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1、第一章第一章 直流电路直流电路第一节第一节 电路的基本知识电路的基本知识第二节第二节 电路的两个基本定律电路的两个基本定律第三节第三节 电源的工作状态电源的工作状态第四节第四节 线性电路基本原理及电位计算线性电路基本原理及电位计算第一节第一节 电路的基本知识电路的基本知识一、电路的组成一、电路的组成 电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电气设备或元电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电气设备或元件按一定方式组合起来的。件按一定方式组合起来的。在日常生活中最常用的手电筒电路就是一个最简单的电路，在日常生活中最常用的手电筒电路就是一个最简单的电路，如如图图1-1所示。所示。下一页下一页第一
2、节第一节 电路的基本知识电路的基本知识一、电路的组成一、电路的组成组成电路的基本部件如下组成电路的基本部件如下1.电源电源 它是电路中电能的来源。电源的功能是将其他形式的能量它是电路中电能的来源。电源的功能是将其他形式的能量转换为电能。转换为电能。2.负载负载 用电设备叫负载，它将电能转换成其他形式的能量用电设备叫负载，它将电能转换成其他形式的能量 3.中间环节中间环节 主要是指连接导线和控制电路通断的开关电器，以及保障主要是指连接导线和控制电路通断的开关电器，以及保障安全用电的保护电器安全用电的保护电器(如熔断器等如熔断器等)。它们将电源及负载连接。它们将电源及负载连接起来，构成电流通路起来
3、，构成电流通路下一页下一页上一页上一页第一节第一节 电路的基本知识电路的基本知识二、电路中的基本物理量二、电路中的基本物理量 1.电流电流 电流是带电粒子在外电场的作用下做有秩序的移动而形成电流是带电粒子在外电场的作用下做有秩序的移动而形成的。电流的实际方向是客观存在的，习惯上规定正电荷运动的。电流的实际方向是客观存在的，习惯上规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。的方向为电流的实际方向。如如图图1-2所示，当电流的实际方向与其参考方向一致时，所示，当电流的实际方向与其参考方向一致时，电流为正值电流为正值;反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，电流
4、则为负值。电流则为负值。在国际单位制在国际单位制(SI)中，电流的单位是中，电流的单位是A(安培安培)下一页下一页上一页上一页第一节第一节 电路的基本知识电路的基本知识二、电路中的基本物理量二、电路中的基本物理量 2.电压电压 电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a点移到点移到b点所做的功称为点所做的功称为a,b两点两点之间的电压，用之间的电压，用U或或u表示表示 电压又称为电位差，它总是和电路中的两个点有关，电压电压又称为电位差，它总是和电路中的两个点有关，电压的方向规定为由高电位端的方向规定为由高电位端(“+”极性极性)指向低电位端指向低电位端(“-”极性极性)，即为电位降低的方向，即
5、为电位降低的方向 在国际单位制中，电压的单位是在国际单位制中，电压的单位是V(伏特伏特)为了分析方便，常常采用关联的参考方向，即把元件上电为了分析方便，常常采用关联的参考方向，即把元件上电压和电流的参考方向取为一致，见压和电流的参考方向取为一致，见图图1-4(a)。当然也可采用。当然也可采用非关联参考方向，即使元件上电压和电流的参考方向互不相非关联参考方向，即使元件上电压和电流的参考方向互不相关，见关，见图图1-4(b)下一页下一页上一页上一页第一节第一节 电路的基本知识电路的基本知识二、电路中的基本物理量二、电路中的基本物理量 3.功率功率 电路的基本作用之一是实现能量的传递，用功率电路的基
6、本作用之一是实现能量的传递，用功率(power)来来表示能量变化的速率，常用表示能量变化的速率，常用P或或p来表示。来表示。在直流情况下，当电压、电流为关联参考方向时在直流情况下，当电压、电流为关联参考方向时 P=UI 此时，若算得的功率此时，若算得的功率P0，元件为吸收功率，元件为吸收功率;P 0，则为产，则为产生功率生功率 在国际单位制中，功率的单位是在国际单位制中，功率的单位是W(瓦瓦)或或kW(千瓦千瓦)上一页上一页返返 回回第二节第二节 电路的两个基本定律电路的两个基本定律一、欧姆定律一、欧姆定律欧姆定律表明流过电阻的电流与其端电压成正比，而与本身欧姆定律表明流过电阻的电流与其端电压
7、成正比，而与本身的阻值成反比。在的阻值成反比。在图图1-7(a)所标定的关联参考方向下，欧姆定所标定的关联参考方向下，欧姆定律可表示成如下的形式律可表示成如下的形式式中，式中，R即为该段电路的电阻即为该段电路的电阻在国际单位制中，电阻的单位是在国际单位制中，电阻的单位是(欧姆欧姆)下一页下一页第二节第二节 电路的两个基本定律电路的两个基本定律二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律几个术语：几个术语：支路支路:电路中的每一分支称为支路，一条支路流过一个电流，电路中的每一分支称为支路，一条支路流过一个电流，称为支路电流，称为支路电流，图图1-8中共有三条支路。中共有三条支路。节点节点:电路中三条或三条以
8、上的支路相连接的点称为节点，电路中三条或三条以上的支路相连接的点称为节点，图图1-8所示电路中共有两个节点所示电路中共有两个节点a和和b。回路回路:由一条或多条支路组成的闭合路径称为回路，由一条或多条支路组成的闭合路径称为回路，图图1-8中共有三个回路中共有三个回路abca,abda,adbca，一个电路至少要有一个，一个电路至少要有一个回路。回路。基尔霍夫定律包括两条定律基尔霍夫定律包括两条定律:基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)和基和基尔霍夫电压定律尔霍夫电压定律(KVL)。下一页下一页上一页上一页第二节第二节 电路的两个基本定律电路的两个基本定律二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律1
9、.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 在任一瞬时，流经电路任一节点的电流的代数和等于零。在任一瞬时，流经电路任一节点的电流的代数和等于零。在这里，对电流的在这里，对电流的“代数和代数和”做这样的规定做这样的规定:参考方向流人节参考方向流人节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。点的电流取正号，流出节点的电流取负号。2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 在任一时刻，任一回路内所有支路电压的代数和恒等于零。在任一时刻，任一回路内所有支路电压的代数和恒等于零。上一页上一页返返 回回第三节第三节 电源的工作状态电源的工作状态一、带载工作状态一、带载工作状态将将图图1-14中的开关合上，接通电源与负载，这
10、就是电源的带中的开关合上，接通电源与负载，这就是电源的带载工作状态载工作状态1.电压和电流电压和电流 由上式可知，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通由上式可知，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降过电源内阻所产生的电压降R0I。电流愈大，则电源端电压下。电流愈大，则电源端电压下降得愈多，降得愈多，图图1-15为电源的外特性曲线，它表明了电源端电为电源的外特性曲线，它表明了电源端电压压U与输出电流与输出电流I之间的关系，其斜率与电源内阻之间的关系，其斜率与电源内阻R0有关。有关。下一页下一页第三节第三节 电源的工作状态电源的工作状态一、带载工作状态一、带载工作状态2
11、.功率与功率平衡功率与功率平衡式中式中 PE=EI 电源产生的功率电源产生的功率;P=R0I2 电源内阻上消耗的功率电源内阻上消耗的功率;P=UI 电源输出的功率电源输出的功率下一页下一页上一页上一页第三节第三节 电源的工作状态电源的工作状态二、开路二、开路(空载空载)状态状态 图图1-14所示电路中，当开关断开时，电源则处于开路所示电路中，当开关断开时，电源则处于开路(空载空载)状态，见状态，见图图1-16 电源开路时的特征可用下列各式表示电源开路时的特征可用下列各式表示上一页上一页返返 回回第四节第四节 线性电路基本原理及电位计线性电路基本原理及电位计算算一、叠加原理一、叠加原理 对于线性
12、电路，任何一条支路的响应对于线性电路，任何一条支路的响应(电压或电流电压或电流)均可看成均可看成是每个独立源是每个独立源(电压源和电流源电压源和电流源)单独作用时，在此支路所产生单独作用时，在此支路所产生的响应的代数和。的响应的代数和。最后需要强调的一点是，考虑电路中一个电源单独作用时，最后需要强调的一点是，考虑电路中一个电源单独作用时，应将其余电源作应将其余电源作“零值零值”处理，即理想电压源短接，而理想处理，即理想电压源短接，而理想电流源开路，但它们的内阻仍应计算在内。电流源开路，但它们的内阻仍应计算在内。下一页下一页第四节第四节 线性电路基本原理及电位计线性电路基本原理及电位计算算二、等
13、效电源定理二、等效电源定理 一个电源可以用两种电路模型来表示，电压源模型和电流一个电源可以用两种电路模型来表示，电压源模型和电流源模型，因此，就有两个著名的等效电源定理源模型，因此，就有两个著名的等效电源定理:戴维南定理和戴维南定理和诺顿定理，这里主要谈一下戴维南定理。任何一个线性有源诺顿定理，这里主要谈一下戴维南定理。任何一个线性有源二端网络均可用一个电动势为二端网络均可用一个电动势为E的理想电压源和内阻的理想电压源和内阻R0串联串联的电源来等效代替。的电源来等效代替。(如如图图1-20所示所示)。等效电源的电动势。等效电源的电动势E就就是有源二端网络的开路电压是有源二端网络的开路电压U0，
14、内阻，内阻R0等于去掉有源网络中等于去掉有源网络中所有电源后所得到的无源网络所有电源后所得到的无源网络a,b两端之间的等效电阻。两端之间的等效电阻。下一页下一页上一页上一页第四节第四节 线性电路基本原理及电位计线性电路基本原理及电位计算算三、电路中电位的计算三、电路中电位的计算 在电位这个概念中，一个十分重要的因素就是参考点，在在电位这个概念中，一个十分重要的因素就是参考点，在电路图中，参考点用符号电路图中，参考点用符号“”表示，通常参考点的电位为表示，通常参考点的电位为零，故参考点又叫做零，故参考点又叫做“零电位点零电位点”。在计算电路中各点电位时，参考点可以任意选取。如在计算电路中各点电位
15、时，参考点可以任意选取。如图图1-22所示所示 有了电位的概念，为了简化电路，常常略去电源，而各端有了电位的概念，为了简化电路，常常略去电源，而各端标以电位值，例如，图标以电位值，例如，图1-22(b)可简化为可简化为图图1-23所示的形式所示的形式上一页上一页返返 回回图图1-1 手电筒电路示竟图手电筒电路示竟图返返 回回图图1-2 电流的参考方向电流的参考方向返返 回回图图1-4 关联与非关联参考方向的表关联与非关联参考方向的表示示返返 回回图图1-7 欧姆定律欧姆定律返返 回回图图1-8 电路举例电路举例返返 回回图图1-14 电源的带载工作状态电源的带载工作状态返返 回回图图1-15 电源的外特性曲线电源的外特性曲线返返 回回图图1-16 电源开路电源开路返返 回回图图1-20 戴维南定理戴维南定理返返 回回图图1-22 电路中电位的计算电路中电位的计算返返 回回图图1-23 图图1-22(b)的简化电路的简化电路返返 回回