电工电子产品制作与调试课件：电路的认识与分析

电路的认识与分析电路

在生活和生产实践中，电路是为了某种需要，将一些电气设备和电器元件按一定方式连接起来的电流通路。其中最基本的电路是简单照明电路。PART01电路的组成图1-1简单照明电路及原理图

组成电路的基本元件是电源、负载和中间环节，实现电能的传输、分配、转换，以及信号的传递和处理。PART02电路的基本物理量电路的物理量电路中的物理量由电荷、电压、电流、点位、功率等等，本节主要讨论电流、电压、功率。既有大小又有方向，电流的方向是正电荷运动的方向。010203（1）电流电流的参考方向电流的大小即单位时间内流过导体横截面的电量。电流的瞬时值为i=dq/dt。若电流大小和方向都不随时间变化，即为直流。则电流I=Q/t。电路的基本知识和基本工具的使用电压是电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功。a、b两点的电压为Uab=dw/dq。电位降低的方向为电压方向，用+、-表示。其中dw为移动过程中电荷减少的电能，单

位为焦耳（J），电压单位为伏特（V）。（2）电压电压的参考方向在电路中，要知道某点的电位值，必须在电路中选择一点作为参考点，这个参考点叫做零电位点。（2）电压零电位点的选取是任意的，电路中某点的电位就是该点与零电位点之间的电压。电路的基本知识和基本工具的使用其中+表示高电位、-表示低电位。电位是电场力把单位正电荷从电路的某点移到参考点所做的功称为该点的电位，用V表示。（a）关联参考方向（b）关联参考方向（a）关联参考方向（b）关联参考方向（2）电压电功率是单位时间内电场力所做的功，简称功率。即p=dw/dt，其中功率p的单位是瓦特（W）。电能的单位是度，即1Kw.h。若电阻两端电压为U，流过的电流是I，则电阻吸收的功率为P=UI，电阻在t时间内消耗的电能为W=Pt。P=U2/RP=I2R度与焦耳的关系为1Kw.h=3600000J电路的基本知识和基本工具的使用（3）功率PART03电路元件电

阻电

感电

容电阻元件是反映对电流的阻碍作用，是一种耗能元件。010203（1）电阻电阻用R表示，单位是欧姆（Ω）。欧姆定律公式U=RI。电路的基本知识和基本工具的使用图1-2电阻元件符号

若电阻两端电压或通过电阻的电流发生变化时，电阻的阻值发生变化，称为非线性电阻，如二极管、三极管。

若电阻两端电压或通过电阻的电流发生变化时，电阻的阻值恒定不变，称为线性电阻，如电灯泡。串联并联即几个电阻接在电路中相同的两点之间的连接方式。电阻的串联特点:I=I1+I2U=U1=U21/R=1/R1+1/R2。电路的基本知识和基本工具的使用即几个电阻依次首尾相接并没有分支的连接方式。特点：I=I1=I2U=U1+U2R=R1+R2。图1-3电阻的串联图1-4电阻的并联电阻的并联电感电感元件是一种储能元件，反映电流周围存在的磁场，用L表示，单位为亨利（H）图1-5电感元件及符号其中u=L*di/dt，表示电感两端瞬时电压，与电流对时间的瞬时变化率成正比。若通过的是直流，di/dt=0，则u=0，所以电感元件对直流可视为短路。电感储能大小与电感量和电流的平方成正比。电感的储能公式为WL=1/2*L*i2图1-5电感元件及符号电路的基本知识和基本工具的使用

电容是一种储能元件，用C表示，单位为F、uF

1F=106uF。图1-6电容元件及符号当电容加上交流电压时，极板上的电荷也发生变化，形成电流i，即i=dq/dt=C*du/dt。电容的电流与电压的变化率成正比。当电压恒定，du/dt=0，则i=0。所以电容对直流可视为断路，即“通交流隔直流”。电容的储能公式：Wc=1/2*Cu2，电容储能的大小与电容量及电压的平方成正比。电路的基本知识和基本工具的使用图1-6电容元件及符号PART05电路的工作状态电路的工作状态开路有载短路电路的开路与短路低压断路器又称为自动空气开关，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，主要由触头系统、灭弧装置、操作机构以及各种脱扣机构组成。（a）有载（b）开路（c）短路图1-7电路的工作状态当电源与负载RL接通时，电路中：∴P=UIE为电源电动势R0为电源内阻RL为负载电阻

若电源额定输出功率PN=UNIN，当P=PN时称为满载；当P<PN称为轻载；当P>PN称为过载，过载会导致电器设备损坏，应当注意防护。（a）有载（b）开路（c）短路图1-7

电路的工作状态E为电源电动势R0为电源内阻电路的开路与短路当电阻无限大，电压值有限，则通过的电流为0，即为开路。电源不允许短路，因为在短路时，电源内阻很小，使短路电流太大损坏电气设备。当电阻为0，电流值有限，则电压为0，即为短路。PART06电路的分析方法基尔霍夫简介

在1847年，21岁的基尔霍夫(德国科学家)刚从大学毕业，第一篇论文就提出了基尔霍夫定律，运用这个定律能正确而迅速地求解任何复杂的电路，立即被各国科学家接受和采用，直到现在，它仍是解决复杂电路问题的重要工具。基尔霍夫被称为“电路求解大师”。名称介绍R1E1E2R2R3ecdbaf常用名词有：支路、节点、回路、网孔。

1.支路：

电路中流过同一电流的每一分支称为支路。ac、db、ae、bf是支路吗？R1E1E2R2R3ecdbaf

2、节点：三条或三条以上支路的连接点叫做节点。c、d、e、f是节点吗？R1E1E2R2R3ecba

3、回路：电路中任一闭合路径称为回路。abc、abe、cbeac内部不含支路的回路称为网孔。abc、abe

4、网孔：注意：网孔一定是回路，回路不一定是网孔！节点共a、b2个支路共3条回路共3个#1#2#3回路几个？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_几条支路？节点几个？网孔数？网孔共2个cdef假设支路数为b,节点数为n,网孔数为m，则b=(n-1)+m例1

:请问：下列电路有几条支路、几个节点、几个回路、几个网孔。5条支路3个节点6个回路R2R1R3E1abcdE2R4R53个网孔例2:支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个网孔：？个7个I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_例3

:定义：在任一时刻，流出任一节点的支路电流之和等于流入该节点的支路电流之和。基尔霍夫电流定律（KCL）i1+i3=i2+i4–i1+i2–i3+i4=0i1i4i2i3•例

实质:电流连续性的体现。

基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一节点处各支路电流间相互制约的关系。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1对节点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

4–7–i1=0i1=–3A

例2••7A4Ai110A-12Ai2例1

电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2．推广I=?例:广义节点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2

+_+_I5

1

1

5

6V12V2、KCL的推广ABiABiiABi3i2i1两条支路电流大小相等，一个流入，一个流出。只有一条支路相连，则i=0。选定回路的绕行方向，电压参考方向与回路绕行方向一致时为正，相反时为负。基尔霍夫电压定律（KVL）

在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压降的代数和恒等于零。-U3–

U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+

U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U31．列方程前标注回路循行方向；E2=UBE+I2R2U

=0I2R2–E2+

UBE

=02．应用

U=0列方程时，项前符号的确定：

电压参考方向与回路绕行方向一致，则取正号，否则取负号。3.开口电压可按回路处理.

注意：1对回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4顺时针方向绕行:-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4对回路1：对回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112可将该电路假想为一个回路列KVL方程：u=us+u1

电路中任意两点间的电压等于这两点间沿任意路径各段电压的代数和。KVL推广应用+-u+-us+-ROu1根据

U=0UAB=UA

UB

UA

UB

UAB=0ABCUA+_UAB+_UB+_

①例:对回路①列方程对回路

列方程UCCRCRE+–ICUCEIEIB对封闭面列方程Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3R4I1I2I3以支路电流为待求量，应用KCL、KVL列写电路方程组，求解各支路电流的方法称为支路电流法。支路电流法是计算复杂电路最基本的方法。需要的方程个数与电路的支路数相等。Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3I1I2I3电路支路数3

节点数2支路电流法Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3支路电流法的解题步骤I1I2I3一、假定各支路电流的参考方向和回路绕行方向；

二、应用KCL对节点列方程；①②节点①对于有n个节点的电路，只能列出(n–1)个独立的KCL方程式三、应用KVL列写b–(n–1)个方程（一般选网孔）；四、联立求解得各支路电流。例：

如图电路R3Us2+-R2Us1+-R1I3I2I1用支路电流法求各支路电流。解：I1+I2+I3=0-2I1+8I3=-143I2-8I3=2I1=3A解得:I2=-2AI3=-1A想一想：如何校对计算结果？例：

用支路电流法求各支路电流。解：R1Us2+-R2Us1+-IsI2I1假定各支路电流的参考方向；利用KVL列方程时，如果回路中含有电流源，要考虑电流源两端的电压。联立求解得各支路电流。

注意+U-叠加定理在线性电路中，如果有多个电源共同作用，任一支路的电压（电流）等于每个电源单独作用，在该支路上所产生的电压（电流）的代数和。概念:

当电压源不作用时应视其短路，而电流源不作用时则应视其开路。叠加原理+原电路U1单独作用R2BAI1I2I3R3U2+_R1U1+_R2I1′I2′I3′R3R1U1+_BAR2I1″I2″I3″R3R1U2+_BAU2单独作用当电压源不作用时应视其短路，而电流源不作用时则应视其开路。计算功率时不能应用叠加的方法。用叠加原理求下图所示电路中的I2。根据叠加原理:I2=I2´+I2=1+（－1）=0BAI23Ω7.2V+_2Ω12V+_6ΩI2′12V+_BA2Ω3Ω6Ω7.2V+_BA2Ω3Ω6Ω12V电源单独作用时：7.2V电源单独作用时：I2′'1.该定理只用于线性电路

2.功率不可叠加

3.不作用电源的处理方法电压源短路（Us=0）电流源开路（Is=0）4.叠加时，应注意电源单独作用时电路各处电压、电流的参考方向与各电源共同作用时的参考方向是否一致。二、叠加定理应用过程中注意问题戴维南定理无源二端网络：

二端网络中没有电源ABAB有源二端网络：

二端网络中含有电源对外引出两个端钮的网络，称为二端网络。NR?对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，可以等效