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1、实用电工学,李源生 主编,第一章 电路的基本概念和基本定律,第一章 电路的基本概念和基本定律,电路是学习电子技术的基础 本章主要介绍： 三个物理量 （电流、电压、功率） 三种状态 （开路、负载和短路） 三个定律（欧姆定律、电流定律和电压定律） 一个概念（电位）,第一节 电路,电路是电流流通的路径 1.1.1 电路的作用 电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。 1.1.2 电路的组成 电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分 电源是提供电能的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。 负载是用电设备，是电路中的主要
2、耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。 中间环节是指电源与负载之间的部分。,忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路。,第一节 电路,第二节 电流、电压、功率,1.2.1 电流,电荷的定向运动形成电流。电流的方向不变为直流I。方向和大小都变化为交流 i。 规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。 假设的电流流向称为电流的参考方向。,1.2.2 电压,1.电压,第二节 电流、电压、功率,电场力将单位正电荷从电场中的a 点移到b点所做的功，称其为a、b两点间的电压。直流电压Uab，交流电压uab。 习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。 电压实
3、际方向和电压参考方向。,2.电压与电位,电压等于电路中两点间的电位差 UabUaUb 电位是电路中某点到参考点之间的电压，参考点是任意选择的一点“”（零电位点，“接地”点），选b点为参考点Ub0， UabUaUbUa。,第二节 电流、电压、功率,E是电源力将单位正电荷从低电位点b移动到高电位点a所做的功。 E的方向是从低电位（电源负极）指向高电位（电源正极）。,1.2.3 功率,电场力在单位时间内所做的功，单位 瓦 W。 关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。 PU I （1.1） 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致 。 PU I （1.2） P0 吸收功率（消耗功率）为负载；
4、 P0 发出功率（产生功率）为电源。,3.电动势E,第二节 电流、电压、功率,【例1.1】有一个收录机供电电路，用万用表测出收录机的供电电流 为80mA，供电电源为3V，忽略电源的内阻，收录机和电源的功率各 是多少？根据计算结果说明是发出功率还是吸收功率？,解： 收录机流与压是关联参考方向 PU I3V80mA240mW0.24W 结果为正，说明收录机是吸收功率。 电池 流与压是非关联参考方向 PU I3V80mA0.24W 结果为负，说明电池是发出功率。,第二节 电流、电压、功率,【例1.2】如果例1.1题中的电池已经降为2V,现将收录机换为充电器, 充电电流为150mA，问此时电池的功率为
5、多少，是吸收功率还是发出 功率？充电器的功率为多少，是吸收功率还是发出功率？,解：电池为非关联 PU I2V（150mA）0.3W 结果为正吸收功率，电池是充电器的负载。 充电器为关联 PU I2V（150mA）0.3W 结果为负发出功率，充电器是电路中的电源。 规定：1千瓦的用电设备使用1小时消耗的电量为1度电。 1kW1h1度电 (1.3),【例1.3】有一个电饭锅，额定功率为750W，每天使用2小时；一台25吋 电视机，功率为150W，每天使用4小时；一台电冰箱，输入功率为120W， 电冰箱的压缩机每天工作8小时。计算每月（30天）耗电多少度？,解： （0.75kW2 h0.15kW4h
6、 0.12kW8h）30天 （1.5度 0.6度 0.96度）30 91.8度 答:每月耗电91.8度。,第三节 欧姆定律,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻本身成反比。 I (1.4) 式中R为电阻，单位为欧姆，常用的单位还有k和M（兆 欧），1M106。 电阻一定时，电压愈高电流愈大； 电压一定，电阻愈大电流就愈小。 根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为： （1.5）,在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向时，如图1.12 (b)、(c)所示，欧姆定律的表达式为： 或 UI R （1.6）,第三节 欧姆定律,【例1.4】已知图1.12中的电阻为6，
7、电流为2A，求电阻两端的电压U。,解： 图1.12（a）关联 UI R2A612V 图1.12（b）非关联 UI R2A612V 图1.12（c）非关联 UI R2A612V 计算结果图1.12（a）电压是正值，说明图1.12（a）中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图1.12（b）、（c）电压为负值，说明图1.12（b）、（c）中的电压实际方向与所标的参考方向相反。,第三节 欧姆定律,【例1.5】 一个100W的灯泡，额定电压为220V，求灯泡的电流和电阻？ 解： I 0.45A R 489,【例1.6】电路如图1.13 所示， 40V、 5V、 10、 5、 3A、 0.5A、 2A。取
8、d点为参考点，求各点 的电位及电压Uab 和Ubc。,解：各点的电位 d点为参考点，Ud0V UbUbdI3R32A510V UaUabUbdI1R1Ubd3A1010V40V 或 UaUadE140V UcUcbUbdI2R2Ubd0.5A1010V5V 或 UcUcdE25V 电压 Uab = Ua Ub = 40V10V = 30V Ubc = Ub Uc = 10V5V = 5V,第三节 欧姆定律,如果选取图1.13中b点为参考点，如图1.14所示，再求各点的电位及电压Uab 和Ubc。 则可得出： 电位 Ub0V UdUdbI3R310V UaUabI1R13A1030V UcUcb
9、I2R20.5A105V 电压 Uab = Ua Ub = 30V0V = 30V Ubc = Ub Uc = 0V（5V）=5V,利用电位的概念可将图1.13所示的电路简化为图1.15所示的形式，不画电源，只标出电位值。这是电子电路惯用的画法。,第四节 电路的三种状态,开路、负载和短路,1.4.1开路状态,电源与负载断开，称为开路状态,又称空载状态。 开路状态电流为零，负载不工作UIR0，而开路处的端电压 E 。,1.4.2 有载状态,电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。,I （1.7） UIREIR0 (1.8),第四节 电路的三种状态,有载状态时的功率平衡关系为： 电源电动势输出的功
10、率 PEEI 电源内阻损耗的功率 负载吸收的功率 功率平衡关系 （1.9） 用电设备都有限定的工作条件和能力，称为额定值。使用值等于额定值为额定状态；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。,电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。 短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。 短路电流ISE / R0很大，如果没有短路保护，会发生火灾。 产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。,1.4.3 短路状态,第五节 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。 三个术语： 支路：电路中流过同一电流的分支，称为支路。 图1.19 中
11、 共有三条支路。 结点：三条或三条以上支路的连接点，称为结点。 图1.19中共有两个结点。 回路：电路中任一闭合的路径，称为回路。 图1.19中共有三个回路。,第五节 基尔霍夫定律,1.5.1基尔霍夫电流定律(KCL),在任一瞬间流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。 对结点a可以写出： （1.10） 改写成： 即： I0 （1.11） 这说明在任一瞬间，一个结点上电流的代数和等于零。 KCL解题，首先应标出各支路电流的参考方向，列I0表达式时，流入结点的电流取正号，流出结点的电流取负号。,KCL也可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，而面外三
12、条支路的电流关系可应用KCL得： 或,第五节 基尔霍夫定律,【例1.7】已知图1.20中的 1.5mA， 1.54 mA，求 ?,解：根据KCL可得 1.54 mA1.5 mA 0.04 mA 40A,1.5.2基尔霍夫电压定律(KVL),在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中各个元件上电压的代数和等于零。可用公式表示为 U0 （1.12） KVL解题，先标出回路中各个支路的电流方向、各个元件的电压方向和回路的绕行方向（顺时针方向或逆时针方向均可），然后列U0 表达式。 在列U0 表达式时，电压方向与绕行方向一致取正号，相反取负号。,第五节 基尔霍夫定律,【例1.8】列出图1.21所示电路中回路
13、和回路 的KVL表达式。,解：标出各支路的电流方向、各元件的电压方向和回路的绕行方向，如图1.12中所示。列回路U0 表达式 回路： 回路：,本章小结,1.三个物理量 电流、电压的参考方向是任意假定的； 数值是正，实际方向与参考方向一致； 数值是负，实际方向与参考方向相反。 功率 PUI， 如果电流和电压为非关联参考方向时 PUI。 功率是正值，吸收功率，为负载； 功率是负值，发出功率，为电源。,2.三种状态,开路状态：负载与电源不接通，电流等零，负载不工作 有载状态：负载与电源接通，有电流、电压、吸收功率。 短路状态：故障状态，应该禁止。,本章小结,3.三个定律,欧姆定律 I U/R 应用时要考虑关联问题。 KCL定律 I0 应用时要先标出电流方向。 KVL定律 U0 应用时要先标出电流、电压及绕行方向。,
