第1章 電路的基本知識

1、2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)1第第1 1章章 電路的基本知識電路的基本知識1.2 1.2 電路的主要物理量電路的主要物理量1.3 1.3 電阻元件和歐姆定律電阻元件和歐姆定律1.4 1.4 電路的基本連接方式電路的基本連接方式1.5 1.5 電壓源、電流源及其等效變換電壓源、電流源及其等效變換1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.1 1.1 電路與電路模型電路與電路模型2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)2電路電路: :電路是由一些電氣設(shè)備和元件連接而成。電路是由一些電氣設(shè)備和元件連接而成。1.1 1.1 電路與電路模型電路與電路模型能力知識點能力知識點1 1 電路的的組成與功能電路

2、的的組成與功能電阻電阻電容電容運算放大器運算放大器晶體管晶體管光耦器件光耦器件2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)3 電路是由電路是由電源電源、負載負載和和中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)三個基本三個基本部分組成。部分組成。電路的基本組成中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)電源電源負載負載2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)4中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：輸送和分配電能的設(shè)備，即導(dǎo)線、輸送和分配電能的設(shè)備，即導(dǎo)線、 開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路等。開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路等。電源：電源：供電設(shè)備，向用電設(shè)備提供電能。供電設(shè)備，向用電設(shè)備提供電能。常用的電源裝置為交流電源、直流電源和信號源。常用的電源裝置為交流電源、直流電源和信號源。發(fā)電機發(fā)電機直流電源直流電源信號源

3、信號源負載：負載： 用電設(shè)備用電設(shè)備, ,將電能轉(zhuǎn)換為機械能。電動將電能轉(zhuǎn)換為機械能。電動機、日光燈、各種家用電器等均為用電負載。機、日光燈、各種家用電器等均為用電負載。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)5升壓升壓變壓器變壓器升壓升壓變壓器變壓器升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電電燈燈電電動動機機電電爐爐發(fā)電機發(fā)電機輸電線輸電線例如例如電力系統(tǒng)輸送、分配電能的電路：電力系統(tǒng)輸送、分配電能的電路：1.1.實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換電工電路電工電路電路的功能2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)6 2.2.實現(xiàn)電信號的傳遞和轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電信號的傳遞和轉(zhuǎn)換例如常見的擴音器電

4、路：例如常見的擴音器電路：放放大大器器話筒話筒電子電路電子電路2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)7(1) (1) 實際元器件的電磁性能實際元器件的電磁性能 電路中使用的元器件，如電阻、電感、電容、電路中使用的元器件，如電阻、電感、電容、晶體管等，它們的電磁性質(zhì)較為復(fù)雜。晶體管等，它們的電磁性質(zhì)較為復(fù)雜。 白熾燈白熾燈是耗能元件是耗能元件, ,但還存在微小的電感但還存在微小的電感； 電感線圈電感線圈是儲能元件，但還存在很小的電阻；是儲能元件，但還存在很小的電阻； 能力知識點能力知識點2 2 電路模型電路模型電容是電容是儲能元件，但也存在儲能元件，但也存在 (介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗)。2022-4-27

5、電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)8 (2) (2)實際元器件的理想化實際元器件的理想化 為了便于電路的分析和數(shù)學(xué)描述，實際元件要為了便于電路的分析和數(shù)學(xué)描述，實際元件要理想化處理，即在一定條件下突出元件的主要電磁理想化處理，即在一定條件下突出元件的主要電磁性質(zhì)，忽略其次要因素。所以白熾燈、電感線圈、性質(zhì)，忽略其次要因素。所以白熾燈、電感線圈、電容等均認為是理想元件。電容等均認為是理想元件。(3)(3)電路模型電路模型 由理想元件組成的電路即為實際電路的電路模型。由理想元件組成的電路即為實際電路的電路模型。例如，手電筒電路的電路模型如下：例如，手電筒電路的電路模型如下：2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)9燈泡燈

6、泡電池電池 手電筒電路的電路模型手電筒電路的電路模型ER+_電源電源負載負載 手電筒電路示意圖手電筒電路示意圖2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)10常用的幾種理想電路元件及其圖形符號常用的幾種理想電路元件及其圖形符號 元件名稱圖形符號元件名稱圖形符號電阻直流電源電感理想電壓源電容理想電流源2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)11電流電流是由是由電荷的定向運動形成的。電荷的定向運動形成的。 單位：安培（單位：安培（A）361mA=10A1A=10A1.2 1.2 電路的主要物理量電路的主要物理量能力知識點能力知識點1 1 電流與電壓電流與電壓2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)1231kV =10

7、V1m V =10V1V =10V 3 6 電壓電壓在電場力的作用下，通過外電路運送電在電場力的作用下，通過外電路運送電荷的能力。單位：伏特（荷的能力。單位：伏特（V V）2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)13實際方向：實際方向：物理中對電量規(guī)定的方向。物理中對電量規(guī)定的方向。 電流電流I: :正電荷運動的方向。正電荷運動的方向。電電源源負負載載II 電流流過電源時，是從電源的電流流過電源時，是從電源的負極到正極；負極到正極； 電流流過負載時，是從負載的高電位到低電位電流流過負載時，是從負載的高電位到低電位。USR+_+_II1.1.電流和電壓的實際方向電流和電壓的實際方向2022-4-27電

8、工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)14電壓電壓U: 從高電位到低電位。從高電位到低電位。電動勢電動勢E: 從電源的負極到電源的正極。從電源的負極到電源的正極。R+_EUSR+_+_EU2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)15（1 1）參考方向）參考方向 在分析電路時，對電量人為規(guī)定的方向。在分析電路時，對電量人為規(guī)定的方向。 例如例如: : 在如下復(fù)雜電路中很難判斷出在如下復(fù)雜電路中很難判斷出 中流中流過電流的實際方向，電路如何求解？過電流的實際方向，電路如何求解？3R2.2.電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向（2）設(shè)參考方向的意義）設(shè)參考方向的意義2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)16（3 3）解決的方法）

9、解決的方法1) 1) 在解題前先假設(shè)一個電在解題前先假設(shè)一個電流方向，作為參考方向。流方向，作為參考方向。2) 2) 根據(jù)電路的基本定律，根據(jù)電路的基本定律，列出電壓、電流方程。列出電壓、電流方程。 3) 3) 根據(jù)計算結(jié)果確定電流的實際方向：根據(jù)計算結(jié)果確定電流的實際方向： 若計算結(jié)果若計算結(jié)果 I3為正為正 , ,則實際方向與參考方向一致；則實際方向與參考方向一致； 若計算結(jié)果若計算結(jié)果 I3為負為負, ,則實際方向與參考方向相反。則實際方向與參考方向相反。I32022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)17解解SUE因為因為所以所以6VSUE62A3SIUIR 由于電流 的參考方向與實際方向相反，

10、則電源電壓電源電壓 的參考方向與的參考方向與實際方向相同。實際方向相同。SU,6V,=3SERUI已知電路如圖所示。試求電源電壓和電流 的數(shù)值。【例例 1.1】2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)18（4 4）電壓參考方向的三種表示）電壓參考方向的三種表示正負號正負號, ,下標下標a a、b b和箭頭都是表示電位降低的方向。和箭頭都是表示電位降低的方向。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)19關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相同關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相同非關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相反非關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向相反注意注意: : 1. 1.分析電路前必須選定電壓和電

11、流的參考方向。分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。 2.2.參考方向選定之后，在計算過程中不能改變。參考方向選定之后，在計算過程中不能改變。3.3.電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)20【例例1.21.2】已知元件已知元件A A、B B的電壓、電流參考方向的電壓、電流參考方向如圖所示。試判斷如圖所示。試判斷A、B元件的電壓、電流的參考元件的電壓、電流的參考方向是否關(guān)聯(lián)？方向是否關(guān)聯(lián)？解：解：A元件的電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；元件的電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；B元件的電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。元件的電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。BAUI2022-4-27

12、電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)21解：解：12V(, ABUU因為正值）所以確定 、 兩元件的電壓 的方向就是實際方向。2A(, ABII 因為負值）所以確定 、 兩元件的電流 的方向均與實際方向相反。 可判斷：可判斷：A A元件是電源，元件是電源，B B元件是負載元件是負載。12V,1AUI 已知電路如圖所示，。試判斷試判斷A、B元件是電源還是負載？元件是電源還是負載？【例例 1.3】2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)22此點稱為參考點。其它各點對參考點的電壓，便是此點稱為參考點。其它各點對參考點的電壓，便是該點的電位。用該點的電位。用VX表示。表示。 （注意：電位為單下標）。（注意：電位為單下標）。在電

13、路中任選一點，設(shè)其電位為零在電路中任選一點，設(shè)其電位為零, ,用用表示。表示。1.1.電位的概念電位的概念ab2A1ab2A1能力知識點能力知識點2 2 電位電位a點電位：點電位：V2aV b點電位：點電位：V2bV返回2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)232.2.電位的計算電位的計算設(shè)設(shè)b為參考點，即為參考點，即Vb=0。E1aE2+20+_d_6A4A10A56140V90VCbV60abaUVV140cbcUVV90dbdUV 從結(jié)果中看出從結(jié)果中看出, ,a、c、 d點的電位比點的電位比b點分別高點分別高60V、140V、90V。 如下電路只能求出兩點間的電壓值如下電路只能求出兩點間的

14、電壓值, ,而不能求出某而不能求出某一點的電位值。因此，若要一點的電位值。因此，若要計算電位時，必須在電路計算電位時，必須在電路中設(shè)參考點。中設(shè)參考點。返回2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)24設(shè)設(shè)a為參考點，即為參考點，即Va=0 , 則則 V60babUVV80cacUVV30dadUV 從結(jié)果中看出從結(jié)果中看出, b點的電位比點的電位比a點的電位低點的電位低 60V ，而而c點點和和d點的電位點的電位 比比a點分別高點分別高80V、30V。結(jié)論：結(jié)論：E1aE2+20+_d_6A4A10A56140V90VCb 參考點的位置不同，電路中其它各點的電位也參考點的位置不同，電路中其它各點的電

15、位也不同不同；但是兩點之間的電壓值（電位差）是不變的。；但是兩點之間的電壓值（電位差）是不變的。返回2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)253.3.電位與電壓的關(guān)系電位與電壓的關(guān)系電壓等于電位之差；電壓等于電位之差；電位是相對量，電壓是絕對量。電位是相對量，電壓是絕對量。返回2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)261.3 1.3 電阻元件與歐姆定律電阻元件與歐姆定律可見，遵循歐姆定律的電阻是線性電阻，不遵可見，遵循歐姆定律的電阻是線性電阻，不遵循歐姆定律的電阻是非線性電阻循歐姆定律的電阻是非線性電阻.線性電阻線性電阻非線性非線性電阻電阻能力知識點能力知識點1 1 電阻元件電阻元件2022-4-27

16、電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)27流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，即流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，即可見，當(dāng)電壓可見，當(dāng)電壓U一定時，電阻一定時，電阻R 越大，電流越大，電流I 越小。則電阻具有阻礙電流增大的性質(zhì)。越小。則電阻具有阻礙電流增大的性質(zhì)。UIRURI 電阻的單位電阻的單位: :, k , M能力知識點能力知識點2 2 歐姆定律歐姆定律2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)28歐姆定律的幾種表示形式歐姆定律的幾種表示形式一個式子中有兩套正負號，一套正負號是由參一個式子中有兩套正負號，一套正負號是由參考方向決定的，另一套是由電壓和電流本身的考方向決定的，另一套是由電壓和電流本身的正負值決定

17、的。正負值決定的。IRUIRUIRU U=RI(a)(b) (c)U= RIU= RI2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)29串聯(lián)的特點：每個元件流過的電流相等。串聯(lián)的特點：每個元件流過的電流相等。1.等效電阻等效電阻R 如圖如圖(b) 21RRR2. 分壓公式分壓公式2212212111RRRUIRURRRUIRUUIR1R2U1U2圖(a)URI圖(b)1.4 1.4 電路的基本連接方式電路的基本連接方式能力知識點能力知識點1 1 電阻的串聯(lián)電阻的串聯(lián)2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)303. 電阻的分壓作用電阻的分壓作用當(dāng)當(dāng)R1 R2時時, 0,21UUUR2的分壓作用忽略不計。的分壓作用

18、忽略不計。4. 電阻串聯(lián)的應(yīng)用電阻串聯(lián)的應(yīng)用與負載串聯(lián)與負載串聯(lián), ,降壓。降壓。UIR1R2U1U22022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)31并聯(lián)的特點：每個電阻上的電壓相同。并聯(lián)的特點：每個電阻上的電壓相同。IU1R2R2I1IURI21111RRR2121RRRRR即即1.等效電阻等效電阻R ,圖圖(b) 圖圖(a)圖圖(b)G=G1+G2（電導(dǎo)電導(dǎo)）或或能力知識點能力知識點2 2 電阻的并聯(lián)電阻的并聯(lián)RG1單位：單位：S2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)32IU1R2R2I1IURI2.分流公式分流公式IRRRRIRRUI212111IRRRRIRRUI2112223.當(dāng)當(dāng)R1 R2時時,

19、 III21,0 R1的分流作用的分流作用忽略不計。忽略不計。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)334. 電阻并聯(lián)的應(yīng)用電阻并聯(lián)的應(yīng)用 分流或調(diào)節(jié)電流的作用。分流或調(diào)節(jié)電流的作用。5.5.負載的并聯(lián)運行負載的并聯(lián)運行 負載一般都是并聯(lián)運行的負載一般都是并聯(lián)運行的, ,所以它們處于同一電所以它們處于同一電壓之下壓之下, ,并且基本上互不影響。并且基本上互不影響。 并聯(lián)的負載越多并聯(lián)的負載越多, ,則總電阻越小則總電阻越小, ,電路中總電流電路中總電流和總功率也越大。但是每個負載的電流和功率卻沒和總功率也越大。但是每個負載的電流和功率卻沒有變動有變動( (嚴格地講嚴格地講, ,基本上不變基本上不變

20、) )。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)34【例例 1.3】已知電路如圖所示，已知電路如圖所示，,21,V1251RU。和。試求321432,5,12,8IIIRRR解：利用電阻的串解：利用電阻的串聯(lián)與并聯(lián)的方法求聯(lián)與并聯(lián)的方法求出等效電阻，然后出等效電阻，然后再求各支路電流。再求各支路電流。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)35解：1.112341255A()/25UUIRRRRR2.4212345 51A()25RIIRRR3.3125 14AIII 2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)36 思考題【 1.2】求圖求圖 示電路中開關(guān)示電路中開關(guān)S打開和閉合時的等打開和閉合時的等效電阻效電阻

21、 Rab。返回2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)37能力知識點能力知識點1.1.電壓源電壓源 伏安特性伏安特性0IREUIU 電壓源的端電壓電壓源的端電壓(1) 實際電壓源模型實際電壓源模型+-UIR0E+-RLU0=E0REISo開開路路電電壓壓短路電流短路電流1.5 1.5 電壓源、電流源及其等效變換電壓源、電流源及其等效變換能向負載提供一個確定的電壓。能向負載提供一個確定的電壓。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)38（2 2）理想電壓源模型（恒壓源）理想電壓源模型（恒壓源）: : R0= 0 或或 R0 RL 特點：特點：輸出電輸出電 壓不變，其值等于電動勢。壓不變，其值等于電動勢。 即

22、即 Uab E； 電源中的電流由外電路決定電源中的電流由外電路決定。伏安特性伏安特性IUabEIE+_abUab+_RL2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)39設(shè)設(shè): E = 10 V當(dāng)當(dāng)R1、R2 同時接入時，同時接入時，I=10A 當(dāng)當(dāng)R1= 2 時時 ，I=5A則：則：電源中的電流由外電路決定。電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab2 R1R22 2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)40能力知識點能力知識點2.2.電流源電流源（1 1）實際電流源模型實際電流源模型0IREU 將式將式的形式變換一下，即的形式變換一下，即000RURERUEI電源內(nèi)阻中的電流電源內(nèi)阻中的電流電源短路時的電

23、流電源短路時的電流負載中的電流負載中的電流能向負載提供一個確定的電流。能向負載提供一個確定的電流。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)41實際電路模型實際電路模型ROISRLIab+-U0I0IIIS0IIS00RUREIIsUI 伏安特性伏安特性U0=ISR0o與電壓源一致與電壓源一致輸出電流輸出電流2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)42特點：特點：輸出電流不變，其值恒等于電流源電流輸出電流不變，其值恒等于電流源電流 IS； IUIS輸出電壓由外電路決定。輸出電壓由外電路決定。（2 2）理想電流源）理想電流源 （恒流源）（恒流源）: : R0= 或或 R0 RL ISRLIab+-U 伏安特性

24、伏安特性2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)43能力知識點能力知識點3 3 電壓源與電流源的等效變換電壓源與電流源的等效變換 IUOEU 00sREI 電電壓壓源源IUO0s0RIU sI電電源源流流+-UIR0E+-RLROISRLIab+-U0I2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)44電壓源電壓源aISROb電流源電流源0sREI 0SRIE 注意注意（1）一般不僅限于內(nèi)阻）一般不僅限于內(nèi)阻,也可以是某個電阻；也可以是某個電阻； （2）要注意電壓源的極性與電流源的方向；）要注意電壓源的極性與電流源的方向；（3）兩電源對外電路等效）兩電源對外電路等效,但兩電源內(nèi)部不等效。但兩電源內(nèi)部不等效。R+

25、-ROEabR2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)45（4 4）恒壓源和恒流源不能等效互換）恒壓源和恒流源不能等效互換aE+-babIs4.4.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例0REIS0RIES2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)46AREIs165 . 080R0IS已知電壓源電動勢已知電壓源電動勢E=8V，內(nèi)阻，內(nèi)阻R=0.5，求與，求與其等效的電流源。其等效的電流源。E-+R0【例例 1.4】5 . 00R解解 等效電流源如圖所示，等效電流源的等效電流源如圖所示，等效電流源的兩個參數(shù)為兩個參數(shù)為2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)47 思考題【 1.3】判斷（判斷（a）、（）、（b）兩圖中各電源是發(fā)出）兩圖

26、中各電源是發(fā)出功率還是吸收功率。功率還是吸收功率。2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)48 基爾霍夫定律用來描述電路中各部分電壓或各部基爾霍夫定律用來描述電路中各部分電壓或各部分電流之間的關(guān)系分電流之間的關(guān)系, ,其中包括電流定律和電壓定律。其中包括電流定律和電壓定律。名詞解釋：名詞解釋： 支路支路： 電路中每一個分支。電路中每一個分支。 節(jié)點節(jié)點：三個或三個以上：三個或三個以上 支路的聯(lián)接點。支路的聯(lián)接點?；芈坊芈罚弘娐分腥我婚]合的路徑。：電路中任一閉合的路徑。 1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 E2+-R1R3R2+_E1網(wǎng)孔網(wǎng)孔：其內(nèi)部沒有其他支路的回路。：其內(nèi)部沒有其他支路的回路

27、。 2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)491一條支路流過一個電流一條支路流過一個電流節(jié)點節(jié)點: :回路回路:2 支路支路: :acb, adb,ab(3 3個個)a a , ,b b (2(2個個) )acba , adba , cadba (3 3個個)bI3I2I1aE2+R1R3R2+_E1Cd_3網(wǎng)孔網(wǎng)孔:acba , adba (2 2個個)2022-4-27電工基礎(chǔ)電工基礎(chǔ)50對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個由節(jié)點流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為節(jié)點上電流的代數(shù)和為 零。零。 I1I