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1、实用电工电子技术教程,中国水利水电出版社,21世纪高职高专规划教材,艾建春 主编,1.1 电路分析的基础知识 1.2 电路中的基本物理量 1.3 欧姆定律及基尔霍夫定律 1.4电压源和电流源 1.5 复杂电路分析基础 1.6 实训,第1章 直流电路分析技术,1.1 电路分析的基础知识,1.1.1 电路的作用与组成(一),1. 电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。复杂的电路呈网状, 又称网络。 电路和网络这两个术语是通用的。 2. 电路的一种作用是实现电能的传输和转换。另一种作用是实现信号的处理。,1.1.1 电路的作用与组成（二）,图1.1 电路的组成,负载
2、的 电路符号,电源：电路中提供电能或信号的器件,电源的 电路符号,负载：电路中吸收电能或输出信号的器件,1.1.2 电路及电路模型,1.实际电路:由一些根据需要具备不同作用的电路元件或器件所.组成. 2.电路模型: 由一些理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型. 3.理想电路元件:是一种理想化的模型, 简称为电路元件。电阻元件是一种只表示消耗电能的元件; 电感元件是表示其周围空间存在着磁场而可以储存磁场能量的元件; 电容元件是表示其周围空间存在着电场而可以储存电场能量的元件等。 4.对具有两个引出端的元件, 称为二端元件; 对具有两个以上引出端的元件, 称为多端元件。,1.2 电路中的
3、基本物理量,1.2.1 电流（一）,1.电流的定义：带电粒子（电子、离子等）的定向运动, 称为电流。 2.电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量其数学表达式为： 直流： I=Q/t 交流：i=q/t 3. 电流的实际方向：正电荷运动方向,1.2.1 电流（二）,4.直流：当电流的量值和方向都不随时间变化时, 称为直流电流, 简称直流。 直流电流常用英文大写字母I表示。 5.交流：量值和方向随着时间按周期性变化的电流, 称为交流电流,简称交流。常用英文小写字母i表示。,1.2.1 电流（三）,6.单位：安培, 符号为A。 常用的单位有千安（kA）, 毫安（mA）, 微安（A）等。 1KA=1
4、03A=106mA=1012uA,1.2.1 电流（四）,7.在分析与计算电路时, 常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或正方向。,图1.2 电流的参考方向,参考方向和实际方向相同，电流为正,参考方向和实际方向相反，电流为负,1.2.2 电压电位及电动势（一）,电路中A、 B两点间的电压是单位正电荷在电场力的作用下由A点移动到B点所作的功, 即 Uab=Wab/Q,1.2.2电压电位及电动势(二）,电压的实际方向：是使正电荷电能减少的方向。 电压的SI单位：是伏特, 符号为V。 常用的单位：千伏（kV）、毫伏（mV）、 微伏（V）等。,1.2.2电压电位及电动势（三）,3.量值和方向都不随时
5、间变化的直流电压, 用大写字母U表示。交流电压, 用小写字母u表示。,图1.3 电压的参考方向,1.2.2电压电位及电动势（四）,4.若电压的参考方向与实际方向一致，电压为正。 若电压的参考方向与实际方向相反，电压为负。 5.分析电路时，首先应该规定电流电压的参考方向。,1.2.2电压电位及电动势（五）,6.元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。,图1.4 电流和电压的关联参考方向,1.2.2电压电位及电动势（六）,. 电位: 在电路中任选一点(o点），并规定此点电位为0伏, 叫做参考点. 则某点的电位就是由该点到参考点的电压。单位为福特 Va =Uao 注意:参考点不
6、同，电路中各点的电位不同，但两点间的电压与参考点的选择无关。 电压与电位的关系: Uab=VaVb,1.2.2电压电位及电动势,10.电动势：电源力将单位正电荷从电源负极经其内部移到正极所作的功单位为福特（V) E=Wba/Q 11.电源电压与电动势关系: U=E,电位和电压,I,Ua=0，Uab=2V Ua-Ub=2 Ub=-2V Ucb=10V Uc-Ub=10 Uc=8V Ud=8-4=4V Uad=-4V Ubc=-2-8=-10V,电位和电压,Ub=0 Ua=2V Uc=10V Ud=10-4=6V Uad=2-6=-4V Ubc=0-10=-10V,结论：电路各点的电位 可因参考点
7、选择不同而 不相同，但是，二个确 定点的电压（电位差） 却与参考点选择无关。,1.2.3 电功率,1.电功率的定义：传递转换电能的速率叫电功率，简称功率， 用p或P表示。 P=W/t P=UI P=U2/R P=I2R 计量单位：瓦特（w),2.功率的正负,如果电流、 电压选用关联参考方向, 则所得的p应看成支路接受的功率, 计算所得功率为负值时, 表示支路实际发出功率。 如果电流、 电压选择非关联参考方向, p应看成支路发出的功率, 即计算所得功率为正值时, 表示支路实际发出功率; 计算所得功率为负值时, 表示支路接受功率。,3.直流功率,在直流情况下：P=UI,功率的单位为瓦特, 简称瓦,
8、 符号为W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。,例1.1（一）,图1.5所示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P。,图 1.5 例1.1图,P1=U1I=44=16W (接受16W),P2=U2I=-(-8)4 =32W (接受32W),P3=-U3I=-(64) =-24W (发出24W),整个电路的功率P=16+32-24=24W(吸收功率),1. 欧姆定律及基尔霍夫定律,1.3.1 欧姆定律(1),1.一段电阻电路的欧姆定律：在电流和电压的关联参考方向下, 线性电阻元件
9、欧姆定律的表达式为 U=IR,式中, R是元件的电阻, 它是一个反映电路中电能消耗的电路参数, 是一个正实常数。 式中电压用V 表示, 电流用A表示时, 电阻的单位是欧姆, 符号为。电阻的十进倍数单位有千欧（k）、 兆欧（M）等。,(1.7),附：非线性电阻元件,电流和电压的大小不成正比的电阻元件叫 非线性电阻元件。 本书只讨论线性电阻电路。,1.3.1 欧姆定律(2),2.全电路欧姆定律： （）全电路：一个完整的闭合电路 （）数学表达式：I=Us/(R0+R) R0为电源内阻,1.3.2 基尔霍夫定律,1.理解支路、节点、回路、网孔的定义 2.掌握基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律1.理解支
10、路、节点、回路、网孔的定义 2.掌握基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律,基尔霍夫定律是集中参数电路的基本定律, 它包括电流定律和电压定律,（1）支路: 电路中流过同一电流的一个分支称为一条支路。 （2）节点: 三条或三条以上支路的联接点称为节点。 (3) 回路: 由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次, 这条闭合路径称为回路。 (4) 网孔: 网孔是回路的一种。将电路画在平面上, 在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。,基尔霍夫电流定律（KCL） 相关名词, 基尔霍夫电流定律（KCL）（一）,1.在集中参数电路中, 任何时刻, 流出（或流入）一个节 点的所有支路电流的代数和恒等于零,
11、 这就是基尔霍夫电流定律, 简写为KCL。 即：I入= I出 或 I ,基尔霍夫电流定律（KCL） （二）,图1.11 电路实例,Ia I1+I3+I4=0,Is I1+I+I=0,在集中参数 电路中,任何 时刻, 流入 一个节点电 流之和等于 流出该节点 电流之和。,KCL原是适用 于节点的, 可 以把它推广运 用于电路的任 一假设的封闭 面。, 基尔霍夫电压定律（KVL）（一）,1.定义： 在集中参数电路中, 任何时刻, 沿着任一个回路绕行一周, 所有支路电压的代数和恒等于零, 这就是基尔霍夫电压定律, 简写为KVL。 用数学表达式表示为：U=0,基尔霍夫电压定律（KVL） （二）,2.
12、在列方程式时, 先要任意规定回路绕行的方向, 凡支路电压的参考方向与回路绕行方向一致者, 此电压前面取“+”号, 支路电压的参考方向与回路绕行方向相反者, 则电压前面取“-”号。 在图1.11中, 对回路abcga 应用KVL, 有 Ubc+Ucg+Uga+Uab=0,基尔霍夫电压定律（KVL） （三）,3. 如果一个闭合节点序列不构成回路, 例如图1.11中的节点序列acga,在节点ac之间没有支路, 但节点ac之间有开路电压Uac, KVL同样适用于这样的闭合节点序列, 即有 Uac+Ucg+Uga=0 (1.17),基尔霍夫电压定律（KVL） （四）,将式（1.17）改写为 Uac=Uc
13、g Uga,电路中任意两点间的电压是与计算路径无关的, 是单值的。所以, 基尔霍夫电压定律实质是两点间电压与计算路径无关这一性质的具体表现。 不论元件是线性的还是非线性的, 电流、电压是直流的还是交流的, 只要是集中参数电路,KCL和KVL总是成立的。 ,例 1.4（一）,试计算图 1.12 所示电路中各元件的功率。 ,图. 例.图,元件 1 与元件 2 串联:,P1=(1010) =100W 元件 1 发出功率,P2=210=20W 元件 2 吸收功率,P3=5(-5）=25W 元件 3 吸收功率,I5=10-5 =5A,据KVL有： U5-10+2=0 U5=8V P5=58 =40W 吸
14、收功率,P4用功率平衡可以 求得：P4=15W 元件 4 吸收功率,思考题（一）,1.在下图电路中，每条线段表示一个二端元件，试求各电 路中的未知电流i。,（a) (b),思考题（二）,2.应用KVL列出下图各网孔的回路电压方程。,1.4 电压源与电流源（一）,1.4.1 电压源与电流源的定义: 1.电压源:用一个恒定电压源Us与内阻Rs串联表示的电源系统称为电压源 电压源是一个理想二端元件。 端电压U与输出电流I之间的关系：U=UsIR0,上式称为电压源的外特性方程,它具有两个特点： 外特性图形是一条下斜的直线，直线下垂倾斜 程度越大，电源的外特性就越差。 电源内阻R0=0的理想情况下，无论
15、电源输出电 流I如何变化，电源端电压U将恒等于Us。,1.4 电压源与电流源（二）,2.电流源：用一个恒定电流Is与内阻Rs并联表示的电源系统称为电流源 电流源的端电压U与输出电流I的关系为： I=Is-U/Rs,上式称为电流源的外特性方程,它具有两个特点： 外特性图形是一条下斜的直线，直线下垂倾斜 程度越大，电源的外特性就越差。 电源内阻Rs=的理想情况下，电源的输出电流 I将恒等于Is。,1.4 电压源与电流源(三）,.4.2 电压源与电流源的等效变换： 1.注意点：（）等效变换仅对外电路而言，对电源内部并不等效 （）在变换过程中，电压源的电压Us和电流源的电流Is的参考方向必须保持一致 2.变换公式： （）对电压源模型有：Us=IsRs （）对电流源模型有：Is=Us/Rs,例题1.5：求如图1-13中的电流I。,图1-13 例题1-5图,方法一：等效变换法,思路化简电源电路是 本题的关键！,步骤 并联二个电源 化为电流源，再合并为一个电压源。 串联在干路中的电流源先化为电压源，再和上一个电压源合并为一个电压源即可。,由等效图 可求出： I=1/10 =0.1A =100mA,仿真,方法二：戴维南法,5,R0,Us,+,-,I,5,R0,Us,+,-,Us,步骤1：求二端含源网络的等效电阻R0： 方法除源后（电流源开路，电压源短路） R0=2/2+4=5
