电工学 第六版 第1章 电路的基本概念与基本定律 河北工业大学

第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.21.2 电路模型电路模型1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.41.4 欧姆定律欧姆定律1.51.5 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.61.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算本章要求本章要求: :1.1.理解电压与电流参考方向的意义；理解电压与电流参考方向的意义；2. 2. 理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3. 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态，了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义；理解电功率和额定值的意义；4. 4. 会计算电路中各点的电位会计算电路中各点的电位第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分(1) (1) 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 (2)(2)实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放 大 器扬声器话筒1. 1. 电路的作用电路的作用电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备 或电路元件按一定方式组合而成。

发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 ...输电线2. 2. 电路的电路的组成部分组成部分电源: 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发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 ...输电线直流电源直流电源直流电源: 提供能源信号处理： 放大、调谐、检波等负载信号源: 提供信息2. 2.电路的电路的组成部分组成部分放 大 器扬声器话筒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1. 21. 2 电路模型电路模型手电筒的电路模型为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模 型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组 合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相 对应的电路模型例：手电筒例：手电筒R+RoE–S +U–I电池导线灯泡开关手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成理想电路元件主要有 电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等 手电筒的电路模型手电筒的电路模型R+RoE–S +U–I电池导线灯泡开关电池是电源元件，其 参数为电动势 E 和内阻 Ro；灯泡主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，其 参数为电阻R；筒体用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。

开关用来控制电路的通 断今后分析的都是指电今后分析的都是指电 路模型，简称电路在路模型，简称电路在 电路图中，各种电路元电路图中，各种电路元 件都用规定的图形符号件都用规定的图形符号 表示1.31.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向物理中对基本物理量规定的方向物理中对基本物理量规定的方向1. 1. 电路基本物理量的实际方向电路基本物理量的实际方向物理量实 际 方 向电流 I正电荷运动的方向电动势E(电位升高的方向)电压 U(电位降低的方向)高电位  低电位单 位kA 、A、mA、 μA低电位  高电位kV 、V、mV、 μVkV 、V、mV、 μV(2) (2) 参考方向的表示方法参考方向的表示方法电流：Uab 双下标电压：(1) (1) 参考方向参考方向IE+_在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向Iab 双下标2. 2. 电路基本物理量的参考方向电路基本物理量的参考方向aRb箭 标abRI正负极性+– abUU+_实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值3)(3) 实际方向与实际方向与参考方向的关系参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。

若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；例：若 I = –5A，则电流从 b 流向 a abRIabRU+–若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；若 U= –5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 1.41.4 欧姆定律U、I 参考方向相同时，U U、、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，RU+–IRU+–I表达式中有两套正负号：① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定； ② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系通常取 U、I 参考方向相同U = I R U U = – = – IRIR解：对图(a)有, U = IR例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R对图(b)有, U = – IRRU 6V+–2AR+–U 6VI(a)(b)I–2A电路端电压与电流的关系称为伏安特性电路端电压与电流的关系称为伏安特性遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数I/AU/Vo线性电阻的伏安特性线性电阻的概念：线性电阻的概念：线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线是一条过原点的直线1.5 电源有载工作、开路与短路开关闭合,接通 电源与负载负载端电压U = IR特征:1.5.1 1.5.1 电源有载工作电源有载工作IR0RE UI① 电流的大小由负载决定。

② 在电源有内阻时，I  U 或 U = E – IR0电源的外特性EUI0当当 R R0 0IN ，P > PN ( (设备易损坏设备易损坏) )额定工作状态： I = IN ，P = PN ( (经济合理安全可靠经济合理安全可靠) ) 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力 例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W 特征:开关 断开1.5.21.5.2 电源开路电源开路I = 0电源端电压 ( 开路电压 ) 负载功率U = U0 = EP = 01. 开路处的电流等于零；I = 0 2. 开路处的电压 U 视电路情况而定电路中某处断开时的特征:I+–U有 源 电 路IRoRE U0电源外部端子被短接1.5.31.5.3 电源短路电源短路特征:电源端电压电源端电压 负载功率负载功率 电源产生的能量全被内阻消耗掉电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）短路电流（很大） U = 0 PE = P = I²R0P = 01. 短路处的电压等于零；U = 0 2. 短路处的电流 I 视电路情况而定。

电路中某处短路时的特征电路中某处短路时的特征: :I+–U有 源 电 路IR0RE U01. 61. 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支一条支路流过一个电流，称为支路电流 结点：结点：三条或三条以上支路的联接点 回路：回路：由支路组成的闭合路径 网孔：网孔：内部不含支路的回路I1I2I3baE2R2R3R1 E1123例例1 1：：支路：支路：abab、、bcbc、、caca、、… … （（ 共共6 6条）条）回路：回路：abdaabda、、abcaabca、、 adbcaadbca …… （共（共7 7 个）个）结点结点：：a a、、 b b、、c c、、d d ( (共共4 4个）个）网孔：网孔：abdabd、、 abcabc、、bcdbcd（共（共3 3 个）个）a ad db bc cE E– –+ +GGR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2I I2 2I I4 4I IGGI I1 1I I3 3 I I1.6.11.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( (KCLKCL定律定律) )1 1．．定律定律即即: :  ＩＩ入入= = ＩＩ出出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结 点的电流。

§实质: 电流连续性的体现电流连续性的体现 § § 电荷守恒电荷守恒或: Ｉ= 0I1I2I3baE2R2R3R1 E1对结点 a： I1+I2 = I3或 I1+I2–I3= 0基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（（KCLKCL））反映了电路中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系结点处各支路电流间相互制约的关系电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一 假设的闭合面假设的闭合面2 2．推广．推广I =?例:广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各 段电压的代数和恒等于零段电压的代数和恒等于零1.6.21.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL定律定律) )1 1．．定律定律即：  U = 0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行 一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和 对回路1：对回路2：E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0 I1I2I3baE2R2R3R1 E112基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（（KVLKVL）） 反映了电路中任一反映了电路中任一 回路中各段电压间相互制约的关系。

回路中各段电压间相互制约的关系1．列方程前标注回路循行方向；电位升 = 电位降E2 =UBE + I2R2  U = 0I2R2 – E2 + UBE = 02．应用  U = 0列方程时列方程时，，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号如果规定电位降取正号，则电位升就取负号 3. 开口电压可按回路处理注意：1对回路1： E1 UBEE+B+–R1+–E2R2I2_例：例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 – I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 – I4 R4 – I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 –E = 0对回路 adbca，沿逆时针方向循行： – I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 – I2 R2 = 0应用  U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行： – I2 R2 – I1 R1 + E = 0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3 I1.71.7 电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，电位：电路中某点至参考点的电压，记为记为“ “V VX X” ” 。

通常设参考点的电位为零通常设参考点的电位为零1. 1. 电位的概念电位的概念电位的计算步骤电位的计算步骤: :(1) (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2) (2) 标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；(3) (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位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某点电位为负，说明该点电位比参考点低2. 举例求图示电路中 各点的电位:Va、 Vb、Vc、Vd 解： 设 a为参考点， 即Va=0VV Vb b= =U Ubaba= = –10×6= –10×6=  60V60VV V。