第一章電路的基本概念與基本定律

第一章電路的基本概念與基本定律第一節(jié)電路的基本概念第二節(jié)電阻元件和電源元件的伏安特性第三節(jié)基爾霍夫定律及應(yīng)用第四節(jié)電路的工作狀態(tài)本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3.了解電路的有載工作、開(kāi)路與短路狀態(tài)，理解電功率和額定值的意義。4.理解電路中電位的概念，并掌握計(jì)算方法。第一章電路的基本概念與基本定律第一節(jié)電路的基本概念電路是電流的通路，是電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。一、電路的組成和電路模型電能的優(yōu)點(diǎn)1.便于轉(zhuǎn)換：發(fā)電設(shè)備用電設(shè)備2.便于傳輸、分配3.便于控制1.電路的作用(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(3)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分直流電源直流電源:

提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:

提供信息放大器揚(yáng)聲器話筒電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。3.電路模型

為了便于分析電路,將實(shí)際電路模型化，用反映其主要電磁性質(zhì)的理想電路元件來(lái)代替實(shí)際電路的器件，稱為實(shí)際電路的電路模型。例：手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線組成理想電路主要元件:電阻、電感、電容、電源等手電筒的電路模型RL+RS–SUSI電池導(dǎo)線燈泡開(kāi)關(guān)電池是電源元件，其參數(shù)為電壓US和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

導(dǎo)線用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。開(kāi)關(guān)用來(lái)控制電路的通斷。電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。二、電流和電壓的參考方向物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實(shí)際方向

物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位單位kA、A、mA、μAkV、V、mV、μV(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標(biāo)電壓：(1)參考方向在復(fù)雜電路中很難確定電流和電壓的實(shí)際方向。在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向，為參考方向。Iab

雙下標(biāo)2.電流和電壓的參考方向US+_aRb箭標(biāo)abR正負(fù)極性+–abUSIIU箭標(biāo)abU實(shí)際方向與參考方向一致，電流(電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(電壓)值為負(fù)值。(3)實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系注意：在參考方向選定后，電流(電壓)值才有正負(fù)之分。若I=5A，則電流從a流向b；例1：若I=–5A，則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實(shí)際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實(shí)際方向從b指向a。(4)關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)的參考方向同一電路元件，如果規(guī)定電流（流過(guò)該電路元件的電流）與電壓的參考方向一致，則稱為關(guān)聯(lián)的參考方向；否則為非關(guān)聯(lián)的參考方向。IabRU+–IbaR+–U電流與電壓的參考方向一致，為關(guān)聯(lián)的參考方向；電流與電壓的參考方向不一致，為非關(guān)聯(lián)的參考方向。三、電功率Rui+-p

uii2Ru2/RRui+-p

–ui–(–Ri)ii2R

–u(–u/R)u2/R上述結(jié)果說(shuō)明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。1、電阻元件電功率(u、i為瞬時(shí)值)2.電路吸收或發(fā)出功率的判斷+-iu

u,i取關(guān)聯(lián)參考方向P=ui

表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實(shí)際吸收)P<0吸收負(fù)功率(實(shí)際發(fā)出)+-iu

u,i取非關(guān)聯(lián)參考方向p=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實(shí)際發(fā)出)P<0

發(fā)出負(fù)功率(實(shí)際吸收)功率的計(jì)算（按吸收寫表達(dá)式）（1）U、I關(guān)聯(lián)的參考方向，P=UI；（2）U、I非關(guān)聯(lián)的參考方向，P=-UI；如果P

0，元件吸收功率，為負(fù)載；如果P0，元件釋放功率，為電源。

電路吸收或發(fā)出功率的判斷（電路負(fù)載或電源的判斷）負(fù)載元件:實(shí)際電流從其電壓正極流入電源元件:實(shí)際電流從其電壓正極流出從實(shí)際電流電壓方向判斷例564123I2I3I1++++++-----U6U5U4U3U2U1-求圖夸示電主路中持各方絹框所項(xiàng)代表爬的元鑰件吸根收或穩(wěn)發(fā)出飄的功較率。迷已知字：U1=1茂V,塘U2=章-3值V,U3=8銅V,堤U4=恢-4被V,U5=7每V,仇U6=追-3夾VI1=2困A,擴(kuò)I2=1祥A,I3=刺-1吩A解對(duì)一夕完整貨的電侮路，脅發(fā)出老的功民率＝擾消耗礎(chǔ)的功仆率第二豬節(jié)修電爪阻元賄件丟和電知源元寺件的殲伏安類特性其伏廟安關(guān)木系用u～i曲線誰(shuí)來(lái)描劇述：電路元件電源：獨(dú)立電壓源獨(dú)立電流源受控電源負(fù)載：電阻電感電容耦合電感

{Ri+–u一、宣電阻風(fēng)元件電路申端電斤壓與剪電流獎(jiǎng)的關(guān)過(guò)系稱為日伏安磨特性惰。遵循杯歐姆熔定律撫的電濃阻稱收為線性懇電阻，它表畝示該枝段電朵路電壓樹(shù)與電洲流的惕比值擔(dān)為常昨數(shù)。I/AU/Vo線性蠟電阻固的概知念：線性劫電阻身的伏程安特瓦性是脆一條走過(guò)原獎(jiǎng)點(diǎn)的謝直線。解：對(duì)圖(a英)有,U=IR例2：應(yīng)用禁歐姆鏈定律袍對(duì)下騎圖電嘴路列柱出式末子，們并求杜電阻R。對(duì)圖(b干)有,U=虹–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A注意沒(méi)：電阻R是恒登大于握或等偉于零圓。二、凍理想門電壓培源其兩畢端電耀壓總云能保欠持定夠值，其值效與流黃過(guò)它杰的電隸流i無(wú)關(guān)電路膜符號(hào)i+_理想升電壓代源的僑電壓柳、電灰流關(guān)茫系電源喂兩端景電壓麗由電孤源本膛身決竊定,與外山電路秩無(wú)關(guān)兩；與叨流經(jīng)哪它的電流訂方向申、大崖小無(wú)拜關(guān)。通過(guò)安電壓置源的電流由電塘源及部外電稱路共砌同決綿定。ui伏安敘關(guān)系例Ri-+外電挪路電壓年源不遣能短墻路！三、理想抱電流邁源其輸出監(jiān)電流攪總能復(fù)保持勵(lì)定值，其值妄與電俘源兩壁端電瓜壓u無(wú)關(guān)電路娘符號(hào)理想痰電流迫源的劈燕電壓父、電獎(jiǎng)流關(guān)麻系(1執(zhí))電流塊源的戒輸出婆電流唉由電斜源本泥身決卻定，蛋與外混電路煩無(wú)關(guān)疤；與掏它兩俯端電服壓方有向、澤大小但無(wú)關(guān)（2）電流估源兩漲端的樣電壓蕩由電此源及蠢外電型路共飄同決虜定ui伏安設(shè)關(guān)系U+_IS第三霸節(jié)基爾絲式霍夫稈定律惰及應(yīng)需用支路寄：電路長(zhǎng)中的斗每一寒個(gè)分哈支。一條輔支路貫流過(guò)昨一個(gè)溉電流喪，稱匙之為支路錘電流。節(jié)點(diǎn)嫌：三條趣或三虎條以守上支典路的麻連接被點(diǎn)?；芈范悖河芍Р事方M僅成的腿閉合旬路徑。網(wǎng)孔汪：內(nèi)部呼不含炕支路需的回穴路。I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U1123支路役、節(jié)點(diǎn)變數(shù)？回路癥、網(wǎng)駛孔數(shù)傍？例1：支路昂：ab、bc、ca、…（共6條）回路碌：ab派da、ab卻ca、db刃ca…（共7個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、b、c、d(共4個(gè)）網(wǎng)孔惑：ab慮da、ab寄ca、db蛇cd（共3個(gè)）adbcE–+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I一、基爾摟霍夫沃電流之定律(KC貞L定律)即1：Ｉ入=Ｉ出在電師路中厭，任能一瞬更間，俗流向光任一蠶節(jié)點(diǎn)睜的電淹流等緞?dòng)诹鞑〕鲈撻g節(jié)點(diǎn)廈的電帥流。實(shí)質(zhì):電流惕連續(xù)揪性的掙體現(xiàn)恰?；?:菌Ｉ=余0I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U1對(duì)節(jié)前點(diǎn)a：I1+I2=I3I1+I2–I3=調(diào)0（2）用KC誼L解題庫(kù)時(shí)，景先要習(xí)取定節(jié)各支巴路電疏流的參考落方向。注意桃：（1）KC孫L適用葬于任彼何電蕉路；（3）電路慚中有n個(gè)節(jié)吧點(diǎn)，兼則根要據(jù)KC臨L可列敘出(n墾-1陡)個(gè)獨(dú)揚(yáng)立的伯電流劣方程沉。KC嗽L電流闖定律立可以電推廣帖應(yīng)用勿于包帝圍部蚊分電貫路的吼任一君假設(shè)歲的閉凈合面役。I=?例2:廣義節(jié)點(diǎn)I=鴉0IA+IB+IC=呼0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V在任鋪一瞬需間，撞沿任兆一回道路循里行方頌向，訊回路鋸中各傘段電般壓的瀉代數(shù)濫和恒烏等于乳零。即：U=房誠(chéng)0二、基爾未霍夫鞠電壓為定律派（KV同L定律)在任具一瞬呆間，胳沿任一回路熔，則破電位來(lái)升之粥和等貪于電奶位降薦之和械。對(duì)回踐路1：對(duì)回解路2：U1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=U2或I1R1+I3R3–U1=惡0或I2R2+I3R3–U2=訴0I1I2I3ba+-U2R2+

-R3R1U112即：U升=朗U降1．列掌方程重前標(biāo)注回路(循行)方向；電位礎(chǔ)升=電位傳降U2=UAB+I2R2U=姓0I2R2–U2+UAB=釘02．應(yīng)用U=株0列方轎程時(shí)，項(xiàng)前婦符號(hào)聾的確楚定：如果相規(guī)定攪電位塘降取前正號(hào)盾，則僻電位聚升就跌取負(fù)塊號(hào)。3.開(kāi)口畫電壓短可按清回路霉處理注意強(qiáng)：1對(duì)回小路1：U1UABB+A+–R1+–U2R2I2_UAB=U2–I2R2*從高A到低B直接下寫例3：圖1所示折電路盆中，督正確念的電事壓方膏程是濟(jì)（凝）噴。c例4：圖2所示電路中，A、B間的電壓UAB為（）。AB2A2Ω2Ω圖2（a）2V（b）–2V（c）–1Vb圖1（a）US1–R1I1+R3IS=0（b）US2+R3IS+R2I2=0（c）US1–R1I1–US2–R2I2=0I1I2R1R3R2US1US2IS++––例5：圖示效電路克中，吐已知拜：IS1=4扮A，IS2=2拉A，US=6嚇V，R1=劫R2=3棄Ω，求A、B間的姓電壓曾。解：詢電阻R1上的牙電流IR1和兩端電返壓UR1的參墳考方殘向如闖圖示蟻。根據(jù)KC師L，對(duì)節(jié)來(lái)點(diǎn)A列電縱流方程盒：IS2=諒IS1+昨IR1IR1=楚IS2–甩IS1=2稍–螞4=師–柴2A電阻R1上的早電流電阻R1兩端將電壓UR1=桃IR1R1=砌–2蕩×3原=謙–6宋VUAB=US+UR1=6也–弓6儲(chǔ)=笑0癥VIR1+–UR1AIS1R1R2USIS2+–B例6：圖示羽電路伶中，壟已知胖：R1=行R2=1府Ω，IS1=1產(chǎn)A，IS2=2鋪A，US1=店US2=1定V，掙求A、B間的掛電壓UAB。++––UR1UR2IR2IR1解：影流過(guò)鍛電阻R1和R2的電辭流IR1、IR2和兩苦端電宵壓UR1、UR2的參礦考方閣向如曲圖示向。電流IR1和電曠壓UR1為：IR1=虜IS1=1遼AUR1=支IR1R1=疲1V電流IR2和電喚壓UR2為：IR2=泡IS2=2占A，倘UR2=添IR2R2=吃2VUAB=赴–US1+抄UR1–UR2–US2UAB=愿–砌3VIS1R1++–––+R2US1US2IS2ABUAB從A到B寫UAB例7：試求夜圖示蒸部分節(jié)電路悲中的串電流I，I1和電朽阻R。設(shè)Uab=0。4Ω4Ω1Ω2Ω+-2VR6AII1ab解：把虛刪線中讀的電位路看含成是歪一個(gè)溜大的可結(jié)點(diǎn)守，則伶有：I=嘩6AUab=2+2I1=0I1=-1AI2I3Uab=4I3-4I2=0I3=I2=3AI4I5對(duì)結(jié)點(diǎn)a列電流方程：I4=I2-I1=4A對(duì)結(jié)點(diǎn)b列電流方程：I5=I3+I1=2AUab=R×I4-I5=0R=0.5Ω開(kāi)關(guān)呆斷律開(kāi)一、空載吩狀態(tài)I=0電源端電壓(開(kāi)路電壓)負(fù)載功率U

=U0P

=01.開(kāi)路顧處的浸電流猾等于唱零；I=晴02.開(kāi)路訴處的在電壓U0視電咐路情在況而其定。電路鏈中某疊處斷滾開(kāi)時(shí)香的特滑征:I+–U0有源電路IRoR+

-UU0+

-第四餃節(jié)電路舉的工稿作狀亭態(tài)負(fù)載致端電洗壓為0電源烏外部包端子窄被短犁接二、短路渠狀態(tài)

電源端電壓負(fù)載功率電源產(chǎn)生的能量全被內(nèi)阻消耗掉短路電流（很大）U0

=0

PU=P=I2R0P

=01.短路惑處的赤電壓傷等于醋零；U=顧02.短路著處的杏電流I視電聲路情啄況而裕定。電路揚(yáng)中某透處短猴路時(shí)改的特菠征:I+–U有源電路IR0R+

-UU0+

-開(kāi)關(guān)獻(xiàn)閉合,電源接通負(fù)載負(fù)載克端電安壓三、降負(fù)載號(hào)狀態(tài)(有載河狀態(tài))IR0R+

-UU0+

-I①電流練的大費(fèi)小由賀負(fù)載施決定復(fù)。②榆在電平源有某內(nèi)阻蛇時(shí)，IU0。U0=U–IR0當(dāng)R0<<R時(shí)，經(jīng)則U0U，表明敢當(dāng)負(fù)寇載變桐化時(shí)級(jí)，電鋤源的輔端電錯(cuò)壓變厘化不波大，毒即帶體負(fù)載盼能力鍋強(qiáng)。電源的外特性UU0I0如果燭不考鬼慮電零源的拜內(nèi)阻嬸，外抓特性弊為虛瓦線所咽示。開(kāi)關(guān)祥閉合,電源袋接通叉負(fù)載溪。1、特?cái)y征:①電流串的大帶小由裂負(fù)載乎決定醫(yī)。②步因電榆源有梳內(nèi)阻申，IU0。U0I=UI–I2RoP=PU–P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率③照電源罩輸出句的功謹(jǐn)率由戀負(fù)載晚決定挽。負(fù)載凈大小江的概天念:負(fù)載哈增加坦指負(fù)紙載取妄用的電流使和功脾率增棒加(電壓斜一定)。IR0R+

-UU0+

-I即(電壓辜一定)接入例更多儲(chǔ)設(shè)備2、功率繭與功好率平炮衡U0I=UI–I2RoP=PU–P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率在一醋個(gè)電升路中蒸，電瘡源產(chǎn)涉生的滋功率書等于奸負(fù)載粥取用臂的功避率與逃電源臺(tái)內(nèi)阻毯損耗帆的功隨率之相和，虧稱為劑功率冠平衡它。IN+U－例3在圖繪示電妻路中孝，已呢知：I=緞2A，U1=1豈0V，U2=6基V，U3=額–蘭4V，問(wèn)哪北些元瞇件是艷電源較？哪針些元暖件是辜負(fù)載示？213U2+++–––U1U3I=曉I昌U2=今2×汪6=辟1得2W慶＞0=救–消I瘡U3=嬌–形2×悉（掠–連4）睜=素8W顆＞0元件1為電爐源=慌–鑄I鮮U1=影–2感×1封0=摟–臺(tái)20倚W＜贈(zèng)0解：元件1：P1元件2：P2元件2為負(fù)講載元件3：P3元件3為負(fù)陽(yáng)載例4在圖司示電豈路中胸，US1、US2、I均為赤正值錦，問(wèn)編發(fā)出功識(shí)率的奇電源僅是哪辣個(gè)？IR1US1US2++––R2解：電源US1的功靠率PUS1=–訪US1I界＜0發(fā)出乒功率電源US2的功撫率PUS2=US2I＞0吸收宋功率電路皇中發(fā)出功逮率的襖電源逗是US13、電宋氣設(shè)卷備的萍額定濁值額定綠值:電氣臺(tái)設(shè)備持在正每常運(yùn)沫行時(shí)詢的規(guī)輕定使找用值電氣發(fā)設(shè)備牢的三惹種運(yùn)室行狀宗態(tài)欠載(輕載)：I雨<火IN，P漫<緞PN(不經(jīng)傍濟(jì))過(guò)載(超載)：I取>設(shè)IN，P扶>技PN(設(shè)備售易損刃壞)額定姥工作迎狀態(tài)棵：I濫=證IN，P軌=狂PN(經(jīng)濟(jì)會(huì)合理葉安全示可靠)（1）額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；（2）額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。例：燈泡：UN=220V

，PN=60W電阻：RN=100

，PN=1W

實(shí)際盟應(yīng)用尊中，弟電動(dòng)騾機(jī)工兄作在宿額定丙狀態(tài)厚時(shí)效繡率最康高。變壓掠器工寸作在漲額定殼值的75％效懇率最止高電路線中電則位的卡概念蹦及計(jì)館算電路烤中某紗點(diǎn)X至參雕考點(diǎn)艷的電毅壓，記為“VX”。通常滔設(shè)參認(rèn)考點(diǎn)補(bǔ)的電滿位為織零。1.電位遮的概監(jiān)念電位晴的計(jì)臂算步愁驟:(1砍)選電械路中拋某一偵點(diǎn)為雜參考察點(diǎn)(為零耽電位)(2壩)標(biāo)出謠各電仇流和免電壓糟的參喊考方鵲向(3雨)計(jì)算辣各點(diǎn)印至參脫考點(diǎn)爹間的杯電壓挑即為嗓各點(diǎn)困電位奶。VX為正繼，說(shuō)諒明該斑點(diǎn)電駐位比傻參考城點(diǎn)高差；VX為負(fù)漆，說(shuō)桿明該捷點(diǎn)電搶位比步參考琴點(diǎn)低斬。例8:求圖艙示電們路中賭各點(diǎn)字的電詢位:Va、Vb、Vc、Vd。解設(shè)a為參畏考點(diǎn)(Va=0半V)Vb=Uba=–1玩0×伙6=60奧VVc=Uca=韻4×少20午=某8直0密VVd=Uda=渣6媽×5凡=播3酬0椒V設(shè)b為參唐考點(diǎn)(Vb=0暫V)Va=Uab=1苗0×濟(jì)6窗=粉60啄VVc=Ucb=U1=欄14哲0瓦VVd=Udb=U2=換90哈Vbac204A610AU290VU1140V56AdUab=Va–Vb=牛60驚VUcb=Vc–Vb=吉14欣0援VUdb=Vd–Vb=猶90顏VUab=10悟×6姑=帳6遺0隱VUcb=U1=眾14棵0敢VUdb=U2=覽90欄V結(jié)論肺：(1伍)電位致是相造對(duì)值泄，選不同學(xué)的參閉考點(diǎn)，電路窄中各脆點(diǎn)的電位雙也將店隨之拜改變；(2覆)電路儀中兩點(diǎn)揚(yáng)間的蹦電壓際值是嘗固定的，即與參塌考點(diǎn)(零電刮位)的選取呆無(wú)關(guān)。借助搭電位沒(méi)的概叫念可乎以簡(jiǎn)切化電與路作窄圖bca204A610AU290VU1140V56Ad+90V205+140V6cd例9:圖示驗(yàn)電路,計(jì)算密開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)鑰、閉涼合時(shí)A點(diǎn)電館位VA解:云(1應(yīng))當(dāng)開(kāi)嶼關(guān)S斷開(kāi)袖時(shí)(2息)當(dāng)開(kāi)黑關(guān)閉杏合時(shí),電路如圖瓣（b）電流I2=需0，電位VA=冶0V。電流I1=I2=0，電位VA=朱6V。電流燦在閉猛合路徑永中流功通