第1章 電路的基本概念與基本定律

電路分析基礎主要內容

直流電路（一、二、三章）交流電路（四、五章）總學時：

32學時（講課：24實驗：8）學習方法及要求一、學習方法好的學習效果源于好的學習習慣

課堂上緊扣教師的思路和進程。充分理解教師反復強調的重要概念和原理。積極思考，主動回答教師提出的問題。及時梳理每堂課的主要內容，沒聽懂的內容及時弄明白。做到能學以致用，堅持獨立完成每次課后的作業(yè)。課程簡介二、作業(yè)要求常備2本作業(yè)本，并在封面寫明姓名、學號；作業(yè)題要抄寫題目，有圖必須畫出；每周首次課前交上周布置的作業(yè)。發(fā)下來的作業(yè)中如有錯，必須改正。三、成績的評定總成績=理論考試×0.6+作業(yè)×0.2+實驗×0.2如作業(yè)或實驗達不到最低要求，總成績無效！第1章電路的基本概念與基本定律1.1電路的作用與組成1.2電路模型1.3電壓和電流的參考方向1.5電源有載工作、開路與短路1.4歐姆定律1.6基爾霍夫定律1.7電路中電位的概念及計算第1章目錄c.負載

電路是電流的通路。a.電源b.中間環(huán)節(jié)1.1電路的作用與組成部分1.電能的傳輸與轉換1.1.1電路的作用和組成發(fā)電機升壓變壓器輸電線降壓變壓器電燈電動機用電器……第1章1

1電路的組成第1章1

12.傳遞與處理信號

放大器話筒揚聲器a.信號源c.負載電源和信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路的工作。由激勵在電路中產生的電壓和電流稱為響應。電路分析就是討論激勵響應與的關系b.中間環(huán)節(jié)基本概念：激勵與響應實際電路？電路模型？用實物表示電流流過的全部通路：：用理想元件描述電路組成的主要電磁特性——簡稱為電路1.2電路模型第1章1

21.5V重要概念：電路圖上所有的元件都是由實際元件理想化后的理想元件（用相應符號代表）所構成！模型：就是能用數(shù)學工具進行描述和分析的對象。第1章1

31.3電壓和電流的參考方向1.電壓、電流的實際方向(不標注！）：一些復雜電路中，比較難以判斷電壓、電流的實際方向！2.電壓、電流的參考方向：根據實際情況假定并標出??！數(shù)值為正：電壓（電流）參考方向與其實際方向相同例如：E=3V，則U=3V或UAB=3V則U=–3V或UBA=–3VER+–UIAB+–數(shù)值為負：電壓（電流）參考方向與其實際方向相反為正確地分析電路，要求在電路圖上標上電流和電壓的方向！在參考方向選定后，電流電壓值的正負才有意義??！1.4歐姆定律歐姆定律揭示了電阻上電壓與電流的關系。它是分析計算電路的兩大基本定律之一。理解和使用它應該注意：一只電阻上有電流才會有電壓，反之亦然！電阻上的電流與電壓如始終成正比，則這個電阻一定是線性電阻。即電阻的阻值與電流、電壓等外部因素無關。計算中使用歐姆定律必須注意U、I參考方向的一致性第1章1

3喬治·西蒙·歐姆（1787～1854）

1826年49歲的歐姆研究了電的傳導問題，用其研制的電流扭力天平實驗發(fā)現(xiàn)了著名的歐姆定律。同年發(fā)表了《金屬導電定律的測定》的論文。

1841年英國皇家學會授予歐姆最高榮譽的科普列金獎

1852年65歲的歐姆受聘于慕尼黑大學的非常任教授，兩年后去世。

第1章1

4通過電阻的電流與電壓成正比表達式=

RUIU、I參考方向相同U=–IRU、I參考方向相反圖B中若I=–2A，R=3，則U=–(–2)×3

=

6V電流的參考方向與實際方向相反–UIR圖A+–或UIR圖B+–UIR圖C+–電壓與電流參考方向相反1.4歐姆定律u/V0i/A電阻值不受外界影響的稱為理想電阻,即：阻值大小與電壓、電流或溫度等使用環(huán)境無關的線性常數(shù)。理想電阻的伏安特性曲線（線性）ABUIR+–第1章1

4注意：在分析電路或者計算電路時，在電路圖上必須對所需要引用和計算的電流和電壓標上參考方向！電阻常用單位：歐姆Ω、千歐kΩ、兆歐MΩ1～4節(jié)重要概念的總結：電路的作用、組成；激勵與響應的定義和關系。電路圖上所畫的任何一個電流、電壓的方向都是參考方向；所畫的任何一個元件都是理想元件。在分析計算電路時，必須養(yǎng)成標注參考方向的習慣。在給R、L、C理想元件標注電流、電壓的參考方向時，應盡量將電流和電壓標成一致。1.5電源有載工作、開路與短路第1章1

5EUR0電源——為電路提供運行所需電能的器件。用2個理想電磁特性元件來描述一個實際電源的主要特性。輸出正端口輸出負端口電源模型及其等效含義用電壓描述電能產生形式——等效電動勢E用電阻描述自身消耗電能情況——等效內阻U——電源實際輸出的正負端口電壓EIU第1章1

51.5.1電源有載工作1.電壓與電流R0RABCDU=RIR

+

R0I=

EU=E–R0IER0IU電源的外特性曲線當R0

R時，UEIU0電源帶負載能力強指當負載大幅變化時，電源的端電壓變化很小。第1章1

51.5.1電源有載工作1.電壓與電流U=E

–

R0I

2.功率與功率平衡UI=EI–R0I2

P=PE–

P電源產生功率內阻消耗功率電源輸出功率功率的單位：瓦[特](W)或千瓦(kW)電源產生功率=負載取用功率+內阻消耗功率EIUR0RABCD第1章1

5電源在某些情況下實際上是消耗電能（充電）即做負載使用，其特征為端電壓方向不變，而電流方向改變。3.電源所處狀態(tài)的判別方法根據電壓、電流的實際方向判別作為電源元件時：I由U的“－”流入，“＋”流出作為負載元件時：I由U的“＋”流入，“－”流出方法：根據U、I數(shù)值的正負，將負值的U或I改為其反向（即統(tǒng)一為實際方向）按下列原則判斷：D－＋UIC－＋UIB＋－UIA＋－UI例題：判斷下面元件是處于電源狀態(tài)還是負載狀態(tài)？分析方法提示：U、I沒有具體數(shù)值，無法判別！已知U=220V,I=－1AI的數(shù)值為負值，表明參考方向與實際方向相反。將I的參考方向反轉，成與實際方向一致。根據U、I現(xiàn)參考方向與各自實際方向都一致的情況，進行判別。4.電源的額定值與實際值S1220VS2電源+–IS3P

電源輸出的電流和功率由負載的實際需求決定，即需要多少就提供多少。額定值：制造廠家為電氣設備在給定條件下正常運行而規(guī)定的值。通常為制造參數(shù)和使用極限參數(shù)第1章1

5220V/50W50W50W實際值：元件或設備在實際使用中產生的響應或消耗的功率！1kw不同性質元件額定值的一般意義：電源：額定值多為許可容量或極限值；中間部分元件：額定值為安全極限值，如電阻、電線；負載：額定值是在該數(shù)值下的經濟性、可靠性、壽命和安全的綜合值。如電燈、電爐。第1章1

5使用常識：

無論何種元件，其額定值與實際值之間不能等同。對于電源：在其容量范圍內，其實際輸出功率值一定等于電路的總需求。EIU01.5.2電源開路特征R0RABCDI=0U=U0=EP=0第1章1

5電源開路對電源沒有損壞U

=

0I視電路參數(shù)而定有源電路EUISR1電流過大，將燒毀電源1.5.3電源短路特征R2R0U=0I=IS=E/R0P=0PE=P=R0IS2

ER1R2R0U短接I第1章1

5+例題1開關閉合前后，電流I、I1、I2如何變化，I1會否少一些？60w與100w燈，哪一個燈絲電阻大？如電源的額定功率為125kw，端電壓220v，只接一個60w/220v燈，燈會否被燒毀？如100w燈絲已短路，開關S閉合后，100w等會否被燒斷？220v/100w本節(jié)重要概念的總結：任何實際電源的輸出（電壓或電流及功率）都與外界負載有關，也與電源自身的內阻大小有關。隨著負載阻值的減?。措娮栊枨蠊β试黾樱╇娫摧敵龉β试黾?，但輸出電壓下降。在容量許可內，負載需要多少功率，電源總是按需提供功率。本節(jié)重要方法的總結：利用實際方向判別元件處于負載或電源狀態(tài)的方法。根據額定值來計算許可值或實際值的方法。R3abE1節(jié)點

電路中三條或三條以上支路聯(lián)接的點支路

電路中的每一分支cd回路

由一條或多條支路組成的閉合路徑如acb,ab,adb如abca,adba,adbca

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6E2如a,bR2R1名詞術語：網孔

中間無分支的回路如abca,adba1.6基爾霍夫定律一條支路具有同樣的電流，一個電路至少有一條回路！基爾霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824～1887）成就：1845年21歲時發(fā)表了第一篇論文，提出了穩(wěn)恒電路網絡中電流、電壓、電阻關系的兩條電路定律：基爾霍夫電路定律。

1859年基爾霍夫做了用燈焰燒灼食鹽的實驗，得出熱輻射定律：任何物體對電磁輻射的發(fā)射本領和吸收本領的比值與物體特性無關，是波長和溫度的普適函數(shù)，即與吸收系數(shù)成正比。并推定：太陽光譜的暗線是太陽大氣中元素吸收的結果。這給太陽和恒星成分分析提供了一種重要的方法，天體物理由于應用光譜分析方法而進入了新階段。

1862年提出絕對黑體的概念。其熱輻射定律和絕對黑體概念是開辟20世紀物理學新紀元的關鍵之一。1900年M.普朗克的量子論就發(fā)源于此。在海德堡大學期間制成光譜儀，與本生合作創(chuàng)立了光譜化學分析法發(fā)現(xiàn)了元素：銫和銣。著有《數(shù)學物理學講義》4卷。

I流入

=

I流出（直流電路）i入

=i出（對任意波形的電流）

KCL——在任一瞬間流入節(jié)點電流和等于流出節(jié)點的電流和！例:若I1=9A,I2=–2A,I4=8A。求:I3=?電流的參考方向與實際方向相反1.6.1基爾霍夫電流定律(KCL)I1I2I3I4解：第1章1

6漏電保護空氣開關第1章1

6IAIBIABIBCICAKCL推廣應用ICABC對A、B、C三個節(jié)點應用KCL可列出：IA=IAB–ICAIB=IBC–IABIC=ICA–IBC上列三式相加，便得IA+IB+IC=0在任一瞬間流過任一人為封閉面的電流的代數(shù)和恒等于流入之和。第1章1

6例題1：問以下電路中有多少支路和結點？Uab和I是否為零？第1章1

6例題2：求：以下電路中I5。第1章1

6假想閉合面或更直接：E1U4E2U1U2abced+++1.6.2基爾霍夫電壓定律（KVL）

在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段上升電壓的代數(shù)和恒等于下降之和。U上升

=U下降

若求：U2=？E2

=

5VE1=–3V，U4=8V，U1=–2V，U1+

U2+U5=U3+

U4–––+–U5U3+–U2=

2V(–2)+U2–8=(–3)–5第1章1

6根據U升

=U降

KVL推廣應用于假想的閉合回路第1章1

6UAB=E+IRERABI根據KVL可列出UBUAABCUABUAB=UAUB

UA=

UB+UAB例題3：判斷以下電路中的元件是電源還是負載？負載例4.計算電流I、電壓U和電阻R。1.標參考方向，計算電流。2.按電流參考方向標各電阻上的電壓參考方向，計算電壓U。一、電位的概念電位：選定電路中某點作為參考點，令其電位為零，其它點到參考點的電壓，即為該點的電位，用V表示。參考點不同,電位不同,但任意兩點之間的電壓不變。若電位為負，則低于參考點電位，兩點之間電壓<0。二、電位的計算例已知：Uda=4V,Uac=6V,求各點電位

結論若電位為正，則高于參考點電位，兩點之間電壓>0。2643+-10Vabcd1.7電路中電位的概念及計算第1章1

7接地點電位值電壓值VaVbVcVdUadUbccdR2E1E2R3R1abcdd三、利用電位化簡電路E1=2VE2=5V+2V–5VR2R3R1abc+2V–5V第1章1

7三、利用電位化簡電路ECRCRBTEB+EB

C+E例：思考題：將電路圖化為原理電路圖D2R+3V0VF-12VRCRBT第1章1

7例題：求下圖中的VB。第1章1

7例題1：求下圖中開關S1斷開和閉合時A點的電位VA斷開時閉合時例題2：求下圖中A、B、C、D的電位。常見作業(yè)格式錯誤原題有圖，但作業(yè)上卻不畫電路圖。所用到的電流、電壓或電位符號沒在電路圖上表示出位置和參考方向。把直流電壓U,直流電流I，錯誤寫成表示交流的u和i符號。上交之前，請對照自己作業(yè)改錯?。?！第一章小結一、基本概念

1.

參考方向：真實方向和假定方向的關系

2.

額定值：使電器工作在效益最好的狀態(tài)下

3.

功率的計算及功率性質的判別

4.電位的計算和應用二、基本定律

1.歐姆定律（L）U=IR2.基爾霍夫電流定律（KCL）

3.基爾霍夫電壓定律（KVL）電路的基本概念和基本定律自我檢查題一、填空題通常，電路可以分為

、

和

三部分；電路的電源或信號源的電流和電壓被稱為激勵，則由于激勵在電路的各部分產生的電流和電壓稱為

；電路圖中的任何一個元件都是

元件；能始終遵循歐姆定律的電阻被稱為

電阻；額定值為0.25w/100Ω的電阻，使用時電流不超過

，最高電壓不得超過

；2只220v/100w的電燈串聯(lián)接到220v的電路中，它們消耗的總功率為

；兩只標稱值分別為1w/100Ω和0.5w/50Ω的電阻并聯(lián)使用時，其兩端允許的最大電壓為

；如串聯(lián)使用時，其允許的最大電流為

；一個額定值為10kw/380v的電爐如接到220v的電源上，則其實際消耗的功率為

；一個冰箱在額定工作狀況下，每天消耗的電能為0.76度，則冰箱的額定功率為

。二、判斷題有了參考方向后，電路的電流和電壓才有正負之分。（）Uab表示a點的實際電位一定高于b點的電位。（）在電流和電壓的參考方向不一致時，歐姆定律的使用表達式仍然為。（）額定電流為100A的發(fā)電機，只接了60A的負載，還有40A被發(fā)電機自己所消耗。（）對于電源來說：“電源負載過重”意味著負載所要求的功率大于電源的額定功率。（）電路中的“接地”就是與大地相連。（）第1章復習自我檢查題（2）一、填空題對于一個實際電源，隨著其兩端的等效負載電阻的阻值不斷減少，電源兩端的端電壓隨之

。如果將一