1、第 1 章 电路的基本概念本文由纹龙于心贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第 1 章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路与电路模型 1.2 电压与电流的参考方向 1.3 电功率和能量 1.4 欧姆定律 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电压源与电流源 1.7 电源有载工作、开路与短路 电源有载工作、第 1 章 电路的基本概念与基本定律本章要求: 本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 1.理解电压与电流参考方向的意义； 理解电压与电流参考方向的意义 2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 理解电路的基本定律并能正确应用； 3.
2、 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 理解电功率和额定值的意义； 4. 会计算电路中各点的电位。 会计算电路中各点的电位。1.1 电路与电路模型电路是电流的通路， 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换 实现电能的传输、发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器 电灯 电动机 电炉 (2)实现信号的传递与处理 (2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器放 大 器1.1 电路与电路模型2. 电路的组成部分 电路
3、的组成部分 电源: 电源 提供 电能的装置升压 变压器 输电线负载: 取用 负载 电能的装置电灯 电动机 电炉 发电机降压 变压器中间环节：传递、分 中间环节：传递、 配和控制电能的作用1.1 电路与电路模型信号处理： 信号处理： 放大、调谐、 放大、调谐、检波等 话筒信号源: 信号源 提供信息放 大 器扬声器直流电源: 直流电源 提供能源负载 直流电源电源或信号源的电压或电流称为激励， 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。1.1 电路与电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路 为了便于用数
4、学方法分析电路 一般要将实际电路 模型化， 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其 组合来模拟实际电路中的器件， 组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路 相对应的电路模型。 相对应的电路模型。 手电筒的电路模型 理想电路元件主要有 I S 电阻元件、电感元件、 电阻元件、电感元件、 + + 开关 电容元件和电源元件等。 电容元件和电源元件等。 E U R Ro 例：手电筒 手电筒由电池、 手电筒由电池、灯 灯泡 导线 电池 开关和筒体组成。 泡、开关和筒体组成。1.1 电路与电路模型手电筒的电路模型 I S E 电池是电源元件， 电池是电源元件，其 是电源元件 参数为电动势 E
5、 和内阻 Ro； 灯泡主要具有消耗电能 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件， 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻 R； 参数为电阻 ； 筒体用来连接电池和灯 筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 其电阻忽略不计，为是无电阻的理想导体。 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通 开关用来控制电路的通 断。+ +U开关 RRo电池 导线 灯泡 今后分析的都是指电路 模型，简称电路。 模型，简称电路。在电路 图中， 图中，各种电路元件都用 规定的图形符号表示。 规定的图形符号表示。1.2 电压与电流的参考方向1. 电位的概念 电位：电路中某点至参考点的电压，记为“ 电位：电路中某点
6、至参考点的电压，记为“VX” 。 通常设参考点的电位为零。 通常设参考点的电位为零。 某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 电位的计算步骤: 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。1.2 电压与电流的参考方向2. 举例 求图示电路中 + 4A 各点的电位: 各点的电位:Va、 E1 6? ?
7、Vb、Vc、Vd 。 140V ? 解： 为参考点， 设 a 为参考点，即 Va=0V 为参考点 Vb=Uba= 106= ?60V 10 Vc=Uca = 420 = 80 V 4 Vd =Uda= 65 = 30 V 6 Uab = 106 = 60 V 10 Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V c 20? ? a 5? ? d 6A + E2 10A ? 90Vb 为参考点， 设 b 为参考点，即 Vb=0V 为参考点 Va = Uab=106 = 60 V =10 Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V Uab
8、= 106 = 60 V 10 Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V结论： 结论：1.2 电压与电流的参考方向(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 (1)电位值是相对的，参考点选取的不同， 电位值是相对的 各点的电位也将随之改变； 各点的电位也将随之改变； (2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 电路中两点间的电压值是固定的， 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。 ? 借助电位的概念可以简化电路作图 c 20? ? a 5? ? d c 20? ? 5? ? 6? ? d +90V+ 4A E
9、1 6? ? 140V ?b6A + E2 10A ? 90V+140V1.2 电压与电流的参考方向例 1: 图示电路，计算开关 S 断开和 图示电路，计算开关 S 闭合时 A 点的电位 点的电位 V 闭合时 点的电位 A 当开关 S 解: (1)当开关 S 断开时 当开关 电流 I1 = I2 = 0， ， 电位 VA = 6V 。 (2) 当开关闭合时,电路 当开关闭合时, 如图（ ） 如图（b） 电流 I2 = 0， ， + 电位 VA = 0V 。 6V 电流在闭合 路径中流通+6V 2k? ? 2k? ?I1SI2(a)A2K? ?2k? ?I1I2(b)A例 2： 电路如下图所示，
10、 零电位参考点在哪里？ 电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？ 画电路图表示出来。 当电位器R 画电路图表示出来。(2) 当电位器 RP 的滑动触点向 下滑动时， 两点的电位增高了还是降低了？ 下滑动时，A、B 两点的电位增高了还是降低了？ 12V +12V + ：（1 电路如左图， 解：（1）电路如左图， I R1 零电位参考点为+12V 零电位参考点为+12V R1 A A 电源的“ 端与 电源的“”端与12V RP RP 电源的“+”端的联接处 端的联接处。 电源的“+”端的联接处。 B B R2 R2 （2） VA = IR1 +12 12V + VB = IR2 12 12V
11、当电位器 R 的滑动触点向下滑动时， 当电位器 RP 的滑动触点向下滑动时，回路中的电 减小，所以 A 电位增高、 点电位降低。 流 I 减小，所以 A 电位增高、B 点电位降低。1.2 电压与电流的参考方向1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 电压 U 电动势 E 电动势 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 低电位 电位降低的方向) (电位降低的方向) 低电位 高电位 电位升高的方向) (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 A、mA、 A kV 、V、mV、 、 、 V kV 、V、mV、 、 、 V1.2 电压与电流的参考方向2.
12、电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向 在分析与计算电路时， 在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。 电量任意假定的方向。 (2) 参考方向的表示方法 电流： 电流： 箭 标 双下标 a I R Iab b 电压： 电压： 正负极性 双下标 + a Uab U b + E _ I R b a + U _1.2 电压与电流的参考方向(3) 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向一致，电流 或电压 值为正值 或电压)值为正值； 实际方向与参考方向一致，电流(或电压 值为正值； 一致 实际方向与参考方向相反 电流(或电压 值为负值 相反， 或电压)值为负值。
13、 实际方向与参考方向相反，电流 或电压 值为负值。 例：a I R + U a R b b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b； ， ； 若 I = 5A，则电流从 b 流向 a 。 ， 若 U = 5V，则电压的实际方向 ， 从 a 指向 b； ； 若 U= 5V，则电压的实际方向 ， 从 b 指向 a 。注意： 注意： 在参考方向选定后， 值才有正负之分。 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负之分。1.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， 、 参考方向相同时， 参考方向相反时， + + U = IR U=IR U I R U I R 表达式中有
14、两套正负号： 表达式中有两套正负号： 式前的正负号由 U、 参考方向的关系确定； 式前的正负号由 、I 参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 、 方向之间的关系。 方向之间的关系。 通常取 U、I 参考方向相同。、 参考方向相同。1.4 欧姆定律例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻 R。 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻 。 + + I I U U R 6V 2A R 6V 2A (a) (b)U 6 对图(a)有 解：对图 有, U = IR 所以 : R = = = 3 I 2 对图(b)有 对图 有, U = IR 所以 : R = ? U =
15、? 6 = 3 I ?21.4 欧姆定律线性电阻的概念： 线性电阻的概念： 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻， 遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。 电路电压与电流的比值为常数。 U 即： R = = 常数 I I/A 电路端电压与电流的关系 称为伏安特性。 称为伏安特性。 U/V o 线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。 线性电阻的伏安特性1. 5 基尔霍夫定律I1 + E1 ? R1 1 I3 R3 a I2 R2 3 2 + ? E2b 支路：电路中的每一个分支。 支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。
16、一条支路流过一个电流，称为支路电流。 结点：三条或三条以上支路的联接点。 结点：三条或三条以上支路的联接点。 回路：由支路组成的闭合路径。 回路：由支路组成的闭合路径。 网孔：内部不含支路的回路。 网孔：内部不含支路的回路。1. 5 基尔霍夫定律例 1： I1 G I3 I+aI2 c I4IG db E支路：ab、bc、ca、 支路：ab、bc、ca、 （ 共 6 条 ） 结点：a、 b、c、d 回路：abda、abca、 回路：abda、abca、 (共 4 个 ） adbca （共 7 个） 网孔：abd、 abc、bcd 网孔：abd、 abc、 （共 3 个）1. 5 基尔霍夫定律一
17、、基尔霍夫电流定律(KCL 定律) 基尔霍夫电流定律(KCL 定律 定律) 1定律 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于 在任一瞬间，流出该结点的电流。 流出该结点的电流。 即: = 入 出I1 E1 ? + R1a I3 R3I2 R2 + ? E2或: = 0 I 对结点 a： 1+I2 = I3 ： 或 I1+I2I3= 0实质: 电流连续性的体现。 ? 实质 电流连续性的体现。 b 基尔霍夫电流定律（KCL） 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一 结点处各支路电流间相互制约的关系。 结点处各支路电流间相互制约的关系。1. 5 基尔霍夫定律2推广 电流定律可以推广应用于包围部分电路的
18、任一 假设的闭合面。 假设的闭合面。 I =? 例: 广义结点 IA A I IB IC B C 5? ? + 6V _ 1? ? 2? ? +12V _ 1? ? I=0 5? ?IA + IB + IC = 01. 5 基尔霍夫定律二、基尔霍夫电压定律（KVL 定律) 定律) 基尔霍夫电压定律（KVL 定律 1定律 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回 在任一瞬间，从回路中任一点出发， 路循行一周， 路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位 降之和。 降之和。 在任一瞬间，沿任一回路循行方向， 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各 段电压的代数和恒等于零。 段电压的代数和恒等于零。
19、 ： U = 0 即 I1 I2 a E 对回路 1： 对回路 ： 1 = I1 R1 +I3 R3 或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 R2 + R1 + I3 R3 E2 对回路 ：I R +I R =E E1 对回路 2： 2 2 3 3 2 1 2 ? ? 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 b 基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。 回路中各段电压间相互制约的关系。注意： 注意：1. 5 基尔霍夫定律1列方程前标注回路循行方向； 列方程前标注回路循行方向； 标注回路循行方向 列方程时， 2应用 U =
20、0 列方程时，项前符号的确定： 列方程时 项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。 3. 开口电压可按回路处理 B + 对回路 1： 对回路 1： + + E2 E1 电位升 = 电位降 1 U BE E2 =UBE + I2R2 R2 R1 I2 U=0 _ I2R2 E2 + UBE = 0 E1. 5 基尔霍夫定律例： I1 a I6 d I3 I+I2 R6 I4 cb E应用 U = 0 列方程 列方程 对网孔 abda： 对网孔 ： I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0 对网孔 acba： 对网孔 ： I2 R2
21、I4 R4 I6 R6 = 0 对网孔 bcdb： 对网孔 bcdb： I4 R4 + I3 R3 E = 01. 5 基尔霍夫定律I1 a I2 R6 c I3 I+对回路 adbca，沿逆时针方向循行： ，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0 对回路 cadc，沿逆时针方向循行： ，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0I6 d b E I41.6 电压源与电流源一、电压源 电压源是由电动势 E + 和内阻 R0 串联的电源的 E 电路模型。 电路模型。 R0 U 理想电压源 U0=E 电压源模型电压源I + U RL由上图
22、电路可得: 由上图电路可得: U = E IR0 I O E 若 R0 = 0 IS = RO 理想电压源 : U E 电压源的外特性 若 R0RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。 R 可近似认为是理想电流源。1.6 电压源与电流源理想电流源（恒流源) 理想电流源（恒流源) I IS + U _ RL UO内阻 R 特点: 特点: (1) 内阻 R0 = ； (2) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ； 输出电流是一定值， 流是一定值 (3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。 由外电路决定。 例 1： IS = 10 A，接上 L 后，恒流源对外输出电流。 恒流源对外输出电流。
23、设 ，接上 R 当 RL= 1 ? 时， I = 10A ，U = 10 V 当 RL = 10 ? 时， I = 10A ，U = 100V 电流恒定，电压随负载变化。 电流恒定，电压随负载变化。IS 外特性曲线I1.6 电压源与电流源三、电压源与电流源的等效变换 电压源与电流源的等效变换 I + E R0 电压源 由图 a 由图 a： U = E IR0 等效变换条件: 等效变换条件: E = ISR0 + U RL IS R0 I U + R0 U RL电流源 由图 b 由图 b： U = ISR0 IR0E IS = R0注意事项： 注意事项：1.6 电压源与电流源 电压源和电流源的等
24、效关系只对外电路而言， 电压源和电流源的等效关系只对 电路而言， 对电源内部则是不等效的。 内部则是不等效的 对电源内部则是不等效的。 中不损耗功率， 例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 中则损耗功率。 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。 等效变换时 两电源的参考方向要一一对应。 参考方向要一一对应 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。 a a + a a E E IS R0 + IS R0 R0 R0 b b b b 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 串联的电路， 任何一个电动势 E 和某个电阻 R 串联的电路， 都可化为
25、一个电流为 和这个电阻并联的电路。 都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。1.6 电压源与电流源例 1: 求下列各电路的等效电源 2? ? + a 2? ? 5A 3? ? (b) a 5A 3? ? (b) + U ? b + ? a + 2? ? U + 5V2V ? b (c) + U (c) ?b a + a+ U 3? 5V ? ? (a) 解: 2? ? + 5V (a) + UU b ab+ 5V 1.6 电压源与电流源例 2: 试用电压源与电流源等效变换的方法 计算 2 电阻中的电流。 计算 2?电阻中的电流。1? 2A 3? + 6V 6? + 12V (a) 1?
26、 2? + + 解:I 2A 3? 2A1? 1? 2V 6? (b) 2? I 4A (c) 2? 2? I由图(d)可得8? 2 A = 1A I= 2+ 2+ 22? 2V 2? 2? + 8V (d)+ 2V 2?I1.6 电压源与电流源试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示 例 3： ： 电路中 1 电阻中的电流。 电路中 1 ?电阻中的电流。 2 ?+ 6V 3? 2A 6? + 4V 4? 1? ? I解：统一电源形式2? ? 3? ? 2A 2A 1A 6? ? 4? ? 1? ? I 4A 2? ? 2? ? 1A 4? ? I 1? ?1.6 电压源与电流源解：2? ?
27、2? ? 4A 1A 4? ? I 1? ? + 8V 2? ? 4? ? 1A 2? ? I 1? ?I 2A 1A 4? ? 4? ? 1? ? 3A 2? ?I 1? ?2 I= 3A = 2A 2 +11.6 电压源与电流源例 3: 电路如图。U110V，IS2A，R11 ， 电路如图。 10V， 2A， R22 ，R35 ，R1 。(1) 求电阻 R 中的电流 I； 求电阻 R 中的电流 I (2)计算理想电压源 U1 中的电流 IU1 和理想电流源 IS 两端 (2)计算理想电压源 中的电流 I 和理想电流源 I 计算理想电压源 U 的电压 U (3)分析功率平衡 分析功率平衡。
28、的电压UIS；(3)分析功率平衡。IR1 IU1 R3 R1U + IS _ I U _ 1 R2 S U _ b (a)a +aIaI I I1 R1 IS R R+ R U1 _R1 IS(b)b(c) b1.6 电压源与电流源解：(1)由电源的性质及电源的等效变换可得： (1)由电源的性质及电源的等效变换可得 由电源的性质及电源的等效变换可得： I 1 + I S 10 + 2 U 1 10 = A = 6A I1 = A = 10A I = = 2 2 R1 1 (2)由图 可得： 由图(a)可得 由图 可得： I R 1 = I SI = 2 A4 A = 4 AU 1 10 I R
29、3 = A = 2A = R3 5 理想电压源中的电流 I U1= I R3I R1 = 2A(4) A = 6 A理想电流源两端的电压U IS = U + R2 I S = RI + R2 I S = 1 6V + 2 2V = 10V1.6 电压源与电流源(3)由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 由计算可知，由计算可知 都是电源，发出的功率分别是： 都是电源，发出的功率分别是：PU 1 = U1 IU 1 = 10 6 = 60 W PIS = U IS I S = 10 2 = 20 W 各个电阻所消耗的功率分别是： 各个电阻所消耗的功率分别是：PR = RI 2 = 1 6 2
30、= 36 W2 PR1 = R1 I R1 = 1 （4 2 = 16 W ）PR 2 = R2 I S 2 = 2 2 2 = 8 WPR 3 = R3 I R 3 2 = 5 2 2 = 20 W 两者平衡： 两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W 80W=80W1.6 电压源与电流源 四、受控源电路的分析独立电源： 独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受 外电路的控制而独立存在的电源。 外电路的控制而独立存在的电源。受控电源： 受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中 其它部分的电流或电压控制的电源。 其它部分的电流或电压控制的电源。 受控源的特点：当控制电压或
31、电流消失或等于零时， 受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时， 受控源的电压或电流也将为零。 受控源的电压或电流也将为零。 对含有受控源的线性电路， 对含有受控源的线性电路，可用前几节所讲的 电路分析方法进行分析和计算 ，但要考虑受控 的特性。应用：用于晶体管电路的分析。 的特性。应用：用于晶体管电路的分析。 四种理想受控电源的模型： 四种理想受控电源的模型：电 I1=0 压 控 + 制 U1 电 压 源 电 I1=0 压 控 + 制 U 1 电 流 源I2 + _ U 1 (a)VCVS I2 gU1 (c) VCCS + U2 + U2 -电 I1 流 控 + 制 U1=0 电 压
32、源 电 I1 流 控 + 制 U1=0 电 流 源I2 + _ + U2 I2I1(b)CCVS + U2 I1-(d) CCCS1.7 电源有载工作、开路与短路 电源有载工作、一、电源有载工作 开关闭合,接通 开关闭合 接通 电源与负载 特征: 特征 E + ? I + U ? I RR0E I= R0 + RU = IR 电流的大小由负载决定。 电流的大小由负载决定。 负载端电压 或 U = E IR0 在电源有内阻时， 在电源有内阻时，I U 。 0，负载；、 参考方向相同， ，负载； P = UI 0，电源； 、 参考方向不同， ，电源； P = UI IN ，P PN (设备易损坏)
33、 欠载(轻载) 欠载(轻载)：I IN ，P PN (不经济) 不经济)1.7 电源有载工作、开路与短路 电源有载工作、二、电源开路开关 断开 特征: 特征 I=0 E + ? I + U0 ? RRoU = U0 = E 电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率 P= 0 I 有 源 电路中某处断开时的特征: 电路中某处断开时的特征: 电 1. 开路处的电流等于零； 开路处的电流等于零； 路 I =0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定。 视电路情况而定。+ U 1.7 电源有载工作、开路与短路 电源有载工作、 I 三、电源短路电源外部端子被短接 E + + U0 R 特征: 特征 R0 ? E I = IS = 短路电流（很大） 短路电流（很大） R0 U= 0 电源端电压 P= 0 负载功率 PE = ?P = I2R0 电源产生的能量全被内阻消耗掉 I 有 电路中某处短路时的特征: 电路中某处短路时的特征: + 源 电 U 短路处的电压等于零； 1. 短路处的电压等于零； 路 U =0 视电路情况而定。 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。 ?1
