1、,电路的基本概念,电路的基本物理量,电路的基本元件,电路的基本工作状态,1.5,电路的基本定律,1.1,1.2,1.3,1.4,1.1 电路的基本概念, 1.1 电路的基本概念,1.1.1 电路,电路通常由电源、负载和中间环节组成。,手电筒电路,功能和作用：1. 进行能量的转换和输配，如电力系统中的变压器、输电线等2. 进行信号的加工和处理，如电视机电路、计算机网络等。,1.1.2 电路模型,手电筒电路模型,由理想元件组成的电路称为实际电路的电路模型 。,1.1 电路的基本概念,1.2 电路的基本物理量, 1.2 电路的基本物理量,1.2.1电流及其参考方向,1.电流,电流的大小等于单位时间内
2、通过导体横截面的电荷量。,直流,电荷的定向移动形成电流,交流,2. 电流的参考方向,所谓电流的参考方向，就是在分析计算电路时，先任意选定某一方向，作为待求电流的方向，并根据此方向进行分析计算。,若计算结果为正，说明电流的参考方向与实际方向相同；若计算结果为负，说明电流的参考方向与实际方向相反。,1.2 电路的基本物理量,如图所示，电流的参考方向已标出，并已知I1=-1A，I2=1A，试指出电流的实际方向。,1.2 电路的基本物理量,例1-1,解：I1=-1A0，则I2的实际方向与参考方向相同，由点B流向点A。,1.2.2 电压及其参考方向性,1.电压,电路示意图,电压是指单位正电荷从A移到B电
3、场力所做的功。,直流:交流:,1.2 电路的基本物理量,2.电压的参考方向,电压和电流一样也需设定参考方向。电压的参考方向也是任意选定的，当参考方向与实际方向相同时，电压值为正；反之，电压值则为负。,1.2 电路的基本物理量,电流与电压的参考方向可以任意选择，彼此无关，但为了分析方便，对于负载，一般把两者的参考方向选为一致，称之为关联参考方向。对于电源，一般把两者的参考方向选择为相反，则称之为非关联参考方向。,例1-2,如图所示，电压的参考方向已标出，并已知U1=1V，U2= -1V， 试指出电压的实际方向。,1.2 电路的基本物理量,解： U1=1V0，则U1的实际方向与参考方向相同，由A指
4、向B。U2=-1V0，则U2的实际方向与参考方向相反，由B指向A。,1.2.3 电位和电动势,1.电位,1.2 电路的基本物理量,在电路中任选一点作为参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。一般规定参考点的电位为零，因此参考点也称零电位点。,电位用符号V或v表示。例如A点的电位记为VA或vA，显然，VA=UA0，vA=uA0。,电位具有相对性和单值性。相对性是指：电位随参考点选择而异，参考点不同，即使是电路中的同一点，其电位值也不同。单值性是指：参考点一经选定，电路中各点的电位即为一确定值。,1.2 电路的基本物理量,如图所示电路中，已知各元件的电压为：U110V，U25V，
5、U38V，U4-23V。若分别选B点与C点为参考点，试求电路中各点的电位。,解：选B点为参考点 ，则 VB0 VAUAB-U1-10V VCUCBU25V VDUDBU3U28513V选C点为参考点，则 VC0 VAUAC-U1-U2-10-5-15 V 或VAUACU4U3-238-15 V VBUBC-U2-5 V VDUDCU38V,例1-3,2. 电动势,1.2 电路的基本物理量,电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做的功，称为电源的电动势，用E或e表示，即,电动势与电压的实际方向不同，电动势的方向是从低电位指向高电位，即由“”极指向“+”极，而电压的方向
6、则从高电位指向低电位，即由“+”极指向“”极。,1.2 电路的基本物理量,若计算结果为正，说明电路消耗功率，为耗能元件，若计算结果为负，说明电路产生（输出）功率，为供能元件。,1.2.4 功率和电能,1. 功率,单位时间内电场力或电源力所做的功，称为功率，用P或p表示。即若电流、电压为关联参考方向时，功率的表达式则为若当电流、电压为非关联参考方向时，功率的表达式则为,1.2 电路的基本物理量,2. 电能,电能是表示电流做功多少的物理量，是电能转化为其它形式的能多少的量度。在实际应用中，电能的单位常用千瓦小时（kWh），1kWh的电能通常叫做一度电。,1.3 电路的基本元件,1.3.1电源,1.
7、3 电路基本元件,1. 电压源,（1）理想电压源,图中虚线框内所示为直流理想电压源的电路符号，其中US为电压源的端电压，所标极性为输出电压的参考极性。电压源的伏安特性表明，端电压与负载的电流无关。,（2）实际电压源,可以用理想电压源与电阻元件的串联组合来表征实际电压源的性能。,实际电压源及其外特性,由特性曲线可得实际电压源的端电压方程为:,实际电压源的输出电压不是恒定值，与通过其中的电流有关。电流越大，电源内阻上的压降越大，输出电压越低 。,1.3 电路基本元件,2.电流源,（1）理想电流源,理想电流源及其外特性,图中虚线框内所示为直流电流源的电路符号，IS为其恒定电流 ，所标极性为输出电流的
8、参考极性。,1.3 电路基本元件,电流源的伏安特性表明，电流源的输出电流与端电压无关。,（2）实际电流源,可以用理想电流源与电阻的并联组合来表征实际电流源的性能。,实际电压源及其外特性,实际电流源输出电流的方程为:,实际电流源的输出电流不再是恒定值，而与端电压有关 。,1.3 电路基本元件,四种理想受控源电路模型,知识拓展：,1.3 电路基本元件,常见固定电阻器的外形,碳膜电阻,金属膜电阻,线绕电阻,水泥电阻,贴片电阻,排阻电阻,1.3.2 负载元件,1.电阻器,（1）电阻器的种类,1.3 电路基本元件,(2) 电阻器的标称法,电阻器的参数很多，通常考虑标称阻值、允许误差和额定功率,常用电阻器
9、的允许误差等级：,常用固定电阻器的标称系列：,1.3 电路基本元件,电阻器的标称方法有直标法、文字符号法、数标法和色标法（固定电阻器）四种。,直标法示例,文字符号法示例,电阻元件标称,1.3 电路基本元件,(2) 电阻器的标称法,电阻色标法,1.3 电路基本元件,(2) 电阻器的标称法,2.电容器,固定电容的电路符号 可变电容的电路符号,1.3 电路基本元件,（1）电容的种类,1.3 电路基本元件,气体介质电容、 液体介质电容、 无机固体介质电容、 有机固体介质电容、 电解电容等；,固定电容、 可变电容、 微调电容。,极性电容、 无极性电容；,电容实物图,1.3 电路基本元件,（1）电容的种类
10、,（2）电容的标称,1.3 电路基本元件,（a）电容直标法示例,(b) 电容文字符号法标称示例,（c） 电容数标法标称示例,1.3 电路基本元件,（2）电容的标称,3.电感器,(b),1.3 电路基本元件,色码电感器,片状电感元件,（1）电感器的种类,常用电感器,1.3 电路基本元件,（2）电感的标称,电感器直标法,电感色标法,1.3 电路基本元件,知识拓展：,通用型电容电感测量仪,1.3 电路基本元件,1.3 电路基本元件,1.3.3 开关与导线,1.开关,(d) 水银开关 (e) 行程开关 (f) 薄膜开关,(a) 按钮开关,（c）拨动开关,(b)旋转开关,常见开关外形图,2.导线,（1）
11、导线的种类,BV-70、BLV-70,BVR、BLVR,RVB-70,BXS,BVV-70、BLVV-70,RHF、RH,常用的绝缘导线,1.3 电路的基本元件,1.3 电路的基本元件,（2）导线的选择,导线的型号和规格的选择应满足以下条件：电压：电线和电缆的绝缘电压应大于所使用线路电压的额定值的1.5倍左右。电压降落：选择电线、电缆截面积和安装方式应 考虑电压的损失不超过规定值（一般为负载额定值的5）。根据计算出的线路电流: 按导线的安全截流量通过查手册来选择导线。,1.4 电路的基本工作状态,1.4.1开路,1.4 电路的基本工作状态,当开关S断开时，电路即处于 开路状态。,1.4.2 短
12、路,若误用一根导线把A和B点直接连通将会造成短路。,短路电流很大，严重时将会烧毁电源，烧熔导线，造成火灾。,电路的基本状态,1.4.3 负载状态,当开关S闭合时，电源与负载构成闭合通路，电路便处于负载工作状态。各种电气设备都应在额定状态下运行。,1.4 电路的基本工作状态,工作电流超过额定值时的情况。,工作电流等于额定电流的情况。,工作电流低于额定值时的情况。,1.5 电路的基本定律,1.5 电路的基本定律,1.5.1 欧姆定律,关联参考方向 非关联参考方向,1.5 电路的基本定律,1.5.2 基尔霍夫定律,1.电路名词,（1）支路：电路中通过同一电流的 每一个分支。图中有三条支路，分别是 B
13、AF、BCD和BE。 （2）节点：电路中三条或三条以上 支路的连接点。图中B、E为两个节点。 （3）回路：电路中的任一闭合路径。 图中有三个回路，分别是ABEFA、BCDEB、ABCDEFA。 （4）网孔：内部不含支路的回路。图中ABEFA和BCDEB都是网孔，而BCDEFA则不是网孔。,复杂电路,1.5 电路的基本定律,2.基尔霍夫电流定律,定律：任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。,节点B可以写出或改写为 即,任一时刻，流入电路中任一节点电流的代数和恒等于零。,1.5 电路的基本定律,KCL的推广：,KCL不仅适用于节点，也可推广应用到包围几个节点的闭合面（也称
14、广义节点）。电路中，可以把三角形ABC看作广义节点，用KCL可列出。,1.5 电路的基本定律,如图所示电路，电流的参考方向已标出。若已知I1=2A， I2= 4A，I3= 8A，试求I4。,解：根据KCL可得：,例1-5,1.5 电路的基本定律,定律：在任何时刻，沿电路中任一闭合回路，各段电压的代数和恒等于零。,3.基尔霍夫电压定律,列电压方程时，首先假定回路的绕行方向，然后选择各部分电压的参考方向，凡参考方向与回路绕行方向一致者，该电压前取正号；凡参考方向与回路绕行方向相反者，该电压前取负号。,1.5 电路的基本定律,对于回路ABCDEFA，若按顺时针绕行方向，根据KVL可得,根据欧姆定律，
15、上式还可表示为,即,沿回路绕行方向，各电阻电压降的代数和等于各电源电位升的代数和。,3.基尔霍夫电压定律,1.5 电路的基本定律,KVL的推广：,KVL不仅应用于回路，也可推广应用于一段不闭合电路。,开口电路两端的电压等于该两端钮之间各段电压降之和。,如图所示电路中，A、B两端未闭合，若设A、B两点之间的电压为UAB，按逆时针绕行方向可得,1.5 电路的基本定律,求下图电路中，10电阻及电流源的端电压。,解: 按图示参考方向得,按顺时针绕行方向，根据KVL得,例1-6,1.5 电路的基本定律,4. 典型应用支路电流法,以各支路电流为未知量，利用基尔霍夫定律列出方程联立求解各支路电流的方法称为支
16、路电流法。,设各支路电流分别为I1、I2、I3，参考方向如图示。,（1）根据KCL列节点电流方程,节点1 ：,节点0：,整理后可知，以上两式是同一个方程。 这说明，含有两个节点的电路只有一个独立 节点，只能列出（2-1=1）个独立方程。,1.5 电路的基本定律,（2）根据KVL列电压方程,第三式可由第一式和第二式相加而得，所以不是独立方程。通常选择网孔电压方程作为独立回路方程。若电路的支路数为b，节点数为n，网孔数为m，应用支路电流法列方程时，只要根据KCL列出(n-1)个节点电流方程，根据KVL列出m个网孔电压方程，总可以得到b个独立方程。把它们联立求解，即可求得各支路电流。,1.5 电路的
17、基本定律,电路如图1-39所示，用支路电流法计算各支路电流。,解：（1） 选定各支路电流如图所示（2） 根据KCL列出独立节点电流方程：（3）按顺时针绕行方向，根据KVL列网孔电压方程,联立求解以上方程得：,例 1-7,1.5 电路的基本定律,1.5.3 叠加定理,定理：在线性电路中，若有几个电源共同作用时，则任何一条支路的电流(或电压)等于各个电源单独作用时在该支路中所产生的电流(或电压)的代数和。,1.5 电路的基本定律,1.5.3 叠加定理,使用叠加定理时应注意以下几点：(1) 叠加定理只适用于线性电路。(2) 所谓某个电源单独作用，其它电源不作用是指： 不作用的电压源的电压为零，在电路
18、图中用短路线代替； 不作用的电流源的电流为零，在电路图中用开路代替，但要保留它们的内阻。(3) 将各个电源单独作用所产生的电流(或电压)叠加时，必须注意参考方向。当分量的参考方向和总量的参考方向一致时，该分量取正，反之则取负。(4) 在线性电路中，叠加定理只能用来计算电路中的电压和电流，不能用来计算功率。这是因为功率与电压、电流之间不存在线性关系。,1.5 电路的基本定律,1.5.4 戴维南定理,1.二端网络,二端网络,二端网络的电路符号,图（a）中不含独立电源，称为无源二端网络； 图（b）中含有独立电源，称为有源二端网络。,1.5 电路的基本定律,2. 等效与等效变换,等效: 如果一个二端网
19、络的端口电压与电流之间的关系和另一个二端网络的端口电压与电流之间的关系相同，则它们对外部电路等效，称为等效网络。等效变换: 等效网络之间的互换称为等效变换，两个网络互换后不影响外部电路的工作状态。,1.5 电路的基本定律,3.戴维南定理,任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，总可以用一个电压源与电阻的串联模型来替代。电压源的电压等于该有源二端网络的开路电压UOC，其电阻则等于该有源二端网络中所有电压源短路、电流源开路后的等效电阻。,。,1.5 电路的基本定律,4.典型应用,应用一：将复杂的有源二端网络化为最简形式,解 ：(1) 求开路端电压在图(a)所示电路中 ，,例1-8 用戴维南定理化简
20、下图所示电路,或,1.5 电路的基本定律,(2) 求等效电阻Req将电路中的电压源短路，得无源二端网络，如图(b)所示。可得(3) 作等效电压源模型电路如图(c)所示，应注意使等效电源电压的极性与原二端网络开路端电压的极性一致。,应用一：将复杂的有源二端网络化为最简形式,1.5 电路的基本定律,应用二：计算电路中某一支路的电压或电流,例1-9 用戴维南定理计算下图 (a)所示电路中电阻RL上的电流,解: （1）把电路分为待求支路和有源二端网络两个部分移开待求支路，得有源二端网络，如图(b)所示。（2）求有源二端网络的开路端电压由图(b)可得,1.5 电路的基本定律,（3）求等效电阻将有源二端网
21、络中的电压源短路、电流源开路，可得无源二端网络，如图 (c)所示。 （4）画出等效电压源模型，接上待求支路电路如图(d)所示。,A,应用二：计算电路中某一支路的电压或电流,1.5 电路的基本定律,应用三：分析负载获得最大功率的条件,例1-10 试求上题中负载电阻RL的功率。若RL为可调电阻，问RL为何值时获得的功率最大？其最大功率是多少？由此总结出负载获得最大功率的条件。,解:（1）利用例19的计算结果可得（2）若负载RL是可变电阻，由图(d)，可得则RL从网络中所获得的功率为,1.5 电路的基本定律,上式说明：负载从电源中获得的功率取决于负载本身的情况， 当负载开路（无穷大电阻）或短路（零电
22、阻）时，功率皆为零。 当负载电阻在0之间变化时负载可获得最大功率。这个功率 最大值Pmax应发生在的 时候，即,负载获得最大功率的条件是:负载电阻等于等效电源的内阻，即,电路的这种工作状态称为电阻匹配。,应用三：分析负载获得最大功率的条件,本章要点与小结,1.任何一个完整的电路都是由电源、负载 和中间环节组成的。,2.电路的功能和作用：一是进行能量的转 换和输配，二是进行信号的加工和处理。,3.实际电路电路模型化的目的在于简化 电路的分析和计算。,一、电路的基本概念,本章要点与小结,1.电路中的物理量主要包括电流、电压、 电位、电动势、功率以及电能等。,2.在电路分析中，电位是一个重要的物理
23、量。,3.功率是描述电能消耗快慢的物理量。,二、电路的基本物理量,本章要点与小结,1.电源一般分为电压源和电流源两种。,2.电阻器、电容器、电感器是电路中常用 的元件。,3.开关与导线是电路的中间环节，是电路 中不可或缺的环节。,三、电路的基本元件,本章要点与小结,1.电路的基本工作状态有三种：开路、 短路和负载状态。,2.当工作电流超过额定值时叫超载或过载， 低于时叫轻载或欠载，等于则称为满载。,3.各种电气设备都应在额定状态下运行。,四、电路的基本工作状态,本章要点与小结,1.欧姆定律主要讨论电阻元件以及简单 电路中电流与电压的关系。,2.基尔霍夫定律包含电流定律和电压 定律。,3.叠加定理是反映线性电路基本性质的 一条重要定理。,五、电路的基本定律,4.戴维南定理。,
