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1、电路的基本概念和基本定律第1页，本讲稿共28页电路分析电路分析第一章第一章: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二章第二章:直流电阻电路直流电阻电路第四章第四章:耦合电感和谐振电路耦合电感和谐振电路第三章第三章:正弦电流电路正弦电流电路第五章第五章:三相正弦电路三相正弦电路第六章第六章:非正弦周期电流电路非正弦周期电流电路第八章第八章:非线性电阻电路非线性电阻电路第九章第九章:磁路和铁心线圈电路磁路和铁心线圈电路第七章第七章:线性电路过渡过程的时域分析线性电路过渡过程的时域分析第2页，本讲稿共28页第一章第一章:电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律1.11.1电路和电
2、路模型电路和电路模型一、电路一、电路电路是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的电流通路。电路是指为了某种需要由一些电气器件按一定方式连接起来的电流通路。电路的作用：实现电能的传输和转换。电路的作用：实现电能的传输和转换。电路的组成电路的组成电源：电源：负载：负载：传输环节：传输环节：把其它形式的能转换成电能把其它形式的能转换成电能,并将电能提供给电路。并将电能提供给电路。把电能转换成其它形式的能。把电能转换成其它形式的能。用于传输电能。用于传输电能。电源电源负载负载传输环节传输环节第3页，本讲稿共28页（2）二、理想电路元件二、理想电路元件每一种电路元件体现某种基本现象每一种电路元
3、件体现某种基本现象,具有某种确定的电磁性能和数学定义。具有某种确定的电磁性能和数学定义。电阻元件：消耗电能（把电能转换成热能）。电阻元件：消耗电能（把电能转换成热能）。电感元件：建立磁场并能存储磁场形式的能。电感元件：建立磁场并能存储磁场形式的能。电容元件：建立电场并能存储电场形式的能。电容元件：建立电场并能存储电场形式的能。电压源：向电路提供恒定的或按某种规律变化的电压。电压源：向电路提供恒定的或按某种规律变化的电压。电流源：向电路提供恒定的或按某种规律变化的电流。电流源：向电路提供恒定的或按某种规律变化的电流。无源元件无源元件有源元件有源元件电路元件电路元件三、电路模型三、电路模型实际电路
4、中的每一个电气器件都可用一个或若干个电路元件模拟并经理想导体实际电路中的每一个电气器件都可用一个或若干个电路元件模拟并经理想导体RR0+US电路模型简称为电路电路模型简称为电路连接起来构成电路模型。连接起来构成电路模型。第4页，本讲稿共28页3四、有关电路的一些名词四、有关电路的一些名词dagfebc串联：一些两端元件成串相连串联：一些两端元件成串相连,中间没有分支。中间没有分支。并联：一些两端元件一端连在一起，另一端并联：一些两端元件一端连在一起，另一端也连在一起。也连在一起。结点：三个或三个以上元件的连接点。结点：三个或三个以上元件的连接点。支路：两个结点之间的电路。支路：两个结点之间的电
5、路。回路：电路中的任一闭合路径。回路：电路中的任一闭合路径。网孔：中间不含支路的回路。网孔：中间不含支路的回路。支路电流：流过支路的电流。支路电流：流过支路的电流。支路电压：支路两端的电压。支路电压：支路两端的电压。3126789ceg45第5页，本讲稿共28页1.2 1.2 电路的主要物理量电路的主要物理量一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向1.1.电流电流通过某处的电荷量与所需时间之比。通过某处的电荷量与所需时间之比。方向：正电荷运动的方向。方向：正电荷运动的方向。直流电流：大小和方向不随时间变动。直流电流：大小和方向不随时间变动。交变电流：周期性变动且平均值为零。交变电流：周期性变动
6、且平均值为零。单位单位:安安(A)(A)2.2.电流的参考方向电流的参考方向ababab若电流为正值若电流为正值,电流的方向与参考方向相同电流的方向与参考方向相同;若电流为负值若电流为负值,电流的方向与参考方向相反。电流的方向与参考方向相反。i ii ibai iab第6页，本讲稿共28页(2)二、二、电压、电位、电动势及其参考方向电压、电位、电动势及其参考方向电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a a点移到点移到b b点所作的功称为点所作的功称为a a、b b两点的电压。两点的电压。1.1.电压电压0ab方向：电位降低的方向。方向：电位降低的方向。2.2.电位电位电路中任意一点到参考点的
7、电压称为该点的电位，电路中任意一点到参考点的电压称为该点的电位，用用表示。表示。电压与电位的关系：电压与电位的关系：a a、b b两点之间的电压等于这两点的电位差。两点之间的电压等于这两点的电位差。例如图中例如图中uab=5V=5V，ub0=3V=3V，选，选0 0为参考点，为参考点，0 0=0=0则则b b=ubO=3V=3V，a a=uab+b b=5+3=8V=5+3=8Va=ua0b=ub0uaoubo第7页，本讲稿共28页(3)3.3.电动势电动势在电源中在电源中,电源力把单位正电荷从电源负极移到电源正极所作的功。电源力把单位正电荷从电源负极移到电源正极所作的功。方向：电位升高的方向
8、。方向：电位升高的方向。+u（电荷增加的电能）。用符号（电荷增加的电能）。用符号e e表示表示e4.4.电压、电位、电动势的单位电压、电位、电动势的单位:伏伏 (V)(V)5.5.电压、电位、电动势的参考方向电压、电位、电动势的参考方向用参考极性表示用参考极性表示+ue用箭头表示用箭头表示用双下标表示用双下标表示uuee选择电动势与电压参考方向相反时选择电动势与电压参考方向相反时u=e选择电动势与电压参考方向相同时选择电动势与电压参考方向相同时u=-eabuab+第8页，本讲稿共28页(4)6.使用参考方向要注意的几个问题使用参考方向要注意的几个问题参考方向是人为规定的电压、电流数值为正的方向
9、参考方向是人为规定的电压、电流数值为正的方向,在分析电路时需先在分析电路时需先规定参考方向。规定参考方向。参考方向一经规定，在整个分析计算过程中不可变动。参考方向一经规定，在整个分析计算过程中不可变动。不表明参考方向时，电压或电流的正值或负值没有意义。不表明参考方向时，电压或电流的正值或负值没有意义。参考方向选择的相反时，电压或电流计算结果差一个负号，实际结果相同。参考方向选择的相反时，电压或电流计算结果差一个负号，实际结果相同。电压与电流的参考方向可分别独立规定，为分析方便可选为关联参考方向。电压与电流的参考方向可分别独立规定，为分析方便可选为关联参考方向。+ui+u+uaabbuab图图(
10、a)中中u=7V，比较比较a、b两点的电位两点的电位。b点电位比点电位比a点高点高7V图图(b)中中uab=-4V，比较比较a、b两点的电位两点的电位。a点电位比点电位比b点低点低4V(a)(b)第9页，本讲稿共28页(5)三、电功率和电能三、电功率和电能1.1.电功率电功率在电路中在电路中,电场力把正电荷电场力把正电荷dqdq从一点移到另一点从一点移到另一点,若两点间电压为若两点间电压为u,u,电场力作的电场力作的电场力单位时间里作的功称为电功率电场力单位时间里作的功称为电功率,简称为功率。简称为功率。直流时直流时P=UI计算时计算时若取关联参考方向若取关联参考方向 P=UI若取非关联参考方
11、向若取非关联参考方向 P=UI计算结果计算结果P P0,0,表示吸收功率，表示吸收功率，P P0 0，表示发出功率。，表示发出功率。2.2.电能电能从从t t0 0到到t t时间内时间内,电路吸收电路吸收(消耗消耗)的电能。的电能。直流时直流时3.3.额定值额定值各种电气器件都有一定的量值限额各种电气器件都有一定的量值限额,称为额定值。称为额定值。功为功为第10页，本讲稿共28页电路的主要物理量电路的主要物理量例题例例1 1 图示直流电路，图示直流电路，U U1 1=4V=4V，U U2 2=8V8V，U U3 3=6V=6V，I=2AI=2A，求各元件吸收的功率，求各元件吸收的功率P P1
12、1、P P2 2和和 P P3 3，并求整个电路的功率。，并求整个电路的功率。321+U3+U1+U2IP3P2P1解解P1=U1I1=42=8W (吸收吸收8W)P2=U2I2=(82)=16W (吸收吸收16W)P3=U3I3=62=12W (发出发出12W)P=P1+P2+P3=8+1612=12W 各元件的功率各元件的功率电路的总功率电路的总功率例例2 2 已知某实验室有额定电压已知某实验室有额定电压220V220V、额定功率、额定功率100W100W的白炽灯的白炽灯1212盏，今有额定盏，今有额定电压电压220V220V、额定功率、额定功率2kw2kw的电炉两台，都在额定状态下工作。
13、求总功率、总的电炉两台，都在额定状态下工作。求总功率、总电流和在电流和在2h2h内消耗的总电能。内消耗的总电能。总功率总功率P=10012+20002=5200W=5.2kw总电流为总电流为2205200I=UP=23.6A总电能为总电能为 W=Pt=5.22=10.4kwh第11页，本讲稿共28页一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律ai i1i i4 4i i5i i3i i2 2任何时刻任何时刻,电路中任一结点所连接的各支路电流的代电路中任一结点所连接的各支路电流的代代和恒等于零。代和恒等于零。数学表达式为数学表达式为如果流入结点的电流取正号，那么流出结点的电流取负号。如果流入结点的电
14、流取正号，那么流出结点的电流取负号。基尔霍夫电流定律的推广基尔霍夫电流定律的推广N1N2i i1i i2i i3通过任一封闭面的电流的代数和为零。通过任一封闭面的电流的代数和为零。i i3i i2i i1+=0i i两部分电路之间只有一条导线相连，两部分电路之间只有一条导线相连，通过导线的电流通过导线的电流 i i 必然为零。必然为零。1.31.3基尔霍夫定律基尔霍夫定律第12页，本讲稿共28页基尔霍夫定律基尔霍夫定律二、基尔霍夫电压定律二、基尔霍夫电压定律adcb+u1+u2+u4+u3沿任一回路的各支路电压的代数和恒等于零。沿任一回路的各支路电压的代数和恒等于零。支路电压的参考方向与回路绕
15、行方向相同时支路电压的参考方向与回路绕行方向相同时电压取正号，反之电压取负号。电压取正号，反之电压取负号。基尔霍夫电压定律的推广基尔霍夫电压定律的推广基尔霍夫电压定律可用于电路中的假想回路基尔霍夫电压定律可用于电路中的假想回路+u1+u+u2cab第13页，本讲稿共28页例题+5V求图示电路中的求图示电路中的u1和和u2。edcba+u u1 1+u u2 2+10V5V+20V+解：解：对左边的回路对左边的回路对右边的回路对右边的回路u2也可通过外边的回路求出也可通过外边的回路求出第14页，本讲稿共28页1.4 1.4 电阻元件电阻元件一、电阻元件一、电阻元件+u二、欧姆定律二、欧姆定律符号
16、符号i iRu=i i R伏安特性曲线伏安特性曲线ui i0R R为元件的电阻，反映电路中为元件的电阻，反映电路中电能损耗的电路参数电能损耗的电路参数单位单位:电导电导单位单位:S (:S (西门子西门子)+ui i+ui iGR+ui iGR线性电阻元件线性电阻元件第15页，本讲稿共28页2 2三、三、短路和开路短路和开路1.1.短路短路 电路中两点间电路中两点间R=0(G=0(G),),电流为有限值时电流为有限值时u=0=0。电路中两点间用理想导体（电阻为零）连接时，形成短路。电路中两点间用理想导体（电阻为零）连接时，形成短路。RabUS+R1abUS+R1R2.2.开路开路 电路中两点间
17、电路中两点间R,电压为有限值时电压为有限值时i i=0.=0.四、线性电阻元件吸收四、线性电阻元件吸收(消耗消耗)的功率的功率电阻元件从电阻元件从t1到到t2时间内转换成热能也就是这段时间内吸收的电能。时间内转换成热能也就是这段时间内吸收的电能。电阻元件通过直流时电阻元件通过直流时电阻元件是耗能元件电阻元件是耗能元件i iSCSC+uOC第16页，本讲稿共28页例例1 16 6 有一个有一个500500 电阻电阻,流过它的直流电流为流过它的直流电流为50mA,50mA,问电阻电压是问电阻电压是多少多少？消耗的功率是多少？每分钟产生多少热量？消耗的功率是多少？每分钟产生多少热量？解解电阻电压为电
18、阻电压为U=RI=50050103=25VP=UI=2550103=1.25WQ=Pt=1.2560=75J例例1 17 7 有一个有一个100100、0.25W0.25W的碳膜电阻的碳膜电阻,使用时电流不能超过多大数使用时电流不能超过多大数值值？能否接在？能否接在50V的电源上使用？的电源上使用？使用时电流不能超过使用时电流不能超过50mA,50mA,电压不能超过电压不能超过5V,5V,不能接在不能接在50V50V的电源上使用的电源上使用消耗的功率为消耗的功率为每分钟产生的热量为每分钟产生的热量为解解第17页，本讲稿共28页1.5 1.5 电压源电压源一、理想电压源一、理想电压源理想电压源是
19、两端理想电路元件理想电压源是两端理想电路元件,理想电压源简称为电压源。理想电压源简称为电压源。电压源的性质：电压源的性质：1.1.电压为给定值或给定的时间函数，与通过它的电流无关。电压为给定值或给定的时间函数，与通过它的电流无关。2.2.电压源的电流是由电压源和它所连接的外电路共同决定电压源的电流是由电压源和它所连接的外电路共同决定。图形符号图形符号+US+uSI0UIUS电流为零时电压源开路电流为零时电压源开路计算电压源的功率计算电压源的功率+2V+-3V(a)(b)-3A2A(a)(b)伏安特性曲线伏安特性曲线+8V24I=4A=2A第18页，本讲稿共28页2二、由电压源构成的实际直流电源
20、模型二、由电压源构成的实际直流电源模型+US+U1RI+UOC+USRSU=US0UII=0I=ISCU=US-RSIUOCISC实际电压源电压与电流的关系实际电压源电压与电流的关系+U(d)(c)(b)(a)(a)(b)伏安特性曲线伏安特性曲线(c)a、b端开路端开路I=0，U=US=UOC，UOC称为开路电压称为开路电压。(d)a、b端短路端短路U=0，I=ISC=US/RS，ISC称为短路电流称为短路电流。电源内阻电源内阻实际电压源内阻越小，越接近理想实际电压源内阻越小，越接近理想电压源。实际电压源不允许短路。电压源。实际电压源不允许短路。RSaa+USRSabbbU=0第19页，本讲稿
21、共28页 例题例题1例例1 19 9 某直流电源的开路电压为某直流电源的开路电压为12V,12V,与外电阻与外电阻R R接通接通,用电压表测得用电压表测得R R两端的两端的电压电压U=10V,U=10V,流过流过R R的电流的电流I=5AI=5A。求电阻。求电阻R R及电流源内阻及电流源内阻R RS S。I解解ba解解例例1 110 10 计算直流电源的电路在开关断开与闭和两种情况下的电压计算直流电源的电路在开关断开与闭和两种情况下的电压U Uabab和和U Ucdcd。ab+USRS+UR0.5+6V5.5dc开关断开时开关断开时Uab=6VUcd=0开关闭合时开关闭合时I第20页，本讲稿共
22、28页 例题例题2 2例例1 11111直流电源电路中，已知直流电源电路中，已知I=2AI=2A，R=3R=3，U US S=4V=4V，试计算，试计算UabUab和电路各段功率。和电路各段功率。IabR+US解解电阻电阻R R吸收的功率为吸收的功率为电压源的功率为电压源的功率为整个支路的功率为整个支路的功率为吸收功率吸收功率第21页，本讲稿共28页1.6 1.6 电流源电流源一、理想电流源一、理想电流源理想电流源是一个两端理想电路元件理想电流源是一个两端理想电路元件,理想电流源简称电流源。理想电流源简称电流源。电流源的性质电流源的性质1.1.电流源的电流是给定的时间函数电流源的电流是给定的时
23、间函数,与电压无关与电压无关。2.2.电流源的电压是由电流源和它相连的外电路共同决定电流源的电压是由电流源和它相连的外电路共同决定。图形符号图形符号0UI伏安特性曲线伏安特性曲线i iSI ISI IS电压为零时电流源短路电压为零时电流源短路计算电流源的功率计算电流源的功率+2V2AP=22=4W电流源发出功率电流源发出功率5A4+U20V30V6第22页，本讲稿共28页2二、由电流源构成的实际直流电源模型二、由电流源构成的实际直流电源模型ab0UII=IS-GSUU=0RGSGSGSI1aabbISUOCISCISIS+UII=IS(d)(c)(b)(a)实际电流源电压与电流的关系实际电流源
24、电压与电流的关系(a)(b)伏安特性曲线伏安特性曲线(c)a、b端开路端开路(d)a、b端短路端短路实际电流源内导越小，越接近理想实际电流源内导越小，越接近理想电流源。实际电流源不允许开路。电流源。实际电流源不允许开路。+UI=0I=IS第23页，本讲稿共28页 例题例题I求电流求电流I及电压及电压U。例例112图示电路中图示电路中电流源电流源IS=2A，GS=S，当外电阻，当外电阻R=3时，时，19RGSIS+U解解例例113计算图示电路中计算图示电路中5电阻的电压电阻的电压U2和电流源的电压和电流源的电压 U1。U1+U2+5+U3=3V2A解解第24页，本讲稿共28页1.71.7单回路电
25、路分析单回路电路分析电路中各电压和电流既要满足元件的约束关系电路中各电压和电流既要满足元件的约束关系VCRVCR，又要满足，又要满足 例例1 直流电源电路中，已知直流电源电路中，已知US1=15V,US3=6V,R1=0.2,R2=3.7,R3=0.1,R4=5,求电流求电流I和和Uac。+U2adcbR4R3R2R1+US3+US1I+U4+U3+U1解解拓扑约束关系拓扑约束关系KCL、KVL。第25页，本讲稿共28页单回路电路的分析单回路电路的分析例例2 2 求直流电路中的电流求直流电路中的电流I I1 1、I I2 2、I I3 3+U=0.5Vab5K+6V2K+6VI1I3I2解解右
26、侧假想回路右侧假想回路左侧回路左侧回路第26页，本讲稿共28页3例例3 3 图示单臂电桥电路图示单臂电桥电路,G,G是检流计是检流计,U,US S是电源是电源,如果检流计的指示为零如果检流计的指示为零,R1、R2、R3、R4的关系是怎样的？的关系是怎样的？dcR4R1RS+USR3R2baGI4I3I1I2解解对于结点对于结点b、d对于回路对于回路abda、bcdb或写作或写作得得第27页，本讲稿共28页4例例4 4 试求图示电路开关试求图示电路开关S S闭和及断开时闭和及断开时b b点的电位点的电位。I+10V5VS1k2kacdbb+5V+10V解解S S闭合时闭合时 b b=0=0S S断开时断开时dSac1k2k第28页，本讲稿共28页