第一章電路的基本概念和基本定律

1、電工技術(shù)（電工學(xué)電工技術(shù)（電工學(xué)I I）第一章 電路的基本概念和基本定律Basic conception and Laws of circuit 江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 School of electric and informationSchool of electric and information，UJSUJS 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律講課教師：任明煒講課教師：任明煒電氣信息工程學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 電工電子教研室電工電子教研室聯(lián)系方式：聯(lián)系方式疑地點(diǎn)：電氣樓答疑地點(diǎn)：電氣樓309 時(shí)時(shí) 間：星期三晚上間：星期三晚上7:

2、00-9:00 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.1 電路的作用與組成電路的作用與組成 1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.3 電路的元件電路的元件 1.4 電路的基本電路的基本定律定律 1.5 電路中的電位及其計(jì)算電路中的電位及其計(jì)算 內(nèi)容內(nèi)容 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律功率的分析計(jì)算功率的分析計(jì)算 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向 電路元件特性電路元件特性 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 重重點(diǎn)點(diǎn) 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.1 電路的作用與組成電路的作用與組成一、電路的作用：一、電路的作用： l 能量（電能）的

3、傳輸、分配和轉(zhuǎn)換能量（電能）的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換電燈電燈電動(dòng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)等升壓升壓變壓器變壓器發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)降壓變降壓變壓器壓器輸電線輸電線l 信息的采集、傳遞和處理信息的采集、傳遞和處理聲音（弱）聲音（弱）電（弱）電（弱）電（強(qiáng)）電（強(qiáng)）聲音（強(qiáng)）聲音（強(qiáng)）放大放大電路電路話筒話筒 揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器，如電力系統(tǒng)（強(qiáng)電），如電力系統(tǒng)（強(qiáng)電） ，如半導(dǎo)體擴(kuò)音器電路（弱電），如半導(dǎo)體擴(kuò)音器電路（弱電） 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律二、電路的組成：二、電路的組成： 電源（信號(hào)源）電源（信號(hào)源）：提供電能：提供電能 負(fù)載負(fù)載：消耗、傳輸、分配電能：消耗、傳輸、分配電能 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)：起溝通

4、電路和輸送電能的作用：起溝通電路和輸送電能的作用 其繁簡(jiǎn)決定了電路的復(fù)雜程度其繁簡(jiǎn)決定了電路的復(fù)雜程度 電池（電池（電源電源）燈泡（燈泡（負(fù)載負(fù)載）導(dǎo)線（導(dǎo)線（中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)）舉例：舉例： 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律關(guān)于電路參數(shù)及變量的文字符號(hào)關(guān)于電路參數(shù)及變量的文字符號(hào)電路模型中，元件用大寫斜體字母表示，如：電路模型中，元件用大寫斜體字母表示，如：R，L，C; 時(shí)變量用小寫斜體字母表示，如：時(shí)變量用小寫斜體字母表示，如：, ;u i小寫斜體字母也可表示廣義變量，即所描述的數(shù)學(xué)小寫斜體字母也可表示廣義變量，即所描述的數(shù)學(xué) 模型對(duì)直流和對(duì)變量都適用時(shí)模型對(duì)直流和對(duì)變量都適用

5、時(shí);3.3.電路的參數(shù)和電路分析中的變量單位：必須使用國(guó)際電路的參數(shù)和電路分析中的變量單位：必須使用國(guó)際 上通用的文字符號(hào)表示。單個(gè)字母必須用大寫字母，復(fù)上通用的文字符號(hào)表示。單個(gè)字母必須用大寫字母，復(fù)合字母表示的單位其第一個(gè)字母用大寫正體，第二個(gè)及合字母表示的單位其第一個(gè)字母用大寫正體，第二個(gè)及 以后的字母表示用小寫，如：以后的字母表示用小寫，如：HzHz，WbWb等。等。 2.2.電路分析中的變量：電路分析中的變量：恒定的直流量用大寫斜體字母表示，如：恒定的直流量用大寫斜體字母表示，如：U U，I; I; 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓

6、的參考方向 1.2.1 電流和電壓的實(shí)際方向：電流和電壓的實(shí)際方向：物理中對(duì)電量規(guī)定的方向物理中對(duì)電量規(guī)定的方向 電流：電流：正電荷移動(dòng)正電荷移動(dòng)的方向的方向 電壓：電壓：由高電位到低電位即由高電位到低電位即電位降低電位降低的方向的方向 電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：電源內(nèi)部由低電位到高電位即電源內(nèi)部由低電位到高電位即電位升高電位升高方向方向 電源電源燈泡燈泡IRUE+_ab簡(jiǎn)單電路：簡(jiǎn)單電路： 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 ( (1) )復(fù)雜電路：復(fù)雜電路：事先無(wú)法確定實(shí)際方向。為分析方便，只能事先無(wú)法確定實(shí)際方向。為分析方便，只能 先任意假設(shè)一種方向（即參考方向），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，才先任

7、意假設(shè)一種方向（即參考方向），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，才 能最終確定電流的實(shí)際方向。能最終確定電流的實(shí)際方向。為什么要引入?yún)⒖挤较?？為什么要引入?yún)⒖挤较颍?(2)交變電路：交變電路：電流電壓是交變的，無(wú)法標(biāo)出實(shí)際方向。設(shè)定參電流電壓是交變的，無(wú)法標(biāo)出實(shí)際方向。設(shè)定參 考方向和其相應(yīng)表達(dá)式，表示出電流的大小和實(shí)際方向?？挤较蚝推湎鄳?yīng)表達(dá)式，表示出電流的大小和實(shí)際方向。 電流方向電流方向 AB？ BA？ 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.2.2 1.2.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.1.電路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向，正方向，是是人為假定的方向人為假定的方向 （不

8、管實(shí)際方向如何）（不管實(shí)際方向如何）2.2.參考方向的參考方向的表示方法（標(biāo)注）：表示方法（標(biāo)注）： 電流參考方向電流參考方向有兩種標(biāo)注表示：有兩種標(biāo)注表示： 用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)橛眉^表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉ｋ娏鞯膮⒖挤较颉?用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如iAB, ,電流的參考方向由電流的參考方向由A點(diǎn)指向點(diǎn)指向B點(diǎn)。點(diǎn)。 IABiABiABAB 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律電壓參考方向電壓參考方向有三種表示方式有三種表示方式： 用箭頭表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较蛴眉^表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较?用正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷河?/p>

9、正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷?的參考方向的參考方向 用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如UAB , ,由由A指向指向B的方向?yàn)殡妷旱姆较驗(yàn)殡妷?( (降降) )的參考方向的參考方向 ABUABUABU+AB 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系： 參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向 ABi 0 0 i 0P =U I = 5= 51W 00時(shí)，吸收能量，電能時(shí)，吸收能量，電能000時(shí)，吸收能量，電能時(shí)，吸收能量，電能 02s時(shí)時(shí)，u0v，21( )( 2 )00 .5 A2ti tid 解：由圖可知，解：由圖可知，u u 為為分段

10、函數(shù)，求分段函數(shù)，求i應(yīng)分段積分應(yīng)分段積分 0t 1s時(shí)時(shí)，u1v，011( )( 0 )122ti tidt1t 2s時(shí)時(shí)，u-2v，11( )(1)20 .511 .52ti tidtt則則 i(1)0.5A例例如圖所示為如圖所示為2H2H電感上的電壓波形，電感上的電壓波形，求電流求電流i并畫波形并畫波形i（0）0i/At/s02-0.5本例目的：本例目的：熟悉元件的伏安關(guān)系，體會(huì)元件的記憶功能熟悉元件的伏安關(guān)系，體會(huì)元件的記憶功能 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律無(wú)源元件特性小結(jié)無(wú)源元件特性小結(jié) 電感電感L 電容電容C 電阻電阻R uR idiuLdtduiCdtU, ,i

11、均可躍變均可躍變i不能躍變不能躍變u不能躍變不能躍變 元件元件 電壓電電壓電流關(guān)系流關(guān)系 參數(shù)參數(shù)定義定義能量能量uqC LNiuRi耗能元件耗能元件20tR i dt儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件212C u儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能元件212L i其他其他電阻電阻R短路（短路（u0 0）開(kāi)路（開(kāi)路（i0 0）直流特性直流特性 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律1.3.4 1.3.4 電壓源電壓源 伏安特性伏安特性: :（外特性）（外特性）模型：模型：電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E串聯(lián)內(nèi)阻串聯(lián)內(nèi)阻RououUEIRU UI IR Rouou+ +- -E E工作分析工作分析RL，即空載，即空載RLIUE伏安特性曲線伏安特性

12、曲線0RL,UE,差值降在內(nèi)阻上差值降在內(nèi)阻上 RL0，即短路，即短路，ouIRIE/Rou,U=0 ，I=0,U=E 電壓源電壓源 為外電路提供穩(wěn)定電壓為外電路提供穩(wěn)定電壓 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律I IU UE E理想理想 特點(diǎn)特點(diǎn)輸出電壓輸出電壓U不變，其值恒等于電動(dòng)勢(shì)。不變，其值恒等于電動(dòng)勢(shì)。 即即 U E； 電源中的電流電源中的電流I由外電路決定由外電路決定。IE E+ +_ _UouUEIRRou越小越小,斜率越小斜率越小 Rou= 0，特性曲線與橫軸，特性曲線與橫軸I平行平行 此時(shí)的電壓源為此時(shí)的電壓源為理想電壓源理想電壓源 或或恒壓源恒壓源，模型為：，模型

13、為：實(shí)際電壓源由實(shí)際電壓源由恒壓源與內(nèi)阻串聯(lián)恒壓源與內(nèi)阻串聯(lián)而成而成。UIRou+ +- -E恒壓源恒壓源內(nèi)阻內(nèi)阻 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律當(dāng)當(dāng)R1 R2 同時(shí)接入時(shí)：同時(shí)接入時(shí)：I IE E+_a ab bU Uabab設(shè)設(shè): :E=10V，求外電路改變時(shí)的電流求外電路改變時(shí)的電流I I和電壓和電壓Uab 例例 當(dāng)當(dāng)R1接入時(shí)接入時(shí) ：當(dāng)當(dāng)IS=1A的電流源接入時(shí)：的電流源接入時(shí)：電壓電壓 UabEE不變不變 2 R1R22 I Is s本例目的：熟悉并體會(huì)恒壓源的特點(diǎn)本例目的：熟悉并體會(huì)恒壓源的特點(diǎn) I=5A I=10AI=-1A 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念

14、和基本定律ISROiUISoiUIIRUI1.3.5 1.3.5 電流源：電流源：模型：模型：電激流電激流IS并聯(lián)內(nèi)阻并聯(lián)內(nèi)阻Roi 伏安特性伏安特性（外特性）（外特性） 工作分析工作分析 RL0，短路，短路RL外特性曲線外特性曲線 RL，空載，空載，0RL, IVbab1 5A 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 求圖示電路中各求圖示電路中各點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。設(shè)設(shè) a a為參考點(diǎn)，即為參考點(diǎn)，即V Va a=0V=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VVd =Uda= 65 = 30 V設(shè)設(shè) b b為參考點(diǎn)，即為參

15、考點(diǎn)，即V Vb b=0V=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 Vc20 4A6 10AE290V E1140V5 6A da ab 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律 電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選取的不同，電路中各點(diǎn)的電位也將隨之改變；各點(diǎn)的電位也將隨之改變； 電路中兩點(diǎn)間的電

16、壓值是固定的，不會(huì)因參考電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而變，點(diǎn)的不同而變， 即與零電位參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。即與零電位參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。借助電位的概念可以簡(jiǎn)化電路圖借助電位的概念可以簡(jiǎn)化電路圖b bc ca a2020 4A4A6 6 10A10AE E2 290V90V E E1 1140V140V5 5 6A6A d d+90V+90V2020 5 5 +140V+140V6 6 c cd d電位圖電位圖 江蘇大學(xué)電工電子教研室電路的基本概念和基本定律2 2 A A+ +I I1 12 2 I I2 26V6V(b)(b) 圖示電路，計(jì)算開(kāi)關(guān)圖示電路，計(jì)算開(kāi)關(guān)S S 斷開(kāi)和閉合時(shí)斷開(kāi)和閉合時(shí)A A點(diǎn)的電位點(diǎn)的電位V VA A解解: (1): (1)當(dāng)開(kāi)關(guān)當(dāng)開(kāi)關(guān)S S斷開(kāi)時(shí)斷開(kāi)時(shí)(2) (2) 當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí), ,電路電路 如圖（如圖（b b）電流電流 I I2 2 = 0= 0，I I1 1=3A=3A電位電位 V VA A =