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1、电路基础知识第1页，本讲稿共50页 第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律第2页，本讲稿共50页1.7 1.7 电感元件电感元件1.6 1.6 电容元件电容元件1.8 1.8 电压源和电流源电压源和电流源 1.9 1.9 受控电源受控电源1.10 1.10 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.3 1.3 电功率和能量电功率和能量1.4 1.4 电路元件电路元件1.5 1.5 电阻元件电阻元件第3页，本讲稿共50页 重点：重点：1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向2.2.电路元件特
2、性电路元件特性3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律第4页，本讲稿共50页1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1、概念：、概念：电路电路-是电流的通路，是为了某种需要由某些电工设备或是电流的通路，是为了某种需要由某些电工设备或 元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电源电源(source)：提供能量或信号：提供能量或信号.负载负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对：将电能转化为其它形式的能量，或对 信号进行处理信号进行处理.导线导线(line)
3、、开关开关（switch)等：将电源与负载接成通路等：将电源与负载接成通路.第5页，本讲稿共50页2 2、作用：、作用：1.1.1.1.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 电电池池灯灯泡泡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第6页，本讲稿共50页3、结构：、结构：电电池池灯灯泡泡电源电源: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第7页，本讲稿共5
4、0页放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒直流电源直流电源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、检波等放大、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加。负载增加指负载取用的电流和功率增加。第8页，本讲稿共50页4、电路模型：、电路模型：R+RoE-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线S 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足一般要将实际电路模型化，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，从以反映其电磁
5、性质的理想电路元件或其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。而构成与实际电路相对应的电路模型。第9页，本讲稿共50页1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。物理量物理量单单 位位实实 际际方方 向向电流电流IA、mA、A正电荷运动的方向正电荷运动的方向电动势电动势 EV、kV、mV、V电位升高的方向电位升高的方向(低电位低电位 高电位高电位)电压电压U、V、kV、mVV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)1、实际方向：、实际方向：第10页，本讲稿共50页 （2 2）、表示方法）、
6、表示方法abIR电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：+正负号正负号abUI（1 1）、）、概念：概念：+_U+EaRb 在分析计算电路时，在分析计算电路时，对电量任意假定的方向。对电量任意假定的方向。箭标箭标Iab 双下标双下标2 2、参考方向、参考方向(正方向正方向)箭标箭标第11页，本讲稿共50页实际方向与参考方向一致，电流实际方向与参考方向一致，电流(或电压或电压)值为正；值为正；实际方向与参考方向相反，电流实际方向与参考方向相反，电流(或电压或电压)值为负。值为负。3 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4 4、注意：、注意：在参考方向选定后，电流（或电压）在
7、参考方向选定后，电流（或电压）值才有正负之分。值才有正负之分。对任何电路分析时都应先指定各处的对任何电路分析时都应先指定各处的 i,u 的参考方向。的参考方向。abIR例：例：若若 I=5A，则实际方向与参考方向一致，则实际方向与参考方向一致，若若 I=5A，则实际方向与参考方向相反。，则实际方向与参考方向相反。第12页，本讲稿共50页当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的“+”极性端流入，并从标极性端流入，并从标“”端流出，端流出，即电流的参考方向与电即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向压的参考方
8、向一致，也称电流和电压为关联参考方向。反。反之为非关联参考方向。之为非关联参考方向。5 5、关联参考方向：、关联参考方向：i+-Ru第13页，本讲稿共50页小结：小结：(1)分析电路前必须分析电路前必须选定选定电压和电流的电压和电流的参考方向参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在参考方向一经选定，必须在图中图中相应位置相应位置标注标注(包括方向和符号）包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。，在计算过程中不得任意改变。u=Ri+Riu+Riuu=Ri(3)参考参考方向不同时方向不同时，其，其表达式符号也不同表达式符号也不同，但实际方向不变。，但实际方向不变。第14页，本讲稿共50页1.3
9、 电功率和能量电功率和能量1、概念：、概念：电功率电功率 在电压电流关联参考方向下，电功率在电压电流关联参考方向下，电功率 p 可写成可写成p(t)=u(t)i(t)p 0 表明元件吸收电能，表明元件吸收电能，p 0 表明元件释放电能，表明元件释放电能，p 0 表明元件吸收电能表明元件吸收电能电能量电能量 单位单位 在国际单位制中，电流（A），电荷（C）库仑，电压（V），电能量（J）焦耳，功率（W）瓦特。第15页，本讲稿共50页1.4 1.4 电阻元件电阻元件电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。1.符号符号R2.欧姆定律欧姆定律(Ohms Law)(1)
10、电压与电流的参考方向设定为一致的方向电压与电流的参考方向设定为一致的方向Riu+u R iR 称为电阻，称为电阻，电阻的单位：电阻的单位：(欧欧)(Ohm，欧姆，欧姆)第16页，本讲稿共50页 伏安特性曲线伏安特性曲线:R tg 线性电阻线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。令令 G 1/RG称为电导称为电导则则 欧姆定律表示为欧姆定律表示为 i G u.电导的单位：电导的单位：S(西西)(Siemens，西门子，西门子)uiO电阻元件的伏安特性为电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线一条过原点的直线第17页，本讲稿共50页(2)电阻的电压和电流的参考方向相反电阻
11、的电压和电流的参考方向相反Riu+则欧姆定律写为则欧姆定律写为u Ri 或或 i Gu注意：注意：公式必须和参考方向配套使用公式必须和参考方向配套使用！3.功率和能量功率和能量Riu+Rip吸吸 ui (Ri)i i2 R u(u/R)u2/Rp吸吸 ui i2R u2/R功率：功率：u+任何时刻任何时刻,电阻元件绝不可能发出电能，它只能消耗电能。电阻元件绝不可能发出电能，它只能消耗电能。因此电阻又称为因此电阻又称为“无源元件无源元件”和和“耗能元件耗能元件”。第18页，本讲稿共50页Riu+3.开路与短路开路与短路对于一电阻对于一电阻R当当R=0，视其为短路。，视其为短路。i为有限值时，为有
12、限值时，u=0。当当R=，视其为开路。，视其为开路。u为有限值时，为有限值时，i=0。*理想导线的电阻值为零。理想导线的电阻值为零。能量：可用功表示。从能量：可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：第19页，本讲稿共50页1.5 电容元件电容元件 (capacitor)线线性性定定常常电电容容元元件件：任任何何时时刻刻，电电容容元元件件极极板板上上的的电电荷荷q与与电流电流 u 成正比。成正比。2、电路符号、电路符号1、电容器、电容器C+qq+-第20页，本讲稿共50页与电容有关两个变量与电容有关两个变量:C,q对于线性电容，有：对于线性电容，有：q=Cu 3.元件特性元件
13、特性C 称为电容器的电容称为电容器的电容电容电容 C 的单位：的单位：F(法法)(Farad，法拉，法拉)F=C/V=As/V=s/常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。Ciu+第21页，本讲稿共50页4、伏安特性：线性电容的、伏安特性：线性电容的qu 特性特性是过原点的直线是过原点的直线C=q/u tg 5、电压、电流关系：、电压、电流关系：u,i 取关联参考方向取关联参考方向Ciu+或或 quOi=Cdu/dt第22页，本讲稿共50页6 6、电容元件的功率和能量、电容元件的功率和能量 在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为 到到
14、t从从t -时间内，电容元件吸收的电能为时间内，电容元件吸收的电能为 dtduCuudtduCuip=则电容在任何时刻则电容在任何时刻t所储存的电场能量所储存的电场能量Wc将等于其将等于其 所吸收的能量。所吸收的能量。第23页，本讲稿共50页由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变化量：7 7、小结小结：(1)i的大小与的大小与 u 的的变化率成正比变化率成正比，与，与 u 的大小无关；的大小无关；(3)电容元件是一种记忆元件；电容元件是一种记忆元件；(2)电容在直流电路中相当于开路，有电容
15、在直流电路中相当于开路，有隔直作用隔直作用；(4)当当 u，i为关联方向时，为关联方向时，i=Cdu/dt；u，i为为非非关联方向时，关联方向时，i=Cdu/dt 。第24页，本讲稿共50页1.6 1.6 电感元件电感元件Li+u变量变量:电流电流 i ,磁链磁链 1、线性定常电感元件线性定常电感元件L 称为自感系数称为自感系数L 的单位：亨（利）的单位：亨（利）符号：符号：H(Henry）2、韦安韦安（i）特性）特性 i0第25页，本讲稿共50页3、电压、电流关系：电压、电流关系：由电磁感应定律与楞次定律由电磁感应定律与楞次定律i,右螺旋右螺旋e,右螺旋右螺旋u,e 一致一致u,i 关联关联
16、 i+u+eLi+u第26页，本讲稿共50页4、电感的储能电感的储能也是也是无损元件无损元件L是无源元件是无源元件第27页，本讲稿共50页(1)u的大小与的大小与 i 的的变化率变化率成正比，与成正比，与 i 的大小无关；的大小无关；(3)电感元件是一种记忆元件；电感元件是一种记忆元件；(2)电感在直流电路中相当于短路；电感在直流电路中相当于短路；(4)当当 u，i 为关联方向时，为关联方向时，u=L di/dt；u，i 为为非非关联方向时，关联方向时，u=L di/dt 。5、小结：小结：第28页，本讲稿共50页1.7 电压源和电流源电压源和电流源1、理想电压源：理想电压源：电源两端电压为电
17、源两端电压为uS，其值与流过它的电流，其值与流过它的电流 i 无关。无关。(2)特点：特点：(a)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：uS为常数为常数交流：交流：uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin t(1)电路符号电路符号uS+_i第29页，本讲稿共50页(3).伏安特性伏安特性US(a)若若uS=US，即即直直流流电电源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电电流流轴轴的的直线，反映电压与直线，反映电压与 电源中的电流无关
18、。电源中的电流无关。(b)若若uS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是 这这样样。电电压压为为零零的的电电压压源源，伏伏安安曲曲线线与与 i 轴轴重重合合,相相当当于于短短路路元元件件。uS+_iu+_uiO第30页，本讲稿共50页(4).理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(a)开路：开路：R，i=0，u=uS。(b)短短路路：R=0，i ，理理想想电电源源出出现现病病态态，因此理想电压源不允许短路。因此理想电压源不允许短路。*实实际际电电压压源源也也不不允允许许短短路路。因因其其内内阻阻小小，若若短短路路，电电流流很很大大，可
19、可能能烧烧毁毁电电源。源。US+_iu+_rUsuiOu=USri实际电压源实际电压源第31页，本讲稿共50页(5).功率：功率：或或p吸吸=uSi p发发=uSi (i,uS关联关联 )电场力做功电场力做功，吸收功率。吸收功率。电流（正电荷电流（正电荷）由低电位向高电位移动）由低电位向高电位移动外力克服电场力作功发出功率外力克服电场力作功发出功率 p发发 uS i (i,us非关联非关联）物理意义：物理意义：uS+_iu+_uS+_iu+_第32页，本讲稿共50页2、理想电流源理想电流源：电源输出电流为电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压，其值与此电源的端电压 u 无关。无关。(2).特
20、点：特点：(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b)电源两端电压电源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流：iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t(1).电路符号电路符号iS+_u第33页，本讲稿共50页(3).伏安特性伏安特性IS(a)若若iS=IS，即即直直流流电电源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电电压压轴轴的的直线，反映电流与直线，反映电流与 端电压无关。端电压无关。(b)若若iS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系
21、也也是是 这这样样 电电流流为零的电流源，伏安曲线与为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合轴重合,相当于开路元件相当于开路元件 uiOiSiu+_第34页，本讲稿共50页(4).理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路R(b)开开路路：R，i=iS，u。若若强强迫迫断断开开电电流流源源回回路路，电电路路模模型型为为病病态态，理理想想电电流流源不允许开路。源不允许开路。(a)短短路路：R=0，i=iS，u=0，电电流流源源被被短路。短路。iSiu+_(5).实际电流源的产生：实际电流源的产生：可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，有有些些电电子子器器件件输输出出具具备备电电流流源源特特性性
22、，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下光电池被激发产生一定值的电流等。下光电池被激发产生一定值的电流等。第35页，本讲稿共50页一一个个高高电电压压、高高内内阻阻的的电电压压源源，在在外外部部负负载载电电阻阻较较小小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。RUS+_iu+_rr=1000 ，US=1000 V，R=12 时时 当当 R=1 时，时，u=0.999 V 当当 R=2 时，时，u=1.999 VR1Aiu+_将其等效为将其等效为1A的电流源的电流源：当当 R=1 时，时
23、，u=1 V 当当 R=2 时，时，u=2 V与上述结果误差均很小。与上述结果误差均很小。第36页，本讲稿共50页(6).功率功率p发发=u is p吸吸=uisp吸吸=uis p发发=uisiSu+_iSu+_u,iS 关联关联 u,iS 非关联非关联 第37页，本讲稿共50页1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (Kirchhoffs Laws)基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律(Kirchhoffs Current LawKCL)和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(Kirchhoffs Voltage LawKVL)。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路
24、路电电压压和和电电流流的的约约束束关关系系，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律与元件特性构成了电路分析的基础。律与元件特性构成了电路分析的基础。第38页，本讲稿共50页1、几个名词：几个名词：(定义定义)(1).支路支路(branch)：电路中通过同一电流的每个分支。：电路中通过同一电流的每个分支。(b)(2).节点节点(node):三条或三条以上支路的连接点称为节点。三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n)(4).回路回路(loop)：由支路组成的闭合路径。：由支路组成的闭合路径。(l)b=3(3).路径路径(path)：两节点间的一条通路。路
25、径由支路构成：两节点间的一条通路。路径由支路构成(5).网孔网孔(mesh)：对：对平面电路平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。但回路不一定是网孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123第39页，本讲稿共50页例：例：支路：支路：ab、bc、ca （共（共6条）条）回路：回路：abd、abcd （共（共7 个）个）结点结点：a、b、c、d (共共4个）个）bI6E5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-网孔：网孔：abd、bcd （共（共3 个）个）第40页，本讲稿共50页2、基基尔尔霍霍夫夫电
26、电流流定定律律(KCL)：在在任任何何集集总总参参数数电电路路中中，在在任任一一时时刻刻，流流出出(流入流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。任一节点的各支路电流的代数和为零。即即物理基础物理基础:电荷守恒，电流连续性。电荷守恒，电流连续性。i4i2i1i3令流出为令流出为“+”(支路电流背离节点支路电流背离节点)i1+i2i3+i4=0i1+i3=i2+i47A4Ai110A-12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A 例例:47i1=0 i1=3A 第41页，本讲稿共50页AB+_1111113+_22.i4i3？A=B?i3=i4?A=B?AB+_1111113+_21.i2i1
27、i1=i2?i1=i2 A=B A=Bi3=i4思考：思考：第42页，本讲稿共50页首首先先考考虑虑（选选定定一一个个)绕绕行行方方向向:顺顺时针或逆时针时针或逆时针.R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例:顺时针方向绕行顺时针方向绕行:3、基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)：在在任任何何集集总总参参数数电电路路中中，在在任任一一时时刻刻，沿沿任任一一闭闭合合路路径径(按按固固定定绕绕向向)，各各支支路路电电压压的的代代数数和和为为零零。即即电阻压降电阻压降电源压升电源压升-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0
28、-U1+U2+U3+U4=US1-US4 I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第43页，本讲稿共50页推推论论：电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于两两点点间间任任一一条条路路径径经经过过的的各各元元件件电电压压的的代代数数和和。元元件件电电压压方方向向与与路路径径绕行方向一致时取正号，相反取负号。绕行方向一致时取正号，相反取负号。AB l1l2UAB(沿沿l1)=UAB (沿沿l2）电位的单值性电位的单值性I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4AB第44页，本讲稿共50页图示电路：求图示电路：求U和和I。1A3A2A3V2V3 U
29、I例例 1U1解：解：3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）例例210V5 5 i1i2ii2S求下图电路开关求下图电路开关S打开和闭合时的打开和闭合时的i1和和i2。S打开：打开：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S闭合：闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)第45页，本讲稿共50页KCL、KVL小结：小结：(1)KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对支支路路电电压压的线性约束。的线性约束。(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无
30、关。(3)KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是电电位位单单值值性的具体体现性的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。第46页，本讲稿共50页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 E2=UBE +I2R2 UBE=E2 I2R2E1+B+-R1+-E2R2EUBEI2_2正负号选择：正负号选择：（I R=E）当当 E、I 的参考方向与回路绕向相同取正，的参考方向与回路绕向相同取正，当当 E、I 的参考方向与回路绕向相反取负。的参考方向与回路绕向相反取负。3.开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：第47页，本讲稿共50页例：例：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-回路回路1：I1R1+I2R2+I3R3=E3 回路回路2：I4R4+I1R1-I6R6=E4回路回路3：I2R2+I5R5+I6R6=0第48页，本讲稿共50页第49页，本讲稿共50页多谢观看！第50页，本讲稿共50页