第1章 電路的基本概念和基本定律endend

1、 什么是電路呢？什么是電路呢？ 電源電源 一、電一、電 路路 電路是由某些電氣元件按一定方電路是由某些電氣元件按一定方 式連接起來的總體，它提供了電式連接起來的總體，它提供了電 流流通的路徑。流流通的路徑。 電路主要由電路主要由電源電源、負(fù)載負(fù)載和和中間環(huán)中間環(huán) 節(jié)節(jié)三部分組成。三部分組成。 1.定義定義: 2.組成組成: 例如：手電筒電路例如：手電筒電路 電源電源 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 負(fù)載負(fù)載 電源：電源： 其它形式的能量其它形式的能量 （信號信號 ） 電能電能 （電信號電信號） 負(fù)載：負(fù)載： 電能電能（電信號電信號） 其它形式的其它形式的 能量能量（信號信號 ） * 一般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能

2、量或一般不希望中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生能量或 信號的轉(zhuǎn)換信號的轉(zhuǎn)換 3.作用作用：（1）實現(xiàn)能量的傳輸實現(xiàn)能量的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換分配和轉(zhuǎn)換. （2）實現(xiàn)信號的傳遞與處理。實現(xiàn)信號的傳遞與處理。 （3）信息的存儲。信息的存儲。 放大放大 器器 揚聲器揚聲器話筒話筒 發(fā)電機發(fā)電機 升壓升壓 變壓器變壓器 降壓降壓 變壓器變壓器 電燈電燈 電動機電動機 電爐電爐 . 輸電線輸電線 二、電路模型二、電路模型 1.定義：定義： 電路模型就是將實際電路中的各種電路模型就是將實際電路中的各種 元件按其主要物理性質(zhì)分別用一些元件按其主要物理性質(zhì)分別用一些 理想電路元件來表示所構(gòu)成的電路理想電路元件來表示所構(gòu)成的電路 圖。

3、圖。 對實際電路的分析通常是很復(fù)雜的，會對實際電路的分析通常是很復(fù)雜的，會 受到很多因素的制約。為了便于對實際電路受到很多因素的制約。為了便于對實際電路 進行分析，常將電路中的元件理想化，即在進行分析，常將電路中的元件理想化，即在 一定的條件下，一定的條件下，突出元件的主要性質(zhì)，忽略突出元件的主要性質(zhì)，忽略 它的次要性質(zhì)它的次要性質(zhì)。 2. 常見的理想電路元件常見的理想電路元件 電阻電阻電容電容 電壓源電壓源電流源電流源 電感電感 3. 手電筒的電路模型手電筒的電路模型 R0 R US 電源電源 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 負(fù)載負(fù)載 電路模型只反映實際電路的作用及其相互電路模型只反映實際電路的作用及其相

4、互 的連接方式，不反映實際電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾的連接方式，不反映實際電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾 何形狀及相互位置。何形狀及相互位置。 S 一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向 1. 定義：定義： 在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向在電場的作用下，電荷有規(guī)則的定向 移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通移動形成電流，我們把單位時間內(nèi)通 過導(dǎo)體橫截面積的電荷量定義為電流過導(dǎo)體橫截面積的電荷量定義為電流 強度。強度。 i = dq/dt 大小和方向都隨時間改變的叫交流大小和方向都隨時間改變的叫交流 用用i 表示表示 大小和方向都不隨時間改變的叫直流大小和方向都不隨時間改變的叫直流 用用I 表示表示 2. 單位：單

5、位： 1安培（安培（A）=1000毫安毫安(mA) 1毫安毫安 (mA)=1000微安微安(A) 3. 實際方向：實際方向：規(guī)定正電荷運動的方向。規(guī)定正電荷運動的方向。 4. 參考方向參考方向 ：在分析和計算電路時往往任意選在分析和計算電路時往往任意選 定某一方向作為電流的正方向定某一方向作為電流的正方向，也稱參考方向。，也稱參考方向。 * 參考方向與實際方向的關(guān)系參考方向與實際方向的關(guān)系 在規(guī)定的參考方向下，若計算結(jié)果在規(guī)定的參考方向下，若計算結(jié)果 I 0 參考方向與實際方向一致參考方向與實際方向一致 I 0 參考方向與實際方向一致參考方向與實際方向一致 U 0，說明元件在吸收功，說明元件在

6、吸收功 率，一定是率，一定是負(fù)載，負(fù)載， 求出的求出的P 0 0 , , 說明說明U U 、I I 實際方向?qū)嶋H方向與參考方向與參考方向一致，一致，說明說明電電 路路吸收吸收電功率，為電功率，為負(fù)載負(fù)載。 ， 當(dāng)某部分電路功率當(dāng)某部分電路功率 P P 00 則則 P 0 吸收能量吸收能量 電能電能 磁場能磁場能 0 則則 P 0 則則P0 0 吸收功率吸收功率 電容充電電容充電 0 則則P0 0 發(fā)出功率發(fā)出功率 電容放電電容放電 WC= t 0 P dt=C uC 2 1 2 能量不能突變能量不能突變 電容兩端的電壓不能突變電容兩端的電壓不能突變 電容是一種儲能元件電容是一種儲能元件,不消耗

7、電能不消耗電能 * WC與與U 成正比，與成正比，與i無關(guān)，無關(guān)， 當(dāng)當(dāng)i =0時，時， WC 仍可能存在。仍可能存在。 2 電路中能量轉(zhuǎn)換過程電路中能量轉(zhuǎn)換過程 電阻電阻 耗能元件耗能元件 電電 電感電感 源源 儲能元件儲能元件 電容 電容 1. 電壓源電壓源 理想電壓源理想電壓源(恒壓源恒壓源) US I U 特點特點: (1)輸出電壓恒定輸出電壓恒定U= US, (2)輸出電流取決于外輸出電流取決于外 電路。電路。 (3)內(nèi)阻內(nèi)阻 R0=0 伏安特性：伏安特性： US U I 二、二、 有源理想元件有源理想元件 實際電壓源實際電壓源 US U R0 U = US I R0 IU I I

8、R0 伏安特性伏安特性: US I U 當(dāng)當(dāng)R0 R時，時，R00, U= US 2.電流源電流源 理想電流源理想電流源(恒流源恒流源) U 伏安特性伏安特性: I IS 特點特點: (1) 輸出電流恒定輸出電流恒定I= IS, 與端電壓無關(guān)。與端電壓無關(guān)。 (2) 輸出端電壓取決于外輸出端電壓取決于外 電路。電路。 (3) 內(nèi)阻內(nèi)阻 R0= I IS U 實際電流源實際電流源 IS I U R0 I= IS UR0 UI U 伏安特性伏安特性 I IS U/ R0 例例1、電路如圖，求理想電壓源和理想電流源的功、電路如圖，求理想電壓源和理想電流源的功 率。率。 US 1V R 1 IS 1A

9、 解解: 該電路為串聯(lián)電路該電路為串聯(lián)電路 各元件的電流均為各元件的電流均為IS. PUS = US IS=1W PR = IS2 R = 1W PIS = (PUS +PR) = 2W 此時電壓源吸收功率此時電壓源吸收功率(負(fù)載負(fù)載) 功率平衡：功率平衡：P吸 吸= P發(fā)發(fā) U 在電路中起電源作用，但其大小和方向受在電路中起電源作用，但其大小和方向受 電路中其它支路的電流或電壓控制，這種電源電路中其它支路的電流或電壓控制，這種電源 稱為受控源。稱為受控源。 （1 1）概念）概念 （2 2）分類及表示方法）分類及表示方法 VCVS 電壓控制電壓源電壓控制電壓源 VCCS 電壓控制電流源電壓控制

10、電流源 CCVS 電流控制電壓源電流控制電壓源 CCCS 電流控制電流源電流控制電流源 VCVSCCVS VCCSCCCS u1 r i1i1g u1 常見的受控電流源和電壓源，如下圖常見的受控電流源和電壓源，如下圖 電流控制的電流源電流控制的電流源 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ri r0 ui u u0u ui Ii ri Ii I0 r0 l 幾個概念幾個概念 支路支路: 一個或幾個二端元件首尾相接中間一個或幾個二端元件首尾相接中間沒沒 有分岔有分岔，使各元件上通過的，使各元件上通過的電流相等電流相等， 這種連接方式稱為支路。這種連接方式稱為支路。 節(jié)點節(jié)點: 由由三條或三條以上三條

11、或三條以上的支路相連接的點叫的支路相連接的點叫 做節(jié)點。做節(jié)點。 回路回路: 電路中的任一閉合路徑叫做回路。電路中的任一閉合路徑叫做回路。 網(wǎng)孔網(wǎng)孔: 單一閉合路徑，其中單一閉合路徑，其中不包含其它支路不包含其它支路的的 回路稱為網(wǎng)孔?；芈贩Q為網(wǎng)孔。 節(jié)點共節(jié)點共a、 b 2個個 支路共支路共3條條 回路共回路共3個個 例例 回路幾回路幾 個？個？ #1#2 #3 a b I1I2 I3 U2 R1 R3 R2 + _ U1 + _ 幾條幾條 支路？支路？ 節(jié)點幾節(jié)點幾 個？個？ 網(wǎng)孔網(wǎng)孔 數(shù)？數(shù)？ 網(wǎng)孔共網(wǎng)孔共2個個 例例 支路：共支路：共 ？條？條 回路：共回路：共 ？個？個 節(jié)點：共節(jié)點

12、：共 ？個？個 6條條 4個個 獨立回路：？個獨立回路：？個 7個個 有幾個網(wǎng)眼就有幾個獨立回路！有幾個網(wǎng)眼就有幾個獨立回路！ I3US4 US3 _ + R3 R6 + R4 R5 R1 R2 a b c d I1 I2 I5 I6 I4 _ 一、一、基爾霍夫基爾霍夫電流定律電流定律(KCL) 對于電路中的任對于電路中的任 一節(jié)點，在任一瞬間一節(jié)點，在任一瞬間 流入節(jié)點的電流之和流入節(jié)點的電流之和 一定等于流出該節(jié)點一定等于流出該節(jié)點 的電流之和。的電流之和。(第一第一 定律定律) a b I1I2 I3 E1 E2 R1 R3 R2 如圖：如圖： I1 I2 I3 對電路中的任一節(jié)點，在任

13、一瞬間，該節(jié)點對電路中的任一節(jié)點，在任一瞬間，該節(jié)點 上電流代數(shù)和等于零。上電流代數(shù)和等于零。 I 如圖如圖I1 I2 I3 規(guī)定規(guī)定流入節(jié)點的電流取正流入節(jié)點的電流取正, ,流出節(jié)點的電流取負(fù)。流出節(jié)點的電流取負(fù)。 Ii IO 推廣：適用于封閉面推廣：適用于封閉面 A IB IA IC B C IAB IBC ICA IA IB IC 0 IB IC IE IB IC IE 滿足三極管電流分配關(guān)系滿足三極管電流分配關(guān)系 I=? I1 I2 I3 例例例例 I1+I2=I3 I=0 I R U3 + _ U2 + _ U1 + _ R R R 例：例：標(biāo)出圖中未知電流大小。標(biāo)出圖中未知電流大小

14、。 2A 8A 3A 3 4 6A1A 5A 二、二、基爾霍夫基爾霍夫電壓定律電壓定律(KVL) 在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各 部分電壓降的代數(shù)和等于零，即部分電壓降的代數(shù)和等于零，即 U。與繞向一致的電壓取正，反之取負(fù)。與繞向一致的電壓取正，反之取負(fù)。 R1 R2 U1U2 I1I2 US1US2 a U1US1US2U2 = 0 I1 R1US1US2I2 R20 在電路中任意回路在電路中任意回路 繞行方向上電動勢繞行方向上電動勢 的代數(shù)和等于電阻的代數(shù)和等于電阻 上電壓降的代數(shù)和上電壓降的代數(shù)和 US IR 規(guī)定規(guī)定 與繞向一致的電與繞向一

15、致的電 壓壓 取正，反之取取正，反之取 負(fù)。負(fù)。 US1 US2 I1 R1 I2 R2 推廣推廣: 適用于開口電路適用于開口電路 U開開=U 說明說明:上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。 例例1. 已知已知E1=7V，E2=16V，E3=14V，R1=16 R2=3，R3=9。求：求：K打開時，打開時，Uab=？ K閉合時，閉合時，I3=？ 1、K打開， 打開，I3=0 UR3=0 E1+Uab+E3E2= 0 Uab=714+16=9V 2、K閉合， 閉合，Uab=0 E1+E3E2 + I3R3= 0 I3=(E1E3 + E2) R3 =99=

16、1A E1 R1 a b K E3 E2 R2 R3 I3 解：解： 當(dāng)這兩個電當(dāng)這兩個電 阻相串或相阻相串或相 并時，等效并時，等效 電阻電阻R？ 負(fù)載獲得最負(fù)載獲得最 大功率的條大功率的條 件？最大功件？最大功 率為多少？率為多少？ A4=？ ？ A5 =？ 結(jié)點？支結(jié)點？支 路？路？Uab=？ I=？ 10K 10 Pmax= US2 4R0 R1 R2 I1 I2 I R3 I3 A4 A5 A4=13mA A5=3mA 2 I 12V + _ 1 6V + _ 1 55 ab n=2 b=3 Uab=0 I=0 電位具有電位具有，相對于參考點較高的電位點是，相對于參考點較高的電位點是

17、 比參考點低的電位點為比參考點低的電位點為。參考點的電位一般。參考點的電位一般 電位實際上就是電路中電位實際上就是電路中，電壓常用，電壓常用 ，而電位則用，而電位則用，電位的單位也是，電位的單位也是 Va = +5V a 點電位：點電位： a b 1 5A Vb = - 5V b點電位：點電位： a b 1 5A 例例例例 一一、電位、電位 電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電壓，電路中某點的電位等于該點到參考點之間的電壓， 參考點就是零電位點。參考點就是零電位點。 電位值是相對的電位值是相對的, ,參考點選得不同，參考點選得不同， 電路中其它各點的電位也將隨之改變；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值是固定的，不電路中兩點間的電壓值是固定的，不 會因參考點的不同而改變。會因參考點的不同而改變。 Ue=0 I=9/9A=1A Ua=5V Ub=5V2V=3V Uc=5V6V= 1V Ud=4V Uab=2V3 e 5V 4V a b c d 2 4 e 5V 4V a b c d 3 2 4 若參考點選在若參考點選在d點則：點則： Ua = 9V Ub = 7V Uc = 3V Ud = 0V Ue = 4V Uab = 2V 電路中某點的電位與參考點的選擇有電路中某點的電位與參考點的選擇有 關(guān)，而任意兩點之間的電壓與參考點的選關(guān)，而任意兩點之間的電壓