周口师范学院物理与电子工程系 电 路 编著：邱关源（第 5版） 周口师范学院物理与电子工程系 课程的学习方法： 第一、预习：达到三个效果，首先对 “ 所知 ”和 “ 无知 ” 做到了然一胸；其次，激发学习的兴趣；最后，培养自学能力 第二、听课：听为主记为辅怎样记笔记？首先，记老师补充的内容；其次，记自己感兴趣的内容；最后，记没有听懂的内容 第三、做习题：尽可能在下节课之前把老师所布置作业做完 周口师范学院物理与电子工程系 课程性质 : 专业技术基础课 专业对象 : 电气、信息、工程类专业 课程特点： 内容丰富 技术更新快 紧密联系实际 应用广泛 周口师范学院物理与电子工程系 电路理论的发展和现状 第一阶段（ 19世纪 30年代以前）：它是电磁学的一个分支 1729年英国人 S.格雷发现了导体和绝缘体 1749年美国科学家富兰克林提出了正电和负电的概念 1785-1789年法国人库仑发现库仑定律 1800年意大利物理学家伏特发明了伏打电池 1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应 1825年法国科学家安培提出了安培环路定律 1826年德国人欧姆提出了欧姆定律 周口师范学院物理与电子工程系 第二阶段（ 19世纪 30年代 ~20世纪 30年代）：很多电路的概念和基本理论形成。
1831（英国法拉第电磁感应定律）、 1834（俄国楞次定律）、 1838（美国莫尔斯电文）、 1845（德国基尔霍夫定律）、 1853（英国汤姆逊振荡 )、 1864（英国麦克斯韦方程组）、 1866（德国西门子电动机）、 1876（美国贝尔）、 1879（美国爱迪生灯泡）、 1880（英国 J.霍普金森定律）、 1893（施泰因梅茨相量法、阿尔甘矢量图）、 1894（意大利马可尼与俄国的波波夫无线电）、 1911（英国亥维赛阻抗概念）、 1918（福台克对称分量法） 1920（瓦格纳滤波电路） 1924（福斯特电抗定律） 1925（英国贝尔德发明电视） 1932（瑞典奈奎斯判据） 1945（美国伯德图） 周口师范学院物理与电子工程系 第三阶段（ 20世纪 40年代 ~50年代）：通信技术和控制技术急剧发展，电路理论逐步完善经典电路理论形成 第四阶段（ 20世纪 60年代以后）：半导体材料、计算机技术、激光技术等的发展，近代电路理论形成 周口师范学院物理与电子工程系 一、电路的基本概念： 电路 ： 电流的 通路 是为了实现某种需要由某些电工设 备或 元件（电气器件）按一定的方式组合起来的通路。
第一章 电路模型和电路定律 (Circuit Model) (Circuit Laws) § 1.1 电路和电路模型 电路主要由电源、负载、 连接导线及开关等构成 周口师范学院物理与电子工程系 灯 泡 开关 电 池 导线 电源 (source)：提供能量或信号 . 负载 (load)：将电能转化为其它形式 的能量，或对信号进行处理 . 导线 (line)、开关（ switch)等： 将电源与负载接成通路 . 激励和响应 ：激励是对电源而言的，电压和电流是在电源的作用下产生的，因此电源又称为激励源；响应是对负载而言的，由激励作用而在电路中产生的电压和电流称为响应有时，根据激励和响应之间的因果关系，把激励称为输入，响应称为输出 周口师范学院物理与电子工程系 二、电路的作用： 1. 实现电能的传输、分配与转换 （一般在强电中） 2. 实现信号的传递与处理（弱电中） 三、电路模型的建立： 电路理论研究电路中发生的电磁现象，并用电压、电流、电荷、磁通等物理量来描述其中的过程主要是计算电路中个部件、器件的端子电流和电压 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。
周口师范学院物理与电子工程系 R + Ro E - 手电筒的电路模型 灯 泡 开关 电 池 导线 S 周口师范学院物理与电子工程系 § 1.2 电流和电压的参考方向 物理中对电量规定的方向 物理量 单 位 实 际 方 向 电流 I A 、 mA 、 μ A 正电荷运动的方向 电动势 E V 、 kV 、 mV 、 μ V 电位升高的方向 (低电位 高电位 ) 电压 U 、 V 、 kV 、 mV μ V 电位降低的方向 ( 高电位 低电位 ) 一、实际方向： 周口师范学院物理与电子工程系 二、指定电流和电压参考方向的必要性 在电路分析中，涉及某个元件或部分电路的电流或电压时，由于电流或电压的实际方向可能是未知的，也可能是随时间变动的 1、参考方向的 概念： 在分析计算电路时，对电量任意假定的方向 三、 指定电流和电压参考方向及表示方法 a b I R 2、电流的参考方向： Uab 双下标 3、电压的参考方向： + 正负号 － a b U 箭标 Iab 双下标 周口师范学院物理与电子工程系 实际方向与参考方向一致，电流 (或电压 )值为正； 实际方向与参考方向相反，电流 (或电压 )值为负。
四、实际方向与参考方向的关系 注意： 在参考方向选定后，电流（或电压） 值才有正负之分 对任何电路分析时都应先指定各处的 i , u 的参考方向 a b I R 例 ： 若 I = 5A ，则实际方向与参考方向一致， 若 I =－ 5A ，则实际方向与参考方向相反 周口师范学院物理与电子工程系 当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的“ +”极性端流入，并从标“ — ”端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向反之为非关联参考方向 五、关联参考方向： i + - R u 周口师范学院物理与电子工程系 小结： (1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向 (2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和 符号 ），在计算过程中不得任意改变 u = Ri + – R i u + – R i u u = –Ri (3) 参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变 周口师范学院物理与电子工程系 一、能量和功率计算的必要性： 电路在工作状况下伴随有电能与其他形式能量的相互交换，另外，电气设备、电路部件本身都有功率的限制，在使用时要注意其电流值或电压值是否超过额定值，过载会使设备或部件损坏，或是不能正常工作。
§ 1.3 电功率和能量 周口师范学院物理与电子工程系 二、基本概念： 1、 能量 w(焦耳） : 2、功率 P（瓦特）： 若电压电流关联参考方向， p(t)=u(t)i(t) p >0 表明元件吸收电能， p 0 表明元件释放电能， p 0 吸收正功率 (实际吸收 ) P0 发出正功率 (实际发出 ) P<0 发出负功率 (实际吸收 ) u, i 取非 关联参考方向 + - i u + - i u p = ui 表示元件吸收的功率 周口师范学院物理与电子工程系 § 1.4 电路元件 集总参数元件假定： 在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子流出的电流，两个端子之间的电压为单值量 端子数目可分为二端、三端、四端元件等 小 结 1、物理量的“实际方向”是客观存在的物理现象，“参考方向” 是人为假设的方向 2、在解题前，一定要在电路图中先标明各物理量的“参考方向”，然后再列方程求解 ;缺少参考方向的物理量，其数值的含义不明确 3、为方便列电路方程，习惯上取 I与 U为关联参考方向 。
4、功率 P 的“ +”或“ -”表示了能量的流向 5、在一个电路中，电源产生的总功率和负载消耗的总功率（相等）是平衡的 6、注意两套符号的区别 周口师范学院物理与电子工程系 § 1.5 电阻元件 • 电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件 1. 符号 R 2. 欧姆定律 (Ohm’s Law) (1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向 R i u + u R i R 称为电阻， 电阻的单位： (欧 ) (Ohm，欧姆 ) 周口师范学院物理与电子工程系 伏安特性曲线 : R tg 线性电阻 R是一个与电压和电流无关的常数 令 G 1/R G称为电导 则 欧姆定律表示为 i G u . 电导的单位： S (西 ) (Siemens， 西门子 ) u i O 电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线 周口师范学院物理与电子工程系 (2) 电阻的电压和电流的参考方向相反 R i u + 则欧姆定律写为 u –Ri 或 i –Gu 注意： 公式必须和参考方向配套使用 ！ 3. 功率和能量 R i u + R i p吸 –ui –(–Ri)i i2 R –u(–u/ R) u2/ R p吸 ui i2R u2 / R 功率： u + 任何时刻 ,电阻元件绝不可能发出电能，它只能消耗电能。
因此电阻又称为“无源元件”和“耗能元件” 周口师范学院物理与电子工程系 R i u + – 3. 开路与短路 对于一电阻 R， 如果两端的电压恒为零， 即 R=0或 G=∞视其为短路 i为任意值， u=0 如果流过的电流恒为零，即 R=或 G=0，视其为开路 u为 任意值， i=0 * 理想导线的电阻值为零 能量：可用功表示从 t 到 t0电阻消耗的能量： t t t t t t R d Ri uid pd W 0 2 0 0 。