湖南铁道职业技术学院《电工基础》电子教案第1章电路的基本概念与基本定律1.1电路和电路模型1.2电路的基本物理量及相互关系1. 3电阻、电容、电感元件及其特性1. 4电路中的独立电源1. 5基尔霍夫定律1. 6电阻、电感、电容元件的识别与应用1. 1电路和电路模型案例1. 1手电筒电路是大家所熟悉的一种用来照明的最简单的用电器具，如图1.1所示。

小电珠开关干电池金属容器卷线连接器图1. 1手电筒电它由四部分组成：(1)干电池，它将化学能转换为电能；(2)小电珠，它将电能转换为光能；(3)开关，通过它的闭合与断开，能够控制小电珠的发光情况；(4)金属容器、卷线连接器，它相当于传输电能的金属导线，提供了手电筒中其它元件之间的连接1.1. 1电路电路是由若干电气设备或元器件按一定方式用导线联接而成的电流通路。

通常由电源、负载及中间环节等三部分组成。

电源是将其它形式的能量转换为电能的装置，如发电机、干电池、蓄电池等。

负载是取用电能的装置，通常也称为用电器，如白炽灯、电炉、电视机、电动机等。

中间环节是传输、控制电能的装置，如连接导线、变压器、开关、保护电器等。

实际电路的结构形式多种多样，但就其功能而言，可以划分为电力电路（强电电路）、电子电路（弱电电路）两大类。

电力电路主要是实现电能的传输和转换。

电子电路主要是实现信号的传递和处理。

1. 1. 2电路模型1 .电路模型由电路元件构成的电路，称为电路模型。

电路元件一般用理想电路元件代替，并用国标规定的图形符号及文字符号表示。

图1.2手电筒电路模型2.电路元件为了便于对电路进行分析和计算，将实际元器件近似化、理想化，使每一种元器件只集中表现一种主要的电或磁的性能，这种理想化元器件就是实际元器件的模型。

理想化元器件简称电路元件。

实际元器件可用一种或几种电路元件的组合来近似地表示。

1.2电路的基本物理量及相互关系1. 电流（1 ）电流的大小电荷的有规则的定向运动就形成了电流。

长期以来，人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。

电流的大小用电流强度（简称电流）来表示。

电流强度dr在数值上等于单位时间内通过导线某一截面的电荷量，用符号1表示。

则：式中d。

为时间At内通过导线某一截面的电荷量。

大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流,3 t 采用大写字母/表示，则电流的单位是安培(简称安)，用符号A表示。

(2)电流的实际方向与参考方向电流不但有大小，而且还有方向。

在简单电路中，如图1.3 所示，可以直接判断电流的方向。

即在电源内部电流由负极流向正极，而在电源外部电流则由正极流向负极，以形成一闭合回路。

图1.3简单电路为了分析、计算的需要，引入了电流的参考方向。

在电路分析中，任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向就称为电流的参考方向，有时又称为电流的正方向。

当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值。

反之，若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。

这样，电流的值就有正有负，它是一个代数量，其正负可以反映电流的实际方向与参考方向的关系。

电流的参考方向一般用实线箭头表示，如图1.5 (a )表示; 也可以用双下标表示，如图1.5(b),其中，lab表示电流的参考方向是由a点指向b点。

3 'abOb €>图 1.5 电流参考方向的标注法(a) (b)图 1.6 电压参考方向的标注 (b)2、电压(1) 电压的大小电路中a 、b 两点间电压，在数值上等于将单位正电荷从电路中 a 点移到电路中b 点时电场力所作的功，用uab 表示，则：ab dQ并规定：电压的方向为电场力作功使正电荷移动的方向。

大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压，简称直流电压, 采用大写字母U 表示，如a 、b 两点间的直流电压为：r 专电压的单位为伏特(V),常用的单位为千伏(KV)、毫伏(mV)、 微伏(H V )。

(2) 电压的实际方向与参考方向分析、计算电路时，也要预先设定电压的参考方向。

当电 压的参考方向与实际方向相同时，电压为正值，当电压的参考方 向与实际方向相反时，电压为负值。

电压的参考方向既可以用正 ( + )、负(-)极性表示，如图1.6(a),正极性指向负极性的 方向就是电压的参考方向；也可以用双下标表示，如图1. 6(b), 其中，〃ab 表示a 、b 两点间的电压参考方向由a 指向b 。

(3) 关联参考方向与非关联参考方向如果电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称之为关联 参考方向；如果电流的参考方向与电压的参考方向不一致，则称之为非 关联参考方向。

3. 电功率与电能单位时间内电场力所作的功称为电功率，简称为功率。

P = ±— = ±UI t用上式计算电路吸收的功率时，若电压、电流的参考方向关联，则等式的右边取正号；否则取负号。

当P>0,表明元件吸收功率；当PvO,表明该元件释放功率。

电能就等于电场力所作的功，单位是焦耳(J)。

W=Pt例1.1图1.9中，用方框代表某一电路元件，其电压、电流如图中所示，求图中各元件吸收的功率，并说明该元件实际上是吸收还是发出率？3A_ _ 3A _ 3A _ 3A+ 5V -- 5V ++ 5V __ 5V +(a)(b)(c)(d)图1.9例1.1电路图解：(1)电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率P= UT= 5 x 3 = 15W> 0元件实际上是吸收功率。

(2)电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率P= -UI= -5x3 = -15W< 0元件实际上是发出功率。

(3)电压、电流的参考方向关联，元件吸收的功率P= UI= (-5 ) x 3 = -15W<0元件实际上是发出功率。

(4)电压、电流的参考方向非关联，元件吸收的功率P=-UI=- (-5 ) x 3 = 15W> 0元件实际上是吸收功率。

1. 3电阻、电容、电感元件及其特性案例1. 2单相异步电动机属于感性负载，它常用于功率不大的电动工具（如电钻、搅拌器等）和众多的家用电器（如洗衣机、电风扇、抽油烟机等），图1.1 1是吊扇的电气原理图。

其中，LA、LB分别是单相异步电动机（M）的工作绕组、起动绕组；电容C是起动电容，它与起动绕组LB串联；S是开关；电感L是调速电抗器。

二端元件：分为无源元件和有源元件。

1. 3. 1电阻元件及欧姆定律1.电阻元件的图形、文字符号电阻器通常就叫电阻，在电路图中用字母“《或“广表示。

电阻器的ST （国际单位制）单位是欧姆，简称欧，通常用符号表示。

电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型，是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。

电阻元件的倒数称为电导，用字母G表示，即R电导的SI单位为西门子，简称西，通常用符号表示。

2.电阻元件的特性电阻元件的伏安特性，可以用电流为横坐标，电压为纵坐标的直角坐标平面上的曲线来表示，称为电阻元件的伏安特性曲线。

在工程上，还有许多电阻元件，其伏安特曲线是一条过原点的曲线，这样的电阻元件称为非线性电阻元件。

如图1.14所示曲线是二极管的伏安特性，所以二极管是一个非线性电阻元件。

(a)线性电阻元件伏安特性°)图形符号图1.13线性电阻元件伏安特性及图形符号3.欧姆定律无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件功率为：在电阻电路中，当电压与电流为关联参考方向时，欧姆定律可用下式表示：R当选定电压与电流为非关联方向时，则欧姆定律可用下式表示：无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件功率为：上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、电流的参考方向无关。

因此，电阻元件又称为耗能元件。

1. 3. 2电容元件1 .电容元件的图形、文字符号电容器又名储电器，在电路图中用字母表示，电路图中常用电容器的符号如图1.16所示。

—11 11固定电容电解电容可变电容微调电容图1.16电容器的图形符号电容器的SI单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。

2.电容元件的特性当电压、电流为关联参考方向时，线性电容元件的特性方程为：・血I = C——dt若电压、电流为非关联参考方向，则电容元件的特性方程为：—C空dtC的单位为法拉，简称法(F)。

电容元件有隔直通交的作用。

在u、i关联参考方向下，线性电容元件吸收的功率为：.厂du p = ui =Cu —— dt在t时刻，电容元件储存的电场能量为：电容元件是一种储能元件。

在选用电容器时，除了选择合适的电容量外，还需注意实际工作电压与电容器的额定电压是否相等。

如果实际工作电压过高, 介质就会被击穿，电容器就会损坏。

1. 3. 3电感元件1.电感元件的图形、文字符号电感线圈简称线圈，在电路图中用字母表示，电路图中常用线圈的符号如图 1.18所示。

u 、线圈 带磁芯连续可调线圈 磁芯线圈 磁芯有间隙的线圈 带固定抽头的线圈图1.18 电感线圈的图形符号在一个线圈中，通过一定数量的变化电流，线圈产生感应电 动势大小的能力就称为线圈的电感量，简称电感。

电感常用字母 “L”表示。

电感的SI 单位是亨利，简称亨，通常用符号表示。

2.电感元件的特性当电压、电流为关联参考方向时，线性电感元件的特性方程为：-di u = L — (It若电压、电流为非关联参考方向，则电感元件的特性方程为：『di u = -L —— dtL 的单位为亨利，简称亨(H)。

在〃、/关联参考方向下，线性电感元件吸收的功率为: .r ・di p = ui = Li 一dt在t 时刻，电感元件储存的磁场能量为： W L (r) = -Lz 2(r) 1.4电路中的独立电源直流电压源的伏安特性如图1.o(b) 电压源符号图1.22电压源伏安特性案例1. 3蓄电池是一种常见的电源，它多用于汽车、电力机车、应急灯等，图1.20是汽车照明灯的电气原理图。

其中，RA、RB是一对汽车照明灯；s是开关；US是12V的蓄电池。

凡是向电路提供能量或信号的设备称为电源。

电源有两种类型，其一为电压源，其二为电流源。

电压源的电压不随其外电路而变化，电流源的电流不随其外电路而变化，因此，电压源和电流源总称为独立电源，简称独立源。

1.4. 1电压源1.理想电压源理想电压源简称为电压源，是一个二端元件，它有两个基本特点:(1)无论它的外电路如何变化，它两端的输出电压为恒定值肉，或为一定时间的函数us (t)。

(2)通过电压源的电流虽是任意的，但仅由它本身是不能决定的，还取决于外电路。

电压源在电路图中的符号如图1.21所示。

22所示。

UsO3)图1.212.实际电压源图1.20汽车照明灯电气原理图实际的直流电压源可用数值等于肉的理想电压源和一个内阻Ri相串联的模型来表示，如图1.23 (a )所示。