第1章 电路的基本概念与定律
1.1 电路的基本概念 1.2 电路的模型与理想元件 1.3 电路的基本状态 1.4 基尔霍夫定律 1.5 电路中电位的概念及计算 1.6 电阻的串联与并联
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电路的作用与组成部分
电路是电流的通路， 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 是电流的通路 或电路元件按一定方式组合而成。 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换 实现电能的传输、
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1.3.1 电源有载工作
开关闭合,接通电 开关闭合 接通电 源与负载。 源与负载。 1. 电压电流关系 + E –
I
R
E I= R0 + R
U = IR 负载端电压
R0 或 U = E – IRo
UI = EI – I2Ro 2. 功率与功率平衡 P = PE – ∆ P (3) 电源输出的功率由负载决定。 电源输出的功率由负载决定。
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电容元件(由两个极板组成） 电容元件(由两个极板组成）
电容两端加电源后，其两个极板上分别 + 电容两端加电源后， 聚集起等量异号的电荷， 聚集起等量异号的电荷，在介质中建立起 u _ 电场，并储存电场能量的性质。 电场，并储存电场能量的性质。 电容： 电容：
i C
发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器 电灯 电动机 电炉 ...
(2)实现信号的传递与处理 (2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器
放 大 器
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2. 电路的组成部分 电路的组成部分
电路一般由电源、负载和中间环节组成 电路一般由电源、负载和中间环节组成 电源
电源: 电源 提供 电能的装置
一
一
出
电压源模型（实际电压源） 电压源模型（实际电压源）
I 实际电压源可以由电动 势 E和内阻 R0 串联的电 路模型来模拟。 路模型来模拟。 + E R0 电压源模型 + U – I + 实际电流源可以由 电流 IS 和内阻 R0 并联的 电路模型来模拟。 电路模型来模拟。 IS R0 U R0 U － RL RL
负载 取用 功率 电源 产生 功率 内阻 消耗 功率
负载大小的概念: 负载大小的概念 负载增加指负载取用的 电流和功率增加(电压一定 电压一定)。 电流和功率增加 电压一定 。
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3. 电源与负载的判别 (1) 根据 U、I 的实际方向判别 I +
元件1 元件
+ U –
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理想电压源（恒压源） 理想电压源（恒压源） I 符 号 E + _ 特点: 特点: (1) 电压 电压 电 (2) 恒压源 + U _ U E RL
O
I 外特性曲线 恒 外电 电
1 E = 10 V RL 恒压源 外 电 电压恒 电 RL= 1 Ω U = 10 V I = RL = 10 Ω U = 10 V I =
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理想电路元件
1.电压源与电流源 1.电压源与电流源 电压源：给外电路提供一个较恒定的电压， 电压源：给外电路提供一个较恒定的电压，例如干 电池等。 电池等。 电流源：给外电路提供一个较恒定的电流， 电流源：给外电路提供一个较恒定的电流，例如太 阳能电池（光电池） 阳能电池（光电池）等。
电流源模型（实际电流源） 电流源模型（实际电流源）
电流源模型
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2.电阻元件、电感元件与电容元件 电阻元件、 i 电阻元件
根据欧姆定律: 根据欧姆定律
+ u _ 方向相同时） u= iR（U,I 方向相同时） R
即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系 金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的 导电性能有关，表达式为： 导电性能有关，表达式为：R = ρ l S 电阻的能量 W =
+
元件2 元件
–
–
电源： 电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， 端流出， 、 实际方向相反，即电流从“+”端流出 发出功率） （发出功率） 负载： 负载： U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出。 端流出。 、 实际方向相同，即电流从“ 吸收功率） （吸收功率） P19 1-7
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电气设备的额定值(PN) 电气设备的额定值(PN) 额定值: 额定值 电气设备在正常运行时的规定使用值 1. 额定值反映电气设备的使用安全性； 额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。 额定值表示电气设备的使用能力。 注意： 注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其 额定值，要能够加以区别。 额定值，要能够加以区别。 一只220V, 60W的白炽灯 接在 的白炽灯, 例：一只 的白炽灯 接在220V的电源 的电源 试求通过电灯的电流和电灯在220V电压下工作 上，试求通过电灯的电流和电灯在 电压下工作 时的电阻。如果每晚工作3h(小时 小时)， 时的电阻。如果每晚工作 小时 ，问一个月消耗 多少电能? 多少电能 解: 通过电灯的电流为 P 60 I= A = 0.273 A = U 220
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 直流电源 提供能源
负载 直流电源
ห้องสมุดไป่ตู้
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 电源或信号源的电压或电流称为激励， 激励 响应。 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
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电路的基本物理量
1. 电路基本物理量及其方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 电压 U 电动势E 电动势 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 → 低电位 电位降低的方向) (电位降低的方向) 低电位 → 高电位 电位升高的方向) (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 A、mA、 µA kV 、V、mV、 、 、 µV kV 、V、mV、 、 、 µV
∫
t
0
ui d t =
∫
t
0
Ri d t ≥ 0
2
表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。 表明电能全部消耗在电阻上，转换为热能散发。
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电感元件（主要有线圈和磁芯组成） 电感元件（主要有线圈和磁芯组成）
描述线圈通有电流时产生磁 + 储存磁场能量的性质。 场、储存磁场能量的性质。 u 1.电感值L 1.电感值 电感值L 电流通过一匝 一匝线圈产生 电流通过一匝线圈产生 磁通) 磁通 Φ(磁通 电流通过N匝线圈产生 电流通过 匝 电感: 电感 eL
+
i
Φ
磁链) 磁链 ψ = NΦ(磁链 ( H)
ψ NΦ L= = i i
线性电感: 为常数; 非线性电感: 线性电感: L为常数; 非线性电感: L不为常数 dψ di = −L 2.自感电动势： e L = − 2.自感电动势 自感电动势： dt dt
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3.电感元件储能 3.电感元件储能 di 根据图中电量的方向可得： 根据图中电量的方向可得： u = − e L = L 将上式两边同乘上 i ，并积分，则得： 并积分，则得：
升压 变压器 输电线
负载: 负载 取用 电能的装置
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
降压 变压器
中间环节：传递、 中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
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2.电路的组成部分 2.电路的 电路的组成部分 信号源: 信号源 提供信息
信号处理： 信号处理： 放大、调谐、 放大、调谐、检波等
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(3) 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向一致 电流(或电压 值为正值 一致， 或电压)值为正值； 实际方向与参考方向一致，电流 或电压 值为正值； 实际方向与参考方向相反 电流(或电压 值为负值 相反， 或电压)值为负值。 实际方向与参考方向相反，电流 或电压 值为负值。 电路如图所示。 例: 电路如图所示。
I E 3V + + U U´ + I′ ′
R0
P19 1-7
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1. 2 电路模型与理想元件
为了便于用数学方法分析电路, 为了便于用数学方法分析电路 一般要将实际电 路模型化， 路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或 其组合来模拟实际电路中的器件， 其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电 路相对应的电路模型。 路相对应的电路模型。 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、 理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等。 电容元件和电源元件等。 例：手电筒 手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。 手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。
符 号 I S
IS 外特性曲线 特点: 特点: (1) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ； 输出电流是一定值 流是一定值， (2) 恒流源 1 电 U 外电 定 外输出电流
理想电流源（恒流源) 理想电流源（恒流源) I U + U RL _ O
I
IS = 10 A， RL ，恒流源 ， RL= 1 Ω ， I = 10A ，U = RL = 10 Ω ， I = 10A ，U = 电流恒定， 电流恒定，电
q C= u
(F )
电容元件
当电压u变化时，在电路中产生电流: 当电压 变化时，在电路中产生电流 变化时