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1、第一章电路基本概念第一章电路基本概念及电路元件及电路元件1第1页，共90页，编辑于2022年，星期二 课程性质课程性质:专业基础课专业基础课课程特点：课程特点：内容丰富，技术更新快，内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用极为广泛。紧密联系实际，应用极为广泛。本课是一切电类后续课程（数字电子技术、计算机本课是一切电类后续课程（数字电子技术、计算机原理、自动控制、单片机、嵌入式技术等）的基础。原理、自动控制、单片机、嵌入式技术等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。会造成很大影响。授课学时授课学时:理论理论7575学
2、时、实验学时、实验1616学时学时第2页，共90页，编辑于2022年，星期二主要教学环节主要教学环节习题习题独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧。方法和技巧。课堂教学课堂教学实验（另设课程）实验（另设课程）注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。使用方法，验证与探索相结合。期末考试期末考试：70%70%；平时平时：30%30%（作业和考勤）（作业和考勤）第3页，共90页，编辑于2022年，星期二教教 材材 及及 参参 考考 书
3、书电子学电子学教材：教材：殷瑞祥主编殷瑞祥主编 电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术 高等教育出版社高等教育出版社童诗白主编童诗白主编 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第第2版版 高等教育出版社高等教育出版社 邱关源主编邱关源主编 电路电路 第第5版版 高等教育出版社高等教育出版社参考书：参考书：第4页，共90页，编辑于2022年，星期二第5页，共90页，编辑于2022年，星期二第6页，共90页，编辑于2022年，星期二第7页，共90页，编辑于2022年，星期二第第1 1章章电路的基本概念及电路元件电路的基本概念及电路元件1.1 电路的组成及功能电路的组成及功能1.2 电路模型电路模型1.3
4、 电的基本物理量电的基本物理量1.4 电路设备的额定值电路设备的额定值1.6 无源电路元件无源电路元件1.7 有源电路元件有源电路元件1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第8页，共90页，编辑于2022年，星期二 重点：重点：1.1.电流、电压的参考方向及关联参考方向、电流、电压的参考方向及关联参考方向、2.2.电源和负载的判断电源和负载的判断 3.3.电位的计算电位的计算 4.4.基尔霍夫定律的内容及应用。基尔霍夫定律的内容及应用。难点：难点：电功率的计算及对电路发出和吸收功率的判电功率的计算及对电路发出和吸收功率的判断（电源和负载的判断）
5、、电位计算、基尔霍夫定断（电源和负载的判断）、电位计算、基尔霍夫定律应用。律应用。教学重点和难点教学重点和难点第9页，共90页，编辑于2022年，星期二电路的组成部分电路的组成部分电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线1.1 1.1 电路的组成及其作用电路的组成及其作用第10页，共90页，编辑于2022年，星期二直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、
6、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息电路的电路的组成部分组成部分放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为电源或信号源的电压或电流称为激励激励，它推动电路工，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为作；由激励所产生的电压和电流称为响应响应。第11页，共90页，编辑于2022年，星期二 (1)(1)实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒电路的作用电路的作用发
7、电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第12页，共90页，编辑于2022年，星期二实际电路的实际电路的分析方法分析方法用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电用仪器仪表对实际电路进行测量，把实际电路抽象为路抽象为电路模型电路模型，用电路理论进行分，用电路理论进行分析、计算。析、计算。1、理想电路元件、理想电路元件 实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件实际的电路是由一些按需要起不同作用的元件或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、或器件所组成，如发电机、变压器、电动机、电池、电阻器等，它们的电磁性质是很复杂的。电阻器等，它们的电磁性质
8、是很复杂的。1.21.2电路模型电路模型第13页，共90页，编辑于2022年，星期二i例如：一个白炽灯在有电流通过时例如：一个白炽灯在有电流通过时R R L 消耗电消耗电能能（电阻性）（电阻性）产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量（电感性）（电感性）忽略忽略L L 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成把它看成理想电路元件理想电路元件。理想电路元件理想电路元件第14页，共90页，编辑于2022年，星期二电源负载连接导线实际电路实际电路电路模型电路模型
9、 将实际电路中的元件用将实际电路中的元件用理想电路元件理想电路元件表示、连表示、连接，称为实际电路的接，称为实际电路的电路模型电路模型电路模型电路模型。2、电路模型、电路模型开关SR+R0US第15页，共90页，编辑于2022年，星期二220V开关开关S镇流器镇流器L启辉器启辉器Q日光灯管日光灯管R实际电路实际电路电容器电容器CR Ls Cus+-电路模型电路模型第16页，共90页，编辑于2022年，星期二3 3、电路的分类、电路的分类 1.1.集总参数电路：其电路的几何尺寸集总参数电路：其电路的几何尺寸l0 0，相同，相同，i 0 0，相反。，相反。例如：例如：实际方向与实际方向与参考方向相
10、同参考方向相同实际方向与实际方向与参考方向不相同参考方向不相同 第19页，共90页，编辑于2022年，星期二1.3.2、电压、电位及电动势、电压、电位及电动势1.电位电位 电场力将单位正电荷从电路某一点移至电场力将单位正电荷从电路某一点移至参考点参考点消耗消耗的电能。用的电能。用V 表示。单位：伏表示。单位：伏特特（V）。）。参考点也称接地，用参考点也称接地，用 表示，其电位为零。表示，其电位为零。2.电压电压 电场力将单位正电荷从电路某一点移至另一点消耗电场力将单位正电荷从电路某一点移至另一点消耗的电能。用的电能。用U 表示。单位：伏表示。单位：伏特特（V）。）。电压：两点的电压：两点的电位
11、差电位差。如。如Uab=Va-Vb 某点电位：该点与参考点的电压。某点电位：该点与参考点的电压。即即Va=Va-Vo=Uao电压方向：规定电压方向：规定高高电位电位低低电位，即电位电位，即电位降低降低方向。方向。第20页，共90页，编辑于2022年，星期二3.电动势电动势 电源中的局外力（非电场力）将单位正电荷从电源中的局外力（非电场力）将单位正电荷从电源电源的负极的负极移至正极所转换而来的电能。用移至正极所转换而来的电能。用E 表示。单位：伏表示。单位：伏特特（V）。）。电动势方向：电源电动势方向：电源负极负极正极正极，即电位，即电位升高升高方向。方向。EI+-+-USUL第21页，共90页
12、，编辑于2022年，星期二小结小结：电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V电位：电位：电路中某点至电路中某点至参考点参考点的的电压电压第22页，共90页，编辑于2022年，星期二国际单位制的换算国际单位制的换算 以电流以电流(A)为例为例:1MA=106A
13、,1kA=103A 1mA=10-3A,1A=10-6A 1nA=10-9A,1pA=10-12A第23页，共90页，编辑于2022年，星期二US+_ISR1R2I I任意假定任意假定一个方向作为电路分析一个方向作为电路分析和计算时的参考，这些假定的方和计算时的参考，这些假定的方向称为向称为参考方向或正方向参考方向或正方向，标，标注在电路图上。注在电路图上。IU 关联参考方向关联参考方向注意：方向任意假定，但注意：方向任意假定，但取取值有正有负。值有正有负。5 5、电压电流的关联参考方向、电压电流的关联参考方向第24页，共90页，编辑于2022年，星期二1.电功率电功率：单位时间电路消耗的能量
14、。为直流时：单位时间电路消耗的能量。为直流时p=ui功率随时间变化时，则有功率随时间变化时，则有即即单位：瓦特（单位：瓦特（W)1.3.31.3.3、电功率与电能、电功率与电能第25页，共90页，编辑于2022年，星期二电电 功功 率率aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I参考参考方向不方向不一致结果如何？一致结果如何？第26页，共90页，编辑于2022年，星期二 在在 U、I 数值为正的前提下数值为正
15、的前提下 IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）“发出功率发出功率”（电源）（电源）若若 P=UI 0若若 P=-UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）=P（发出）（发出）第27页，共90页，编辑于2022年，星期二U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负号由式前的正负号由U、I 是否是关联参考方向来确是否是关联参考方向来确定；定；U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实
16、际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。U=I R U U=IRIRP=UI P=UI 第28页，共90页，编辑于2022年，星期二(1)电路图中标出的方向均为参考方向。电路图中标出的方向均为参考方向。(2)选用哪一种参考方向，原则上任意。习惯上：无源选用哪一种参考方向，原则上任意。习惯上：无源元件取关联参考方向；有源元件取非关联参考方向。元件取关联参考方向；有源元件取非关联参考方向。(3)u、i 参考方向一经确定，计算过程中不得改变。参考方向一经确定，计算过程中不得改变。(4)从从 P 的的+或或-可以区分器件的性质，或是电可以区分器件的性质，或是电 源源(P 0)。说明及说明及结论结
17、论：第29页，共90页，编辑于2022年，星期二定义：一段时间内电路消耗的功率。可表为：定义：一段时间内电路消耗的功率。可表为：W=P t若功率随时间变化，则：若功率随时间变化，则：单位：焦耳单位：焦耳Ju、i 方向与方向与w的关系：的关系：u、i 方向如图示：方向如图示：w0，吸收；，吸收；w0，发发出。出。2.电能电能第30页，共90页，编辑于2022年，星期二小结：电路中物理量的方向小结：电路中物理量的方向物理量的物理量的方向方向：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。参考方向：参考方向：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分
18、析计算时，对电量人为规定的方向。第31页，共90页，编辑于2022年，星期二物理量物理量实实 际际 方方 向向电流电流 I正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势E (电位升高的方向电位升高的方向)电压电压 U(电位降低的方向电位降低的方向)高电位高电位 低电位低电位单单 位位kA、A、mA、A低电位低电位 高电位高电位kV、V、mV、VkV、V、mV、V电位：电位：电路中某点至电路中某点至参考点参考点的的电压电压小结：电路中物理量的方向小结：电路中物理量的方向第32页，共90页，编辑于2022年，星期二物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电电池池灯灯泡泡IRUabE+_abu_+
19、正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。第33页，共90页，编辑于2022年，星期二电路分析中的电路分析中的参考方向参考方向问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量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？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_第34页，共90页，编辑于2022年，星期二(1)在解题前先设定一个在解题前先设定一个参考方向，参考方向，是是任意假设任意假设的的；解决
20、方法步骤解决方法步骤(3)根据计算结果确定实际方向：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。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；的代数表达式；注意：注意：一定要先假定物理量的参考方向，然后再列方程一定要先假定物理量的参考方向，然后再列方程 计算。缺少计算。缺少“参考方向参考方向”的物理量是毫无意义的的物理量是毫无意义的.第35页，共90页，编辑于2022年，星期二例例已知：已
21、知：E=2V,R=1问：问：当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示；假定电路中物理量的参考方向如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：E IRRabU+_+_UR+_第36页，共90页，编辑于2022年，星期二(3)数值计算数值计算（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向一致）（实际方向与参考方向相反）（实际方向与参考方向相反）E IRRURabU+_+_+_第37页，共90页，编辑于2022年，星期二一、电阻元件一、电阻元件1.定义定义：由：由u-i 平面的一条曲线确定的二端元件在任一时刻的平面的一条曲线确定的二端元件在任
22、一时刻的电压电流关系，此二端元件称为二端电阻元件。此曲线称电压电流关系，此二端元件称为二端电阻元件。此曲线称为为伏安特性曲线伏安特性曲线。1-4 1-4 无源元件无源元件(电阻、电容、电感电阻、电容、电感)及其特性及其特性2.分类分类：iuo o（a a）非线性时不变电阻非线性时不变电阻iuot1 1t2 2（b b）线性时变电阻线性时变电阻iuo ot1 1t2 2（c c）非线性时变电阻非线性时变电阻第38页，共90页，编辑于2022年，星期二3 3.线性电阻线性电阻（线性时不变电阻）（线性时不变电阻）定义：元件上电压正比于电流，定义：元件上电压正比于电流，该元件称为线性电阻。该元件称为线
23、性电阻。电阻元件的电路符号电阻元件的电路符号u=R i RiuO O注意：注意：当当u、i 取关联参考方向时，上取关联参考方向时，上式成立。式成立。第39页，共90页，编辑于2022年，星期二 电导电导的定义：的定义：单位：电导为单位：电导为S，电阻为，电阻为。欧姆定律还可表为：欧姆定律还可表为：i=G u或或单位：电导为单位：电导为S，电流用电流用A，电压用，电压用V。第40页，共90页，编辑于2022年，星期二4.线性电阻元件吸收的功率线性电阻元件吸收的功率 任意电路段任意电路段u、i 取关联参考方向时，吸收的功率为：取关联参考方向时，吸收的功率为：p=ui注意：欧姆定律及上式的使用条件为
24、注意：欧姆定律及上式的使用条件为 u、i 取取关联关联参考方向。参考方向。若取非关联参考方向，以上各式前加负号若取非关联参考方向，以上各式前加负号。5.电阻元件吸收的电能电阻元件吸收的电能 u、i 取关联参考方向时任意段电路吸收的电能为：取关联参考方向时任意段电路吸收的电能为：直流时：直流时：W=P(t-0)=Pt=RI2t=Gu2t第41页，共90页，编辑于2022年，星期二讨论：讨论：（1 1）电阻元件为耗能元件。电阻元件为耗能元件。（2 2）R=0，为短路，为短路，R=，为开路。，为开路。（3 3）R为无源元件，电源为无源元件，电源供供给给u、i 时时，WR 0，但但R本身不产生能量。本
25、身不产生能量。第42页，共90页，编辑于2022年，星期二二、电容元件二、电容元件电容元件符号如图电容元件符号如图示示：1 1.定义：由定义：由q-u平面的一条曲线确定的二端元件。表为：平面的一条曲线确定的二端元件。表为：f（q,u）=02 2.分类：分类：与与电阻元件电阻元件类似类似第43页，共90页，编辑于2022年，星期二电容元件电容元件第44页，共90页，编辑于2022年，星期二 电容的特点电容的特点 （1 1）电容元件为电容元件为储能储能元件；元件；（2 2）电容元件有电容元件有隔直通交隔直通交作用；作用；（3 3）电容元件为无源元件。电源提供电容元件为无源元件。电源提供u，所以，所
26、以WC 0，C本身不产生能量。本身不产生能量。第45页，共90页，编辑于2022年，星期二1.1.定义：由定义：由 -i 平面的一条曲线确定的二端元件。表为：平面的一条曲线确定的二端元件。表为：三、电感元件三、电感元件 电感元件符号如图示。电感元件符号如图示。f（,i）=02.2.分类：与电阻元件相类似。分类：与电阻元件相类似。即分为：即分为：线性时变电感元件线性时变电感元件 线性时不变电感元件线性时不变电感元件 非线性时变电感元件非线性时变电感元件 非线性时不变电感元件非线性时不变电感元件第46页，共90页，编辑于2022年，星期二电感元件电感元件第47页，共90页，编辑于2022年，星期二
27、电感的特点电感的特点 （1）电感元件为）电感元件为储能储能元件；元件；（2）电感元件对）电感元件对隔交通直隔交通直作用；作用；（3）电感元件为无源元件。）电感元件为无源元件。第48页，共90页，编辑于2022年，星期二小结：小结：1 1.三种线性无源二端元件电阻、电感和电容的定三种线性无源二端元件电阻、电感和电容的定义式为：义式为：2.2.在电压电流取关联参考方向的条件下，三元件的电压电在电压电流取关联参考方向的条件下，三元件的电压电流关系（流关系（VCR)分别为：分别为：注意：使用以上各公式中，各物理量的单位。注意：使用以上各公式中，各物理量的单位。u=R i 第49页，共90页，编辑于20
28、22年，星期二电压源：电压源：实际电源电动势与其内阻串联构成的一段电路。实际电源电动势与其内阻串联构成的一段电路。+-ERO+US-+-ERO+US-RI内阻内阻RO=0，即为理想电压源，即为理想电压源(恒压源恒压源)电流源：电流源：定值电流与内阻并联构成的一段电路。定值电流与内阻并联构成的一段电路。ISRO+-UI内阻内阻RO=，即为理想电流源，即为理想电流源(恒流源恒流源)ISRO+-UI四、电路中的独立电源四、电路中的独立电源第50页，共90页，编辑于2022年，星期二例例1-5 开开路路时时测测得得某某直直流流电电源源端端电电压压为为2424V，接接上上外外电电阻阻R后后，用用电电压压
29、表表测测得得R两两端端电电压压为为2020V，用用电电流流表表测测得得流流经经R的的电流电流 I=10A，求电阻，求电阻R与电源内阻与电源内阻RS。由题意知由题意知本题的电路模型如图所示。本题的电路模型如图所示。解：解：+_第51页，共90页，编辑于2022年，星期二 （1 1）a a，b b端开路，不接负载时，端开路，不接负载时，=uOC=0此时此时 i=0，iSa ab bRSui特例：特例：第52页，共90页，编辑于2022年，星期二=0iSC（2 2）a a，b b短路，电源短路时，短路，电源短路时，一般情况下，为带负载正常工作。一般情况下，为带负载正常工作。iSa ab bRSuiu
30、=0 （1 1）a a，b b端开路，不接负载时，端开路，不接负载时，此时此时 i=0，特例：特例：第53页，共90页，编辑于2022年，星期二1.1.理想电压源（恒压源）理想电压源（恒压源）特点特点输出电压输出电压是是由它本身确定的由它本身确定的定值定值，与输出电，与输出电流和外电路情况流和外电路情况无无关关。输出电流输出电流不不是定值，与输出是定值，与输出电压和外电路情电压和外电路情况况有关有关。凡是与恒压源凡是与恒压源并联并联的元件的元件电压为恒压源电压。电压为恒压源电压。第54页，共90页，编辑于2022年，星期二.理想电流源（恒流源）理想电流源（恒流源）输出电流输出电流是是由它本身确
31、定的由它本身确定的定定值值，与输出电压和，与输出电压和外电路情况外电路情况无关无关。输出电压输出电压不不是定值，与输出电是定值，与输出电流和外电路情况流和外电路情况有有关关。特点特点 凡是与恒流源凡是与恒流源串联串联的元件的元件电流为恒流源电流。电流为恒流源电流。第55页，共90页，编辑于2022年，星期二3 3理想有源元件的两种工作状态理想有源元件的两种工作状态电源：电源：实际电流从电源电压的实际电流从电源电压的“+”极性端极性端流出流出，产生电功率，产生电功率；+-UI负载：负载：实际电流从负载电压的实际电流从负载电压的“+”极性端极性端流入流入，消耗电功率。，消耗电功率。+-UI例：例：
32、U1=9V，I=-1A，R=3。判断元件判断元件1 1、2 2分分别别是是电电源源还还是是负负载载？12+-U1U2IR电流从元件电流从元件1 1的电压的电压U1“+”端流入，故元件端流入，故元件1 1为负载；为负载；电流从元件电流从元件2 2的电压的电压U2“+”端流出，故元件端流出，故元件2 2为电源。为电源。解：解：理想电源理想电源第56页，共90页，编辑于2022年，星期二图示电路的两个理想电源中理想电压源是图示电路的两个理想电源中理想电压源是 （电源、（电源、负载）负载）;理想电流源是理想电流源是 （电源、负载），并检查功率（电源、负载），并检查功率平衡。平衡。第57页，共90页，编
33、辑于2022年，星期二1.5 1.5 电路的工作状态电路的工作状态1.5.1 1.5.1 开路状态开路状态1.5.3 1.5.3 负载状态负载状态1.5.2 1.5.2 短路状态短路状态第58页，共90页，编辑于2022年，星期二1.5.1 1.5.1 开路状态开路状态1.5 1.5 电路的三种状态电路的三种状态电源与负载断开，称为开路状态电源与负载断开，称为开路状态,又称空载状态。又称空载状态。所以，当开关断开时，用电笔试开关前火线各点仍然带电。因此，所以，当开关断开时，用电笔试开关前火线各点仍然带电。因此，所以，当开关断开时，用电笔试开关前火线各点仍然带电。因此，所以，当开关断开时，用电笔
34、试开关前火线各点仍然带电。因此，电路开关一定要接在火线上或电源的正端，否则，开关断开时，电路开关一定要接在火线上或电源的正端，否则，开关断开时，电路开关一定要接在火线上或电源的正端，否则，开关断开时，电路开关一定要接在火线上或电源的正端，否则，开关断开时，负载仍然带电。负载仍然带电。负载仍然带电。负载仍然带电。第59页，共90页，编辑于2022年，星期二 短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流I I I IS S S
35、SU U U US S S S/R/R/R/R0 0 0 0很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。1.5.2 1.5.2 短路状态短路状态电源两端没有经过负载而直接连在一起时
36、电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。称为短路状态。第60页，共90页，编辑于2022年，星期二1.5.3 1.5.3 负载状态负载状态P=UI：电源输出的功率：电源输出的功率PS=USI：电源产生的功率：电源产生的功率P=I2R0：内阻消耗的功率：内阻消耗的功率第61页，共90页，编辑于2022年，星期二电气设备的额定值与实际值电气设备的额定值与实际值 额定值概念：额定值概念：在实际电路中，电气设备的电压、电流都有在实际电路中，电气设备的电压、电流都有一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的工作能力、一个额定值，它是制造厂家综合考虑了用电设备的工作能力、运行性能、经济性、可
37、靠性及其使用寿命等命等因素制定的。运行性能、经济性、可靠性及其使用寿命等命等因素制定的。电路中通常以电路中通常以UN、IN、PN表示。表示。欠载欠载(轻载轻载)：I IN，P IN，P PN (设备易损坏设备易损坏)额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN (经济合理安全可靠经济合理安全可靠)第62页，共90页，编辑于2022年，星期二例例：设设图图示示电电路路中中的的电电源源额额定定功功率率PN=22kW，额额定定电电压压UN=220V，内阻，内阻R0=0.2，R为可调节的负载电阻。求：为可调节的负载电阻。求：（1）电源的额定电流）电源的额定电流IN；（2）电源开路电压）电源开路电压U
38、0C；（3）电源在额定工作情况下的负载电阻）电源在额定工作情况下的负载电阻RN；（4）负载发生短路时的短路电流）负载发生短路时的短路电流ISC。第63页，共90页，编辑于2022年，星期二解：解：(1)电源的额定电流为：电源的额定电流为：(2)电源开路电压为：电源开路电压为：(3)电源在额定状态时的负载电阻为：电源在额定状态时的负载电阻为：(4)短路电流为：短路电流为：第64页，共90页，编辑于2022年，星期二11 6 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 古斯塔夫古斯塔夫罗伯特罗伯特基尔霍夫基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824 1887）德国物理学家，柏林科学院院士德
39、国物理学家，柏林科学院院士 u1847年发表的两个电路定律年发表的两个电路定律（基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律）（基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律），发展了欧姆定律，对电路理论有重大作用。发展了欧姆定律，对电路理论有重大作用。u与化学家本生一同开拓出一个新的学科领域与化学家本生一同开拓出一个新的学科领域 光谱分析光谱分析，并发现了铯和锶两种元素。，并发现了铯和锶两种元素。u提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律，这是辐射理论的重要基础，提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律，这是辐射理论的重要基础，并成为量子论诞生的契机，促使天体物理学得到发展。并成为量子论诞生的契机，促使天体物理学得到发展。第65页，
40、共90页，编辑于2022年，星期二基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律(Kirchhoffs current lawKCL)基尔霍夫基尔霍夫电压定律电压定律(Kirchhoffs voltage lawKVL)基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的基础。基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的基础。11 6 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 第66页，共90页，编辑于2022年，星期二一、一、电路术语电路术语1.支路支路(branch)：电路中的每一分支称为支路，一条电路中的每一分支称为支路，一条支路流过同一个电流。支路流过同一个电流。(b)2.节点节点(node):电路中三条或三条以上支路的连接点称为电路中三
41、条或三条以上支路的连接点称为节点。节点。(n)3.回路回路(loop)：电路中的任意一个闭合路径称为回路。电路中的任意一个闭合路径称为回路。(l)4.网孔网孔(mesh)：回路中不包含其他支路的最简单的回路称回路中不包含其他支路的最简单的回路称为网孔，网孔是回路，但回路不一定是网孔为网孔，网孔是回路，但回路不一定是网孔第67页，共90页，编辑于2022年，星期二+_R1uS1+_uS2R2R3abn=2l=3123b=3123二、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电流定律(KCL)在集总参数电路中，任一时刻流出在集总参数电路中，任一时刻流出(流入流入)任一任一节点的各支路电流的代数和为零。节点的各支
42、路电流的代数和为零。即即m=2第68页，共90页，编辑于2022年，星期二物理基础物理基础:电荷守恒，电流连续性电荷守恒，电流连续性或或：如图所示电路如图所示电路I1I2I3I4 注意：注意：以形式以形式1列式时，若流入节点的电流前取列式时，若流入节点的电流前取“+”，则则流出节点的电流前取流出节点的电流前取“”；反之亦可。；反之亦可。每项电流本身的正负取值表示该电流的每项电流本身的正负取值表示该电流的的实际的实际方向与参考方向相同或相反方向与参考方向相同或相反 第69页，共90页，编辑于2022年，星期二RCICRBIBIEBCEUCC可将可将KCL推广到推广到电路中任何一个电路中任何一个假
43、定的闭合面。假定的闭合面。广义结点广义结点IC+IB-IE0I=?I=02+_+_I5 1 1 5 6V12VKCL的推广：的推广：7A4Ai110A-12Ai2i2=10+7+(-12)-4 =1A 第70页，共90页，编辑于2022年，星期二三、三、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）表述一表述一表述二表述二 在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。等于电位降之和。在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负
44、号。正号，相反时取负号。所有电压均为正。所有电压均为正。第71页，共90页，编辑于2022年，星期二顺时针方向绕行顺时针方向绕行:电阻压降电阻压降电源压升电源压升R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0例例1I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4第72页，共90页，编辑于2022年，星期二图示电路：求图示电路：求U和和I。4A2A3V2V3 UI例例2U1解：解：I=2-4=-2AU1=3I=-6VU+U1+3-2=0，U=5V或或U2-3-U1=5V第73
45、页，共90页，编辑于2022年，星期二 KVLKVL通常用于闭合回路，但也可推广应通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一用到任一不闭合不闭合的电路上。的电路上。例：列出下图的例：列出下图的KVL方程方程第74页，共90页，编辑于2022年，星期二当电源有一个极接地时，省略电源，用不当电源有一个极接地时，省略电源，用不接地极的电位代替之。接地极的电位代替之。a20 6 E290V E1140V5-+b-90V20 5+140V6 ab电源简化画法：电源简化画法：*1.7*1.7电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算第75页，共90页，编辑于2022年，星期二电位在电路中的表示法电位在电路中
46、的表示法R1R2R3+E1-E2E1+_E2+_R1R2R3第76页，共90页，编辑于2022年，星期二 电位的计算步骤电位的计算步骤:(1)(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；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)(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；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)(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。第7
47、7页，共90页，编辑于2022年，星期二E1=140V+_E2=90V+_20 5 6 4A6A10AcbdaUab=6 10=60VUca=20 4=80VUda=5 6=30VUcb=140VUdb=90V以以a点为参考点点为参考点Vb-Va=Uba Vb=Uba=-60VVc-Va=Uca Vc=Uca=+80VVd-Va=Uda Vd=Uda=+30V例例以以b点为参考点点为参考点第78页，共90页，编辑于2022年，星期二E1=140V+_E2=90V+_20 5 6 4A6A10Acbda以以b电为参考点电为参考点 Va=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V
48、以以a电为参考点电为参考点Vb=Uba=60VVc=Uca=80VVd=Uda=30V第79页，共90页，编辑于2022年，星期二等电位点等电位点所谓所谓等电位点等电位点是指电路中电位相同的点。是指电路中电位相同的点。其中其中a、b两点电位相等都是两点电位相等都是3V3V，它们是等电位点。，它们是等电位点。例如下图中，例如下图中，a a、b b两点的电位分别是两点的电位分别是 第80页，共90页，编辑于2022年，星期二【例】【例】求下图所示电路中，当求下图所示电路中，当S断开和闭合时两种情断开和闭合时两种情况下况下a点的电位点的电位V。解解（1）当当S断断开开时时，电电路路为为单单一一支支路
49、路，三三个电阻上流过同一电流，因此可得下式：个电阻上流过同一电流，因此可得下式：求得求得：（2）当当S闭闭合合时时，则则V0 0，4K4K和和20K20K电电阻阻上上流流过过同同一一电电流。因此流。因此：求得求得：第81页，共90页，编辑于2022年，星期二R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-第82页，共90页，编辑于2022年，星期二(1)电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压；为零）之间的电压；(2)参考点选的不同，电路中各点的电位值随参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任
50、意两点间的电压值是不变的。着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点所以各点电位电位的高低是的高低是相对相对的，而两点间的的，而两点间的电电压压是是绝对绝对的的电位小结电位小结第83页，共90页，编辑于2022年，星期二总结总结v四个物理量四个物理量 v三种状态三种状态 v三个定律三个定律 第84页，共90页，编辑于2022年，星期二四个物理量四个物理量1、电流、电压的参考方向是任意假定的；、电流、电压的参考方向是任意假定的；数值是正，表示实际方向与参考方向一致；数数值是正，表示实际方向与参考方向一致；数值是负，表示实际方向与参考方向相反。值是负，表示实际方向与参考方向相反。2、功率、功