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1、第1章 直流电路,1.1 电路和电路主要物理量,1.2 电路的基本定律,1.3 电路的几种状态和电气设备额定值,1.4 电压源、电流源、及其等效变换,1.5 电路中电位的分析,1.6 线性网络的分析方法,1.7 非线性电阻电路,1.1 电路和电路主要物理量,1. 电路和电路模型,电路是电流流经的路径，实际电路由电气设备和元件组成。,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,为了便于分析电路,一般要将实际电路模型化，用理想元件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。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。
2、,电路,电路模型,电池,灯泡,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。,导线,2. 电路的主要物理量,(1) 电流（I）,大小：,单位： 安培(A), 千安(kA), 毫安(mA),微安(A),定义：电路中电荷的定向有规则运动形成电流,实际方向：正电荷运动的方向,参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向，又叫正方向。,参考方向的表示方法,参考方向与实际方向一致，电流值为正值； 参考方向与实际方向相反，电流值为负值。,参考方向与实际方向的关系,注意： 在参考方向选定后，电流 值才有正负之分。,若 I = 2A，则电流从 a 流向 b；,例：,若 I =
3、 2A，则电流从 b 流向 a 。,(2) 电压（ U ）,单位： 伏(V)，千伏 (kV)，毫伏 (mV)，微伏(V),定义：描述电场力移动电荷作功本领的物理量,大小：,实际方向：从高电位指向低电位。（电位降方向）,参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向，又叫正方向。,参考方向的表示方法,参考方向与实际方向一致，电压值为正值； 参考方向与实际方向相反，电压值为负值。,参考方向与实际方向的关系,注意： 在参考方向选定后，电压 值才有正负之分。,例：,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 。,(3)、电动势（ U ）,单位： 伏(
4、V)，千伏 (kV)，毫伏 (mV)，微伏(V),大小：,分析计算时，也要假设参考方向。,根据结果的正负确定实际方向,忽略电源内阻时，,实际方向：电源内部从低电位指向高电位。（电位升方向）,(4)、电功率（ P ）,电阻肯定消耗功率,起负载作用; 电动势或电激流在电路中可能吸收功率（负载）， 也可能发出功率（电源）。,对电阻:,单位: MW, kW, W,mW等,对电源：,如何判断电路中的元件是发出功率（即电源）还是吸收功率（即负载）？,根据电压、电流的实际方向判断：,若电流从电路元件的低电位端流入，高电位端流出时，则该元件发生功率，起电源作用；,在一个完整的电路内，电功率平衡，即总的发生功率
5、等于总的吸收功率。 P发生=P吸收,若电流从电路元件的高电位端流入，低电位端流出时，则该元件发生功率，起负载作用。,(5)、电能（ W ）,单位:,例1图1-3中已知U1= -1V，U2= -3V，U3= -1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A 试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡,元件1，3，4 ，5为负载；元件2为电源,1.2 电路的基本定律,1. 欧姆定律,I与U的正方向相同时,U = IR,I与U的正方向相反时,U = IR,(1) 一段无源电路欧姆定律,通常取 U、I 参考方向相同。,(2) 一段有源电路欧姆定律,U = Uab,= Uac+
6、Ucb,= E IR,U = Uab,= Uac+ Ucb,= E + IR,(2) 一段有源电路欧姆定律,2 基尔霍夫定律,支路：电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。,节点：三条或三条以上支路的连接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,（1） 基尔霍夫电流定律(KCL) -应用于节点,在任一瞬间，流向任一节点的电流等于流出该节点的电流。,对节点 a：,I1+I3 = I2 +I4,或 I1+I3I2 I4 = 0,例,基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性,若流入为正 则流出为负,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,I =?,广义节点,I = 0,I1
7、+ I2+ I3 = 0,（2）基尔霍夫电压定律（KVL) -应用于回路,即： U = 0,在任一瞬间，沿任一回路绕行一周，各段电压降的代数和恒等于零。,回路1：,回路2：,I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,I2 R2+I3 R3 E2 = 0,电压定律可以应用于一段电路,-U+EIR = 0,-U+E+IR=0,即U=EIR,即U=E+IR,节点a：,列电流方程,节点c：,节点b：,节点d：,（其中只有三个独立方程）,例1,列电压方程,对abda:,对bcdb:,对adca:,1.3 电路的几种状态和电气设备额定值,开关闭合，接通电源与负载,U2 = IRL,特征:,1、 负载状态,R
8、,L,U,S,+,-,R,l,R,0,R,l,FU,FU,S,U2,+,-,P = PE P,负载 取用 功率,电源 产生 功率,内阻、 线路 损耗 功率,负载大小的概念: 负载增加指负载取用的 电流和功率增加(电压一定)。,电气设备的额定值,额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)： I IN ，P PN (不经济),过载(超载)： I IN ，P PN (设备易损坏),额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠),特征:,开关 断开,2、断路状态,电源外部端子被短接,3、短路状态,1.4 电压源、电流源及其等效变换,1、电压源,
9、电压源模型,由上图电路可得: U = US IR0,若 R0 = 0,理想电压源 : U US,US,电压源的外特性,电压源是由源电压US 和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R0 RL ，U US ， 可近似认为是理想电压源。,理想电压源,O,电压源,理想电压源（恒压源）,例：,(2) 输出电压是一定值，恒等于源电压：U US,(3) 恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = 0,设 US = 10 V，接上RL 后，恒压源对外输出电流。,当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A 当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A,电压恒定，电 流
10、随负载变化,2、电流源,ISR0,电流源的外特性,理想电流源,O,IS,电流源是由源电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。,由上图电路可得:,若 R0 = ,理想电流源 : I IS,若 R0 RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。,电流源,理想电流源（恒流源),例：,(2) 输出电流是一定值，恒等于源电流 IS ；,(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。,特点:,(1) 内阻R0 = ；,设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。,当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V 当 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V,外特
11、性曲线,I,U,IS,O,电流恒定，电压随负载变化。,3、电压源与电流源的等效变换,等效的概念：,最简单的有源二端网络：,网络：一般指规模较大或结构较复杂的电路，如东北电网。,不必关心有源二端网络内部结构，如果1、2分别对同一电路或负载供电，,若输出电流I和端电,则说二者作用等效。,压U完全相同，,电压源,+,电流源,电源作用等效：,输出的电流I及端电压U完全相同，则两个电源作用等效。,它们之间可以进行等效变换。,两个电源接有同样的负载，,3、电压源与电流源的等效变换,等效互换公式,I = I U = U,若:,I,电压源,+,R0,+ ,US,U,电流源,IS,+,由左图:,由右图:, 等效
12、变换时，两电源的参考方向要一一对应。, 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。, 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言， 对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。, 任何一个源电压US 和某个电阻 R 串联的电路， 都可化为一个电流为 IS 和这个电阻并联的电路。,例1:,求下列各电路的等效电流源。,解:,a,例2:,求下列各电路的等效电压源。,解:,例3:,已知：U1=12V， U3=16V， R1=2，R2=4，R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A，试用电压源与电流源等效变换的方法求电流I
13、，计算恒流源 IS 的功率。,解：统一电源形式,解：,解：计算恒流源 IS 功率,I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8A,UR4 = I4 R4 =2.84=11.2V,PIS = IS UIs =3 11.2= 33.6W,R4=4 IS=3A I= 0.2A,电流从高电位端流出，为电源。,UIs = UR4 =11.2V,1.5 电路中电位的分析,1. 电位的概念,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为
14、各点的电位。,例1：,求图示电路中各点的电位:Ua、Ub、Uc、Ud 。,解： 设 a为参考点， 即Ua=0V,Ub=Uba= 52= 10V Uc=Uca = 12 = 2V Ud =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Ub=0V,Ua = Uab=52 = 10 V Uc = Ucb = U1 = 8 V Ud =Udb=Uda+Uab=40 V,Uab = 52 = 10 V Ucb = U1= 8 V Udb = Uda+Uab=40 V,Uab = 52 = 10 V Ucb = U1= 8 V Udb = Uda+Uab=40 V,例2：,已知：Us1=12V，Us2=
15、4V，R1=4，R2=2，R3=2 ， 求A点电位UA。,解：,根据KCL：,注意：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。,1.6 线性网络的分析方法,1、线性元件：元件的U-I关系可用一次线性方程（比例、积分、微分）描述时，称为线性元件。,2、线性电路 ：由线性有源元件和无源元件组成的电路。,U=IR,U=IR+US,线性无源元件,线性有源元件,1、支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路 支路数： b = 3,b,a,例1 ：求电流 I1、 I2、I3。,节点数：n = 2,回路数 ：3,1. 在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路 标出回路循行方向。,2. 分别应用 KCL、 KVL对节点和回路列出3个独立的电流电压方程。,3. 联立求解 3个方程，求出各支路电流。,对节点 a：,解：,I1+I2I3=0,对回路1：,对回路2：,I1 R1 +I3 R3=U1,I2 R2+I3 R3=U2,支路电流法的解题步骤:,(1) 应用KCL列节点电流方程,因支路数 b=6， 所
