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1、第一章 电路的基础知识第一节 电路的组成及其基本物理量第二节 电路的基本元件第三节 基尔霍夫定律及其应用第四节 二端网络的等效第五节 叠加定理与戴维南定理返回主目录第一节第一节 电路的组成及其基本物理量电路的组成及其基本物理量一、电路的组成 电路是各种电气元器件按一定的方式连接起来的总体。 电路的组成：1. 提供电能的部分称为电源；2. 消耗或转换电能的部分称为负载；3. 联接及控制电源和负载的部分如导线、开关等称为中间环节。 图1-1电阻、电感、电容的特征电阻、电感、电容的特征1. 电阻特征: 有电流通过时，对电流呈现阻碍作用; 2. 电感特征: 有电流通过时, 在导线的周围产生磁场；3.
2、电容特征: 有电流通过时, 在各电极间存在电场 。理想元件理想元件为了便于对电路进行分析和计算，我们常把实际元件加以近似化、理想化，在一定条件下忽略其次要性质，用足以表征其主要特征的“模型”来表示，即用理想元件来表示。 例“电阻元件”是电阻器、电烙铁、电炉等实际电路元器件的理想元件，即模型。因为在低频电路中，这些实际元器件所表现的主要特征是把电能转化为热能。用“电阻元件”这样一个理想元件来反映消耗电能的特征。 “电感元件”是线圈的理想元件； “电容元件”是电容器的理想元件。电路模型电路模型由理想元件构成的电路，称为实际电路的“电路模型”。图1-2是图1-1所示实际电路的电路模型。电路的组成和功
3、能电路的组成和功能 （1 1） 电路的组成电路的组成电路一般由电源、负载和中间环节组成电路一般由电源、负载和中间环节组成。电源：电源：如发电机、电池等，电源可将其它形式的能量转换成电能，是向电路提供能量的装置。负载：负载：指电动机、电灯等各类用电器，在电路中是接收 电能的装置，可将其它形式的能量转换成电能。中间环节：中间环节：将电源和负载连成通路的输电导线、控制电路通断的开关设备和保护电路的设备等。第四页 电路可以实现电能电路可以实现电能的传输、分配和转换。的传输、分配和转换。（2 2）电路的主要功能：）电路的主要功能：电力系统中：电子技术中： 电路可以实现电信号电路可以实现电信号的传递、存储
4、和处理。的传递、存储和处理。第四页电路模型和电路元件电路模型和电路元件 电源负载负载电源开关实体电路ISUS+_R0中间环节电路模型与实体电路相对应的与实体电路相对应的电路图电路图称为实体电路的称为实体电路的电路模型电路模型。RL+ U导线第四页电路模型中的所有元件均为理想电路元件。电路模型中的所有元件均为理想电路元件。实际电路元件的电特性是多元的、复杂的。实际电路元件的电特性是多元的、复杂的。iR R L消耗电能的电特性可用电阻元件表征产生磁场的电特性可用电感元件表征由于白炽灯中耗能的因素大大于产生磁场的因素，因此L 可以忽略白炽灯的电路模型可表示为：理想电路元件的电特性是精确的、惟一的。理
5、想电路元件的电特性是精确的、惟一的。第四页理想电路元件又分有理想电路元件又分有有源有源和和无源无源两大类两大类RC+ USIS电阻元件电容元件理想电压源理想电流源L无源无源二端元件二端元件有源有源二端元件二端元件电感元件第四页二、电路中的基本物理量二、电路中的基本物理量直流 （DC）：大小和方向均不随时间变化的电流。直流交流交流 （AC）：大小和方向均随时间变化，且一个周期内的平均值为零的电流。电流的分类电流的定义和实际方向电流的定义和实际方向对于直流，若在时间t 内通过导体横界面的电荷量为Q，则电流为对于交流，若在时间dt 内通过导体横界面的电荷量为dq，则电流瞬时值为 电流的实际方向规定为
6、正电荷运动的方向。电流的单位：安培（A），千安（kA）和毫安（mA）。电流的参考方向的引入电流的参考方向的引入 参考方向的引入：对复杂电路由于无法确定电流的实际方向，或电流的实际方向在不断的变化，所以我们引入了“参考方向”的概念。 ?电流参考方向的含义电流参考方向的含义2. 实线 参考方向（虚线 实际方向）。1. 参考方向是一个假想的电流方向。3. i 0，则电流的实际方向与电流的参考方向一致； i 0，则电流的实际方向和电流的参考方向相反。电压的定义和实际方向电压的定义和实际方向对于直流，电路中A、B两点间电压的大小等于电场力将单位正电荷Q从A点移动到B点所做的功W。即对于交流，电路中A、B
7、两点间电压的大小等于电场力将单位正电荷dq从A点移动到B点所做的功dw。即若电场力做正功，则电压u 的实际方向从A到B 。电压的单位：伏特（V），千伏（kV）和毫伏（mV）。电位电位 在电路中任选一点为电位参考点，则某点到参考点的电压就叫做这一点（相对于参考点）的电位。当选择O点为参考电位点时， （1-1） 电压是针对电路中某两点而言的，与路径无关。所以有（1-2）电压又叫电位差 电压的实际方向是由高电位点指向低电位点 电压参考方向的标注及含义电压参考方向的标注及含义参考方向是由A点指向B点 参考高电位端当u0时，该电压的实际极性与所标的参考极性相同，当u0时，该电压的实际极性与所标的参考极性
8、相反。 建议采用：参考极性标注法 在图1-6所示的电路中，方框泛指电路中的一般元件，试分别指出图中各电压的实际极性 （1）a图，a点为高电位， 因u = 24V0, 所标实际极性与参考极性相同。各电压的实际极性例1-1解（2）b图，b点为高电位， 因u = 12V0, 所标实际极性与参考极性相反。（3）c图，不能确定，虽然u =15V0, 但图中没有标出参考极性。关联参考方向关联参考方向 电流参考方向是从电压的参考高电位指向参考低电位 关联非关联方向一致方向不一致电功率电功率 电功率是指单位时间内，电路元件上能量的变化量。即在电路中，电功率简称功率。它反映了电流通过电路时所传输或转换电能的速率
9、。 功率的单位：瓦特（W），千瓦（kW）和毫瓦（mW） 功率有大小和正负值功率有大小和正负值 元件吸收的功率p0，则该元件吸收（或消耗）功率 p0，则该元件发出（或供给）功率 试求如图1-8所示电路中元件吸收的功率。（1）a图，所选u、i为关联参考方向， 元件吸收的功率 P = U I = 4（3）W =12 W此时元件吸收功率 12W，即发出的功率为12 W。 (2) b图，所选u、i为非关联参考方向，元件吸收的功率 P =U I =（5）3W= 15 W此时元件吸收的功率为15 W 。 例1-2解(3) c图，u、i为非关联参考方向， P = U I = 42 W =8 W即元件发出的功率
10、为8 W 。(4) d图，u、i 为关联参考方向， P = U I =（6）（5）W = 30 W即元件吸收的功率为30 W 。例例：求图示各元件的功率.（a）关联方向，P=UI=52=10W，P0，吸收10W功率。（b）关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收10W功率。一、电阻和电阻元件物体对电流的阻碍作用，称为该物体的电阻。用符号R 表示。电阻的单位是欧姆（）。 电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件的总称。如电炉、白炽灯、电阻器等。1-2 1-2 电路的基本元件电路的基本元件电导 电阻的倒数称为电导，是表征材料的导电能力的一个参数，用符号G 表示。 电导的单位是西门子（S），简
11、称西。（1-5）电阻元件上电压与电流关系 1827年德国科学家欧姆总结出：施加于电阻元件上的电压与通过它的电流成正比。u = R i (1-6)u = R i (1-7) 电阻元件的伏安特性线性电阻非线性电阻电阻元件上的功率 若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的功率为 p = u i = (R i ) i = R （1-8）若u、i为非关联参考方向，则 p = u i =(R i ) i = R 可见，p0 ，说明电阻总是消耗（吸收）功率，而与其上的电流、电压极性无关。 如图1-9所示电路中，已知电阻R 吸收功率为3W， i =1A。求电压u及电阻R的值。 p = u i =u (1)A
12、= 3 Wu = 3 V u的实际方向与参考方向相反 由于u、i为关联参考方向，由式（1-11） 图1-9例1-3解二、电压源二、电压源电压源是实际电源（如干电池、蓄电池等）的一种抽象，是理想电压源的简称。 符号伏安特性图1-12电压源的两个特点电压源的两个特点 无论电源是否有电流输出，U = ，与 无关；开路接外电路 由 及外电路共同决定。例电路如图，已知U s= 10 V, 求电压源输出的电流。外电路R有两种情况（1）R = 5（2）R = 10解（1）R = 5由电压源特性知，（2）R = 10三、电流源三、电流源电流源也是实际电源（如光电池）的一种抽象，是理想电流源的简称。 符号伏安特
13、性电流源的两个特点电流源的两个特点 电流恒定，即 ， 与输出电压 U 无关； U 由 及外电路共同决定。一、几个有关的电路名词 （1）支路： 电路中具有两个端钮且通过同一电流的每个分支（至少含一个元件）。 （2）节点： 三条或三条以上支路的联接点。 （3）回路： 电路中由若干条支路组成的闭合路径。 （4）网孔： 内部不含有支路的回路。 1-3 基尔霍夫定律二、基尔霍夫电流定律（简称KCL） KCL指出：任一时刻，流入电路中任意一个节点的各支路电流代数和恒等于零，即 KCL源于电荷守恒。列方程时，以参考方向为依据，若电流参考方向为“流入”节点的电流前取“”号，则“流出”节点的电流前取“”号。 i
14、 = 0（1-9） 在如图1-16所示电路的节点a处，已知 = 3A， =2A， =4A， = 5A，求 。将电流本身的实际数值代入上式，得3A（2）A（4）A5A = 0据KCL列方程 = 14A例1-4解广义节点广义节点广义节点：任一假设的闭合面 = 0由KCL得两套两套“ “、” ”符号符号 在公式i =0 中，以各电流的参考方向决定的 “、” 号； 电流本身的“、”值。这就是KCL定义式中电流代数和的真正含义。三、基尔霍夫电压定律（简称三、基尔霍夫电压定律（简称KVLKVL） KVL指出：任一时刻，沿电路中的任何一个回路，所有支路的电压代数和恒等于零，即 KVL源于能量守恒原理。列方程
15、时，先任意选择回路的绕行方向，当回路中的电压参考方向与回路绕行方向一致时，该电压前取“”号，否则取“”号。（1-10）u = 0 在图1-18所示电路中，已知 =3V， = 4V， =2V。试应用KVL求电压 和 。 方法一 步骤一：任意选择回路的绕行方向，并标注于图中步骤二：据KVL列方程。当回路中的电压参考方向与回路绕行方向一致时，该电压前取“”号，否则取“”号。回路： 回路： 例1-5解步骤三：将各已知电压值代入KVL方程，得回路： 回路： 两套“、”符号： 在公式u = 0 中，各电压的参考方向与回路的绕行方向是否一致决定的“、”号；电压本身的“、”值。这就是KVL定义式中电压代数和的
16、真正含义。方法二利用KVL的另一种形式，用“箭头首尾衔接法”，直接求回路中惟一的未知电压，其方法如图1-19所示。 回路： 回路： 将已知电压与未知电压的参考方向箭头首尾衔接 电路如图1-20所示，试求 的表达式。例1-6解 电路如图1-21a所示，试求开关S断开和闭合两种情况下a点的电位。 图1-21a图是电子电路中的一种习惯画法，图1-21a可改画为图1-21b。 例1-7解（1）开关S断开时据KVL （2+15+3）k = （5+15）V 由“箭头首尾衔接法”得 o或 2）开关S闭合时四四、 支路电流法支路电流法 支 路电流法是以支路电流为未知数，根据KCL和KVL列方程的一种方法。 具有b条支路、n个节点的电路， 应用KCL只能列（n1）个节点方程， 应用KVL只能列l = b( n1 ) 个回路方程。支路电流法的一般步骤支路电流法的一般步骤 1） 在电路图上标出所求支路电流参考方向，再选定回路绕行方向。2）根据KCL和KVL列方程组。3）联立方程组，求解未知量。 如图1-22所示电路，已知 = 10， = 5， = 5， = 13V， = 6V，试求各支路电流及各元件上的功率
