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1、第1章 直流电路,1.1 电路的作用和组成,1.3 电路的状态,1.2 电路的基本物理量,1.4 电路中的参考方向,1.5 理想电路元件,1.6 基尔霍夫定律,1.7 支路电流法,1.8 叠加定理,1.9 等效电源定理,1.10 非线性电阻电路,教学基本要求,分析与思考题,练习题,第1章 直 流 电 路,返回主页,基本概念,基本定理,了解,理解 掌握,1.1 电路的作用和组成,电路（electric circuit）-电流流通的路径。,返 回,下一页,上一页,下一节,电路的大小可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到输电网。根据所处理信号的不同，电路可以分为模拟电路和数字电路。,电路的作用,返
2、回,下一页,上一页,下一节,(1) 实现电能的传输、分配与转换 （强电领域）,(2)实现信号的传递与处理（弱电领域）,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,电路的组成（强电领域）,直流电源: 提供能源,信号处理： 放大、调谐、检波等,负载,信号源: 提供信息,电路的组成（弱电领域）,返回,下一页,上一页,下一节,电源：,负载：,中间环节：,图 1.1.1 简单照明电路,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。,负载和中间环节亦合称外电路 。,电路的组成（弱电领域）,电路的作用和组成,组成：电源、负
3、载、中间环节 作用：电能的传输、分配与转换（强电领域） 信号的传递与处理（弱电领域）,内电路,外电路,1.3 电路的状态,（一）通路(有载工作),返回,下一页,上一页,下一节,上一节,电路的状态通路(closed circuit),电源的状态有载(loaded)/负载状态,电气设备工作时，其电压、电流和功率均有一定限额，这些限额表示了电气设备的正常工作条件和工作能力，称为电气设备的额定值（rated value）。,图 1.3.1 通路,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,等于额定值时，称为满载， I = IN ，P = PN,设备工作安全，
4、效率最高；,大于额定值时，称为过载， I IN ，P PN,设备工作不安全，极易损坏；,小于额定值时，称为欠载， I IN ，P PN, 效率低,不经济。,（二）开路,返回,下一页,上一页,下一节,上一节,当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为开路（open circuit）。,开路的特点:,图 1.3.2 开路,图 1.3.3 开路的特点,电源的状态：空载（no-load）,（三）短路,返回,下一页,上一页,下一节,上一节,当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这部分电路的状态
5、称为短路（short circuit）或短接。,图 1.3.4 短路,图 1.3.5 短路的特点,注: 短路可分为故障短路和有用短路，故障短路往往会造成电路中电流过大，使电路无法正常工作，严重的会产生事故。有用短路则是出于工作需要，经适当连接，不会产生过大的电流。,FS,电路的状态,通路 有载或负载状态 开路 空载状态 短路 额定状态,1.2/1.4电路基本物理量及其参考方向,1.2.1 电流、电位、电压及参考方向 1.2.2 电流和电压的关联 1.2.3 电位的求取方法 1.2.4 电动势、功率和电能,1.2.1 电流、电位、电压及参考方向,1. 电流,2. 电位,单位时间内通过电路某一横截
6、面的电荷量。,单位：安培（A）,电流方向：规定为正电荷运动的方向。,内电路：电源负极正极,外电路：电源正极负极,I,电场力将单位正电荷从电路某一点移至参考点消耗的电能。用V 表示。单位：伏特（V）。,返回,下一页,上一页,下一节,上一节,Va,3. 电压,电场力将单位正电荷从电路某一点移至另一点消耗的电能。用U 表示。单位：伏特（V）。,电压：两点的电位差。如Uab = Va - Vb,某点电位：该点与参考点的电压值。,即Va=Va-Vo=Uao,电压方向：规定高电位低电位，即电位降低方向。,+,+,-,-,US,UL,返回,下一页,上一页,下一节,上一节,在复杂的直流电路中，电压和电流的实际
7、方向往往是无法预知的，且可能是待求的；而在交流电路中，电压和电流的实际方向是随时间不断变化的。这时只能给它们假定一个方向作为电路分析和计算时的参考，这些假定的方向称为参考方向或正方向。,正电荷运动的方向规定为电流的实际方向。 电流的方向用实线箭头（箭标法）表示 ，亦可用双下标法表示，如Iab。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向（亦称为正方向）。,如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,电流的方向：,电压的实际方向规定由高电位端指向低电位端。 任意假设的电压方向称为电压的参考方向（亦称为正方向）。 电压的参考方向用实线箭头（箭标法）或双下标（双下标
8、法如：Uab ）表示,亦可用“”、“-”（电位法）表示。,例:设上图中箭标法标注的为电压的实际方向，则在当前参考方向下有： u1 0 u2 0,最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。,电压的方向：,对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联正方向 , 这种情形称为正方向关联；如不一致，称非关联正方向，该情形称为正方向不关联。,1.如果采用关联正方向，在标示时标出一种物理量的方向即可。如果采用非关联正方向，则必须全部标示。 2.在关联正方向下，沿电流方向而行，电位降低;而逆电流方向而行，则电位升高。,1
9、.2.2 电流和电压的关联,电位的另一定义：在电路中选取一个电位为零的参考点，即零电位点，并在电路图中用符号“”表示，电路中各点相对该零电位点的电压即为各点电位。 直流电路中，用大写字母U或V加单下标表示，如：Ua 、 Vb。 电位实际上是电压的一种特殊情况。,1.2.3 电位的求取方法,(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各点的电位。,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。,电位的求取方法 一. 用定义求取。 二. 用电位升降法求取。 这里先介绍第一种方法。具体步骤如
10、下：,例1：,求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 设 a为参考点， 即Va=0V,Vb=Uba= Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,设 b为参考点，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,106= 60V,由例题可知：,1.在电
11、路中，不指定参考点而谈论各点的电位值是没有意义的。而且参考点一经选定，在电路分析和计算过程中，不能随意更改。,2.电路中各点的电位值与参考点的选择有关，当所选的参考点变动时，各点的电位值将按相同趋势随之变动。,3.同一电路中，只要电路结构和参数不变，任意两点之间的电压是不会随参考点的变化而变化的。,电位的求取方法二(电位升降法),如图，在电路中选定一绕行方向后沿之绕行，若遇到的电位升高，可称之为电位升（如图中绕行方向下的US1和US2），而反之则称为电位降,简称压降（如图中绕行方向下的R1和R2上的电压）。,电位升和电位降：,1.选定参考点，即零电位点。并在电路图中用符号“”表示。 原则上可以
12、随意选取，但为计算分析方便，一般取单电源电路中的电源负极，或多电源的电路中的电源公共连接点为参考点。,电位的求取方法二(电位升降法) 具体步骤如下：,3.求出选定路径的支路电流。,2.选取一条求取路径。 只要能从参考点到达被求电位点的路径都可选取，为计算分析方便，一般取电流最易求的路径，而且途经元件越少越好。,4.从零电位点（亦可从选定路径上任意已知电位点）出发，向被求电位点看去，途中遇电位升取正，遇电位降取负，到达被求电位点后，求所有途经电压的代数和，即得该点电位。,例2：分别求出下两图中各点的电位和a、b两点间的电压。,解：1.电路中的电流正方向如图示，故可得： I1=US/(R1+R2+
13、R3)=10/10=1mA,1.选定参考点，即零电位点。并在电路图中用符号“”表示。 原则上可以随意选取，但为计算分析方便，一般取单电源电路中的电源负极，或多电源的电路中的电源公共连接点为参考点。,2、选取一条求取路径。只要能从参考点到达被求电位点的路径都可选取，为计算分析方便，一般取电流最易求的路径，而且途经元件越少越好。,3.求出选定路径的支路电流。,4.从零电位点（亦可从选定路径上任意已知电位点）出发，向被求电位点看去，途中遇电位升取正，遇电位降取负，到达被求电位点后，求所有途经电压的代数和，即得该点电位。,在左图中，由电位升降法沿d到c到b到a的路径，可得各点电位: Vd=0V,Va=
14、10V =I1 (R1+R2+R3) 1mA 10K= 10V,Vb=US I1 R1 10V1mA 1K =9V =I1(R2+R3)9V,Vc=I1R36V,Uab=UaUb10V9V=1V,例2：分别求出下图中各点的电位和a、b两点间的电压。,解：1.电路中的电流正方向如图示，故可得： I2=US/(R1+R2+R3)=10/10=1mA,1.选定参考点，即零电位点。并在电路图中用符号“”表示。 原则上可以随意选取，但为计算分析方便，一般取单电源电路中的电源负极，或多电源的电路中的电源公共连接点为参考点。,2、选取一条求取路径。只要能从参考点到达被求电位点的路径都可选取，为计算分析方便，
15、一般取电流最易求的路径，而且途经元件越少越好。,3.求出选定路径的支路电流。,4.从零电位点（亦可从选定路径上任意已知电位点）出发，向被求电位点看去，途中遇电压升取正，遇电压降取负，到达被求电位点后，求所有途经电压的代数和，即得该点电位。,在左图中，由电位升降法沿d到c到b到a的路径，可得各点电位: Vc=0V,Va=I2 (R1+R2) 1mA 4K= 4V,Vb=I2R2 1mA 3K 3V,Vd=I2R3 1mA 6K 6V,Uab=UaUb4V3V=1V,1.选定参考点，即零电位点。并在电路图中用符号“”表示。 原则上可以随意选取，但为计算分析方便，一般取单电源电路中的电源负极，或多电
16、源的电路中的电源公共连接点为参考点。,电位的求取方法二(电位升降法) 具体步骤如下：,3.求出选定路径的支路电流。,2.选取一条求取路径。 只要能从参考点到达被求电位点的路径都可选取，为计算分析方便，一般取电流最易求的路径，而且途经元件越少越好。,4.从零电位点（亦可从选定路径上任意已知电位点）出发，向被求电位点看去，途中遇电位升取正，遇电位降取负，到达被求电位点后，求所有途经电压的代数和，即得该点电位。,引入电位后，可简化计算过程和电路图。简化计算的方法将在以后介绍，右图即为将左图用电位标注后，简化得到的电路图。,用电位简化电路图的一般方法是： 1.用“”表示零电位点。 2.省略电源符号而仅标出其相应端子的电
