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1、 第第1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 理想元件与电路模型理想元件与电路模型理想元件与电路模型理想元件与电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位
2、的概念及计算电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算1.1.1.1.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；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；2.2.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；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；3.3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解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；电功率和额定值的意义；电功率和额定值的意义；电功率和额定值的意义；4.4.会计算
3、电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。会计算电路中各点的电位。本章要求本章要求:1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 (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放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1.电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用 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，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。设备或电路元件按一定方式组合而成。发电机发
4、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2.2.电路的电路的电路的电路的组成部分组成部分组成部分组成部分电源电源: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:提供能源提供能源负载负载信号源信号源:提供信息提供信息2.2.电路的电路的电路的电路的组成部分组成部分组成部分组成部分放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电源或信
5、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，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等6电容器电容器晶体管晶体管电阻器电阻器线圈线圈运算放大器运算放大器电池电池实际器件实际器件二极管二极管1.2 理想元件与电路模型理想元件与电路模型1.1.1.1.理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件1.2 理想元件与电路模型理想元件与电路模型1.1.1.1.理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件实际器件实际器件理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件是实
6、际器件的数学模型，它用是实际器件的数学模型，它用精确精确的数的数学定义学定义描述实际器件的描述实际器件的主要主要电磁特性电磁特性。简称为简称为电路元电路元电路元电路元件件件件，用图形符号和数学表达式描述。用图形符号和数学表达式描述。注注注注1 1.理想电路元件只是实际电路器、部件的电磁特性的理想电路元件只是实际电路器、部件的电磁特性的近似表示近似表示；注注注注2.2.不同工作条件下，同一实际器、部件可以用不同模型（一个不同工作条件下，同一实际器、部件可以用不同模型（一个理想电路元件或多个元件的组合）表示。理想电路元件或多个元件的组合）表示。(b)线圈通过低频交流的模型线圈通过低频交流的模型(c
7、)线圈通过高频交流的模型线圈通过高频交流的模型(a)线圈的线圈的图形符号图形符号1.1.1.1.理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件电阻电阻电感电感电容电容电压源电压源电流源电流源常用电路元件图形符号：常用电路元件图形符号：10电路模型电路模型电路模型电路模型是由是由理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件构成的实际电路的理构成的实际电路的理想化模型。想化模型。实际电路实际电路电路模型电路模型在本课程中，研究的电路是指电路模型，简称电路。在本课程中，研究的电路是指电路模型，简称电路。2.2.电路模型电路模型1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规
8、定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向1.1.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、V12问题：问题：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际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？方向，电
9、路如何求解？电流方向电流方向AB or BA？ABU1RIRU2RRR假设电流假设电流AB可以吗？可以吗？(2)(2)参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：电流：Uab 双下标双下标电压：电压：(1)(1)参考方向参考方向参考方向参考方向I在分析与计算电路时，对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。Iab 双下标双下标2.2.电路基本物理量的电路基本物理量的电路基本物理量的电路基本物理量的参考方向参考方向参考方向参考方向箭箭标标abRI正负极性正负极性+abU U+_+R0E3V注意：注意：在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电
10、流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。14u或或i 0 时，实际方向与参考方向时，实际方向与参考方向一致一致。u或或i 0 时，实际方向与参考方向时，实际方向与参考方向相反相反。设定参考方向之后，根据电压、电流数值的正负来设定参考方向之后，根据电压、电流数值的正负来确定实际方向。确定实际方向。(3)(3)实际方向与实际方向与实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系参考方向的关系+R0E3VI=0.28AI=0.28AU+2.8VU+2.8V(4)(4)关联参考方向与非关联关联参考方向与非关联关联参考方向与非关联关联参考方向与非关联参考方向参考方向参考方向参考方
11、向 当两者方向当两者方向一致一致时，称为时，称为关联关联参考方向参考方向 当方向当方向不一致不一致时，称为时，称为非关联非关联参考方向参考方向电压和电流的参考方向可以任意假定电压和电流的参考方向可以任意假定IU+IU +(a)关联参考方向关联参考方向(b)非关联参考方向非关联参考方向16(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的方向按的方向按关联方向假设。关联方向假设。(3)方程式方程式U=RI 仅适用于电压和电流参考方向一致仅适用于电压和电流参考方向一致的情况。的情况。(1)“实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“参考方向参考方向”则则 是
12、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。(2)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“参考方参考方向向”(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)，然后再列方然后再列方程计算程计算。没有没有“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.提示提示例例已知：已知：US=2V,R=1问问:当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1)假定电路中电流电压的假定电路中电流电压的参考方向参考方向；(2)列电路方程：列电路方程：URIRUS Rab(3)数值计算数值计算(实际方向与参
13、实际方向与参考方向一致考方向一致)（实际方向与参（实际方向与参考方向相反）考方向相反）18普通金属普通金属膜电阻膜电阻电阻排电阻排热敏电阻热敏电阻绕线电阻绕线电阻R表贴电阻表贴电阻电阻的图形符号：电阻的图形符号：电阻元件电阻元件1.4 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律1.4 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律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：(1)式前的正负号由式前的正负号由U、I参考方向的关系确定；参考方向的关系确定；(2)U、I值本身的正负则说明实际方
14、向与参考方向值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。之间的关系。通常取通常取 U、I参考方向相同。参考方向相同。U=I R U U=IRIR电阻元件伏安特性电阻元件伏安特性-欧姆定律欧姆定律解解:对图对图(a)有有,U=IR例例:应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有,U=IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电流的参考方向电流的参考方向与实际方向相反与实际方向相反电压与电流参电压与电流参考方向相反考方向相反电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。电路端电压与电流的关系称为伏安特
15、性。电路端电压与电流的关系称为伏安特性。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该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。段电路电压与电流的比值为常数。I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性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。是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：电路中的每一个分支。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。一条支路流过一个电流，称为支路电流
16、。结点：结点：结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。回路：回路：回路：回路：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1（回路（回路1，回路，回路2，回路，回路3）（回路（回路1，回路，回路2）基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL定律定律)1 1定律定律定律定律 即即即即:入入入入=出出出出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。结点的电流。实质实质:电流连续性的体现。电流连续性的体现。电
17、流连续性的体现。电流连续性的体现。或或:=0对结点对结点a：I1+I2=I3或或I1+I2I3=0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3或在任一瞬间，流入任一结点的电流代数和等于零。或在任一瞬间，流入任一结点的电流代数和等于零。流入为正流入为正流出为负流出为负电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。2 2推广推广推广推广I=?例例:I=0IA+IB+IC=02+_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBICAIBCIA
18、BACBIC广义结点广义结点例例:图示电路中，已知图示电路中，已知I1=11mA，I4=12mA，I5=6mA。求求I2，I3和和I6。对节点对节点C有有:I6=I1I2=11(7)=18mA对节点对节点A有有:I3I1I51165mA对节点对节点B有有:I2=I3I4=512=7mA解解:根据根据KCL 基尔霍夫电流定律举例基尔霍夫电流定律举例基尔霍夫电流定律举例基尔霍夫电流定律举例ABC在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，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、。段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL定律定律)1 1定律定律定律定律即：即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2：E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或或I1R1+I3R3E1=0或或I2R2+I3R3E2=01 12 2I1I2I3ba E2R2 R3R1E11列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向；电位升电位升=电位降电位降 E2=UBE
20、+I2R2或或 U=0 I2R2 E2+UBE=02应用应用 U=0列方程时列方程时列方程时列方程时，项前符号的确定：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。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开口电压可按回路处理注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_US1b+a+R1+US2R2_de 例例 右图中右图中US1=12V，US2=8V。求求Ude?解：沿图示路径计算电压解：沿图示路径计算电压UdeUde=US1+US2=12+8=4(V)
21、KVL推论：两点之间的电压与路径无关。推论：两点之间的电压与路径无关。30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在在图图示示电电路路中，已中，已知：知：US5V，I1 1A。电电流流I2 为为()。(a)1A(b)2A(c)3AC 1.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路开关闭合开关闭合,接通电源与负载接通电源与负载负载端电压负载端电压U=IR1.电压电流关系电压电流关系1.5.1电源有载工作电源有载工作(1)电流的大小由负载决定。电流的大小由负载决定。(2)在电源有内阻时，在电源有内阻时，I U。或或U
22、=E IR0电源的外特性电源的外特性EUI0当当当当 R R0 00 时时,则说明则说明 U、I 的的实际方向实际方向一致一致，此部分电路消耗电功率，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。所以，从所以，从 P 的的 +或或 -可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 参考方向关联参考方向关联 当计算的当计算的 P 0 时时,则说明则说明 U、I 的的实际方向实际方向相反相反，此部分电路发出电功率，此部分电路发出电功率，为电源为电源。一个电路元件在电路中是起电源还是负载作用，一个电路元件在电
23、路中是起电源还是负载作用，要根据该元件上电压和电流的实际方向确定。要根据该元件上电压和电流的实际方向确定。电源与负载的判别：电源与负载的判别：例：求图示电路中，已知例：求图示电路中，已知U1=220V，U2=110V，I=5A，说明两个电压源哪个是电源，哪个是负载说明两个电压源哪个是电源，哪个是负载?根据根据根据根据 U U、I I 的的的的实际方向判别实际方向判别实际方向判别实际方向判别解：解：电压源电压源U1的电压电流实际方向相的电压电流实际方向相反，故为电源；反，故为电源；电压源电压源U2的电压电流实际方向相的电压电流实际方向相同，故为负载；同，故为负载；例例:图示电路中，供出功率的电源
24、是图示电路中，供出功率的电源是()。(a)理想电压源理想电压源 (b)理想电流源理想电流源 (c)理想电压源与理想电流源理想电压源与理想电流源b 电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备的额定值电气设备的额定值额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。例：例：一只一只220V,60W的白炽灯的白炽灯,接在接在220V的电源的电源上，试求通过电灯的电流和电灯在上，试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作电压下工作时的电阻。如果
25、每晚工作时的电阻。如果每晚工作3h(小时小时)，问一个月消耗，问一个月消耗多少电能多少电能?注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。解解:通过电灯的电流为通过电灯的电流为电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态电气设备的三种运行状态欠载欠载欠载欠载(轻载轻载轻载轻载)：I IN，P IN，P PN(设备易损坏设备易损坏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经济合理安全可靠经济合理安全可靠)在在220V电压下工作时的
26、电阻电压下工作时的电阻一个月用电一个月用电W=Pt=60W(3 30)h=0.06kW 90h=5.4kW.h特征特征:开关开关断开断开 电源开路电源开路I=0电源端电压电源端电压(开路电压开路电压)负载功率负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压开路处的电压U 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处断开时的特征电路中某处断开时的特征:I+U有有源源电电路路IRoR EU0 电源外部端子被短接电源外部端子被短接 电源短路电源短路特征特征:电源端电压电源端电压电源端电压电源端电压负载功率负载功率负载功率负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉电
27、源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大）短路电流（很大）短路电流（很大）U=0 PE=P=IR0P=01.短路处的电压等于零；短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流短路处的电流I 视电路情况而定。视电路情况而定。电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征:I+U有有源源电电路路IRRo E1.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记
28、为记为记为“V VX X”。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。通常设参考点的电位为零。1.1.电位的概念电位的概念电位的概念电位的概念 电位的计算步骤电位的计算步骤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
29、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。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。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。2.举例举例 求图示电路中求图示电路中各点的电位各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：设设a为参考点，为参考点，即即Va=0VV Vb b=U=Ubaba=106=106=60V60VV Vc c=U=
30、Ucaca =420=80V=420=80VV Vd d =U Udada=65=30V=65=30V设设b为参考点，即为参考点，即Vb=0VV Va a =U Uabab=106=60V=106=60VV Vc c =U Ucbcb=E E11=140V=140VV Vd d =U Udbdb=E E22=90V=90Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dU Uabab =106=60V106=60VU Ucbcb =E E1 1=140V=140VU Udbdb =E E2 2=90V=90VU Uabab =106=60V106=60VU Ucbcb =E E1
31、 1=140V=140VU Udbdb =E E2 2=90V=90V结论：结论：结论：结论：(1)(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；(2)(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，不会因参考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，不会因参考 点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，点的不同而变，即与零电
32、位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。即与零电位参考点的选取无关。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借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5+140V6 cd2k A+I I1 12k I I2 26V(b)例例例例1:1:图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA解解:(1)当开关当开关S S断开时断开时(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2=0，电位电位 VA=0V 。电流电流 I1=I2=0，电位电位 VA=6V 。2k+6VA2k SI I2 2I I1 1(a)电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通例例例例:图示电路中，已知：图示电路中，已知：U1U212V，R1R24kW，R3=16kW。求：。求：(1)S断开后断开后A点电位点电位VA；(2)S闭合后闭合后A点点电位电位VA。举例举例举例举例(1)S断开后断开后,设电流方向如图所示：设电流方向如图所示：解解:I(2)S闭合后，电路如图（闭合后，电路如图（b）所示）所示