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1、电路的基本概念本讲稿第一页，共六十一页电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律 第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念 1.1.1 1.1.1 电路中的物理量电路中的物理量 1.1.2 1.1.2 电路元件电路元件电路的基本定律电路的基本定律1.2.1 1.2.1 欧姆定律欧姆定律1.2.2 1.2.2 克希荷夫定律克希荷夫定律 1.11.2 1.2 本讲稿第二页，共六十一页1.1 电路的基本概念1.1.11.1.1 电路的物理量1.1.21.1.2 电路元件 (一一)无源元件 (二二)有源元件本讲稿第三页，共六十一页1.1.11.1.1 电路的物理量电电池池灯灯泡泡电流电流电压电
2、压电动势电动势EIRU+_负载负载电源电源本讲稿第四页，共六十一页电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。本讲稿第五页，共六十一页物理量的实际正方向物理量的实际正方向本讲稿第六页，共六十一页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_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）
3、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。U本讲稿第七页，共六十一页电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（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本讲稿第八页，共六十一页(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(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
4、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；系的代数表达式；本讲稿第九页，共六十一页例例已知：已知：E=2V,R=1问：问：当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabU解：解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：列电路方程：本讲稿第十页，共六十一页(3)数值计算数值计算（实际方向与假设方向一致）
5、（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）E IRRURabU本讲稿第十一页，共六十一页(4)为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 正方向正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向
6、正方向”(即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示本讲稿第十二页，共六十一页 IRURab假设假设:与与 的方向一致的方向一致例例假设假设:与与 的方向相反的方向相反 IRURab本讲稿第十三页，共六十一页电电 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方向不一方向不
7、一致结果如何？致结果如何？本讲稿第十四页，共六十一页 在在 U、I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下，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）本讲稿第十五页，共六十一页本讲稿第十六页，共六十一页本讲稿第十七页，共六十一页本讲稿第十八页，共六十一页伏伏-安安 特性特性iuRiuui线线性性电电阻阻非非线线性性电电阻阻(一一)无源元件无源元件1.1.电阻电阻 R（常用单位：（常用单位：、k、M ）1.1.2 1.
8、1.2 电路元件电路元件本讲稿第十九页，共六十一页2.2.电感电感 L L：ui（单位：（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链线圈线圈匝数匝数磁通磁通本讲稿第二十页，共六十一页电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系ue ei当当(直流直流)时时,所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.本讲稿第二十一页，共六十一页线圈线圈面积面积线圈线圈长度长度导磁率导磁率电感和结构参数的关系电感和结构参数的关系线性电感线性电感:L=Const (如如:空心电感空心电感 不变不变)非线性电感非线性电感:L=Const (如如:铁心电感铁心电感 不为常数不为常数)
9、ue ei本讲稿第二十二页，共六十一页电感是一种储能元件电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：储存的磁场能量为：电感的储能电感的储能本讲稿第二十三页，共六十一页3.3.电容电容 C单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷（单位：（单位：F,F,pF）+-+q-qui电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_本讲稿第二十四页，共六十一页电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系当当(直流直流)时时,所以所以,在直流电路中电容相当于断路在直流电路中电容相当于断路.uiC本讲稿第二十五页，共六十一页极板极板面积面积板间板间距离距离介电介电常数常数电容和结构参数的关系电容和结构参数的关系线性电容线
10、性电容:C=Const (不变不变)非线性电容非线性电容:C=Const (不为常数不为常数)uiC本讲稿第二十六页，共六十一页电容的储能电容的储能电容是一种储能元件电容是一种储能元件,储存的电场能量为：储存的电场能量为：本讲稿第二十七页，共六十一页无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性（u 与与 i 的关系）的关系）LCR本讲稿第二十八页，共六十一页实际元件实际元件的特性可以用若干理想元件来表示的特性可以用若干理想元件来表示例：例：电感线圈电感线圈L：电感量：电感量R：导线电阻：导线电阻C：线间分布电容：线间分布电容参数的影响和电路的工作条件有关。参数的影响和电路的工作条件有
11、关。本讲稿第二十九页，共六十一页UR1R2LCR1UR2U为直流电压时为直流电压时,以上电路等效为以上电路等效为注意注意 L、C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用本讲稿第三十页，共六十一页1.1.电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型IUEUIRO+-ERo越大越大斜率越大斜率越大(二二)有源元件有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。本讲稿第三十一页，共六十一页理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）:RO=0 时的电压源时的电压源.特点特点：(1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势。压不变，其值恒等于电动势。即即
12、 Uab E；（2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE本讲稿第三十二页，共六十一页恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设:E=10VIE+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时：I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时：I=5A则：则：本讲稿第三十三页，共六十一页恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是_ 的变化
13、。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababR本讲稿第三十四页，共六十一页2.2.电流源电流源ISROabUabIIsUabI外外特特性性 电电流流源源模模型型RORO越大越大特性越陡特性越陡本讲稿第三十五页，共六十一页理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源):):RO=时的电流源时的电流源.特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS；abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。本讲稿第三十六页，共六十一页恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUI
14、sR设设:IS=1 A R=10 时，时，U=10 V R=1 时，时，U=1 V则则:例例本讲稿第三十七页，共六十一页恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向 理想恒流源两端理想恒流源两端可否被短路可否被短路？abIUabIsR本讲稿第三十八页，共六十一页恒流源举例恒流源举例IcIbUce 当当 I b 确定后，确定后，I c 就基本确定了
15、。在就基本确定了。在 IC 基本恒定基本恒定的范围内的范围内，I c 可视为恒流源可视为恒流源(电路元件的抽象电路元件的抽象)。cebIb+-E+-晶体三极管晶体三极管UceIc本讲稿第三十九页，共六十一页电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例IE R_+abUab=?Is原则原则：I Is s不能变，不能变，E E 不能变。不能变。电压源中的电流电压源中的电流 I=IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压本讲稿第四十页，共六十一页恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_
16、abIUabUab=E（常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI=Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变-I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变-Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定本讲稿第四十一页，共六十一页10V+-2A2 I讨论题讨论题哪哪个个答答案案对对?+-10V+-4V2 本讲稿第四十二页，共六十一页复习：复习：在复
17、杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向（一）参考方向（一）参考方向(1)先假定一个正方向，作为参考方向；先假定一个正方向，作为参考方向；(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：若计算结果为若计算结果为正正，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向一致一致；若计算结果为若计算结果为负负，则实际方向与假设方向，则实际方向与假设方向相反相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；E IRRURabU本讲稿第四十三页，共六十一页（二）电路元件（二）电路元件（1
18、）电阻）电阻（2）电感）电感ui在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路本讲稿第四十四页，共六十一页（3）电容）电容在直流电路中电容相当于断路在直流电路中电容相当于断路uiC本讲稿第四十五页，共六十一页（3）电压源）电压源理想电压源理想电压源IE+_abUab实际电压源模型实际电压源模型UIRO+-E本讲稿第四十六页，共六十一页（4）电流源）电流源理想电流源理想电流源abIUabIsISROabUabI实际电流源模型实际电流源模型本讲稿第四十七页，共六十一页1.2.11.2.1 欧姆定律欧姆定律1.2.21.2.2 克希荷夫定律克希荷夫定律(一一)克氏电流定律克氏电流定律 (二二)
19、克氏电压定律克氏电压定律电路的基本定律电路的基本定律1.2 本讲稿第四十八页，共六十一页RUI注意注意：用用欧姆定律列方程时，一定要在欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。图中标明正方向。RUIRUI欧姆定律1.2.11.2.1本讲稿第四十九页，共六十一页 广义欧姆定律广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律支路中含有电动势时的欧姆定律)当当 UabE 时，时，I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方向与图中假设方向一致当当 UabE 时，时，I 0 表明方向与图中假设方向相反表明方向与图中假设方向相反E+_baIUabR本讲稿第五十页，共六十一页1.2.2 克希荷夫氏定律（克氏定律
20、）克希荷夫氏定律（克氏定律）用来描述电路中各部分电压或各部分电流间用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系的关系,其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径本讲稿第五十一页，共六十一页支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）节点：节点：a、b、.(共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6
21、I4-本讲稿第五十二页，共六十一页(一一)克氏电流定律克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为的代数和为 0。I1I2I3I4克氏电流定律的克氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：例例或或：本讲稿第五十三页，共六十一页电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0克氏电流定律的扩展克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R
22、+_+_R本讲稿第五十四页，共六十一页(二二)克氏电压定律克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。例如：例如：回路回路 a-d-c-a电位升电位升电位降电位降即：即：或：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-本讲稿第五十五页，共六十一页电位升电位升电位降电位降E+_RabUabI克氏电压定律也适合开口电路。克氏电压定律也适合开口电路。例例本讲稿第五十六页，共六十一页关于独立方程式的讨论关于独立方程式的讨论 问题的提出：
23、在用克氏电流定律或电压定律列方程时，问题的提出：在用克氏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？究竟可以列出多少个独立的方程？例例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？本讲稿第五十七页，共六十一页克氏电流方程克氏电流方程：节点节点a：节点节点b：独立方程只有独立方程只有 1 个个克氏电压方程克氏电压方程：#1#2#3独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1本讲稿第五十八页，共六十一页设：电路中有设：电路中有N个节点，个节点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的独立的节点电流方程节点电流方程有有 (N-1)个个独立的独立的回路电压方程回路电压方程有有(B-N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方程：独立电压方程：个个本讲稿第五十九页，共六十一页讨论题讨论题求：求：I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3本讲稿第六十页，共六十一页结 束本讲稿第六十一页，共六十一页