1、第一章 电路基本概念与基本定律,刘皓明 ,主要内容,电路基本概念 电路作用与组成、电路中的物理量、电路中的参考方向、电路状态、理想电源 基本定律 欧姆定律、基尔霍夫定律 电位计算,电路,为了某种需要由某些电气设备或器件按一定方式连接组合起来，构成电流的通路。电流流通的路径。,电路的作用,1.实现电能的传输和转换（强电）,2.进行电信号的传递和处理（弱电）,电路组成,中间环节,电路中的物理量,电路中物理量的正方向,物理量的正方向：,物理量实际正方向,物理量正方向的表示方法,+,_,物理量正方向的表示方法,电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.,电路分析中的假设正方向（参考方向）,问题的
2、提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？,电流方向 AB？,电流方向 BA？,U1,A,B,R,U2,IR,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解决方法,(3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；,规定正方向的情况下欧姆定律的写法,I与U的方向一致,U = IR,I与U的方向相反,U = IR,规定正方向的情况下电功率的写法,功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的
3、功率为:,电压电流正方向一致,规定正方向的情况下电功率的写法,电压电流正方向相反,P = UI,吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若 P 0,输出功率（起电源作用）,若 P 0,电阻消耗功率肯定为正,电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）,功率有正负,当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。,所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质， 或是电源，或是负载。,结 论,在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。,当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。,电路的工作状态,通路(
4、有载状态)：电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。 开路：当开关断开，电路中没有电流，没有能量的输送和转换。 短路：当由于某种原因而使电源两端直接搭接时。,基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电压定律,名词注释,支路：共3条,回路：共3个,节点：a、 b(共2个）,例,网孔：#1、#2（共2个）,例,支路：共 ？条,回路：共 ？个,节点：共 ？个,6条,4个,独立回路：？个,3个,有几个网眼就有几个独立回路,7个,基尔霍夫电流定律,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。,依据：电流的连续性,例,或：
5、,流入为正 流出为负,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,基尔霍夫电流定律的扩展,I=?,广义节点,基尔霍夫电压定律,任一时刻，在电路的任一回路中，沿任意循行方向转一周，回路中各段电压的代数和为 0。,例如： 回路#1,即：,对回路#2：,对回路#3：,第3个方程不独立,电位降为正 电位升为负,关于独立方程式的讨论,问题的提出：在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？,分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？,电流方程：,节点a：,节点b：,独立方程只有 1 个,电压方程：,独立方程只有 2 个,设：电路中有N个节点，B个支路,
6、N=2、B=3,小 结,理想电源,理想电压源 理想电流源 电压源与电流源的等效变换,理想电压源,特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变（2）电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大,恒压源中的电流由外电路决定,设: U=10V,当R1 、R2 同时接入时： I=10A,例,RS越大 斜率越大,电压源模型,伏安特性,U = US IRS,当RS = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型,由理想电压源串联一个电阻组成,RS称为电源的内阻或输出电阻,理想电流源,特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流 IS；,（2）输出电压由外电路决定。,恒流源两端电压由外电路决定,设: IS=1
7、 A,电流源模型,I = IS Uab / RS,由理想电流源并联一个电阻组成,当 内阻RS = 时，电流源模型就变成恒流源模型,恒压源与恒流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变 -I 的大小、方向均 由外电路决定,端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向 均由外电路决定,两种电源的等效变换,等效互换的条件：当接有同样的负载时，对外的电压电流相等。,I = I Uab = Uab,即：,等效互换公式,Uab = U IRS,U = ISRS,RS = RS,例：电压源与电流源的等效
8、互换举例,5A,10V / 2 = 5A,2,5A 2 = 10V,IS = U / RS,等效变换的注意事项,IS = US / RS RS = RS,注意转换前后 US 与 Is 的方向,(2),(4),进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和 RS不一定是电源内阻。,应 用 举 例,(接上页),R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,(接上页),IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,代入数值计算,已知：U1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4，R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A,解得：I= 0.2A(负号表
9、示实际方向与假设方向相反),I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8A,UR4 = I4 R4 =2.84=11.2V,P = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W 负号表示输出功率,R4=4 IS=3A I= 0.2A,PIS= - 33.6W,电位计算,节点电位的概念：,电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。,注意：电位和电压的区别,第一章要点,重点内容：1.参考方向和参考节点；2.利用功率的正负判断一元件在电路中起负载作用还是电源作用；3.电位及其在电路中的表示。,一、基本概念电压、电流、电动势、电功率、电位,重点内容：1.各电路元件的端口特性2.实际电压源与实际电流源的等效变换,二、电路元件电阻、理想电压源、理想电流源、实际电压源、实际电流源,重点内容：基尔霍夫电流定律和电压定律及其应用,三、三个平衡整个电路的功率平衡节点的电流平衡回路的电压平衡,基尔霍夫定律电路分析的出发点,
