人民邮电出版社电工电子技术基础教案第一章

第1章电路的基本知识2021/6/2711.1电路的概念1.2电路中的主要物理量1.3电阻1.4欧姆定律1.5电功与电功率1.6技能训练:验证欧姆定律的接线及测量内容2021/6/2721.1电路的概念1.1.1电路和电路的组成1.1.2电路图2021/6/2731.1.1电路和电路的组成

电流流经的路径称为电路。通常电路由电源、负载和中间环节（导线和开关）等基本部分组成。2021/6/274电源电源是将其它形式的能转换成电能的装置。负载负载是将电能转换成其他形式能量的装置。导线和开关导线是用来连接电源和负载的元件。开关是控制电路接通和断开的装置。2021/6/2751.1.2电路图交流电动机直流电动机

交流发电机

电灯

二极管

直流发电机

熔断器

电压表

抽头线圈

不连接导线

电流表铁芯线圈连接导线电容

线圈接地

电位器

电池

接机壳

电阻

开关

交直流电

交流电

直流电

用国家统一规定的图形符号画成的电路模型图称为电路图。表1.1部分电工图形符号（摘自GB/T4728—2000）2021/6/2761.2电路中的主要物理量1.2.1电流1.2.2电压和电位1.2.3电动势2021/6/2771.2.1电流（I）

1.电流的概念电荷的定向移动形成电流。电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。在金属导体中，电流的方向与自由电子实际定向移动的方向相反。2021/6/278

电流的大小：取决于单位时间内通过导体横截面的电量。单位：安培（A）、千安（kA）、毫安（mA）、微安（μA）

1kA=103A=106mA=109μA2021/6/279

在进行电路分析计算时，电流的实际方向有时难以确定，为此可以预先假定一个电流方向称为参考方向（也称正方向），并在电路中用箭头标出。当电流的实际方向与参考方向一致时，则电流为正值；反之，电流为负值。2021/6/2710

2.电流的种类直流凡大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用I表示。交流凡大小和方向都随时间变化的电流称为交流电流，用i表示。2021/6/2711

【例1.1】已知流经某导体横截面的电流为1.5A，问在多少时间内通过导体横截面的电量为60C？2021/6/27121.2.2电压和电位

1.电压（U）电压是衡量电场力做功大小的物理量。在电路中电场力把单位正电荷从a点移到b所做的功，定义为a、b两点间的电压。2021/6/2713单位：伏特（V）、千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）1kV=103V=106mV=109μV

电压的参考方向可用箭头在图上表示，由起点指向终点；也可用双下标表示，前一个下标代表起点，后一个下标代表终点；电压的方向还可以在起点标正号（+）、终点标负号（-）表示。2021/6/2714

电压为正值（U＞0），表明电压的实际方向与参考方向一致电压为负值（U＜0），表明电压的实际方向与参考方向相反2021/6/2715

2.电位（V）：如果在电路中选定一个参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。单位：伏特（V）计算电位时，必须先任意选定电路中的某一点作为参考点，并规定该点的电位为零（参考点就是零电位点）。如下图所示，若取O点为参考点，则2021/6/2716

3.电压与电位的关系：如上图所示，由于Uao=Uab+Ubo，若取O点为参点，则Va=Uab+Vb故Uab=Va-Vb

结论：电路中任意两点间的电位之差就等于这两点之间的电压，故电压又称电位差。2021/6/2717【案例1.2】电位、电压的测定本案例通过电位值、电压值的测定，验证电位的相对性和电压的绝对性。【操作步骤】（1）在实验线路板上按照下图连线好电路。2021/6/2718

（2）检查电路连接无误后接通电源（通电前将稳压电源调至9V）。（3）用万用表进行测量（量程调至10V的直流电压挡）。①以d点为参考点，分别测量a、b、c、d、g、h各点电位值及电压值Uhb、Uba、Ubc、Ucd、Uda、Uhg，将测量数据记入表1-2。②以a点参考点，重复步骤①。注意：测量电位时，用万用表的黑表笔接参考点，用红表笔接被测点。若表针正向偏转，则电位值为正；若表针反向偏转，应调换表笔，然后读出数值，此时电位值为负值。测量电压时，应将万用表的红、黑表笔并接在被测电路的两点上，表针正向偏转，则电压值为正值；若发现表针反向偏转时，应调换表笔，此时的电压值为负值。2021/6/2719表1.2测量数据记录

测量内容参考点

Va

Vb

VcVdVg

Vh

Uhb

Uba

UbcUcdUda

Uhgd点a点结论：（1）电位具有

，它的大小与参考点的选择

。（2）电压具有

，它的大小与参考点的选择

。2021/6/2720

【综合案例】

在下图中，已知Uco=3V，Ucd=2V。试分别以d点和o点为参考点，求各点的电位及d、o两点间的电压Udo。2021/6/2721解：（1）以D点为参考点，即因为

所以

又因为

所以

（2）以O点为参考点，即

因为所以

因为

所以

2021/6/27221.2.3电动势（E）

在下图中，为使水在C管中持续不断地流动，必须用水泵把B槽中的水不断地泵入A槽中，以维持两槽间的固定水位差，也就是要保证水管C两端有固定的水压。电源与水泵的作用相似，它把正电荷由电源的负极搬到正极在电路中持续不断地流动。电源是利用非电场力把正电荷由电源的负极搬到电源的正极。2021/6/2723

在电源内部，电源力将单位正电荷从电源负极b移动到正极a所做的功称为电源的电动势。单位：伏特（V）方向：在电源内部由负极指向正极大小：等于电源电动势2021/6/27241.3电阻1.3.1导体的电阻1.3.2电阻定律1.3.3电阻器的主要指标和标志方法2021/6/27251.3.1导体的电阻（R）导体对电流的这种阻碍作用称为导体的电阻。单位：欧姆（Ω）、千欧（kΩ）、兆欧(MΩ)1MΩ=103kΩ=106Ω2021/6/27261.3.2电阻定律

导体的电阻不仅与导体自身的材料有关，而且与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，这个结论称为电阻定律。

式中ρ——导体的电阻率，单位为欧·米（Ω·m）,它是反映材料导电性能好坏的物理量。2021/6/2727表1.3几种常见材料在20℃时的电阻率材料名称电阻率（Ω·m）用途银1.6×10-8

导线镀银铜1.7×10-8导线(主要的导线材料)铝2.9×10-8

导线钨5.3×10-8

白炽灯的灯丝、电器触头

铁1.0×10-7锰铜合金4.4×10-7

标准电阻康铜合金5.0×10-7

标准电阻镍铬合金1.0×10-6

电炉丝电木1010～1014

绝缘体（制作电器）橡胶1013～10162021/6/27281.3.2电阻定律

【例1.2】试计算长度为100m，横截面积为2.5mm2的铝导线在20℃时的电阻值是多少？解：由表1.3可以查出铝的电阻率为2021/6/27291.3.3电阻器的主要指标和标志方法

1.电阻器的主要指标标称阻值为了便于生产，同时考虑到能够满足实际使用的需要，国家规定了一系列数值作为产品的标准，这一系列叫电阻的标称系列值。允许偏差电阻器的标称阻值与实际阻值不完全相符，存在着误差（偏差）。当R为实际阻值、RH为标称阻值时，允许偏差的表达式为：（R-RH）/RH。允许偏差表示电阻器阻值的准确程度，常用百分数表示。标称功率也称为额定功率，是指在一定的条件下，电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。2021/6/2730

2.电阻器的标志方法额定功率、阻值、偏差等电阻器的性能指标一般用数字和文字符号直接标在电阻器的表面上，也可以用不同的颜色表示不同的含义。色标法是用颜色表示元件的各种参数并直接标注在产品上的一种标志方法。2021/6/2731表1.5电阻值的色标符号

颜色有效数字乘数允许偏差(%)

颜色

有效数字

乘数

允许偏差(%)

银色—10-2

±10黄色

4104

—金色—10-1

±5绿色5105

±0.5黑色0100

—蓝色

6106

±0.2棕色1101

±1紫色7107

±0.1红色2102

±2灰色

8108

—橙色3103

—白色9109

+50-20

2021/6/2732

阻值为26000Ω、允许偏差±5%的电阻器，表示方法如下图（a）所示。

阻值为17.4Ω、允许偏差为±1%的电阻器，表示方法如上图（b）所示。2021/6/27331.4欧姆定律1.4.1部分电路欧姆定律1.4.2全电路欧姆定律1.4.3电源的外特性2021/6/27341.4.1部分电路欧姆定律

只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。

导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，这个规律称为部分电路欧姆定律。2021/6/2735

【例1.3】当一个白炽灯接上4.5V电压时，其灯丝的工作电阻值为1.5Ω。试问此时流经灯泡的电流是多少？2021/6/27361.4.2全电路欧姆定律

全电路是指含有电源的闭合电路。

在一个闭合电路中，电流与电源的电动势成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律。2021/6/2737

【例1.4】有一电源电动势E=3V，内阻r=0.4Ω，外接负载电阻R=9.6Ω，试求电源端电压和内压降。

解：由全电路欧姆定律,得故电源端电压内压降2021/6/2738

【例1.5】已知电池的开路电压UK=1.5V，接上9Ω的负载电阻时，其端电压为U=1.35V,试求电池的内电阻r。2021/6/27391.4.3电源的外特性

1.电源的外特性电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线。

2.电路的三种状态

(1)通路2021/6/2740

(2)开路(3)短路

电源短路是严重的故障状态，必须避免发生。但有时在调试和维修电气设备的过程中，有意将电路中某一部分短路，这是为了让与调试过程无关的部分暂不通电流，或是为了便于发现故障而采用的一种特殊方法，这种方法也只有在确保电路安全的情况下才能采用。电流I=0电源端电压U=E电流电源端电压U=02021/6/2741【综合案例】

在下图所示电路中，设电阻R1=14Ω，R2=9Ω。当开关S接到位置1时，由电流表测得I1=0.2A；接到位置2时，测得I2=0.3A。试求电源电动势E和内电阻r。2021/6/2742解：根据全电路欧姆定律，可列出联立方程：消去E，解得

E=I1R1+I1r

E=I2R2+I2r

把r=1Ω代入E=I1R1+I1r，可得E=3V2021/6/27431.5电功与电功率

1.5.1电功1.5.2电功率1.5.3焦耳定律1.5.4负载的额定值2021/6/27441.5.1电功（W）

电流所做的功称为电功。如果a、b两点间的电压为U，则将电量为的正电荷从a点移到b时电场力所做的功为而

故

单位：焦耳（J）、千瓦时（kW·h）（度）1kW·h=3.6×10