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1、,第1章 电路的基本概念 和基本定律,内容提要,本章主要介绍电路模型的概念、关联参考方向、功率和能量、集总参数元件、基尔霍夫定律。,1.1 电路与电路模型,1.3 电路的功率与能量,1.4 电阻元件,1.5 电压源与电流源,1.6 基尔霍夫定律,1.7 电位及其计算,1.2 电路的基本物理量,电路在现代生活领域随处可见，例如日常生活中常用的手电筒、半导体收音机、电力传输、工业自动化控制系统、通信系统等各个方面都离不开电路。那么什么是电路？给出手电筒照明电路如图所示。,如何分析流过小灯泡的电流?,【引例】,实际电路：由多种电气元件和器件（例如二极管、晶体管、运算放大器、变压器、电阻、电容、电感等
2、）通过导线按照一定的方式连接而成的电流通路。,日光灯照明电路 晶体管放大电路示意图,集总参数电路：电磁能量在空间传播，如果实际电路的几何尺寸远小于其工作电磁波的波长，可认为送到实际电路各处的电磁能量是同时到达的，此时电路尺寸可忽略不计。,集总参数元件：在集总参数电路中能用一个参数或几个参数来表征的理想化电路元件。,注意：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，且两个端子之间的 电压为单值量。,1.电流定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。,2.电流表达式：,3.电流的实际方向：,很难判断电流的实际方向,4.电流的参考方向：任意假定的电流方向。,在规定的参考方向
3、下，计算后若 i 0 参考方向与实际方向一致； i 0 参考方向与实际方向相反。,1.电压定义：电场力将单位正电荷由电场中一点按照一定 的路径移动到另一点所做的功。,2.电压表达式：,3.电压的参考方向：,在规定的参考方向下，计算后若 u 0 参考方向与实际方向一致； u 0 参考方向与实际方向相反。,注意：电压、电流的参考方向可以任意设定的。,如果指定流过元件的电流的参考方向是从标以电压正极性的一端流入，负极流出，则两者参考方向一致，称为关联参考方向。,功率：电路在单位时间内所转换的电能 。,表达式：,在关联参考方向下，若 p 0 元件吸收功率； p 0 元件提供功率。,【解】,色环电阻,金
4、属电阻,水泥电阻,贴片电阻,精密电位器,欧姆定律：在 、 为关联参考方向的条件下，线性 电阻的伏安特性符合欧姆定律，即有,注意：在直流电路中，,电导：电阻的倒数，用符号G 表示，单位为西门子（S）,电阻：用符号R表示，单位为欧姆（）,电阻元件的功率：,电阻是无源的耗能元件,电阻元件从 到 时间内吸收的能量为,电阻元件的额定功率：在规定的环境温度和湿度下， 在长期连续负载而不损坏或基本不改变性能 的情况下，电阻上允许消耗的最大功率。,色环表示法,【解】根据欧姆定律有,电阻 消耗的功率为,干电池,蓄电池,直流稳压电源,发电机,实际电压源总是存在内阻,实际电压源,(2) 其电流由它本身与外电路共同决
5、定，即与它相连接的外电路有关。,2.理想电压源,电路如图所示，电压、电流为非关联参考方向，电压源的功率为,P 0 电源吸收功率，起负载作用； P 0 电源提供功率，起电源作用。,3.理想电压源的功率,1.实际电流源,实际电流源是由实际电压源转换的,(2) 其电压由它本身与外电路共同决定，即与它相 连接的外电路有关。,2.理想电流源,电路如图所示，电压、电流为非关联参考方向，电流源的功率为,P 0 电流源吸收功率，起负载作用； P 0 电流源发出功率，起电源作用。,3.理想电流源的功率,古斯塔夫罗伯特基尔霍夫 （Gustav Robert Kirchhoff，1824 1887 ） 德国物理学家
6、，柏林科学院院士,1847年发表的两个电路定律 （基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律）， 发展了欧姆定律，对电路理论有重大作用。,与化学家本生一同开拓出一个新的学科领域 光谱分析，并发现了铯和锶两种元素。,提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律，这是辐射 理论的重要基础。,基尔霍夫定律，阐明了集总参数电路中与各结点相连 的所有支路电流所满足的关系和与各回路相关的所有 支路电压所满足的关系。基尔霍夫定律是分析集总参数电路的重要定律，是电路理论的奠基石。,支路:电路中的每个分支。,结点：2条及2条以上支路的连接点。,回路：任一闭合路径。,网孔：最小的回路。,基尔霍夫电流定律（KCL）表述为：在集总参数电路
7、中，在任一时刻，流入或流出任一结点或封闭面的所有支路电流的代数和等于零，即,KCL实质上是电流连续性的体现，即在任何瞬间，流入该结点的电流等于流出该结点的电流。,结点,结点,结点,结点,结点,KCL电流方程,广义的结点（假想曲面）：,对结点b，根据KCL，有,代入数据,解得,代入数据,解得：,基尔霍夫电压定律（KVL）：在集总参数电路中，在任一时刻沿任一回路，任一瞬时沿该回路绕行一周，则该回路的各段支路电压的代数和为零，即,KVL实质上是电位单值性的体现，即当电路选定电位参考点以后，其余各结点都具有一定的电位值。,回路1,回路2,回路3,KVL电压方程,广义回路(开口回路）：,思考：此电路有多
8、少支路、节点、网孔和回路？,【解】 列结点a的KCL电流方程，有,按绕行方向，列回路1的KVL方程,则,则,【例1.5】 试写出下图所示支路电压 和支路电流 之间的关系。,【解】 根据绕行方向列回路1的KVL方程,列节点a的KCL方程,解上面两个方程得,【解】 设三个回路的绕行参考方向如图b所示。,二极管的正向伏安特性的电位测量,晶体管的输入特性的电位测量,两点的电位差,电位的计算步骤如下： (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流和电压的参考方向； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,【例1.8】 电路如图a所示，分别设a、b为参考点。 试求a、b、c、d各点的电位。,【解】 根据电位的概念，设a点为参考点如图b所示。,设b点为参考点如图c所示。,习惯上在电路图中不画出电源，而 是在电源的非接“地”的一端标出 其电位的极性及数值，如图d所示。,【例1.9】求图示电路中a点的电位值。若开关S闭合， a点电位值又为多少？,【解】开关S断开，三个电阻串联。电路两端点电压为,电阻两端的电压为,开关S闭合后，有,第1章 结 束,
