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1、第一章 电路的基本概念与定律,龚淑秋 高有华 制作,第一章 电路的基本概念与定律,介绍概念:,什么是电路 ?,电路元件?,电路模型?,电路参数 ?,参考方向?,什么是,什么是,KCL ?,KVL ?,第二节 电路的基本物理量及其参考方向,第四节 电压源和电流源,第五节 受控电源,第六节 基尔霍夫定律,第七节 电功率和电位的计算,第三节 电阻、电感和电容,HOME,什么是电路?,由电路器件和电路元件(如电容、电感、电阻等）相互连接 而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能,最简单的电路由 电源、负载、中间环节构成,观看电流的通路,电压源,中间环节,负 载,电池,中间环节,负载,实际电
2、路,电路模型,HOME,下面是简单电路和电路模型：,实际的电路很复杂，本书只讨论 电路模型 而非实际电路本身,比如上图的电池等效成了电压源；而 灯泡等效成了电阻。,电容,电感,电流源,它从复杂实际电路中等效而来, 是由电路元件构成的。,电阻,HOME,电压源,1、电流,在导体中，自由电子在电场力的 作用下做有规则的移动形成电流,正电荷移动的方向为电流的实际方向,规定：,电路理论中涉及的电路变量,HOME,2、电压,电场力把单位正电荷由A 搬到B 所做的功,表示为 UAB,也叫电压降或电位差,单位 伏特 V,1V=1000mV ,1mV=1000V,与电压代表的意义相同，可以说电位是电压的一种特
3、例,定义：,A 点与参考点间的电压，记做UA,方向为从A 至B,电场力将电位正电荷从电源的低电位点移到高电位点所做的功,电动势用E 表示，实际方向为电位升的方向，与电压方向相反,电压？,电位？,电动势？,电压,电位,电动势,HOME,3. 电功率,电功率与电压和电流密切相关。当正电荷从元件上电压的“+”极经元件移至“-”极时，电场力要对电荷作功，这时，元件吸收能量；反之，正电荷从“-”极到“+”极时，电场力作负功，元件向外释放能量。,功率用 p 来表示,p(t) =u(t) i(t),单位为 W 、mW 、 kW,定义,HOME,当电压、电流均是直流量，应有 P=UI,在直流 电路中,4. 参
4、考方向,电路变量的参考方向原则上可以任意假定, 一般地，无源电路元件的电流参考方向一旦确定, 则电压的参考方向也随之而定, 即取与电流相关联的参考方向。如：,如此确定电流,I,如此确定电流,才有如此的电压,I,UAB,UBA,HOME,才有如此的电压,从a 到b,从b 到a,有源元件上 自有方向,电压源,电流源,在这一节里要弄懂电路变量和变量的参考方向,无源电路元件： 电阻 R 、 电感 L 、 电容 C,这里介绍,1. 电阻,文字符号： R,图形符号,（灯泡、电炉等均可视为电阻）,当电压和电流取关联参考方向时，任何时 刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律,u =R i,伏安关系,功率情况：,
5、p=ui,直流电路中：,永远消耗功率,2. 电容,文字符号,图形符号,伏安关系,功率情况,C,p=ui,3. 电感,文字符号,图形符号,伏安关系,功率情况,L,p=ui,HOME,无内阻的电压源即是理想电压源,输出电压恒定, 即,特点,特点,有内阻的电压源即是实际电压源,输出电压 不再恒定！,理 想 电 压 源,实 际 电 压 源,输出电流任意（随RL 而定）,HOME,无内阻的电流源即理想电流源,特点,输出电流恒定,输出电压随RL而定,有内阻的电流源即实际电流源,特点,输出电压和电流均 随RL而定,理 想 电 流 源,实 际 电 流 源,HOME,实际电压源与实际电流源的端口处具有相同的伏安
6、特性:,对外电路来说, 电压源和电流源可以互相等效,电 流 源,电 压 源,开路时,短路时,开路时,短路时,HOME,开路电压 对 等,短路电流 对 等,对外电路来说, 电压源和电流源可以互相等效,等效互换的条件,HOME,将下图中的电压源等效为电流源, 并求两种情况下负载的 I、U、P.,解：,等效为,求图示电路的开路电压与短路电流。,例1-1,例1-2,HOME,与理想电压源并联的所有电路元件失效（对外电路来说）,与理想电流源串联的所有电路元件失效（对外电路来说）,化简如下电路：,（a）,（b）,切记,例1-3,（c）,HOME,独立电源,独立电压源，其电压不受外电路影响和控制,独立电流源
7、，其电流不受外电路影响和控制,受控电源,电压控制的电压源 VCVS,电流控制的电压源 CCVS,电压控制的电流源 VCCS,电流控制的电流源 CCCS,受控电压源,受控电流源,HOME,支路（Branch）：,电路中的每一条分支,节点（Node）：,三条以上支路的交叉点,回路（Loop）,由支路构成的闭合路径,6条支路 - b=6 4个节点 - n=4 7个回路 - L=7,该电路拥有,1.6.1,HOME,基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律（Kirchhoffs Current Law）,基尔霍夫电压定律（Kirchhoffs Voltage Law）,简称 KCL,简称 KVL,KCL内容,K
8、VL内容,对任意节点，任意时刻，,对任意闭合回路，任意时刻，沿一定方向绕行一周，各元件上电压降 的代数和为零。,流入（或流出）该节点 的电流代数和为零。,1.6.2,HOME,基尔霍夫电流定律（KCL）祥解,KCL的依据：电流的连续性,例如在下图节点中可以根据KCL列写方程：,流入为正，流出为负,1.6.2,定律内容 i =o,KCL还可适用于任意封闭的面，对下面封闭面可列方程：,I1 +I2 -I3 =0,HOME,I=?,I=0,基尔霍夫电压定律（KVL）详解,回路#1,回路#2：,回路#3 ：,第 3个方程不独立,1.6.2,对下图中各回路列写方程：,HOME,不要列写不独立的方程,如何
9、避免？,所选回路必须含有新支路！,基尔霍夫电压定律（KVL）详解,回路#1,#1,回路#2,#2,回路#3,#3,第3个方程不独立 !,1.6.2,对下图中各回路列写方程,HOME,3个回路，2个方程独立,扩展：不仅适用于封闭的回路，也适用于形式上半封闭的回路,节 点 电 流 方 程：,节点a：,节点b：,独立方程只有 1 个,回 路 电 压 方 程：,独立方程只有 2 个,1.6.2,HOME,回路#1,回路#2,回路#3,设：电路中有N个节点，B个支路,小 结,独立的节点电流方程有 (N -1) 个,则：,归纳总结,独立的回路电压方程有 (B -N+1)个,1.7.1,电功率的计算,在直流
10、 电路中,I,U1 发出功率,U2 吸收功率,当电源上的电压和电流方向相反时，电源发出功率。,当电源上的电压和电流方向相同时，电源吸收功率。,U1与I 方向相反,U2与I 方向相同,在电路中， 功率是平衡的,HOME,1.7.2,电位的计算,经常这样表示：,0V,HOME,图示电路：求U和I。,例 1-4,解：,3+1-2+I=0，I= -2（A）,U1=3I= -6（V）,U+U1+3-2=0，U=5（V）,HOME,例1-5,求下图电路开关S打开和闭合时的i1和i2。,S打开：i1=0,i2=1.5(A),S闭合：i2=0,i1=6(A),第一章 电路的基本概念和定律习题课,学习要点,本章
11、学习要点是理解和掌握下述基本概念和知识点： 1、电路和电路模型分析方法； 2、电路变量的参考方向； 3、一般激励时的R、L、C电路特性； 4、电压源和电流源； 5、受控电源； 6、电源的等效变换； 7、基尔霍夫定律； 8、电功率和电位的计算。,HOME,选择题,1、在下图电路中，对负载电阻RL而言，虚线框中的电路可用 一个等效电源代替，该等效电源是（ ）。,理想电压源 b) 理想电流源 c) 不能确定,a,2、已知电路中,则A、B间的电压UAB为（ ）,c,-1V b) 0 c) 1V,HOME,3、在下图电路中，已知,则A、B两点间的电压UAB为（ ）。,-18V 18V c) - 6V,a
12、,12V,2A,4、已知图1中的,电流源代替图1所示的电路，该等效电流源的参数为（ ）。,6A 2A c) 2A,c,用图2所示的等效理想,HOME,5、在下图电路中，当增大电阻R1的阻值时，电流I2将（ ）。,a) 减小 b) 增大 c) 不变,c,4 V b) 8.67V c) 6 V,c,I？,对回路列写KVL：,HOME,7、在下图的电路中，由（ ）供给功率。,a) 电压源 b) 电流源 c)电压源 和电流源,b,8、已知下图电路中的,电阻R1 和 R2 消耗的功率由（ ）供给。,a) 电压源 b) 电流源 c)电压源和电流源,c,HOME,c,9、在图示电路中，当开关S打开时，A 点的电位UA（ ）。,-3 V -6V c） -9V,10、在下图的电路中，当开关S闭合时，A点的电位UA（ ）。,a)-3V b)-6V c)-9V,b,HOME,
