第1章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路的作用与组成部分

1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 欧姆定律 1.5 电源有载工作、开路与短路 1.6 基尔霍夫定律1.7 电路中电位的概念及计算

第1章 电路的基本概念与基本定律本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 2. 理解电路的基本定律并能正确应用；

3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；

4. 会计算电路中各点的电位。

1.1 电路的作用与组成部分电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。 1. 电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器

电灯 电动机 电炉 ...

(2)实现信号的传递与处理 话筒 扬声器

放 大 器

电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路 工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。电源: 提供 电能的装置升压 变压器 输电线

负载: 取用 电能的装置电灯 电动机 电炉 ...

发电机

降压 变压器

中间环节：传递、分 配和控制电能的作用

信号源: 提供信息

信号处理： 放大、调谐、检波等 话筒

放 大 器

扬声器

直流电源: 提供能源

负载 直流电源

电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的 条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。

1. 2 电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其 组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路 相对应的电路模型。 手电筒的电路模型 理想电路元件主要有电 I S 阻元件、电感元件、电容 元件和电源元件等。 例：手电筒 手电筒由电池、灯 泡、开关和筒体组成。 E

+ +–U

开关 R

Ro

–导线 灯泡

电池

手电筒的电路模型 I S E

+ +–U

开关 R

Ro

–

灯泡 导线 电池 今后分析的都是指电 路模型，简称电路。在 电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号 表示。

电池是电源元件，其 参数为电动势 E 和内阻 Ro; 灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R; 筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。 开关用来控制电路的 通断。

1.3 电压和电流的参考方向1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 低电位 (电位降低的方向) 低电位 高电位 (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 μA kV 、V、mV、 μV kV 、V、mV、 μV

电压 U电动势E

2. 电路基本物理量的参考方向 (1) 参考方向 在分析与计算电路时，对 电量任意假

定的方向。 (2) 参考方向的表示方法 电流： 箭 标 I 电压： + a Uab I a R

+ E _

+ U _ bU–

a

RIab

b

正负极性

b

双下标

双下标

(3) 实际方向与参考方向的关系 实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。 例： a参考 方向

I R + U – a R b b

若 I = 5A,则电流从 a 流向 b; 若 I = –5A,则电流从 b 流向 a 。 若 U = 5V,则电压的实际方向 从 a 指向 b; 若 U= –5V,则电压的实际方向 从 b 指向 a 。

注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。

1.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR U I R U

– – 表达式中有两套正负号： ① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。

I

R

通常取 U、I 参考方向相同。

例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)

U 6 解：对图(a)有, U = IR 所 以: R 3Ω I 2 对图(b)有, U = – IR 所以 : R U 6 3Ω I 2

线性电阻的概念：遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。 U 即：R 常数 I 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 I/ A 线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线。

o

U/V

线性电阻的伏安特性

1.5 电源有载工作、开路与短路1.5.1 电源有载工作开关闭合,接通 电源与负载 特征: E

R0

I

E I R0 R

U

I

R

① 电流的大小由负载决定。② 在电源有内阻时，I U 。 当 R0<<R 时，则U E ,表明 当负载变化时，电源的端电压变 化不大，即带负载能力强。

U = IR

负载端电压 或 U = E – IR0

U 电源的外特性 E

0

I

1.5.1 电源有载工作开关闭合,接通 电源与负载。 特征: E R0

I U E R0 R

R

① 电流的大小由负载决定。 I

② 在电源有内阻时，I U 。 或 U = E – IRo 负载端电压 U = IR ③ 电源输出的功率由负载决定。 UI = EI – I² o R 负载大小的概念: P = PE – P 负载增加指负载取用的 负载 电源 内阻 电流和功率增加(电压一定)。 取用 产生 消耗功率 功率 功率

电源与负载的判别1. 根据 U、I 的实际方向判别 电源： U、I 实际方向相反，即电流从“+”端流出， (发出功率); 负载： U、I 实际方向相同，即电流从“+”端流入。 (吸收功率)。 2. 根据 U、I 的参考方向判别 U、I 参考方向相同，P =UI 0,负载； P = UI 0,电源。 U、I 参考方向不同，P = UI 0,电源； P = UI 0,负载。