《电工基础》课件汇 1 电路的基本概念与基本定律-10电池

1电路的基本概念与基本定律1.1实际电路与电路模型电源：提供电能的设备(器件)负载：吸取电能的设备(器件)

中间环节：控制装置、导线等手电筒电路一、实际电路的组成和功能

1.实际电路的组成由实际元器件构成的电流的通路叫电路。1.1实际电路与电路模型一、实际电路的组成和功能

一、能量转换、传输和分配

如：电力系统输、配电及用户负载构成的系统2.电路的主要功能（作用）二、信号处理与传递

如：收音机、电话、电视机、计算机1.1实际电路与电路模型二、电路模型实际元器件举例：白炽灯发光发热，消耗电能——电阻性产生磁场，储存磁场能量——电感性为了便于分析计算实际电路，在一定条件下，常常忽略实际元器件的次要因素而突出其主要的电磁性质，把其看成理想元器件。1.1实际电路与电路模型二、电路模型用理想元件及其组合代替实际元件组成的电路。手电筒电路简单收音机电路电阻元件R电容元件C电感元件L电源元件US、IS1.2电路的基本物理量一、电流（I）1.物理意义：单位时间内通过导体横截面的电荷量2.定义：直流——大小和方向都不随时间变化，简称DC。

交流——大小和方向均随时间变化，简称AC。3.单位：安（A）。常用的：mA，μA，kA。4.方向：实际方向—正电荷定向移动的方向。参考方向—任意假设电流的方向。电流参考方向[例1-1]如图1-5所示，电路上电流的参考方向已选定。试指出各电流的实际方向。图1-5例1-1图解：图1-5（a）中，I>0,I的实际方向与参考方向相同，电流I由a流向b，大小为2A。图1-5（b）中，I<0,I的实际方向与参考方向相反，电流I由a流向b，大小为2A。1.2电路的基本物理量二、电压（U）1.物理意义：AB之间的电压，就是电场力把单位正电荷从A点移到B点作的功。2.定义：直流——大小和方向都不随时间变化。

交流——大小和方向均随时间变化。3.单位：伏特（V）。常用的：mV，μV，kV。4.方向：实际方向—正电荷受电场力作用移动的方向。参考方向—为分析与计算方便而引入。[例1-2]如图1-7所示，电路上电压的参考方向已选定。试指出各电压的实际方向。解：图1-7（a）中，U>0,U的实际方向与参考方向相同，电压U由a指向b，大小为10V。图1-7（b）中，U<0,U的实际方向与参考方向相反，电压U由b指向a，大小为10V。1.2电路的基本物理量三、电位（V）1.物理意义：电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压。若：VO=

0VA=U

AOVB=U

BO2.单位：伏特（V）。3.电路中某两点的电压就是该两点电位之差.UAB=VA–VB思考题：UAB

是否表示A端的电位高于B端的电位？[例]如图所示，Uab=-5V，试问ab两点哪点电位高？解一：Uab<0,U的实际方向与参考方向相反，电压U由b指向a,所以b点实际电位高。解二：Uab=Va-Vb<0,Va<Vb,所以b点实际电位高。[例]

如图所示，U1=-6V，U2=4V，试问Uab等于多少伏？解:按照图中的参考方向可知1.2电路的基本物理量四、电功率（P/p）1.物理意义：电场力在单位时间内所做的功

或电路在单位时间内消耗的能量。2.单位：瓦特（W）。常用的：mW，kW。功率的计算常设电流的参考方向与电压的参考方向一致，称为关联参考方向。非关联参考方向。在直流电路中，当电压电流是关联参考方向时：

P=UI当电压电流是非关联参考方向时：

P=-UI由于电压电流均为代数量，功率可正可负。1.当P>0时，表示元件实际消耗或吸收电能，相当于负载。2.当P<0时，表示元件实际提供或释放电能，相当于电源。[例1-3]试计算图中的元件的功率，并判断其类型。解：（a）元件电流和电压为关联参考方向P<0，为供能元件，提供能量。（b）元件电流和电压为非关联参考方向P>0，为耗能元件，吸收能量。1.2电路的基本物理量五、电能（W）功率是能量的平均转换率发电设备：功率是单位时间内所产生的电能用电设备：功率是单位时间内所消耗的电能1.公式：2.单位：焦耳（J）。常用kW·h1.3电路的基本工作状态一、电路的开路工作状态电源与负载没有构成闭合回路。当开关S断开或电路中的导线有折断时，电路就处于开路状态，又称为空载状态。开路状态的电路特征：1.电路中的外电阻可视为无穷大，电路中的电流为零，即I=0。2.电源端电压大小等于电源电动势大小，即U1=E。因此，要想测量电源的电动势，只需用电压表测量电路的开路电压即可。3.电源输出功率和负载的吸收功率均为零，即P1=U1I=0

P2=U2I=0。二、电路的短路工作状态电源未经负载直接通过导线构成闭合回路。开关S闭合，当电源两端由于某种事故直接由导线连接，电源输出电流不经过负载，只经导线直接流回电源，这种状态称为短路状态。短路状态的电路特征：1.电路中的外电阻可视为零，电路中的电流为Ig。2.电源端电压和负载端电压都为零，即U1=U2=0。3.电源输出功率和负载的吸收功率均为零，即P1=U1I=0

P2=U2I=0。三、电路的有载工作状态电源经负载通过导线构成闭合回路。当开关S闭合，电路负载上有电流流过，电源输出功率，负载吸收功率，这种状态称为有载状态。有载状态的电路特征：1.电路中的电流为I。2.电源端电压为U1=E-IR0。负载端电压U2=U1。3.电源输出功率为P1=U1I，负载的吸收功率为P2=U2I。负载增大：负载电流或功率增大。电源内阻和负载电阻上所消耗的电能会转化成热能散发出来。电流过大：设备的绝缘材料会因过热加速老化，缩短

使用寿命，甚至损坏。电压过高：设备的绝缘材料可能被击穿而损坏。电压过低：设备无法正常工作。为了保证电气设备和器件能安全、可靠、经济的工作，制造商规定了每种设备和器件在工作时所允许的最大电流、最高电压和最大功率，这称为电气设备和器件的额定值，分别用IN、UN和PN表示。

电气设备都应在额定状态下运行。通常把工作电流超过额定值时的情况叫做“超载”或“过载”。把工作电流低于额定值时的情况叫“轻载”或“欠载”。当工作电流等于额定电流时称为“满载”。1.4电路的基本元件1.4.1电阻元件

1.电阻：反映材料对电流阻碍作用的物理量。2.电阻元件（R）——理想元件、耗能元件电阻元件符号

3.长直导线电阻的计算4.电阻单位：欧姆（Ω）、千欧（KΩ）、兆欧（MΩ）1kΩ=103Ω，1MΩ=103kΩ=106Ω一、电阻与电阻元件5.常见电阻有

膜式电阻、绕线电阻器等。6.几种常见的电阻符号。二、电导电阻的倒数G=1/R单位：西门子(S)三、电阻元件的电压、电流关系欧姆定律：施加于电阻元件上的电压与通过它的电流成正比，这一规律称为欧姆定律。U=IR(关联参考方向）也可写成I=U/R=G·U关联参考方向：在一段电路中，如果电流和电压的参考方向设成一致，这种参考方向称为关联参考方向。

关联参考方向伏安特性曲线线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻时不变电阻时变电阻时不变电阻时变电阻电压和电流的函数关系称为“伏—安特性”[例1-4]

计算如图所示电路的Uao、Ubo、Uco。

已知I1=2A，I2=-4A，I3=-1A，

R1=3Ω，R2=3Ω，R3=2Ω。解：R1、R2的电压电流是关联参考方向Uao=I1R1=2×3=6（V）Ubo=I2R2=-4×3=-12（V）R3的电压电流是非关联参考方向Uco=-I3R3=-（-1）×2=2（V）[例1-5]

如图所示，已知R＝100kΩ，U＝50V,求电流I和I′，并标出电压U及电流I、

I′的实际方向。解：因为电压U和电流I为关联参考方向，所以而电压U和电流I′为非关联参考方向，所以电压U＞0，实际方向与参考方向相同电流I＞0，实际方向与参考方向相同电流I′＜0，实际方向与参考方向相反

电流I和I′的实际方向相同，说明电流实际方向是客观存在的，与参考方向的选取无关。四、电阻元件的功率电阻元件上电压U与电流I为关联参考方向电阻元件上电压U与电流I’为非关联参考方向

任何时候电阻元件都不可能输出电能，而只能从电路中吸收电能，所以电阻元件是耗能元件。1.4.2电容元件一、电容与电容元件

1.电容器：储存电荷的容器。2.电容元件（C）——理想元件、储能元件3.电容单位：法拉（F）、微法（μF）、皮法（pF）1F=106

μF=1012pF4.常见电容有涤纶电容、瓷介电容、电解电容等。5.几种常见的电容符号。二、电容元件的电压、电流关系1.如果加在电容两个极板上的电压为直流电压，则极板上的电荷量不发生变化，电路中没有电流，电容相当于开路，所以电容有隔断直流的作用。2.当电容元件两端的电压发生变化时，极板上聚集的电荷也相应地发生变化，这时电容元件所在的电路中就存在电荷的定向移动，形成了电流。当

为关联参考方向时：任一时刻通过电容的电流与电容两端电压对时间的变化率成正比。三、电容元件的功率当

为关联参考方向时：表明电容实际为吸收功率，即电容被充电，吸取能量转变为电场能量。表明电容实际为发出功率，即电容放电，将储存的电场能量释放回电路。它不消耗能量，因此称电容是储能元件。1.4.3电感元件一、电感与电感元件

1.电感线圈：储存磁场能量的元件。2.电感元件（L）——理想元件、储能元件。3.电感单位：亨利（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）1mH=10-3H1μH=10-6H4.常见电感有小型固定电感器、可调电感器、阻流电感器等。5.几种常见的电感符号。二、电感元件的电压、电流关系

由于自感电动势的存在，在电感两端产生电压，通常选择电感元件上电流、自感电动势、电压三者为关联参考方向。

当电感元件中的电流发生变化时，自感磁链也发生变化，元件内将产生自感电动势。三、电感元件储存的能量当

为关联参考方向时：表明电感元件实际为吸收功率，储存磁场能量。表明电感元件实际为发出功率，释放磁场能量。它不消耗能量，因此电感元件也是储能元件。1.4.4理想电源一、电源向电路提供能量或者信号的设备称为电源。电源电压源电流源独立电源二、理想电压源1.电压源—理想电压源的简称。它的端电压总可以按照给定的规律变化而与通过它的电流无关。2.常见的电压源有干电池,蓄电池，发电机以及一些信号源。3.直流电压源电压与电流特性曲线。三、理想电流源1.电流源—理想电流源的简称。它发出的电流总可以按照给定的规律变化而与其端电压无关。2.常见的电流源如光电池及一些信号源。3.直流电流源电压与电流特性曲线。1.5基尔霍夫定律一、电路网络结构名词解释支路：至少有一个元件且通过同一电流的路径节点：三条或三条以上支路的交会点回路：电路中任一闭合路径网孔：不包围其他支路在里面的最简单回路AEC、AB、AD、BD、DC有源支路、无源支路A、B/C、DAECBA、ABDA、BCDB、ABCDA、AECDA、AECBDAAECBA、ABDA、BCDB网孔一定是回路，回路不一定是网孔。

二、基尔霍夫电流定律（KCL）任一时刻，对电路中任一节点，流入节点的电流=从该点流出的电流。或者：流入或流出该节点的电流代数和为零。

如图，在节点A处有：若规定：流出为“+”，流入为“-”写成一般公式为：[例1-9]

如图所示电路中，在给定的电流参考方向下，已知I1=3A、I2=5A、I3=-18A、I5=9A，求电流I4及I6。

解：对节点a，根据KCL定律可知：-I1-I2+I3+I4=0则：I4=I1+I2-I3=（3+5+18）A=26（A)对节点b，根据KCL定律可知：-I4-I5-I6=0则：I6=-I4-I5=（-26-9）A=-35(A)

基尔霍夫电流定律（KCL）的推广：电路中任一节点电路中任一假设封闭面广义节点I1-I2-I3-I5+I6+I7=0[例]

如图所示电路中，在给定的电流参考方向下，已知Ia=1mA、Ib=10mA、Ic=2mA，求电流Id。

解：对广义节点，根据KCL定律可知：Ia+Ib+Ic+Id=0则：Id=-(Ia+Ib+Ic)=-（1+10+2）=-13（mA)三、基尔霍夫电压定律（KVL）在一个闭合回路中，按一定绕行方向，沿回路一周各段电压的代数和为零。1.选取“绕行方向”2.确定各电压变量的正、负号3.列出KVL方程[例1-11]

试求图示电路中元件3、4、5、6的电压。解：在回路cedc中，U5=-U7-U9=[-1-（-5）]=4（V)在回路becb中，U3=U2-U5=(3-4)=-1（V）在回路daed中，U6=-（U4+U7）=-（7+1）=-8（V）在回路aeba中，U4=U2+U1=（3+4）=7（V）U5+U7+U9=0U2-U5-U3=0U4-U2-U1=0U6+U4+U7=0

基尔霍夫电压定律（KVL）的推广：1.回路中存在非电压源，比如电阻。写KVL方程的步骤如下：(1)标出电流参考方向并编号(2)标出回路绕行方向(3)公式中各项前的“+”“-”确定

I与一致取“+”US与一致取“+”

I与相反取“-”US与相反取“-”IR项US

项

基尔霍夫电压定律（KVL）的推广：2.不闭合的电路。写KVL方程的步骤如下：(1)在开口处标以电压UAB(2)标出电流参考方向并编号(3)标出回路绕行方向(4)公式中各项前的“+”“-”确定同前[例1-12]一段有源支路如图1-48所示，已知E＝12V，U＝8V，R＝5Ω，设电流参考方向如图所示，求I。解：这一段含源支路可看成是一个不闭合回路，开口处可看成是一个电压大小为U的电压源。选择顺时针绕行方向根据KVL可得E+RI-U＝0电流为负值，说明其实际方向与图中参考方向相反。[例]如图所示，已知：I1=2A，I3=7A，US1=10V，US2=20V，R1=4Ω，R2=6Ω，R3=10Ω，求：UCD。解：求UCD需要求I2，由KCL可知(B点)在CD两端标出UCD的参考方向选取开口电路的绕行方向[练习1]如图所示，已知：I1=1A，I2=3A，I5=9A，求：I3，I4，I6。解：由KCL[练习2]如图所示，求：电流I1、I2、I3、I4和电压U

。解：设电流I1、I2、I3、I4流过的电阻上的电压

分别为U1、U2、U3、U4

，方向与该电流方向相同。电工基础实验一万用表的使用一、万用表的基本工作原理

“万用表”是万用电表的简称，它是我们电子制作中一个必不可少的工具。万用表能测量电流、电压、电阻、有的还可以测量三极管的放大倍数，频率、电容容量大小、逻辑电位、分贝值等。万用表有很多种，现在最流行的有机械指针式的和数字式的万用表。它们各有其优缺点;对于电子初学者，建议使用指针式万用表，因为它对我们熟悉一些电子知识原理很有帮助。下面主要介绍一下机械指针式万用表的测量原理。

此类万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。下面分别给予介绍。

1.

测直流电流原理。

如图所示，在表头上并联一个适当的电阻（叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流测量范围。

2.

测直流电压原理。

如图所示，在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。

被测直流电流3.

测交流电压原理。

如图所示，因为表头是直流表，所以测量交流时，需加装一个并、串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。

4.

测电阻原理。

如图所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，使电流通过被测电阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。二、万用表的使用万用表（以105型为例）的表盘如右图所示。通过转换开关的旋钮来改变测量项目和测量量程。机械调零旋钮用来保持指针在静止处在左零位。“Ω”调零旋钮是用来测量电阻时使指针对准右零位，以保证测量数值准确。

万用表的测量范围如下：

直流电压：分5档—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V。

交流电压：分5档—0-6V；0-30V；0-150V；0-300V；0-600V

直流电流：分3档—0-3mA；0-30mA；0-300mA。

电

阻：分5档—R*1；R*10；R*100；R*1K；R*10K

测量电阻：--先将表棒搭在一起短路，使指针向右偏转，随即调整“Ω”调零旋钮，使指针恰好指到0。然后将两根表棒分别接触被测电阻（或电路）两端，读出指针在欧姆刻度线（第一条线）上的读数，再乘以该档标的数字，就是所测电阻的阻值。例如用R*100挡测量电阻，指针指在80，则所测得的电阻值为80*100=8K。由于“Ω”刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆档。使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。每次换档，都应重新将两根表棒短接，重新调整指针到零位，才能测准。

测量直流电压：--首先估计一下被测电压的大小，然后将转换开关拨至适当的V量程，将正表棒接被测电压“+”端，负表棒接被测量电压“-”端。然后根据该档量程数字与标直流符号“DC-”刻度线（第二条线）上的指针所指数字，来读出被测电压的大小。如用V300伏档测量，可以直接读0-300的指示数值。如用V30伏档测量，只须将刻度线上300这个数字去掉一个“0”，看成是30，再依次把200、100等数字看成是20、10既可直接读出指针指示数值。例如用V6伏档测量直流电压，指针指在15，则所测得电压为1.5伏。测量直流电流：--先估计一下被测电流的大小，然后将转换开关拨至合适的mA量程，再把万用表串接在电路中，如图所示。同时观察标有直流符号“DC”的刻度线，如电流量程选在3mA档，这时，应把表面刻度线上300的数字，去掉两个“0”，看成3，又依次把200、100看成是2、1，这样就可以读出被测电流数值。例如用直流3mA档测量直流电流，指针在100，则电流为1mA。测量交流电压：--测交流电压的方法与测量直流电压相似，所不同的是因交流电没有正、负之分，所以测量交流时，表棒也就不需分正、负。读数方法与上述的测量直流电压的读法一样，只是数字应看标有交流符号“AC”的刻度线上的指针位置。三、使用万用表注意事项万用表是比较精密的仪器，如果使用不当，不仅造成测量不准确且极易损坏。但是，只要我们掌握万用表的使用方法和注意事项，谨慎从事，那么万用表就能经久耐用。使用万用表是应注意如下事项：

1)测量电流与电压不能旋错档位。如果误将电阻档或电流档去测电压，就极易烧坏电表。万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高档，避免因使用不当而损坏。

2)测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要接错。如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏指针及表头。

3)如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏表头。所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。4)测量电阻时，不要用手触及元件的裸露的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。

5)测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电压不足造成的，应换上新电池方能准确测量。

6)万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损坏表头。实验内容一、识别色环电阻，测量验证；二、测量电池的电压三、完成实验报告

实验报告写法：1、实验题目2、实验内容：包括：实验日期、测试人员；实验设备型号；被测试的名称；实验的方法；3、实验结果与结论2电路的分析方法复杂电路：二端网络端口电流I端口电压U网络等效的概念:在网络M的两端加电压U，得到的电流是I。如果在网络N的两端施加同样的电压U，得到的电流是同样的I。则：网络N与网络M就整体而言，在电路中的作用是等效的。若用一个网络N去等效代替原有网络M，只要能满足端口处电流和电压关系不变，两个网络就是等效的。2.1电阻的串并联及其等效变换2.1.1串联电阻的等效简化

两个或两个以上电阻首尾相联，中间没有分支，各电阻流过同一电流的连接方式，称为电阻的串联。一、电阻串联电路的特点1.流过每个电阻的电流相等。2.电路两端的电压等于各个电阻两端的电压之和。3.串联电阻的总电阻（等效电阻）等于各个电阻之和。4.各电阻两端的电压和该电阻的阻值成正比。5.各电阻的功率和该电阻的阻值成正比。二、电阻串联电路的应用1.采用几只电阻器串联来获得阻值较大的电阻。2.构成分压器。利用“串联分压”来扩展电压表的量程例如，C30-V型磁电系电压表是由表头与电阻串联的电路组成。例：假设有一个表头，内阻Rg=1000Ω，满偏电流Ig=100μA。要把它改装成量程是3V的电压表，应该串联多大的电阻？Ig+RGRg–解：电表指针满偏时它两端的电压

Ug=IgRg=0.1V，现在要让它测量最大为3V的电压，则分压电阻R必须分担UR=3-0.1=2.9V的电压。由于串联的分压电阻电流等于Ig，则：2.1.2并联电阻的等效简化

两个或两个以上电阻首尾两端分别连接在两个节点上，各电阻处于同一电压下的连接方式，称为电阻的并联。一、电阻并联电路的特点1.电路两端电压与每个电阻两端的电压相等。2.电路中的总电流等于每个电阻上的电流之和。电阻并联通常记为R1//R2//…//Rn

在电路计算中，通常遇到最多的情况就是两个电阻并联。R1//R23.并联电阻的总电阻（等效电阻）的倒数等于各个电阻倒数之和。4.各电阻上分得的电流和该电阻的阻值成反比。5.各电阻的功率和该电阻的阻值成反比。二、电阻并联电路的应用1.采用几只电阻器并联来获得阻值较小的电阻。2.利用“并联分流”来扩展电流表的量程。例如，C41-μA磁电系电流表是由表头与电阻串、并联的电路组成。[例2-2]如图所示的C41-μA型磁电系电流表的表头内阻Rg=1.92KΩ，各分流电阻分别为R1=1.6KΩ，R2=960Ω，R3=320Ω，R4=320Ω；表头所允许通过的最大电流为62.5μA，试求扩展后的电流表各量程的电流值I1、I2、I3、I4。解：表头所允许通过的最大电流为62.5μA。开关在“1”档：当开关在“2”档时：当开关在“3”档时：当开关在“4”档时：2.1.3电阻的混联1.电阻混联电路：串联和并联电阻组合成的二端电阻网络。R2aR4R3bR12.混联电阻的等效电阻①观察法②等电位法R2aR4R3bR1R4R3R21.观察法ccaR2R32.等电位法步骤：（1）找节点，标符号；

注意：电位相等，符号相同；（2）沿一支路，画出电阻，标出节点；

注意：如所选支路不能包含所有的节点,

则必须再联通一条支路,把未包含的节点包含其中；（3）将未连接的电阻连接在相应的节点之间（4）检查是否有遗漏的电阻并进行计算Rab=?R2R1bR3R4aabR4caR1accR1R4a[例2-3]求图中ab端的等效电阻。

Rab=R1+(R2//R3)+(R4//R5)+R6

[练习1]求下列图中ab端的等效电阻。[练习2]求下列图中ab端的等效电阻。[练习3]下图所示电路中，当ab间因故障断开时，用电压表测得Uab为多少？[练习4]下图电路中，求ab间等效电阻Rab和电流I。已知Uab为16V。2.1.4电阻Y-△联结的等效变换Y联结△联结2、变换公式已知△联结时电阻（、、）,求Y联结时电阻（、、）:例：三个3Ω的电阻三角形联结,等效变换为星形联结后等效电阻大小多少？已知Y联结时电阻（、、）,求△联结时电阻（、、）:例：三个2Ω的电阻星形联结,等效变换为三角形联结后等效电阻大小多少？2.2电压源与电流源的等效变换理想电压源理想电流源2.2.1实际电压源1.定义：用数值等于US的理想电压源和一个内阻Rs相串联的电路模型。比如：发电机、干电池和各种信号源都含有电动势和内阻，因此都可以用实际电压源模型来表示。外部电路2.电压源是以输出电压的形式向外电路（负载）供电的。电压源的端电压总是小于US。3.如果RS=0，U=US,那就是理想电压源。电压源内阻越小，对外电路的影响就越小，或者说就是对外供电越稳定。4.短路电流IS很大，容易造成电源损坏，应避免。2.2.2实际电流源1.定义：用数值等于IS的理想电流源和一个内阻Rs’相并联的电路模型。比如：稳流电源、光电池。外部电路2.电流源的输出电流随内阻的增大而增大，故电流源的内阻越大越好。如果Rs’=∞，I=IS,那就是理想电流源。2.2.2电源的等效变换外部电路外部电路1.电源的等效变换的含义：一电压源和一电流源互相变换后，对同一负载的供电性能不变，称为这两个电源的等效变换。电压源电流源2.电源的等效变换的条件：电压源电流源电压源电流源电压源电流源3.注意几点：（1）进行等效互换时，电压源的电压极性与电流源的电流方向的参考方向要求一致。也就是说电压源的正极对应着电流源电流的流出端。电压源电流源（2）所谓“等效”是指“对外电路等效”，对电源内部不一定等效。比如：在电源开路时内阻RS不消耗能量内阻Rs’消耗能量（3）多个电源连接情况下等效分析。a.电压源串联。b.电流源并联。c.理想电压源和理想电流源串、并联。[例]在下图电路中，负载RL中的电流I及其两端的电压U各为多少？理想电压源和理想电流源并联，理想电流源对外电路不起作用。理想电压源和理想电流源串联，理想电压源对外电路不起作用。结论：（4）理想电压源和理想电流源之间不能互换。因为理想电压源内阻为0，理想电流源内阻∞，不能满足。（5）理想电压源如果和外接电阻串联，可把外接电阻当作内阻，

则可以等效为电流源。理想电流源如果和外接电阻并联，可把外接电阻当作内阻，则可以等效为电压源。[练习1]把图中的电压源模型变换为电流源模型。[练习2]把图中的电流源模型变换为电压源模型。[例2-6]将下图所示电源分别简化为电压源和电流源。解：（1）将电源电路简化为电压源：5A电流源和4Ω内阻可等效变换为20V,内阻为4Ω的电压源3V电压源和20V电压源串联，极性相反，故可转化为一个17V、内阻为4Ω的电压源。（2）将电源电路简化为电流源：IS=17/4=4.25(A)RS=4Ω[例2-7]已知IS=1A，US1=15V，US2=12V，利用电源的等效变换求图所示电路中6Ω电阻上的电流I。注意：在整个变换过程中，所求量的所在支路不能参与等效变换，把它看成外电路始终保留。[练习3]利用电源的等效变换求图所示电路中的电流I。2.3支路电流法一、什么是“支路电流法”

以支路电流为未知量，应用基尔霍夫电流定律（KCL）列出独立的节点电流方程，应用基尔霍夫电压定律（KVL）列出独立的回路电压方程，联立方程求出各支路电流，然后根据电路的基本关系求出其它未知量。支路数b＝3节点数n＝2回路数3网孔数m＝21、对节点列KCL方程节点a：节点b：结论：有n个节点的电路，只能列出（n－1）个独立的KCL方程。n个节点中，只有（n－1）个节点是独立的，称为独立节点。标出电流的参考方向2、对回路列KVL方程三个回路，绕行方向均选择顺时针方向左面回路：右面回路：整个回路：当电流参考方向与网孔绕行方向一致,该电阻压降取“+”。网孔绕行方向由US的“+”指向“-”,该US取“+”。结论：可选取网孔作为回路列KVL方程，因为每个网孔都是一个独立回路。二、支路电流法求解各支路电流的步骤如下：1.任选各支路电流的参考方向，并以各支路电流为待求量，电流编号与所在支路电阻编号统一。2.n个节点列出n-1个节点电流方程。3.任选m个网孔的绕行方向，并进行编号。列网孔的回路电压方程。4.求解b=m+（n-1）个联立方程式。如果电流为正值，说明电流实际方向与所选电流参考方向相同，反之则相反。[例2-8]在图示电路中，已知R1=2Ω，R2=3Ω，R3=8Ω，US1=14V，US1=2V，试求各支路电流。解：设各支路电流的参考方向如图所示，并指定网孔的绕行方向为顺时针方向。节点a：左面回路：右面回路：将数据代入，可得解得:I1=3A，I2=－2A，I3=1A[例2-9]在图示电路中，已知US1=12V，US2=12V，R1=1Ω，R2=2Ω，R3=2Ω，R4=4Ω，求各支路电流。解：设各支路电流的参考方向如图所示对于节点a：I1+I2-I3-I4=0对于回路①：-I1R1+US1-I3R3=0对于回路②：-I2R2+US2-US1+I1R1=0对于回路③：I4R4-US2+I2R2=0代入数据得：I1=4A，I2=2A，I3=4A，I4=2A[练习1]图中各元件的数据已知：US1=60V，US2=20V，R1=10Ω，R2=4Ω，R3=20Ω，用支路电流法求各支路电流。解：选各支路电流参考方向及网孔绕行方向。对节点A:对网孔①:对网孔②:代入数据，整理后得解方程组得:A,A,A。[练习2]图中各元件的数据已知：US1=120V，US2=116V，R1=0.8Ω，R2=0.4Ω，R3=4Ω，IS=10A,用支路电流法求各支路电流。解：选各支路电流参考方向及网孔绕行方向。对节点a:对网孔①:对网孔②:代入数据，整理后得解方程组得:2.6戴维南定理一、二端网络的有关概念1.二端网络：具有两个引出端与外电路相联的网络。

有源二端网络：内部含有电源的二端网络。如图中①。无源二端网络：内部不含电源的二端网络。如图中②。2.无源二端网络的等效变换:3.有源二端网络的等效变换:结论:1.任何一个线性有源二端网络，对于外电路而言，可以用一电压源和内电阻相串联的电路模型来代替。二、戴维南定理任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻串联组合的电路模型来等效。

该电压源的电压等于有源二端网络的开路电压UOC；电阻等于将有源二端网络变成无源二端网络后的等效电阻R0，这就是戴维南定理。外特征等效1.适用：只需计算电路中某一支路的电流或电压。2.应用戴维南定理解题的步骤：（1）将所求量的所在支路（待求支路）与电路的其它部分断开，形成一个二端网络。（2）求二端网络的开路电压UOC

。（3）将二端网络中的所有电压源用短路代替、电流源用开路代替，得到无源二端网络，求该二端网络端钮的等效电阻RO。（4）画出戴维南等效电路，再求所求电压或电流。[例2-17]求如图所示电路的戴维南等效电路。解：（1）求有源二端网络的开路电压UOC：设回路绕行方向是顺时针方向，则4Ω电阻的电压U为：（2）求内电阻RO(3)戴维南等效电路[例2-18]求如图所示电路的戴维南等效电路。解：（1）求有源二端网络的开路电压UOC

由于回路中含有电流源，所以回路的电流为1A，方向为逆时针方向。4Ω电阻的电压为：U=RI=4×1=4(V)开路电压UOC为：UOC=4+12=16(V)(2)求内电阻RORO=2+4=6(Ω)(3)戴维南等效电路[例2-19]在如图所示电路中，已知R1=1Ω，R2=R4=6Ω，R3=3Ω，US2=22V，US1=8V，IS=2A，用戴维南定理求电流I1。解：1.将待求支路与电路的其它部分断开。2.求等效电源的电压US。3.求等效电源的内阻RORO=R3=3Ω4.戴维南等效电路[练习1]求如图所示电路的戴维南等效电路。开路电压UOC等效电阻RO开路电压UOC等效电阻RO开路电压UOC等效电阻RO开路电压UOC等效电阻RO[练习2]在如图所示电路中，已知R1=4Ω，R2=12Ω，R3=7Ω，US2=90V，US1=10V，用戴维南定理求电流I。解：1.将待求支路与电路的其它部分断开。2.求等效电源的电压UOC。3.求等效电源的内阻RO4.戴维南等效电路[练习3]在如图所示电路中，已知R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，

R4=4Ω，US=10V，IS=10A，用戴维南定理求R2上的电流I。解：1.将待求支路与电路的其它部分断开。2.求等效电源的电压UOC。3.求等效电源的内阻RO4.戴维南等效电路项目四

电池电池电池分类电池种类繁多，外形差别较大，划分种类很多。按照电池的工作性质及使用特征分类，可分为一次电池、二次电池。（1）一次电池（干电池）（2）二次电池（蓄电池）电池分类按照电池反应原理分类，可分为（1）化学电池。（2）物理电池。（3）生物电池。（4）新型电池。电池的基本术语和性能指标1.工作电压（额定电压）（V）：指电池接通负载后在放电过程中显示的电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。2.电池容量（Ah）1）额定容量：在行业标准规定的条件下电池所应该放出的电量。额定容量是制造企业标称的容量，作为验收电池质量的重要技术指标。2）实际容量。实际容量通常比额定容量大10%～20%。（南孚5号电池2100毫安时左右/7号电池700毫安时左右）3.能量密度（W▪h/kg）与功率密度（W/kg）1）能量密度又称比能量，是单位质量或单位体积电池储存的能量。2）功率密度又称比功率，是单位质量或单位体积电池输出的功率，它反映了电池的瞬时能量输出能力，高功率密度的电池能够提供更快的充电和放电速度，适合高性能应用，但通常在能量密度方面较低。不同储能器的比能量和比功率比较电池种类比能量（W▪h/kg）比功率（W/kg）铅酸蓄电池30-40300-500镍氢电池40-50500-800锂离子电池60-70500-1500超级电容器2-8400-4500化学电池电子转移过程散乱，无法被人类利用问题:如何实现电子的集中和定向移动?一种将所储存的化学能转变成电能的装置。原电池原电池基本构造：正极、负极、电解质电解质（CuSO4、稀H2SO4等）负极正极负极：Zn正极：Cu2++2eZn2+

+

2eCu负极反应：Zn–2eZn2+正极反应：2MnO2

+

2NH4+

+

2e Mn2O3

+

H2O

+

2NH3总反应：Zn

+

2NH4+

+

2MnO2

Zn2+

+

2NH3

+

H2O

+

Mn2O3负极材料：Zn正极材料：C（MnO2）电解质：NH4ClNH4Cl电解质（酸性）大公、牡丹、中华、天鹅、555锌锰电池（勒兰社电池）单电池电压：1.5

VKOH电解质（碱性）南孚、双鹿、白象、劲霸负极材料：Zn正极材料：C（MnO2）电解质：KOH负极反应：Zn+2OH-–2e正极反应：2MnO2

+H2O+2eZnO

+H2OMn2O3

+

2OH-碱性锌锰电池总反应：Zn

+

2MnO2

ZnO

+

Mn2O3单电池电压：1.5

V问题一：为何称“干”电池？问题二：为什么干电池用完后不能再充电使用？糊状电解质，不可流动，称为“干”液态电解质，可流动，称为“湿”

不可逆电池锌锰干电池使用使用寿命：反应物质（负极、正极、电解质）的消耗电池负极锌的自放电，造成锌负极的腐蚀，电池性能下降，长时间放置导致电解液干枯，电池出现气胀、冒浆、鼓胀以及铜帽生锈等等。电池存储：清洁干燥通风凉爽的环境中，相对湿度不应大于40%、不小于5%，温度不高于30度，但也不要低于-10度！锌锰干电池的回收废电池回收废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃，腐败的电池会破坏我们的水源，侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地，我们的生存环境将面临着巨大的威胁小结干电池是一种原电池，在放电过程中其正极、负极、电解质都参与电化学反应，只要其中任何一种物质消耗完，干电池将无法再使用，因此，干电池又称为一次电池。根据电解质的不同，干电池可以分为酸性（盐）电池和碱性电池两大类。废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液，不能随意丢弃。化学电池干电池（锌锰电池）镍镉电池

镍氢电池铅酸电池锂电池不可逆电池可逆电池充电放电镍镉/镍氢电池Cd+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Cd(OH)2镍镉电池和镍氢电池采用氧化镍或氢氧化镍作正极，氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，金属镉或金属氢化物作负极。单电池电压：1.3

V镍镉/镍氢电池正极：Ni(OH)2+OH-==NiOOH+H2O+e-负极：M+H2O+e-==MHab+OH-总反应：Ni(OH)2+M==NiOOH+MH单电池电压：1.3

V充电左→右问题：电动自行车使用何种电池？铅酸蓄电池，俗称电瓶PbSO4

+

2H2O正极反应：PbO2

+SO42-+4H++2e总反应：Pb+PbO2

+2H2SO42PbSO4

+

H2O充电过程：逆反应铅酸电池多个单电池通过串、并联技术组成一个电池组负极材料：Pb正极材料：PbO2电解质：H2SO4放电过程：负极反应：Pb

+

SO42--

2e

PbSO4单电池电压：2.1

V铅酸电池的优缺点优点:原材料来源广泛成本低廉适用于大电流放电工作温度范围宽可靠性高缺点:环境污染（生产过程、废弃电池）强酸性电解质（强腐蚀性）铅酸电池一种可逆电池（RechargeableBattery），可以多次充放电循环使用，属于二次电池中的一种。铅酸电池的负极为金属铅，正极为PbO2，电解质为硫酸。铅酸电池成本低廉，应用广泛。但由于其比容量和能量密度低，而且存在严重的环境污染风险，因此，铅酸电池有被其它能量密度高、环境友好的绿色能源技术取代的趋势。锂离子电池锂离子电池是一种可逆电池，放电时锂离子由负极向正极迁移，充电时锂离子向反方向迁移。为什么要发展锂离子电池？金属铅（Pb）的密度：11.34

g/cm3金属锂（Li）的密度：0.534

g/cm3锂是自然界最轻的金属！锂离子电池工作原理正极负极隔膜正极反应：负极反应：总反应：充电放电充电放电单电池电压：3.2-3.7

V电极反应过程中总是涉及锂离子的嵌入与脱嵌过程.正极材料:LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等负极材料:碳（石墨）等层状结构（Layered）尖晶石结构（Spinel）橄榄石结构（Olivine）锂离子电池的应用电子设备：手机

照相机笔记本电脑剃须刀儿童的电动玩具车电动汽车小功率（W级）电池大功率（KW级）动力电池储能电池（智能电网）小结锂离子电池是一种可逆电池，其工作原理是锂离子在电极内部的嵌入与脱嵌。通常锂离子电池的负极材料为碳，正极材料为LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4。锂离子电池具有比容量高、寿命长、可大电流充放电、绿色环保等优点。燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化成电能的装置。燃料：H2、CH4、CH3OH、CH3CH2OH、HOCH2CH2OH等AnodeCathode燃料O2Load电解质层电解质层：分隔阴极/阳极传导离子电子绝缘电极材料本身不反应燃料电池(Fuel

Cell)燃料电池的特点燃料电池无充电过程，燃料和氧气由外部供给，可持续发电燃料的化学能直接转变为电能铅酸（蓄）电池锂离子电池镍氢电池先充电，再放电干电池“蓄电”不能充电，不能补充电极材料，用完即废弃电极材料本身不发生反应，仅起催化作用参与电化学反应的燃料和氧气均为流体（气体或液体）能量效率高H2-O2燃料电池：理论效率：83%，实际效率：50-60%清洁（零污染）安静燃料适用范围广：氢气，甲醇等富氢燃料物理电池物理电池是指通过物理反应转换电能的装置，即在电池的使用过程中电池内部本身不产生化学反