第一章直流電路

1、第一節(jié) 電路的基本概念第二節(jié) 電路的基本定律第三節(jié) 電路的工作狀態(tài)和電器設(shè)備的額定值 第四節(jié) 線性電路的兩個基本原理 一、電路的組成電源：提供電能負(fù)載：用電設(shè)備 中間環(huán)節(jié)：連接電源和負(fù)載二、實際電路和電路模型二、實際電路和電路模型1.實際電路的分析和計算，需將實際電路元件理實際電路的分析和計算，需將實際電路元件理想化（或模型化），突出其主要的電磁性質(zhì)，想化（或模型化），突出其主要的電磁性質(zhì)，近似看作理想元件。近似看作理想元件。2.理想元件：理想元件：3.電路模型：實際電路可近似看做由理想電路模型：實際電路可近似看做由理想元件組成的電路元件組成的電路物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法電

2、路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向正方向（參考方向）（參考方向）提問提問：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理的實際方：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理的實際方向，電路如何求解？向，電路如何求解？解決解決：在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向。：在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向。 如如A B(1) 方程式如：方程式如：U/I=R 適用于假設(shè)正方向一致的情況適用于假設(shè)正方向一致的情況(2) “實際方向?qū)嶋H方向”是物理中規(guī)定的，而是物理中規(guī)定的，而“假設(shè)假設(shè) 正方正方向向”則是人們在進行電路分析計算時則是人們在進行電路分析計算時,任意假設(shè)的任意假設(shè)的。(3) 在以后的解題過程中，注意一定要在以后

3、的解題過程中，注意一定要先假定先假定“正正方向方向”(即在圖中表明物理量的參考方向即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再然后再列方程計算列方程計算。缺少。缺少“參考方向參考方向”的物理量是無意義的物理量是無意義的的.(4) 為了避免列方程時出錯，為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上習(xí)慣上把把 I 與與 U 的的方向按相同方向假設(shè)。稱：方向按相同方向假設(shè)。稱：關(guān)聯(lián)的參考方向關(guān)聯(lián)的參考方向關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向電功率電功率功率的概念功率的概念：設(shè)電路任意兩點間的電壓為：設(shè)電路任意兩點間的電壓為 U ,流流入此部分電路的電流為入此部分電路的電流為 I， 則這部分電路消耗的則這部分電路消耗的功率為功率為:P

4、=UI在在 U、 I 正正方向選擇一致的前提下，方向選擇一致的前提下，1)若若 P = UI 0“吸收功率吸收功率”（負(fù)載）（負(fù)載）2)2)若若 P = UI 0“發(fā)出功率發(fā)出功率”（電源）（電源）電路中能量守衡關(guān)系電路中能量守衡關(guān)系P（吸收）吸收）= P（發(fā)出）發(fā)出）電流源與電壓源歐姆定律基爾霍夫定律 1.基爾霍夫電流定律 2.基爾霍夫電壓定律電路中電位的計算（1）伏安關(guān)系）伏安關(guān)系u=uS 端電壓為端電壓為us，與流過電與流過電壓源的電流無關(guān)，由電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定，電流任意源本身確定，電流任意，由外電路確定。，由外電路確定。： i=iS流過電流為流過電流為is，與電源與電源兩

5、端電壓無關(guān)，由電兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任源本身確定，電壓任意，由外電路確定。意，由外電路確定。（2）特性曲線與符號）特性曲線與符號 u UsO t i IsO uUs+ us+ is二、歐姆定律：二、歐姆定律：注意注意：用用歐姆定律列方程時，一定要在歐姆定律列方程時，一定要在 圖中標(biāo)明參考方向！圖中標(biāo)明參考方向！ 從電路的全局和整體上闡明各部分電壓、電流之間從電路的全局和整體上闡明各部分電壓、電流之間必須遵循的規(guī)律。必須遵循的規(guī)律。支路支路：電路中每一分支：電路中每一分支節(jié)點節(jié)點：三個或三個以上支路的連接點：三個或三個以上支路的連接點回路回路：電路中任一閉合路徑：電路中任一閉合路徑

6、支路：支路：ab、ad、ac、bc、bd cd （共共6條）條）節(jié)點：節(jié)點：a、 b、c、d (共共4個）個）回路：回路：abda、 abcda、abca bcdb、adca、cbdac、acbda （共共7 個）個）1. 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于流對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于流出該節(jié)點的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點出該節(jié)點的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)為零上電流的代數(shù)為零 即：即： I =0基爾霍夫電流定律的基爾霍夫電流定律的依據(jù)依據(jù)：電流的連續(xù)性原理：電流的連續(xù)性原理基爾霍夫電流定律的擴展基爾霍夫電流定

7、律的擴展KCL不僅適用于節(jié)點，也可推廣到包圍部分電不僅適用于節(jié)點，也可推廣到包圍部分電路的任一假設(shè)閉合面。路的任一假設(shè)閉合面。節(jié)點方程：節(jié)點方程：IA=IAB-IBCIB=IBC-IABIC=ICA - IBC三式相加：三式相加： IA+ IB+ IC=0(二二) 基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL）對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降?；?，電壓的代數(shù)和為其電位升等于電位降。或，電壓的代數(shù)和為 0。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIEERIRI033435544RIEERIRIU=0U=0電壓升電

8、壓升電壓降電壓降或或例例設(shè)順時針方向為繞行方向：設(shè)順時針方向為繞行方向：a b c dKCL方程：方程：U1- U2 -U3 +U4=0已知：已知：U3=+20V, U4= 5V, U5 =+5V,U6=+10V,求：求：U1 U1- U6 - U5 + U3 =0U1-(+10)-(+5)+(+20) =0U1=-5VKVL推廣：基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。推廣：基爾霍夫電壓定律也適合開口電路。注意注意E-RI-Uab=0Uab=E-IR一、一、KCL方程的兩套符號：方程的兩套符號：U前面的正負(fù)號前面的正負(fù)號由回路的繞行方向及電壓參考極性確定；括由回路的繞行方向及電壓參考極性確定；括號內(nèi)

9、數(shù)字前面的正負(fù)號表示電壓數(shù)值的正負(fù)號內(nèi)數(shù)字前面的正負(fù)號表示電壓數(shù)值的正負(fù)，取決于各元件的真實極性與參考極性是否，取決于各元件的真實極性與參考極性是否一致。一致。二、兩點之間的電壓降與所選的路徑無關(guān)。二、兩點之間的電壓降與所選的路徑無關(guān)。只要電位變化是首尾相接，只要電位變化是首尾相接，各段電壓構(gòu)成閉合回路即可各段電壓構(gòu)成閉合回路即可。通常通常選擇大地、接地點或電器設(shè)備的機殼為參考選擇大地、接地點或電器設(shè)備的機殼為參考點。電子電路中常選一條公共線作為參考點，點。電子電路中常選一條公共線作為參考點，該線是很多元件的匯集處且和機殼相連，稱該線是很多元件的匯集處且和機殼相連，稱“地線地線”表示符號：表示

10、符號：三、三、電路中電位的計算電路中電位的計算計算電位，參考點任選計算電位，參考點任選例n分析：若分別選、為參考點結(jié)論結(jié)論v各點的電位是相對的，與參考點的選取有關(guān)；而各點的電位是相對的，與參考點的選取有關(guān)；而任意兩點間的電壓是絕對的，與參考點的選取無關(guān)任意兩點間的電壓是絕對的，與參考點的選取無關(guān)v引入?yún)⒖键c后，電路可簡化引入?yún)⒖键c后，電路可簡化電源有三種工作狀態(tài)v帶載工作狀態(tài)v開路（空載）狀態(tài)v短路狀態(tài)圖中開關(guān)合上，接通電源與負(fù)載，即電源的帶載工作狀態(tài)外特性曲線表明了電源電壓外特性曲線表明了電源電壓U與輸出電流與輸出電流I的關(guān)系的關(guān)系其斜率和電源內(nèi)阻其斜率和電源內(nèi)阻R0有關(guān)。有關(guān)。U=E-R0

11、I 功率的平衡功率的平衡UI=EI-R0I 即即P=PE-PPE =EI是電源產(chǎn)生的功率是電源產(chǎn)生的功率P = -R0I 是電源內(nèi)阻消耗的功率是電源內(nèi)阻消耗的功率P= UI 是電源輸出的功率是電源輸出的功率 電氣設(shè)備的額定值電氣設(shè)備的額定值各種電氣設(shè)備的電源、電流及功率都有一個額定值，各種電氣設(shè)備的電源、電流及功率都有一個額定值，它是為使設(shè)備在給定的工作條件下運行而規(guī)定的正常它是為使設(shè)備在給定的工作條件下運行而規(guī)定的正常允許值。允許值。額定值常標(biāo)在銘牌或說明中，用額定值常標(biāo)在銘牌或說明中，用UN、IN和和PN表示表示當(dāng)開關(guān)斷開時，電源處于開路（空載）狀態(tài)開路：是外電路的電阻對電源來說等于無窮大

12、， 因此電路中電流為零，電源的端電壓（稱開路電源或空載電壓U0）等于電源電動勢，電源不輸出電能。 I=0 U=U0=E P=01、當(dāng)電源的兩端a 和b由于某種原因連在一起，電源被短路，外電路的電阻視為零，電源的端電壓也為零。2、電流的回路中僅有電源內(nèi)阻R0，電流很大，稱為短路電流ISU=0I=IS=E/R0PE=P=R0I, P=0一、疊加原理一、疊加原理一、疊加原理概念概念:在多個電源同時作用的在多個電源同時作用的線性電路線性電路(電路參數(shù)不隨電電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變壓、電流的變化而改變)中，任何支路的電流或任中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得意兩點

13、間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。結(jié)果的代數(shù)和。=+I=注注電路中一個電源單獨作用時，應(yīng)將其余電電路中一個電源單獨作用時，應(yīng)將其余電源作源作“零值零值”，即理想電壓源短接，而理，即理想電壓源短接，而理想電流源開路，但它們的內(nèi)阻仍計算在內(nèi)想電流源開路，但它們的內(nèi)阻仍計算在內(nèi)。例例用疊加原理求：用疊加原理求：I= ?I=2AI= -1AI = I+ I= 1A1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變）。壓、電流的變化而改變）。 2. 疊加時只將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)疊加時只將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變

14、。暫時不予考慮的恒壓源應(yīng)予以短路，即令不變。暫時不予考慮的恒壓源應(yīng)予以短路，即令E=0；暫時不予考慮的恒流源應(yīng)予以開路，即暫時不予考慮的恒流源應(yīng)予以開路，即Is=0。3. 解題時要標(biāo)明各支路電流、電壓的正方向。原電解題時要標(biāo)明各支路電流、電壓的正方向。原電 路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電 流的代數(shù)和。流的代數(shù)和。4. 疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用 來求功率。如：來求功率。如：5. 運用疊加定理時也可以把電源分組求解，運用疊加定理時也可以把電源分組求解，每個分每個分 電路的電源個數(shù)可能不止一

15、個。電路的電源個數(shù)可能不止一個。二、二端網(wǎng)絡(luò)等效電源定理二、二端網(wǎng)絡(luò)等效電源定理二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)：若一個電路只通過兩個輸出端與外若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯(lián)，則該電路稱為電路相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)”。無源二端網(wǎng)絡(luò)無源二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò)： 二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源等效電源等效電源：計算復(fù)雜電路中某一支路的電流計算復(fù)雜電路中某一支路的電流或電壓時，相對于該支路之外的部分多么復(fù)雜或電壓時，相對于該支路之外的部分多么復(fù)雜，均可用一個，均可用一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)來線性有源二端網(wǎng)絡(luò)來表示，對于表示，對于計算支路僅相當(dāng)于

16、一個電源。計算支路僅相當(dāng)于一個電源。注意：注意：“等效等效”是指對端口外等效是指對端口外等效有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型替代有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型替代 - 戴維南定理戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源模型替代有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源模型替代 - 諾頓定理諾頓定理戴維南定理戴維南定理：等效電壓源的電動勢等效電壓源的電動勢（Ed ）等于有源二等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開端電壓端網(wǎng)絡(luò)的開端電壓等效電壓源的內(nèi)阻等于有等效電壓源的內(nèi)阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端源二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。（有源網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。（有源網(wǎng)絡(luò)變無源網(wǎng)絡(luò)的原則是：網(wǎng)絡(luò)變無源網(wǎng)絡(luò)的原則是：電壓源短路，電流源斷路）電壓源短路，電流源斷路）

17、Ed=UxRd=Rab利用戴維寧定理解題的方法、步驟利用戴維寧定理解題的方法、步驟n斷開所求支路；斷開所求支路；n利用利用KVL定律求定律求UX；n除源除源(恒壓源短路；恒流源開路恒壓源短路；恒流源開路)， 求等效電阻求等效電阻Rd；n利用利用I= UX Rd +R，求出未知電流求出未知電流戴維南定理應(yīng)用舉例戴維南定理應(yīng)用舉例已知：已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20 E=10V求：當(dāng)求：當(dāng) R5=10 時，時，I5=?等效電路等效電路有源二端網(wǎng)有源二端網(wǎng)絡(luò)絡(luò)第一步：求開端電壓第一步：求開端電壓U Ux xV2434212RRRERRREUUUDBADx第二步：求輸入電

18、阻第二步：求輸入電阻 R Rd d4321/RRRRRd=2030 +3020=24例例 24dRV2dE等效變換后：等效變換后：第三步：求未知電流第三步：求未知電流 I I5 5Ed = UX = 2VRd=24 105R時時A059. 01024255RREIdd(二二) 諾頓定理：諾頓定理：任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)均可任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)均可以用一個電流為以用一個電流為IS的理想電流源和內(nèi)阻的理想電流源和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源并聯(lián)的電源等效代替。等效代替。等效電阻等效電阻Rd仍為仍為相相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻輸入電阻等效電流源等效電流源 Id 為有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端的為有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端的短路電流短路電流諾頓定理應(yīng)用舉例諾頓定理應(yīng)用舉例:已知：已知：R1=20 、 R2=30 、R3=30 、 R4=20 、E=10V 求：當(dāng)求：當(dāng) R5=10 時，時，I5=?