電路第1章電路模型與電定律

第1章

電路的基本概念和基本定律內(nèi)容提要本章主要介紹電路模型的概念、關(guān)聯(lián)參考方向、功率和能量、集總參數(shù)元件、基爾霍夫定律。1.1

電路與電路模型1.2

電路的基本物理量1.3

電路的功率與能量1.4

電阻元件1.5

電壓源與電流源1.6

基爾霍夫定律1.7

電位及其計(jì)算第1章

電路的基本概念和基本定律【引例

】電路在現(xiàn)代生活領(lǐng)域隨處可見(jiàn)，例如日常生活中常用的手電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電力傳輸、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各個(gè)方面都離不開(kāi)電路。那么什么是電路？給出手電筒照明電路如圖所示。如何分析流過(guò)小燈泡的電流?返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.1

電路與電路模型返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.1.1

實(shí)際電路日光燈照明電路晶體管放大電路示意圖實(shí)際電路：由多種電氣元件和器件（例如二極管、晶體管、運(yùn)算放大器、變壓器、電阻、電容、電感等）通過(guò)導(dǎo)線按照一定的方式連接而成的電流通路。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.1.2

電路模型返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.1.3

集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路：電磁能量在空間傳播，如果實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于其工作電磁波的波長(zhǎng)，可認(rèn)為送到實(shí)際電路各處的電磁能量是同時(shí)到達(dá)的，此時(shí)電路尺寸可忽略不計(jì)。集總參數(shù)元件：在集總參數(shù)電路中能用一個(gè)參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征的理想化電路元件。注意：在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，且兩個(gè)端子之間的電壓為單值量。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.2

電路的基本物理量電流磁鏈電壓電荷返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.2.1

電流及其參考方向1.電流定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。2.電流表達(dá)式：很難判斷電流的實(shí)際方向3.電流的實(shí)際方向：返回第1章

電路的基本概念和基本定律4.電流的參考方向：任意假定的電流方向。在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若i

>0

參考方向與實(shí)際方向一致；i

<0

參考方向與實(shí)際方向相反。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.2.2

電壓及其參考方向1.電壓定義：電場(chǎng)力將單位正電荷由電場(chǎng)中一點(diǎn)按照一定的路徑移動(dòng)到另一點(diǎn)所做的功。2.電壓表達(dá)式：3.電壓的參考方向：在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若u>0致；參考方向與實(shí)際方向一參考方向與實(shí)際方向相u<0返回反。第1章

電路的基本概念和基本定律1.2.3

關(guān)聯(lián)參考方向如果指定流過(guò)元件的電流的參考方向是從標(biāo)以電壓正極性的一端流入，負(fù)極流出，則兩者參考方向一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。注意：電壓、電流的參考方向可以任意設(shè)定的。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.3

電路的功率與能量功率：電路在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)換的電能

。表達(dá)式：在關(guān)聯(lián)參考方向下，若p>0

元件吸收功率；p<0

元件提供功率。返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.1】如圖所示的電路中，已知，，，，

哪些元件是源

？

哪

些元件是負(fù)載？返回第1章

電路的基本概念和基本定律【解】負(fù)號(hào)說(shuō)明元件1提供功率，即元件1是電源。元件2吸收功率，即元件2是負(fù)載。元件3吸收功率

，即元件3是負(fù)載。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.4

電阻元件水泥電阻金屬電阻色環(huán)電阻貼片電阻精密電位器返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.4.1

電阻的定義及伏安特性返回第1章

電路的基本概念和基本定律電阻：用符號(hào)R表示，單位為歐姆（Ω）歐姆定律：在

、

為關(guān)聯(lián)參考方向的條件下，線性電阻的伏安特性符合歐姆定律，即有注意：在直流電路中，電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)，用符號(hào)G

表示，單位為西門(mén)子（S）返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.4.2

電阻元件的功率和能量電阻元件的功率：電阻是無(wú)源的耗能元件電阻元件從

到

時(shí)間內(nèi)吸收的能量為返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.4.3

開(kāi)路和短路返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.4.4

電阻元件的工程應(yīng)用基礎(chǔ)電阻元件的額定功率：在規(guī)定的環(huán)境溫度和濕度下，在長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載而不損壞或基本不改變性能的情況下，電阻上允許消耗的最大功率。色環(huán)表示法返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.2】

如圖所示電路中，已知電阻，欲使流過(guò)的電流為兩端的電壓，如何選取這個(gè)電阻

？【解】根據(jù)歐姆定律有電阻

消耗的功率為返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.5

電壓源與電流源干電池蓄電池發(fā)電機(jī)直流穩(wěn)壓電源返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.5.1

實(shí)際電壓源與理想電壓源1.

實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源總是存在內(nèi)阻返回第1章

電路的基本概念和基本定律2.理想電壓源(1)其端是恒定值，與流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)，即與接入電路的方式無(wú)關(guān)；(2)

其電流由它本身與外電路共同決定，即與它相連接的外電路有關(guān)。返回第1章

電路的基本概念和基本定律3.理想電壓源的功率電路如圖所示，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，電壓源的功率為P>0電源吸收功率，起負(fù)載作用；電源提供功率，起電源作用。P<0返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.5.2

實(shí)際電流源與理想電流源1.實(shí)際電流源實(shí)際電流源是由實(shí)際電壓源轉(zhuǎn)換的返回第1章

電路的基本概念和基本定律2.理想電流源(1)

其流

是恒定值，與它兩端的電壓無(wú)關(guān)，即與接入電路的方式無(wú)關(guān)；(2)

其電壓由它本身與外電路共同決定，即與它相連接的外電路有關(guān)。返回第1章

電路的基本概念和基本定律3.理想電流源的功率電路如圖所示，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，電流源的功率為P>0P<0電流源吸收功率，起負(fù)載作用；電流源發(fā)出功率，起電源作用。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.6

基爾霍夫定律古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824—1887）德國(guó)物理學(xué)家，柏林科學(xué)院院士返回第1章

電路的基本概念和基本定律u

1847年發(fā)表的兩個(gè)電路定律（基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律），發(fā)展了歐姆定律，對(duì)電路理論有重大作用。u

與化學(xué)家本生一同開(kāi)拓出一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域——光譜分析，并發(fā)現(xiàn)了銫和鍶兩種元素。u

提出熱輻射中的基爾霍夫輻射定律，這是輻射理論的重要基礎(chǔ)?；鶢柣舴蚨?，闡明了集總參數(shù)電路中與各結(jié)點(diǎn)相連的所有支路電流所滿足的關(guān)系和與各回路相關(guān)的所有支路電壓所滿足的關(guān)系?；鶢柣舴蚨墒欠治黾倕?shù)電路的重要定律，是電路理論的奠基石。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.6.1

幾個(gè)基本概念支路:電路中的每個(gè)分支。結(jié)點(diǎn)：2條及2條以上支路的連接點(diǎn)?；芈罚喝我婚]合路徑。網(wǎng)孔：最小的回路。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.6.2

基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律（KCL）表述為：在集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，流入或流出任一結(jié)點(diǎn)或封閉面的所有支路電流的代數(shù)和等于零，即KCL實(shí)質(zhì)上是電流連續(xù)性的體現(xiàn)，即在任何瞬間，流入該結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。返回第1章

電路的基本概念和基本定律KCL電流方程結(jié)點(diǎn)①結(jié)點(diǎn)②結(jié)點(diǎn)③結(jié)點(diǎn)④結(jié)點(diǎn)⑤返回第1章

電路的基本概念和基本定律廣義的結(jié)點(diǎn)（假想曲面）：返回第1章

電路的基本概念和基本定律，【例1.3】

如所示直流路中，已知，，。求流

和

。返回第1章

電路的基本概念和基本定律【解】

對(duì)結(jié)點(diǎn)a，根據(jù)KCL列出方程，即代入數(shù)據(jù),解得：對(duì)結(jié)點(diǎn)b，根據(jù)KCL，有代入數(shù)據(jù),解得返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.6.3

基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律（KVL）：在集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻沿任一回路，任一瞬時(shí)沿該回路繞行一周，則該回路的各段支路電壓的代數(shù)和為零，即KVL實(shí)質(zhì)上是電位單值性的體現(xiàn)，即當(dāng)電路選定電位參考點(diǎn)以后，其余各結(jié)點(diǎn)都具有一定的電位值。返回第1章

電路的基本概念和基本定律KVL電壓方程回路1回路2回路3返回第1章

電路的基本概念和基本定律廣義回路(開(kāi)口回路）：返回第1章

電路的基本概念和基本定律思考：此電路有多少支路、節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)孔和回路？bI1I2aI6cR6I4I5I3d+

_E3R3返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.4】

如所示直流路中，求流

和?！窘狻苛薪Y(jié)點(diǎn)a的KCL電流方程，有則按繞行方向，列回路1的KVL方程則返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.6.4

電路定律在直流電路中的應(yīng)用【例1.5】寫(xiě)出下所示支路和支路流之的關(guān)系。返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.6】

如所示直流路中，求流

和

?！窘狻?/p>

根據(jù)繞行方向列回路1的KVL方程列節(jié)點(diǎn)a的KCL方程解上面兩個(gè)方程得返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.7】路如a所示，求流

、

、

和、

。返回第1章

電路的基本概念和基本定律【解】

設(shè)三個(gè)回路的繞行參考方向如圖b所示。返回第1章

電路的基本概念和基本定律1.7

電位及其計(jì)算電位：在電路中取任意一結(jié)點(diǎn)

作為參考點(diǎn)，把由某結(jié)點(diǎn)a到此參考點(diǎn)的電壓稱為該結(jié)點(diǎn)的電位。一般參考點(diǎn)都用接地符號(hào)表示。二極管的正向伏安特性的電位測(cè)量返回第1章

電路的基本概念和基本定律晶體管的輸入特性的電位測(cè)量?jī)牲c(diǎn)的電位差電位的計(jì)算步驟如下：(1)

任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零；(2)

標(biāo)出各電流和電壓的參考方向；(3)

計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。返回第1章

電路的基本概念和基本定律【例1.8】路如a所示，分a、b參考點(diǎn)。求a、b、c、d各點(diǎn)的位?！窘狻?/p>

根據(jù)電位的概念，設(shè)a點(diǎn)為參