1電路的基本概念和定律(電路基礎(chǔ)馮瀾版本)

1、第一章第一章電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律1.1 電路概論電路概論基本基本組成組成：電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)（連接件、控制件等）等。電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)（連接件、控制件等）等。主要主要功能功能：能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配；信號(hào)的處理和傳遞。能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配；信號(hào)的處理和傳遞。電路：電流的通路，由各種元器件按一定方式連接而成。電路：電流的通路，由各種元器件按一定方式連接而成。 1.1.1電路的功能和組成電路的功能和組成類別類別電源元件電源元件無源元件無源元件名稱名稱電壓源電壓源U US S電流源電流源I IS S電阻元件電阻元件R R電感元件電感元件L L電容元件電容元件C C主

2、要主要電磁性能電磁性能提供電能提供電能消耗電能消耗電能儲(chǔ)存儲(chǔ)存磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能儲(chǔ)存儲(chǔ)存電場(chǎng)能電場(chǎng)能表征實(shí)際電器元件或設(shè)備的主要電磁性能。表征實(shí)際電器元件或設(shè)備的主要電磁性能。 用抽象的理想電路元件及其組合近似替代實(shí)用抽象的理想電路元件及其組合近似替代實(shí)際電路元件所構(gòu)成的模型化電路，可反映實(shí)際電路的主際電路元件所構(gòu)成的模型化電路，可反映實(shí)際電路的主要電磁現(xiàn)象要電磁現(xiàn)象。電路圖：用規(guī)定的電路符號(hào)表示理想元件。電路圖：用規(guī)定的電路符號(hào)表示理想元件。電路圖的基本結(jié)構(gòu)：支路、結(jié)點(diǎn)、回路和網(wǎng)孔等。電路圖的基本結(jié)構(gòu)：支路、結(jié)點(diǎn)、回路和網(wǎng)孔等。1.1.2電路模型和理想元件電路模型和理想元件理想元件理想元件電路模型

3、電路模型1.2 電路的基本物理量電路的基本物理量1.電流電流單位：安培單位：安培A（mA、A）；用箭頭標(biāo)注方向。）；用箭頭標(biāo)注方向。實(shí)際方向：習(xí)慣上規(guī)定為正電荷移動(dòng)的方向。實(shí)際方向：習(xí)慣上規(guī)定為正電荷移動(dòng)的方向。交流（交流（ACAC）：電流的大小和方向隨時(shí)間變化。）：電流的大小和方向隨時(shí)間變化。直流（直流（DCDC）：電流的大小和方向不隨時(shí)間變化。）：電流的大小和方向不隨時(shí)間變化。參考方向參考方向（人為設(shè)定）：按參考方向計(jì)算電流或電壓，（人為設(shè)定）：按參考方向計(jì)算電流或電壓，計(jì)算結(jié)果為正計(jì)算結(jié)果為正/負(fù)值，說明參考方向與實(shí)際方向相同負(fù)值，說明參考方向與實(shí)際方向相同/反。反。單位：伏特單位：伏特

4、V（mV、kV）。用箭頭或極性標(biāo)注方向。）。用箭頭或極性標(biāo)注方向。實(shí)際方向：習(xí)慣上規(guī)定為電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向?qū)嶋H方向：習(xí)慣上規(guī)定為電場(chǎng)力移動(dòng)正電荷的方向2.電壓和電位電壓和電位關(guān)聯(lián)方向：電流與電壓取相同參考方向；關(guān)聯(lián)方向：電流與電壓取相同參考方向；非關(guān)聯(lián)方向：電流與電壓取相反參考方向。非關(guān)聯(lián)方向：電流與電壓取相反參考方向。電壓（電壓（UAB） ：電路中任意兩點(diǎn)（：電路中任意兩點(diǎn)（ A點(diǎn)與點(diǎn)與B點(diǎn)）之間點(diǎn)）之間的電位差。的電位差。電位（電位（VA）：電路中某點(diǎn)（：電路中某點(diǎn)（A點(diǎn)）到參考點(diǎn)的電壓。點(diǎn)）到參考點(diǎn)的電壓。參考點(diǎn)是零電位點(diǎn)，一旦選定電路中各點(diǎn)的電位就確參考點(diǎn)是零電位點(diǎn)，一旦選定電路中

5、各點(diǎn)的電位就確定了。定了。參考點(diǎn)不同，電路中任意兩點(diǎn)之間電壓不會(huì)變化（參考點(diǎn)不同，電路中任意兩點(diǎn)之間電壓不會(huì)變化（電電壓絕對(duì)性壓絕對(duì)性），某點(diǎn)電位會(huì)變化（），某點(diǎn)電位會(huì)變化（電位相對(duì)性電位相對(duì)性）。）。電能電能w：電路吸收或釋放的電能：電路吸收或釋放的電能 （單位：焦耳單位：焦耳/J）電功率電功率p：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電路吸收或釋放的電能：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電路吸收或釋放的電能 p=ui（單位：瓦（單位：瓦/W）1度電度電=1kWh=3.6106J （實(shí)際中電能表測(cè)量用電量）（實(shí)際中電能表測(cè)量用電量）3.電功率和電能電功率和電能判別元件是吸收功率（耗能）判別元件是吸收功率（耗能） 還是發(fā)出功率（供能）還是發(fā)出

6、功率（供能）（1）根據(jù)元件電壓和電流的參考方向及其數(shù)值正負(fù)，）根據(jù)元件電壓和電流的參考方向及其數(shù)值正負(fù)，確定其電壓和電流的實(shí)際方向；確定其電壓和電流的實(shí)際方向；（2）電壓和電流的實(shí)際方向相同，是供能元件，實(shí)際）電壓和電流的實(shí)際方向相同，是供能元件，實(shí)際方向相反，是耗能元件。方向相反，是耗能元件。結(jié)合原則：結(jié)合原則：（1） P吸收功率吸收功率= P發(fā)出功率發(fā)出功率 （2）電阻是耗能元件）電阻是耗能元件1.3 電阻、電感和電容元件電阻、電感和電容元件1.電阻元件電阻元件電阻電阻R：耗能元件（單位：歐姆：耗能元件（單位：歐姆、k、M）電導(dǎo)電導(dǎo)G：表征導(dǎo)電能力，：表征導(dǎo)電能力，G=1/R（單位：西門子

7、（單位：西門子S）歐姆定律歐姆定律的兩種形式：的兩種形式：電壓與電流取關(guān)聯(lián)方向電壓與電流取關(guān)聯(lián)方向： u=iR電壓與電流取非關(guān)聯(lián)方向：電壓與電流取非關(guān)聯(lián)方向： u=-iR電阻功率電阻功率:RuRiuip22=分類：分類：線性電阻線性電阻（阻值（阻值R為常數(shù)）、非線性電阻為常數(shù)）、非線性電阻固定電阻的標(biāo)稱系列、色環(huán)電阻讀取固定電阻的標(biāo)稱系列、色環(huán)電阻讀取伏安特性（元件電壓與電流的關(guān)系）伏安特性（元件電壓與電流的關(guān)系）2.電電感感元件元件電感電感L：儲(chǔ)能元件（單位：亨利：儲(chǔ)能元件（單位：亨利H、mH、H）電感電能：電感電能：線性電感線性電感的伏安特性：的伏安特性：dtdiLu =221=LiW電容

8、電能：電容電能：線性電容線性電容的伏安特性：的伏安特性：dtduCi =221=CuW3.電電容容元件元件電容電容C：儲(chǔ)能元件（單位：法拉：儲(chǔ)能元件（單位：法拉F、F、pF）1.4 獨(dú)立電源獨(dú)立電源1.4.1電壓源模型電壓源模型1.理想電壓源理想電壓源（恒壓源，電源內(nèi)阻（恒壓源，電源內(nèi)阻 RS=0 ）獨(dú)立電源：將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置獨(dú)立電源：將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置伏安特性方程：伏安特性方程：U=US2.實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源（電源內(nèi)阻為（電源內(nèi)阻為 RS ）伏安特性方程：伏安特性方程：SS=IRUU電壓源的內(nèi)阻一般都很小，故實(shí)際中電壓源的內(nèi)阻一般都很小，故實(shí)際中不允許電壓源不

9、允許電壓源短路短路，否則會(huì)引起過大的電流而損毀電源，否則會(huì)引起過大的電流而損毀電源。 1.4.2電電流流源模型源模型1.理想電流源理想電流源（恒流源，電源內(nèi)阻（恒流源，電源內(nèi)阻 Ri ）伏安特性方程：伏安特性方程： I=Is2.實(shí)際電流源實(shí)際電流源（電源內(nèi)阻為（電源內(nèi)阻為 Ri ）伏安特性方程：伏安特性方程：電電流流源的內(nèi)阻一般都很源的內(nèi)阻一般都很大大，故實(shí)際中，故實(shí)際中不允許電不允許電流流源源開開路路，否則會(huì)引起過大的電，否則會(huì)引起過大的電壓壓而損毀電源而損毀電源。 iS=RUII1.5 受控電源受控電源無源元件無源元件( (非獨(dú)立電源非獨(dú)立電源) )，其電壓或電流參數(shù)受電路中某電壓，其電壓

10、或電流參數(shù)受電路中某電壓或電流控制，當(dāng)控制量為零，受控源電壓或電流參數(shù)也為零?；螂娏骺刂疲?dāng)控制量為零，受控源電壓或電流參數(shù)也為零。1.6 電路的工作狀態(tài)電路的工作狀態(tài)1.通路狀態(tài)通路狀態(tài)伏安特性方程全電路歐姆定律：伏安特性方程全電路歐姆定律：RUI=SUs是所有電壓源電壓之代數(shù)和，根據(jù)電流參考方向，是所有電壓源電壓之代數(shù)和，根據(jù)電流參考方向，當(dāng)當(dāng)電流電流 從某電壓源的正極（負(fù)極）流出，該電壓源值從某電壓源的正極（負(fù)極）流出，該電壓源值取取 +Us （- Us ）；）； R是所有電阻值之和。是所有電阻值之和。電氣設(shè)備額定值：額定電壓電氣設(shè)備額定值：額定電壓UN、額定電流、額定電流IN、額定功率

11、、額定功率PN電路的額定工作狀態(tài)（滿載）、過載、欠載（輕載）電路的額定工作狀態(tài)（滿載）、過載、欠載（輕載）金屬導(dǎo)線的安全載流量金屬導(dǎo)線的安全載流量2.開路狀態(tài)開路狀態(tài)開路電壓（空載電壓）：開路電壓（空載電壓）：2.短路狀態(tài)短路狀態(tài)事故短路、工作短路事故短路、工作短路So=UU1.7基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律或表述為：任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流之和必等于流出或表述為：任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流之和必等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和；該結(jié)點(diǎn)的電流之和；KCL方程方程：i進(jìn)進(jìn)=i出出 KCL定律定律（描述結(jié)點(diǎn)處各支路電流關(guān)系）：（描述結(jié)點(diǎn)處各支路電流關(guān)系）：任一瞬間，電路中任

12、一結(jié)點(diǎn)處所有電流的代數(shù)和等于任一瞬間，電路中任一結(jié)點(diǎn)處所有電流的代數(shù)和等于0；KCL方程：方程：i0可推廣應(yīng)用于廣義節(jié)點(diǎn)可推廣應(yīng)用于廣義節(jié)點(diǎn)（包圍幾個(gè)結(jié)點(diǎn)的封閉面）（包圍幾個(gè)結(jié)點(diǎn)的封閉面）2.基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 KVL定律定律（描述回路上各段電壓關(guān)系）：（描述回路上各段電壓關(guān)系）：任一瞬間，電路中任一閉合回路的各段電壓的代數(shù)和等任一瞬間，電路中任一閉合回路的各段電壓的代數(shù)和等于于0；KVL方程方程：u=0 列寫列寫KVL方程的方法：先確定回路的繞行方向，再計(jì)算方程的方法：先確定回路的繞行方向，再計(jì)算回路中各段電壓的代數(shù)和，若電壓參考方向與繞行方向回路中各段電壓的代數(shù)和，若電壓參考

13、方向與繞行方向一致，則加上該段電壓，反之則減。一致，則加上該段電壓，反之則減?？赏茝V應(yīng)用于任一開口回路可推廣應(yīng)用于任一開口回路（在開口端設(shè)定一個(gè)電壓）（在開口端設(shè)定一個(gè)電壓）電壓電壓UAB（A起點(diǎn)，起點(diǎn)，B終點(diǎn)）終點(diǎn)） 位位VA（A起點(diǎn)，參考點(diǎn)終點(diǎn)）起點(diǎn)，參考點(diǎn)終點(diǎn)）（1）確定求值路徑確定求值路徑（起點(diǎn)（起點(diǎn)終點(diǎn)）終點(diǎn)） 路徑選取原則：元件少、有已知條件、不含電流源。路徑選取原則：元件少、有已知條件、不含電流源。（2）計(jì)算路徑上各元件的電壓代數(shù)和計(jì)算路徑上各元件的電壓代數(shù)和元件的電壓參考方向與路徑方向一致，加該元件電壓，元件的電壓參考方向與路徑方向一致，加該元件電壓，反之則減。反之則減。1.8 電壓和電位的計(jì)算電壓和電位的計(jì)算 2.