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1、1/33 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 电路模型电路模型电路模型电路模型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的概念及计算电路中电位的概念及计
2、算电路中电位的概念及计算2/331.1 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，是为了某种需要由电工设备电路是电流的通路，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的。或电路元件按一定方式组合而成的。3/332.2.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中间环节：中间环节：传递、传递、分配和控
3、制电能分配和控制电能负载负载:取用取用电能的装置电能的装置电源电源:提供提供电能的装置电能的装置4/33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 电源或信号源的电压或电流称电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。所产生的电压和电流称为响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等5/331.2 电路模型电路模型例：例：例：例：电灯通过电流电灯通过电流 在实际分析中，可将实际电路理想化在实际分析中
4、，可将实际电路理想化,即在一定即在一定条件下突出元件主要的电磁性质条件下突出元件主要的电磁性质,忽略其次要的电磁忽略其次要的电磁性质的影响性质的影响,由一些理想元件组成电路模型。由一些理想元件组成电路模型。6/33手电筒的电路模型手电筒的电路模型干电池干电池导线导线电珠电珠例：例：例：例：电路分析电路分析电路分析电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨是在已知电路结构和参数的条件下，讨论论激励激励激励激励与与响应响应响应响应的关系。的关系。今后分析的都是指电路模型，简称电路。今后分析的都是指电路模型，简称电路。今后分析的都是指电路模型，简称电路。今后分析的都是指电路模型，简称电路。手电筒电路
5、手电筒电路7/331.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向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 电流电流 I、电压、电压 U和电动势和电动势 E 是电路的基本物理量。是电路的基本物理量。关于电压和电流的方向，有实际方向和参考方向之分。关于电压和电流的方向，有实际方向和参考方向之分。习惯上规定习惯上规定电压的实际方向：电压的实际方向：由由高高电位端指向电位端指向低低电位端；电位端；电流的实际方向：电流的实际方向：正电荷运动的方向或负电荷运动正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；的反方向；电动势的实际方向：电动势的实际方向
6、：由由低低电位端指向电位端指向高高电位端。电位端。8/33(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。2.2.电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向 U+_注意：注意：在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。电流：电流：9/33实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为
7、正值正值实实际方向与参考方向际方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。(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I=0.28A I =0.28A 电动势电动势为为E=3V，方向由方向由负极负极指向正极指向正极。U+U+例例:电路如图所示。电路如图所示。电流电流I的参考方向的参考方向与实际方向相同，与实际方向相同，I=0.28A,由由 流向流向,反之亦然。反之亦然。电压电压U的参考方向与实际的参考方向与实际方向相反方向相反,U=2.8V。即即 U=U 电压电压U的参考方向与实际方的参考方向与实际方向相同
8、向相同,U=2.8V,方向由方向由 指向指向。2.8V 2.8V10/331.4 欧姆定律欧姆定律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 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=IRIR11/33 解解:对图对图(a)有有 U=IR，例例:应用欧姆定律对下图电路
9、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=IR，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12/33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，它表示该段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。即电路电压与电流的比值为常数。即线性电阻的概念：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
10、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。线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性13/331.5 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=IR 1.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)当电源有内阻时，当电源有内阻时，I U 。或或 U=E IR0 当当当当 R R0 0R R 时，时，时，时，U U E E ，表明当，表明当，表明当，表明当负载变化时，电源的端电压变化负载
11、变化时，电源的端电压变化负载变化时，电源的端电压变化负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。不大，即带负载能力强。不大，即带负载能力强。不大，即带负载能力强。+_U14/33负载端电压负载端电压负载端电压负载端电压 U=IR 电源有载工作电源有载工作或或 U=E IR0UI=EI I2R0P=PE P负载负载取用取用功率功率电源电源产生产生功率功率内阻内阻消耗消耗功率功率电源输出的功率由负载决定。电源输出的功率由负载决定。负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的负载增加指负载取用的电流和功率增加电流和功率增加(电压一定电压一定)。1.电压电流关系电压电流关系 2.功率与功率
12、平衡功率与功率平衡+_U15/333.3.电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别电源与负载的判别 U、I 参考方向不同参考方向不同:P=UI 0，电源电源 P=UI 0，负载负载U、I 参考方向相同参考方向相同:P=UI 0，负载负载 P=UI 0，电源电源(1)(1)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(2)(2)根据根据根据根据 U U、I I 的的的的参考方向判别参考方向判别参考方向判别参考方向判别电源：电源：U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出。端流出。(发出功率发出功率)负载：负载：U、I
13、 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“”端流出。端流出。(吸收功率吸收功率)16/33 例例:已知电路中已知电路中U=220V,I=5A,内阻内阻R01=R02=0.6。求求:(1)电源的电动势电源的电动势 E1和负载的反电动势和负载的反电动势 E2；(2)说明功率的平衡关系。说明功率的平衡关系。解：解：(1)对于电源对于电源 U=E1 U1=E1 IR01 即即 E1=U+IR01=220+5 0.6=223V U=E2+U2=E2+IR02 即即 E2=U IR02=220 5 0.6=217V(2)功率的平衡关系功率的平衡关系 E1=E2+IR01+IR02 等号两边同时乘以等
14、号两边同时乘以 I,则得则得 E1 I=E2 I+I2R01+I2R02代入数据有代入数据有 223 5W=(217 5+52 0.6+5+52 0.6)W 1115W=1085W+15W+15W17/33 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：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。注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其额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。定值，
15、要能够加以区别。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(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)18/33在在220V电压下工作时的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=5.4kWh 例：例：一只一只220V、60W的白炽灯的白炽灯,接在接在220V的电源上，的电源上，试求通过电灯的电流和灯在试求通过电灯的电流和灯在220V电压下工作时的电阻。电压下
16、工作时的电阻。如果每晚工作如果每晚工作3h，问一个月消耗多少电能，问一个月消耗多少电能?解解:通过电灯的电流为通过电灯的电流为19/33特征特征:开关断开。开关断开。I=0电源端电压电源端电压负载功率负载功率U=U0=EP=0电源外部端子被短接电源外部端子被短接 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短路电流短路电流短路电流(很大很大很大很大)U=0 PE=P=IR0P=01.5.3 电源短路电源短路1.5.2 电源开路电源开路 为
17、防止事故发生，需为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护自动断路器，用以保护电路。电路。20/33 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律123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。结点：结点：结点：结点：三条或三条以上支路的连接点。三条或三条以上支路的连接点。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。I1I2I321/33例：例：例：例：支路：支路：支路：支路：abab、bcbc、cac
18、a、（共（共（共（共6 6条）条）条）条）回路：回路：回路：回路：abdaabda、abcaabca、adbcaadbca、（共（共（共（共7 7 个）个）个）个）结点：结点：结点：结点：a a、b b、c c、d d (共共共共4 4个）个）个）个）网孔：网孔：网孔：网孔：abdabd、abcabc、bcdbcd （共（共（共（共3 3 个）个）个）个）22/33 在任一瞬间，流入任一结点的电流之和等于流出在任一瞬间，流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。该结点的电流之和。1.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律1.1.定律定律定律定律 即即即即 入入入入=出出出出 实质实质:
19、电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或 =0对结点对结点 a：I1+I2=I3或或 I1+I2 I3=0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。23/33基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电基尔霍夫电流定律可以推广应用于包围部分电路的任
20、一假设的闭合面。路的任一假设的闭合面。路的任一假设的闭合面。路的任一假设的闭合面。2.2.推广推广推广推广I=?例例:I=0IA+IB+IC=0广义结点广义结点24/33 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。电压的代数和恒等于零。电压的代数和恒等于零。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1.1.定律定律定律定律即即 U=0 在任一瞬间在任一瞬间,从回路中任一点出发从回路中任一点出发,沿回路循行一沿回路循行一周，则在这个方向上
21、电位升之和等于电位降之和。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=I1 R1+I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1+I3 R3 E1=0 或或 I2 R2+I3 R3 E2=0 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。1225/331.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
22、电位降 E2=UBE +I2R2 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：对回路对回路1：126/33例：例：对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：IG RG I3 R3+I1 R1=0I2 R2 I4 R4 IG RG=0I4 R4+I3 R3 E=0对回路对回路 ad
23、bca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I1 R1+I3 R3+I4 R4 I2 R2=0应用应用 U=0列方程。列方程。对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行：I2 R2 I1 R1+E=027/33U1+U2 U3 U4+U5=0 例例：图图中中若若 U1=2 V，U2=8 V，U3=5 V，U5=3 V，R4=2 ，求求电电阻阻 R4 两两端端的的电电压压及及流流过过它它的的电流。电流。解：解：设电阻设电阻 R4 两端电压的极性及流过它的电流两端电压的极性及流过它的电流 I的的参考方向如图示。参考方向如图示。(2)+8 5 U4+(3)=0U4=2 VI=1 AU
24、4+沿顺时针方向列写回路沿顺时针方向列写回路的的 KVL 方程式方程式代入数据，有代入数据，有U4=IR4I I28/331.7 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
25、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；标出各电流参考方向；标出各电流参考方向；标出各电流参考方向；(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。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
26、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。29/332.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=106V=106V=60V60VV Vc c=U=Ucaca =420V=80 V=420V=80 VV Vd d =U Udada=65V=30 V=65V=30 V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0VV Va a =U Uabab=106V=60 V=106V=60 VV Vc c =U Ucbcb=E E1 1=140 V=140 VV
27、Vd d =U Udbdb=E E2 2=90 V=90 VbaU Uabab =106V=60 V106V=60 VU Ucbcb =E E1 1=140 V=140 VU Udbdb =E E2 2=90 V=90 VU Uabab =106V=60 V106V=60 VU Ucbcb =E E1 1=140 V=140 VU Udbdb =E E2 2=90 V=90 V30/33 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，电路中各电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各 点
28、的电位也将随之改变；点的电位也将随之改变；点的电位也将随之改变；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，不会因参考点电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点 的不同而改变，的不同而改变，的不同而改变，的不同而改变，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。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。+90V20 5+140V6 cd3
29、1/333.利用电位化简电路利用电位化简电路例：例：思考题：思考题：将电路图化为原理电路图。将电路图化为原理电路图。32/33例例例例1:1:图示电路图示电路,计算开关计算开关S S断开和闭合时断开和闭合时A点的电位点的电位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,电路如图电路如图(b)所示。所示。电流电流 I2=0电位电位 VA=0V电流电流 I1=I2=0电位电位 VA=6V2k+6VA2k SI2I1(a)电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通33/33例例例例2 2：电路如图电路如图(a)所示，所示，(1)零电位参考点在哪里？零电位参考点在哪里？画画电电路路图图表表示示出出来来。(2)当当电电位位器器 RP 的的滑滑动动触触点点向向下下滑动时，滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？两点的电位增高了还是降低了？解解：(1)零零电电位位参参考考点点为为+12V 电电源源的的“”端端与与12V电电源源的的“+”端端的的连连接接处处,如如图图(b)所所示。示。当当电电位位器器RP的的滑滑动动触触点点向向下下滑滑动动时时，回回路路中中的的电电流流 I 减小，所以减小，所以A电位增高、电位增高、B点电位降低。点电位降低。(2)(2)V VA A =I IR R1 1 +12+12 V VB B =I IR R2 2 12 12(a)