电子技术基础下一页上一页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路基本物理量电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路基本物理量电路基本概念与定律——电路基本物理量在分析较为复杂的电路时，往往难于事先判断某支路中电流的实际方向。

通常引入参考方向（正方向）的概念。参考方向可以任意选定，用“→”表示。若选定的参考方向与电流实际方向一致，则电流为正值；若选定的参考方向与电流实际方向相反，则电流为负值。电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础二、电压、电位和电动势及其参考方向电场力把单位正电荷从电场中的一点移到另一点所作的功。直流电压用大写字母U表示，交流电压用小写字母u表示。电压电路基本概念与定律——电路基本物理量（伏[特],V）电压的实际方向规定为从高电位端指向低电位端。（3）双下标表示

（1）箭头“→”表示（2）极性表示参考方向的表示方法+-下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路基本物理量电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路基本物理量电工电子技术基础1.参考方向可以任意选取。3.在未标明参考方向时，电压值的正负没有意义。2.当参考方向与实际方向相同时，电压值为正值当参考方向与实际方向相反时，电压值为负值注意电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录描述了电源中外力做功的能力，大小等于外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所做的功。电工电子技术基础电动势电动势的实际方向在电源内部由负极指向正极。电动势的实际方向是电位升的方向，与电压的实际方向相反。电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础关联参考方向

一个元件或者一段电路上的电流和电压的参考方向可以任意假定。电路基本概念与定律——电路基本物理量非关联参考方向下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录

特别提示参考方向，是为了电路分析计算的方便而任意假定的方向。参考方向也称为正方向。在分析电路时，需要预先假设电压和电流的参考方向，并且做标识，一旦参考方向确定，在分析过程中不要做任何变动，直至分析过程结束。在参考方向选定后，电流或电压值才有正负之分。当采用关联参考方向时，可以简化参考方向的标注，电路中只要标出电流或电压的一个参考方向即可，另一个电量的参考方向由关联一致来确定。P（p）<0P（p）>0电工电子技术基础三、电功率单位时间内电路元件所吸收或发出的电能，其值等于该元件上的电压与电流的乘积。p=ui电路基本概念与定律——电路基本物理量（功率）电功率(瓦[特]，W)直流电功率P=UI交流电功率关联参考方向非关联参考方向p=-uiP=-UI电功率正负的物理含义吸收功率（负载作用）发出功率（电源作用）下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——电路基本物理量拓展分析下一页上一页节首页章目录如图所示，验证功率平衡，说明元件是电源还是负载？电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录【练习与思考】（1）某元件电压和电流采用关联参考方向，当元件

时，该元件是发出功率还是吸收功率？该元件在电路中起电源还是负载作用?（2）某元件电压与电流的参考方向一致时，说明该元件是负载，这句话对吗?（3）

是否表示a

端的电位高于b

端的电位?电路基本概念与定律——电路基本物理量电工电子技术基础1.3基尔霍夫定律

对于简单电路，可以用欧姆定律进行分析。对于除简单电路以外的电路，就得运用基尔霍夫定律。基尔霍夫定律揭示了回路中各部分电压之间和结点上各个电流之间的规律。

电路中通过同一电流的分支电路电路基本概念与定律——基尔霍夫定律（1）支路

有源支路无源支路下一页上一页章目录电工电子技术基础电路中不再含有分支电路的回路

包含回路较多的电路

实际上电路和网络两个名词经常通用电路基本概念与定律——基尔霍夫定律三条或三条以上支路的联接点(2)结点(3)回路(4)网孔(5)网络电路中由支路构成的任何闭合路径下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——基尔霍夫定律下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

基尔霍夫电流定律(Kirchoff’sCurrentLaw)，它描述了一个结点上各个电流的约束关系。一、基尔霍夫电流定律

任一瞬时，对电路中的任一结点，流入结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。基尔霍夫电流定律体现了电流的连续性。

如果规定流入结点的电流为正，流出结点的电流为负，那么，对电路中的任一结点而言，电流的代数和恒等于零电路基本概念与定律——基尔霍夫定律(KCL)，即下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础1.运用KCL时，首先应标定每一支路电流的参考方向。根据各支路电流的参考方向，确定各电流变量前面的正、负号。按上述规定，流入结点的电流取正号，流出结点的电流取负号。2.基尔霍夫电流定律不仅适用于电路中任一结点，也适用于电路中任一假想的封闭面（广义结点）。注意下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础右图电路中，根据KCL有

上式表明，通过封闭面的电流代数和确实等于零，即KCL适用于广义结点。

将上述3个结点电流方程相加，即得广义结点(圆圈围拢的封闭面)的电流方程电路基本概念与定律——基尔霍夫定律

结点A

结点B

结点C下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路如图所示，试求电流表A的读数。电路基本概念与定律——基尔霍夫定律设想用一个假想封闭面来包围电路的左边部分（广义结点）电流表A读数:0下一页上一页节首页章目录[解][例题]电工电子技术基础二、基尔霍夫电压定律

基尔霍夫电压定律（Kirchoff’sVoltageLaw），它描述了一个回路中各支路电压之间的约束关系。

在任一时刻，对于电路中的任一回路，按一定方向沿着回路绕行一周，回路中所有支路电压或元件电压的代数和为0。电路基本概念与定律——基尔霍夫定律(KVL)其数学表达式为

运用KVL列回路方程时，应首先设定回路的绕行方向，并标出各支路或元件上电流、电压的参考方向。当回路内某个电压的参考方向与回路的绕行方向一致时取正号，相反时取负号。下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础

下图中，abcd回路以顺时针方向为绕行方向，运用KVL有(1)Uab+Ubc+Ucd+Uda=0(2)Uab=I3R3电路基本概念与定律——基尔霍夫定律(3)Ubc=﹣I2R2+US2(5)Uda=－US1+I1R1(4)Ucd=I4R4将式(2)~(5)代入式(1)得I3R3

+(-

I2R2+Us2)+I4R4-

Us1

+

R1I1=0US1=E1US2=E2经化简整理，得E1-E2=I1R1-I2R2+I3R3+I4R4∑E=∑(IR)

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下图中，abcd回路以顺时针方向为绕行方向，运用KVL有(1)Uab+Ubc+Ucd+Uda=0(2)Uab=I3R3(3)Ubc=﹣I2R2+US2(5)Uda=－US1+I1R1(4)Ucd=I4R4将式(2)~(5)代入式(1)得US1=E1US2=E2经化简整理，得电工电子技术基础

规定：电流参考方向与回路绕行方向一致时，该电流在电阻上所产生的电压取正号；两者方向不一致时，取负号。凡电动势参考方向与绕行方向一致者取正号；不一致者取负号。

该式表明：在任一回路内，电阻上电压降的代数和等于电动势的代数和。电路基本概念与定律——基尔霍夫定律下一页上一页节首页章目录∑E=∑(IR)

电工电子技术基础KVL可应用于任一闭合回路，但也可以推广应用于不闭合回路或某一条支路。

对图示电路，由KVL有电源的端电压可求得：

Uab=US－IRS用这种方法可求得一段电路的电压Uab。US=IRS+Uab电路基本概念与定律——基尔霍夫定律广义回路下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——基尔霍夫定律电工电子技术基础电路基本概念与定律——基尔霍夫定律下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——基尔霍夫定律下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础电路基本概念与定律——基尔霍夫定律下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录【练习与思考】（1）什么叫结点、支路和回路?什么叫网孔?（2）基尔霍夫电流定律的内容是什么?它的适用范围如何?（3）基尔霍夫电压定律的内容是什么?它的适用范围如何?（4）基尔霍夫定律能适用于非线性电路吗?电路基本概念与定律——基尔霍夫定律

(欧[姆]，)电工电子技术基础1.4电路元件

电阻、电感和电容是三种常用的无源元件，它们具有不同的物理性质。一、电阻元件电阻是反映消耗电能的电路参数。电路基本概念与定律——电路元件1.伏安关系非线性电阻

线性电阻u=Ri下一页上一页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础2.功率关系电阻在任一段时间内吸收的电能也总是大于或等于0。电路基本概念与定律——电路元件

电阻的特性也可以用电导G来表示，电阻与电导的关系为(西[门子]，S)≥0耗能元件≥下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础

电阻（如电炉、白炽灯）吸收的能量全部转化为热能或其他形式的能量消耗掉了，这是一个不可逆的能量转换过程。对各种电气设备来说，为了安全运行，这些设备都有一定的额定功率、额定电压和额定电流。

实际使用电阻时，除了要知道其阻值外，还应知道其额定功率(如1W、1／2W、1／4W、1／8W等)。电路基本概念与定律——电路元件（利用电流热效应）下一页上一页节首页章目录耗能元件电感线圈示意图实际电感元件通常是由线圈构成。电工电子技术基础二、电感元件N1.定义磁链自感系数（电感）(亨[利]，H)线性电感非线性电感下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础法拉第发现楞次发现电路基本概念与定律——电路元件感应电动势e的大小正比于磁通的变化率。

感应电动势e的方向总是力图阻碍原来磁通的变化。规定感应电动势e的参考方向与磁通的参考方向符合右手螺旋定则，在此规定下，便可得到自感电动势的表达式为2.伏安关系下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件

在任一时刻，电感上的电压与该时刻电流的变化率成正比。对于恒定电流，电感两端的电压为零。电感元件对直流电而言相当于短路。电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础

在t时刻电感的瞬时功率为3.功率关系下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

当i(t)为正值，且有减小的趋势时，p(t)<0，说明电感将储存在其中的磁场能提供给电路。储能元件

当流过电感元件的电流为i时，它所储存的磁场能为

实际电感除了有储能作用外，还会消耗一部分电能，这主要是由于构成电感的线圈导线总存在一些电阻的缘故。电路基本概念与定律——电路元件

当i(t)为正值，且有增大的趋势时，p(t)>0，表明电感吸收能量，电能以磁场能储存在电感中。下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础三、电容元件

电容是一种能够储存电荷或以电场形式储存能量的器件。电容符号电路基本概念与定律——电路元件1.定义电容容量单位电压所能存储的电荷量，即(法[拉]，F）下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础电容对直流电而言相当于开路。电路基本概念与定律——电路元件2.伏安关系根据电流的定义，有3.功率关系

在t时刻电容的瞬时功率为下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础

当u(t)为正值，且有增大的趋势时，p(t)>0，表明电容吸收能量，电能以电场能储存在电容中；

当u(t)为正值，且有减小的趋势时，p(t)<0，说明电容将储存在其中的电场能提供给电路。电路基本概念与定律——电路元件储能元件电容两端的电压为u时，它所储存的电场能为下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础下一页上一页节首页章目录【练习与思考】（1）一个额定功率0.5W、阻值1kΩ电阻能否接到输出电压为5V的电源上?为什么?它允许流过最大电流为多大?（2）一只110V、8W指示灯，现在按在380V电源上，问要串多大电阻?（3）如果一个电感元件两端电压为0，其储能是否也一定为0?如果一个电容元件中的电流为0，其储能是否也一定为0?（4）电感元件中通过直流电流时可视作短路，是否此时电感L为0?电容元件两端加直流电压时可视作开路，是否此时电容C为无穷大?电路基本概念与定律——电路元件电工电子技术基础1.5电路的工作状态电路可能出现三种状态：电路基本概念与定律——电路的工作状态有载状态短路状态开路状态下面以图示直流电路为例来介绍电路的三种工作状态。下一页上一页章目录电工电子技术基础一、有载状态开关S合上，电源与负载接通，电路所处的状态。电源的端电压为则电路基本概念与定律——电路的工作状态上式两边乘以电流I，得即下一页上一页节首页章目录电工电子技术基础这种电源发出的功率之和等于电路中其它元件所消耗的功率之和称为功率平衡。电路基本概念与定律——电路的工作状态

PS就是电源发出的功率，I2RL为负载消耗的功率，I2R0是电源内阻R0消耗的功率。额定状态电路（电气设备）中的电流、电压和功率的实际值等于额定值时的电路（电气设备）的工作状态。下一页上一页节首页章目录二、开路状态

电源的端电压叫做开路电压（UOC，UOC=US

）。

开关S断开时，电路所处的状态。由于电路没有接上负载，故也称为空载状态。电路基本概念与定律——电路的工作状态电工电子技术基础下一页上一页