第一章电路的基本概念第一节电路模型和电路中的基本物理量学习目标： 1 ．掌握电路的作用和构成及电路模型的概念。

2 ．掌握电流、电压、电位、功率的概念、表示、单位和方向。

重点：电流、电压、电位、功率的概念、表示、单位和方向。

难点： 1. 参考方向； 2 ．电压与电位的区别一、电路模型基本概念1. 电路特点：电路设备通过各种连接所组成的系统，并提供了电流通过途径。

2. 电路的作用：图 1-1 电路模型(1) 实现能量转换和电能传输及分配。

(2) 信号处理和传递。

3 ．电路模型：理想电路元件：突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件；以理想电路元件代替实际的元件组成的电路，即为实际电路的模型；例图 1-1 ：最简单的电路——手电筒电路4 ．电路的构成：电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。

（ 1 ）电源：向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。

（ 2 ）负载：用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。

（ 3 ）导线：把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。

（ 4 ）控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器等。

二、电路的基本物理量1 ．电流(1) 定义：电荷的定向运动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电量。

(2) 电流单位：安培 (A) ， 1A ＝ 10 3 mA ＝10 6 μ A ， 1 kA ＝ 10 3 A(3) 电流方向：规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。

电流的方向不变为直流 I ，方向和大小都变化为交流 i 。

假设的电流流向称为电流的参考方向。

（ 4 ）标定：在连接导线上用箭头表示，或用双下标表示约定：当i >0 时参考方向与实际方向一致，当i <0 时参考方向与实际方向相反，(5) 电流的测量：利用安培表，安培表应串联在电路中，直流安培表有正负端子。

2. 电压(1) 定义：电场力将单位正电荷从电场中的a 点移到b 点所做的功，称其为a 、b 两点间的电压。

或任意两点间的电位差称为电压。

(2) 电压单位：伏特（ V ）， 1V ＝ 10 3 mV ＝10 6 μ V ， 1kV ＝ 10 3 V(3) 电压方向：规定把电位降低的方向作为电压的实际方向。

电压的方向不变为直流电压Uab ，方向和大小都变化为交流电压u ab 。

假设的电压方向称为电压的参考方向。

（ 4 ）标定：可以采用以下几种方式，“ + ”高电位端、“－”低电位端，当U> 0 时参考方向与实际方向一致，当U <0 时参考方向与实际方向相反。

（ 5 ）电压的测量：利用伏特表，伏特表应并联在电路中，直流伏特表有正负端子。

（ 6 ）电位：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。

电路中的电位是相对的，与参考点的选择有关，某点的电位等于该点与参考点间的电压。

电路中 a 、 b 两点间的电压等于 a 、 b 两点间的电位差。

即 U ab =V a -V b 。

所以电压是绝对的，其大小与参考点的选择无关；但电位是相对的，其大小与参考点的选择有关。

3. 能量(1) 定义：在t 1 时间内，电路所消耗的电能。

(2) 能量单位：焦耳 (J) ，电能的常用单位为度，１度＝１千瓦×１小时(3) 能量方向：吸收、释放功率4. 功率(1) 定义 : 单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功。

dW = u ( t ) dq ， dq = i ( t ) dt∴ p ( t ) = u ( t ) i ( t ) (W)(2) 功率单位：瓦特 (W)(3) 功率方向：提供、消耗（ 4 ）功率的测量：利用功率表。

例 1-1 ：有一个电饭锅，额定功率为 1000W ，每天使用 2 小时；一台 25 寸电视机，功率为 60W ，每天使用 4 小时；一台电冰箱，输入功率为 120W ，电冰箱的压缩机每天工作8 小时。

计算每月（ 30 天）耗电多少度？解：（1kW × 2 h ＋0.06kW × 4h ＋0.12kW × 8h ）× 30 天＝（ 2 度＋ 0.24 度＋ 0.96 度）× 30 ＝ 52 度答 : 每月耗电 52 度5. 参考方向（ 1 ）定义：任意假设电压、电流的方向称为参考方向。

参考方向可任意标定，方向标定后，电流、电压、电动势之值可正可负；计算结果存在两种情况：① “ ＋” 说明参考方向与真实方向相同；② “ －” 说明参考方向与真实方向相反。

注意：①选定参考方向后，不再更改②计算结果的正、负只与图中参考方向结合起来才有物理意义。

（ 2 ）关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。

在进行功率计算时， P ＝ U I 。

非关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向不一致。

在进行功率计算时， P ＝ -U I 。

如果假设 U 、 I 参考方向一致，则当计算的 P > 0 时 , 则说明 U 、 I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。

当计算的 P < 0 时 , 则说明 U 、 I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。

所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。

作业： 1-6-2 ， 3 ， 1-2第二节欧姆定律和电阻元件学习目标： 1 ．掌握欧姆定律。

2 ．掌握电阻定律和电阻的串并联。

重点： 1 ．欧姆定律； 2 ．电阻的串并联。

难点：电阻的串并联。

一、欧姆定律：反映电阻元件上电压、电流约束1 ．描述：对于线形电阻元件，在任何时刻它两端的电压与电流成正比例关系，即或电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。

2 ．功率的计算公式：根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为：3 ．表达：在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向，如图 1-2 （ b ）和（ c ）欧姆定律的表达式为：或例 1-2 ：图中的电阻为6 Ω，电流为 2A ，求电阻两端的电压U 。

图 1-2 欧姆定律解：图（ a ）关联U ＝I R ＝2A × 6 Ω＝ 12V图（ b ）非关联U ＝－I R ＝－2A × 6 Ω＝－ 12V ，图（ c ）非关联U ＝－I R ＝－2A × 6 Ω＝－ 12V计算结果图（ a ）电压是正值，说明图（ a ）中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图（ b ）、（ c ）电压为负值，说明图（ b ）、（ c ）中的电压实际方向与所标的参考方向相反。

二、电阻元件（ 1 ）定义：阻碍导体中自由电子运动的物理量，表征消耗电能转换成其它形式能量的物理特征。

（ 2 ）电阻单位：欧姆（ W ），1M Ω＝ 10 3 K W =10 6 Ω。

（ 3 ）电阻的分类：根据其特性曲线分为线形电阻和非线形电阻。

①线性电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。

R = 常数；②非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。

（ 4 ）电阻定律：对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，与截面积成反比，还与材料的导电能力有关。

或其中为电阻率，为电导率。

（ 5 ）电导：表示元件的导电能力，是电阻的倒数，用G 表示，单位为西门子（ S ）。

（ 6 ）电阻与温度的关系：① PTC 电阻材料：正温度系数较大，具有非常明显的冷导体特性，可用来制作小功率恒温发热器。

② NTC 电阻材料：负温度系数较大，具有非常明显的热导体特性，可用来制作热敏电阻。

3. 功率：P ＝UI ＝RI 2 =U 2 /R ＞０∴ R 是耗能元件三、电阻的串联图 1-3 电阻的串联1 ．各元件流过同一电流2 ．外加电压等于各个电阻上的电压降之和。

分压公式：3 ．等效电阻：4 ．功率：各个电阻上消耗的功率之和等于等效电阻吸收的功率。

四、电阻的并联图 1-4 电阻的并联1 ．各支路电压相同2 ．未分支部分的电流等于各支路电流之和。

，又由于，，所以，等效电阻：，，分流公式：3 ．功率：电源供给的功率等于各电阻上消耗的功率之和。

作业： 1-3-3 ， 2-1-2 ， 3 ， 4第三节电源及电路的工作状态学习目标： 1 ．掌握电压源和电流源的概念。

2 ．掌握电压源和电流源的等效转换。

3 ．了解电路的工作状态：有载（满载、轻载、过载）、开路、短路。

重点：电压源和电流源的等效转换。

难点：电压源和电流源的等效转换。

一、电压源电路中的功能元件称为电源，，可以采用两种模型表示，即电压源和电流源。

1 ．理想电压源（恒压源）（ 1 ）符号：（ 2 ）特点：无论负载电阻如何变化，输出电压即电源端电压总保持为给定的 U S 或 u s (t) 不变，电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻为 0 。

例 1-3 ：如图 1-5: U S =10V图 1-5 电压源则当R 1 接入时：I =5A当R 1 、 R 2 同时接入时：I =10A(3) 特性曲线2 ．实际电压源（ 1 ）符号：（ 2 ）特点：由理想电压源串联一个电阻组成， R S 称为电源的内阻或输出电阻，负载的电压 U = U S – IR S ，当 R S = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型。

（ 3 ）特性曲线二、电流源1 ．理想电流源（恒流源）(1) 符号 :(2) 特点：无论负载电阻如何变化，总保持给定的Is 或i s (t) ，电流源的端电压由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻无穷大。

例 1-4 ：如图 1-6: I S =1 A则 : 当R =1 W 时，U =1V ，R =10 W 时，U =10 V（ 3 ）特性曲线图 1-6 电流源2 ．实际电流源（ 1 ）符号：（ 2 ）特点：由理想电流源并联一个电阻组成，负载的电流为I = I S – U ab / R S ，当内阻R S = ¥ 时，电流源模型就变成恒流源模型。

（ 3 ）特性曲线：3 ．恒压源和恒流源的比较三、电压源与电流源的转换1 ．特性：电压源可以等效转换为一个理想的电流源I S 和一个电阻R S 的并联，电流源可以等效转换为一个理想电压源U S 和一个电阻R S 的串联。

即转换公式：U S =R S *I S2 ．注意：（ 1 ）转换前后U S 与I s 的方向，I s 应该从电压源的正极流出。

（ 2 ）进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换，R S 不一定是电源内阻。

（ 3 ）恒压源和恒流源不能等效互换。

（ 4 ）恒压源和恒流源并联，恒流源不起作用，对外电路提供的电压不变。

恒压源和恒流源串联，恒压源不起作用，对外电路提供的电流不变。

（ 5 ）与恒压源并联的电阻不影响恒压源的电压，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；与恒流源串联的电阻不影响恒流源的电流，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；但在计算功率时电阻的功率必须考虑。