電路的基本概念和基本律

關(guān)于電路的基本概念和基本律電路的基本概念和基本定律§1.1電路與電路模型

1.1.1電路的功能和構(gòu)成

1.1.2電路模型

1.1.3 電路理論研究的主要內(nèi)容§1.2電路基本物理量的正方向與正負號§1.3 基本電路元件§1.4 電路的工作狀態(tài)§1.5 電路的基本定律－KVL、KCL

第一章第2頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的功能

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線§1.1 電路與電路模型1.1.1電路的功能和構(gòu)成第3頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載: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)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線第4頁,共84頁，2024年2月25日，星期天直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。第5頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

小結(jié)電路按功能可分為兩類：1、電力線路（強電）--作用：傳輸、分配、控制和轉(zhuǎn)換能量，

－構(gòu)成：電源－中間環(huán)節(jié)－負載；

2、電子線路（弱電）－作用：傳遞和處理信號，

--構(gòu)成：信號源－中間環(huán)節(jié)－負載

電源（狹義）（廣義）電源（激勵）電力電子線路？（用弱電控制強電，參見電工學III第6章）第6頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1.1.2電路模型一、電路元件、電路（圖）實際電路元件模型化（理想）電路元件實際電路電路（模型）電路（圖）符號化實際結(jié)構(gòu)研究電路（圖）揭示實際電路主要性能例：建立手電筒的電路模型第7頁,共84頁，2024年2月25日，星期天手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導線燈泡開關(guān)

電池是電源元件，其參數(shù)為電動勢E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；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。

開關(guān)用來控制電路的通斷。

今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。第8頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1.1.2電路模型一、電路元件、電路（圖）二、基本電路元件電源：恒壓源

與恒流源（不計受控電源）

負載：電阻、電容、電感中間環(huán)節(jié)：短路線

與開路線

(描述導線與開關(guān)）第9頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1.1.3 電路理論研究的主要內(nèi)容基本物理量：電流、電壓、電位（勢）、電動勢、電功率基本元件：上述7種（含教材3.1節(jié)）工作狀態(tài)：開路、短路、有載基本規(guī)律：基爾霍夫定律—KCL、KVL

（整體規(guī)律）求解方法（分類、內(nèi)容、適用范圍——屬第二章內(nèi)容）第10頁,共84頁，2024年2月25日，星期天§1.2電路基本物理量的正方向與正負號電池燈泡電流 I、i電壓U、u電動勢E、e電位（勢）V、v（后面講）Vb=－ERE_IU+ab+_第11頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電路中物理量的正方向物理量的方向：實際方向假設(shè)方向（參考方向）實際方向：物理中對電學量規(guī)定的方向。假設(shè)方向（參考方向）：在分析計算時，對電學量人為規(guī)定的方向，一般稱為正方向第12頁,共84頁，2024年2月25日，星期天物理量的實際方向和單位第13頁,共84頁，2024年2月25日，星期天物理量正方向的表示方法電池燈泡IRUabE+_abu_+正負號abUab

高電位點在前，低電位點在后

雙下標（舊箭頭）u電壓aIR電流：箭頭或 雙下標

Iabb第14頁,共84頁，2024年2月25日，星期天為何在電路分析中用正方向？問題的提出：1、在復雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向。

2、在交流電路中，實際方向反復變化。電流方向A

B？電流方向B

A？E1ABRE2IR第15頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(1)在解題前先設(shè)任意假設(shè)一個方向作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向：若計算結(jié)果為正，則表明實際方向與假設(shè)方向一致；故稱假設(shè)方向（參考方向）為正方向。若計算結(jié)果為負，則表明實際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達式,然后解出所求的物理量；第16頁,共84頁，2024年2月25日，星期天例已知：E=2V,R=1Ω問：當U即Uab分別為3V和1V時，IR=?E

IRRURabU解：(1)假定電路中物理量的正方向如圖所示；(2)列電路方程：第17頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(3)數(shù)值計算（實際方向與正方向一致）（實際方向與正方向相反）E

IRRURabU第18頁,共84頁，2024年2月25日，星期天***(4)在以后的解題過程中，若題中未給出某些電壓、電流的符號和\或正方向，而自己解題中又需要，符號的下標與正方向自己可以任意假設(shè)，但必須假設(shè)，且設(shè)好后不能再變。(1)“實際方向”是物理中規(guī)定的，而“正方向”則是人們在進行電路分析計算時,任意假設(shè)的。若無特別說明，電路圖中所標出的方向都是指‘正方向’。(2)歐姆定律U/I=R

僅適用于U、I正方向一致的情況，當U、I正方向不時一致，應(yīng)改為U/I=－R

。（3）為了避免列方程時出錯，習慣上把

I

與U

的正方向假設(shè)為一致（同方向）。提示第19頁,共84頁，2024年2月25日，星期天歐姆定律中的正負號U、I參考方向相同時，U、I參考方向相反時，RU+–IRU+–I

表達式中有兩套正負號：①式前的正負號由U、I

參考方向的關(guān)系確定；②U、I

值本身的正負則說明實際方向與參考方向之間的關(guān)系。

通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR第20頁,共84頁，2024年2月25日，星期天解：對圖(a)有,U=IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A第21頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電功率aIAUb功率的正負：設(shè)電路任意兩點間的電壓為

U,流入此部分電路A的電流為I，則這部分電路取用（消耗或儲存）的功率為:功率有無正負？U、I正方向一致時取‘＋’U、I正方向相反時取‘－’第22頁,共84頁，2024年2月25日，星期天右圖：U、I正方向一致

P=UIIRUab或IRUab“取用功率（負載）”為什么？“發(fā)出功率（電源）”為什么？若P

0 則該元件IUab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系P（取用）=P（發(fā)出）右圖：U、I正方向相反

P=

－UI若P<0 則該元件第23頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

當計算出的P>0

時,則說明U、I

的實際方向一致，此部分電路取用電功率，為負載。

所以，從P值的+

或-

可以區(qū)分元器件的性質(zhì)是電源還是負載。（不能僅從元器件的名稱就斷定它一定是電源或負載）結(jié)論在計算功率時，如果按P=±UI (U、I正方向相反時取‘－’）計算，則：

當計算的P<0

時,則說明U、I

的實際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。如果按P=±UI計算，計算時有兩套正負號。？第24頁,共84頁，2024年2月25日，星期天節(jié)點電位的概念：Va=5V

a

點電位：ab1

5Aab1

5AVb=-5V

b

點電位：在電路中任選一節(jié)點，設(shè)其電位為零（用此點稱為參考點。其它各節(jié)點對參考點的電壓，便是該節(jié)點的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標）。標記），改在基本電路元件之前講*§1.6 電路中電位的計算第25頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

電位值是相對的,參考點（電位零點）選的不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；電路中兩點間的電壓（電位差）值是固定的，不會因參考點的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別第26頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電位在電路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2第27頁,共84頁，2024年2月25日，星期天R1R2+15V-15V

參考電位在哪里？R1R215V+-15V+-第28頁,共84頁，2024年2月25日，星期天“電路中電位的計算” 史儀凱新教材1.7.3節(jié)

（必考內(nèi)容）第29頁,共84頁，2024年2月25日，星期天一、無源元件1.電阻R§1.3 （二端）基本電路元件3種含義2.電感L3.電容C第30頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1電阻元件

描述消耗電能的性質(zhì)根據(jù)歐姆定律:即電阻元件上的電壓與通過的電流成線性關(guān)系線性電阻

金屬導體的電阻與導體的尺寸及導體材料的導電性能有關(guān)，表達式為：表明電能全部消耗在電阻上，轉(zhuǎn)換為熱能散發(fā)。電阻的能量Ru+_第31頁,共84頁，2024年2月25日，星期天伏-安特性iuRiuui線性電阻非線性電阻電阻R（常用單位：、k、M）Riuu與i的關(guān)系？第32頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

描述線圈通有電流時產(chǎn)生磁場、儲存磁場能量的性質(zhì)。1.物理意義電感:(H、mH)線性電感:L為常數(shù);非線性電感:L不為常數(shù)2電感元件電流通過N匝線圈產(chǎn)生(磁鏈)電流通過一匝線圈產(chǎn)生(磁通)u

+-線圈的電感與線圈的尺寸、匝數(shù)以及附近的介質(zhì)的導磁性能等有關(guān)。第33頁,共84頁，2024年2月25日，星期天自感電動勢：2.自感電動勢方向的判定(1)自感電動勢的參考方向規(guī)定:自感電動勢的參考方向與電流參考方向相同,

或與磁通的參考方向符合右手螺旋定則。+-eL+-L線性電感元件的符號S—線圈橫截面積（m2）l—線圈長度（m）N—線圈匝數(shù)μ—介質(zhì)的磁導率（H/m）第34頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(2)自感電動勢瞬時極性的判別0<eL與參考方向相反eL具有阻礙電流變化的性質(zhì)eL實+-eLu+-+-eL實-+0eLu+-+-eL與參考方向相同

0>0第35頁,共84頁，2024年2月25日，星期天（線性）電感中電流、電壓的關(guān)系uei當(直流)時,所以,在直流電路中電感相當于短路.根據(jù)電壓與電動勢的定義可得：第36頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電感元件儲能將上式兩邊同乘上

i

，并積分，則得：

即電感將電能轉(zhuǎn)換為磁場能儲存在線圈中，當電流增大時，磁場能增大，電感元件從電源取用電能；當電流減小時，磁場能減小，電感元件向電源放還能量。磁場能上面的磁場能公式只適于t＝0時i＝0的情況公式有問題嗎？第37頁,共84頁，2024年2月25日，星期天*例1:

有一電感元件，L=0.2H,電流i如圖所示，求電感元件中產(chǎn)生的自感電動勢eL和兩端電壓u的波形。解：當時則：當時24624O246-0.20.4246-0.40.2OO第38頁,共84頁，2024年2月25日，星期天由圖可見：(1)電流正值增大時，eL為負，電流正值減小時，eL為正；(2)電流的變化率di/dt大，則eL大；反映電感阻礙電流變化的性質(zhì)。(3)電感兩端電壓u和通過它的電流i的波形是不一樣的。24624O246-0.20.4246-0.40.2OO第39頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3電容元件

描述電容兩端加電源后，其兩個極板上分別聚集起等量異號的電荷，在介質(zhì)中建立起電場，并儲存電場能量的性質(zhì)。電容：uiC+_電容元件電容器的電容與極板的尺寸及其間介質(zhì)的介電常數(shù)等關(guān)。S—極板面積（m2）d—板間距離（m）ε—介電常數(shù)（F/m）

當電壓u變化時，在電路中產(chǎn)生電流:（單位：F,F,pF）第40頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電容符號有極性無極性+_第41頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電容上電流、電壓的關(guān)系當(直流)時,所以,在直流電路中電容相當于斷路.uiC第42頁,共84頁，2024年2月25日，星期天電容的儲能電容是一種儲能元件,儲存的電場能量為：即電容將電能轉(zhuǎn)換為電場能儲存在電容中，當電壓增大時，電場能增大，電容元件從電源取用電能；當電壓減小時，電場能減小，電容元件向電源放還能量。電場能第43頁,共84頁，2024年2月25日，星期天（線性）電阻、電感、電容元件小結(jié)理想元件的特性（兩個端鈕上u與i

的關(guān)系）（在 u與i

正方向一致的條件下）LCR元件最本質(zhì)的特性——u與i的關(guān)系，亦可據(jù)此定義來元件（數(shù)學模型，理想化）第44頁,共84頁，2024年2月25日，星期天實際元件的特性可以用若干理想元件來表示例：電感線圈L

：電感量R：導線電阻C：匝線間分布電容各個參數(shù)的影響和電路的工作條件（如頻率）有關(guān)。（備注）第45頁,共84頁，2024年2月25日，星期天4.短路線(元件）與 開路線(元件）a Rab=∞ iab=0b Uab

取決于外電路（一般

Uab

≠0)描述開路、理想開關(guān)的斷開狀態(tài)記筆記！a Rab=0i Uab=0b i取決于外電路（一般

i≠0)描述短路、理想導線與理想開關(guān)的閉合狀態(tài)第46頁,共84頁，2024年2月25日，星期天UR1R2LCR1UR2U為直流電壓時,以上電路等效為注意L、C

在不同電路中的作用即：L等效為短路線

C等效為開路線第47頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(二)

有源元件主要講有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。在此之前，先講兩種理想電源：恒壓源和恒流源1、恒壓源（理想電壓源）:R0=0時的電壓源.特點：(1）輸出端電壓恒等于電動勢，即Uab

E。 （2）電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab伏安特性IUabE（外特性）第48頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒壓源中的電流由外電路決定設(shè):

E=10VIE+_abUab2

R1當R1

R2

同時接入時：I=10AR22

例

當R1接入時：I=5A則：第49頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒壓源特性中不變的是：_____________E恒壓源特性中變化的是：_____________I_________________會引起I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向？+_I恒壓源特性小結(jié)EUababR第50頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、恒流源（理想電流源):

R0=

時的電流源.特點：（1）輸出電流恒等于電流源的源電流

IS； （2）輸出電壓由外電路決定。abIUabIsIUabIS伏安特性注意符號第51頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè):IS=1AR=10

時，U=10

VR=1

時，U=1

V則:例第52頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒流源特性小結(jié)恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab

的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向！

理想恒流源兩端可否被短路？

abIUabIsR第53頁,共84頁，2024年2月25日，星期天說明：實際電源器件大多數(shù)可近似為恒壓源；但也有少數(shù)電源器件接近恒流特性。第54頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒壓源中的電流如何決定？恒流源兩端的電壓等于多少？例IER_+abUab=?Is原則：Is不能變，E不能變。恒壓源中的電流I=IS恒流源兩端的電壓第55頁,共84頁，2024年2月25日，星期天恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量E+_abIUabUab=E

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I

的大小、方向均為恒定，外電路負載對I

無影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定，（一般

Uab

≠0)第56頁,共84頁，2024年2月25日，星期天斜率絕對值越大，表明R0越大，“內(nèi)耗”越大3.電壓源伏安特性（實驗測出）電壓源模型IUEUIR0+-E第57頁,共84頁，2024年2月25日，星期天4.電流源IsUabI外特性

R0R0越大特性越陡電流源模型ISR0abUabI第58頁,共84頁，2024年2月25日，星期天5.兩種電源的等效互換

等效互換的條件：對外的電壓電流（關(guān)系）相等。當I=I’

時

Uab

=Uab’反之亦然即：IR0+-EbaUabISabUab'I'R0'第59頁,共84頁，2024年2月25日，星期天等效互換公式IR0+-EbaUabISabUab'I'R0'則I=I'Uab=Uab'若第60頁,共84頁，2024年2月25日，星期天aE+-bIUabR0電壓源電流源Uab'R0'IsabI'第61頁,共84頁，2024年2月25日，星期天等效變換的注意事項(1)“等效”是指“對外”兩端鈕上的U～I關(guān)系相同（此處為互換前后伏--安特性一致），對內(nèi)不等效。例如：RL＝∞時IsaR0'bUab'I'RLaE+-bIUabR0RLR0中不消耗能量R0’中則消耗能量對內(nèi)不等效對外等效第62頁,共84頁，2024年2月25日，星期天注意轉(zhuǎn)換前后E

與Is

的方向(2)aE+-bIR0E+-bIR0aIsaR0'bI'aIsR0'bI'第63頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaE+-bI內(nèi)阻R0=0內(nèi)阻R’0=∞第64頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(4)

進行電路計算時，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。R0和R0'不一定是電源內(nèi)阻。第65頁,共84頁，2024年2月25日，星期天R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)用舉例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?第66頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I并聯(lián)符號第67頁,共84頁，2024年2月25日，星期天+RdEd+R4E4R5I--(接上頁)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3第68頁,共84頁，2024年2月25日，星期天10V+-2A2

I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2

第69頁,共84頁，2024年2月25日，星期天§1.4電路的工作狀態(tài)

1.4.1 三種工作狀態(tài)(R0很小）+-ER0UIKRER0UIR-+

狀態(tài)項目開路

有載短路I0E/(R0+R)E/R0大!UEE－IR00載耗P0EI－I2R00內(nèi)耗△P0I2R0E2/R0燒!發(fā)出PE0－EI－E2/R0判斷P＋△P＋PE＝0功率平衡？第70頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1.4.2 額定值

因為

E

與 R0不變

所以

I

與 PE取決于負載。多大合適？

額定值（IN、UN、PN，其

值與溫度有關(guān)）意義：1、限額－－安全、長壽2、能力－－經(jīng)濟、合理額定值額定值≠實際值 滿載原因：負載變化 欠載（輕載） 超載（過載）第71頁,共84頁，2024年2月25日，星期天§1.5電路的基本定律－KVL、KCL

(本章重點）

1.5.1電路的結(jié)構(gòu)描述

節(jié)（結(jié)）點：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點支路：電路中每一個分支簡單電路：單回路，或可用串并聯(lián)化簡法 化為單回路的電路。復雜電路：非簡單電路名詞注釋：回路：電路中任一閉合路徑網(wǎng)孔：單孔回路（電路常稱為網(wǎng)絡(luò)）第72頁,共84頁，2024年2月25日，星期天支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）節(jié)點：a、b、…...(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-網(wǎng)孔：幾個？簡單電路？否！第73頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1.5.2克希荷夫定律（克氏定律） （基爾霍夫定律）

用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系,其中包括克氏電流和克氏電壓兩個定律。第74頁,共84頁，2024年2月25日，星期天(一)克氏電流定律 (KCL)

對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為0。I1I2I3I4克氏電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性例

I

入=I

出即：I=