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1、第一章第一章 电路的基本概念及电路元件电路的基本概念及电路元件 1.1 1.1 电路的组成及其作用电路的组成及其作用1.2 1.2 电路模型电路模型1.3 1.3 电路的基本物理量及其方向电路的基本物理量及其方向1.4 1.4 无源电路元件无源电路元件1.5 1.5 有源电路元件有源电路元件1.6 1.6 电路的工作状态电路的工作状态电信号电信号1.1 1.1 电路的组成及其作用电路的组成及其作用电路电路: : 电流的电流的通路通路发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器输电线输电线电灯电灯电动机电动机电炉电炉电源电源能量传输能量传输能量转换能量转换（能量的角度）（能量的角度）负载
2、负载语言语言音乐音乐放放大大器器语言语言音乐音乐电路实例：电路实例：（信息）（信息）电信号电信号（放大）（放大）（还原）（还原）传递传递处理处理信号源信号源负载负载（信息）（信息）电路的组成电路的组成： 电路电路=电源（或信号源）电源（或信号源）+中间环节中间环节+负载负载 传递和处理信号传递和处理信号实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换电路的作用电路的作用电工技术中将提供电能的设备称为电源，而电子电工技术中将提供电能的设备称为电源，而电子技术中将换能设备称为信号源。如扩音机中的话技术中将换能设备称为信号源。如扩音机中的话筒就是信号源，相当于电源，但与发电机和电池筒就是信号源，相当于电源，
3、但与发电机和电池不同。不同。电路模型：电路模型：由理想电路元件组成的电路由理想电路元件组成的电路1.2 1.2 电路模型电路模型构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设计带来困难；另一方面，只有对各种元分析和设计带来困难；另一方面，只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行深入分析。深入分析。对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特定、理想化特性的元件（理想元件）
4、重构出来的定、理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。电路，称为原电路的模型。电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利于设计、交流。性。有利于设计、交流。常用理想元件符号常用理想元件符号电阻元件电阻元件电压源电压源电流源电流源电容元件电容元件电感元件电感元件电池电池RCL- -EUS+-IS从电路的作用看，无论是着眼于能量还是信息，从电路的作用看，无论是着眼于能量还是信息，电路的工作都有两个量需要讨论：电路的工作都有两个量
5、需要讨论：激励：电源或信号源的电压或电流。激励：电源或信号源的电压或电流。响应：激励在电路中各部分产生的电压与电流。响应：激励在电路中各部分产生的电压与电流。电路的激励与响应电路的激励与响应电路分析电路分析电路中，激励和响应变量一般采用电压与电流，只电路中，激励和响应变量一般采用电压与电流，只在某些特殊情况下才将功率、电荷等作为变量。在某些特殊情况下才将功率、电荷等作为变量。所谓电路分析，就是在已知电路结构和元件参数的所谓电路分析，就是在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。1.3 1.3 电路的基本物理量及其方向电路的基本物理
6、量及其方向在进行电路分析和设计过程中，经常使用的物理量有：在进行电路分析和设计过程中，经常使用的物理量有：电电 流流电电 压压电电 功功 率率电电 动动 势势电电 位位电流及其参考方向电流及其参考方向电流的概念电流的概念电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电路电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。中某一截面的净电荷量。电流的符号与单位电流的符号与单位电电荷荷流流动动不不仅仅有有数数量量，也也有有方方向向，因因此此，电电流流是是具具有有方向的。方向的。电路中用电路中用 I I 或或 i i 表示表示电流电流电流电流 i i( (或或 I I)=)=d dq q
7、/d/dt t( (或或Q/t)Q/t)电流的单位是安培（电流的单位是安培（A A）1 1安培（安培（A A）10103 3毫安毫安( (mAmA) )10106 6微安微安( (A)A) 10103 3千安千安(KA)(KA)电流的方向及其表示、参考方向的概念电流的方向及其表示、参考方向的概念电流的电流的真实方向真实方向定义为正电荷流动的方向。定义为正电荷流动的方向。表示电流的方向有两种方式：表示电流的方向有两种方式：箭头、双下标箭头、双下标部分电路部分电路bai例例：a流向流向b的电流，的电流，可以如图表示。也可可以如图表示。也可以用双下标表示成以用双下标表示成 iab电流既然具有方向性，
8、就不能单用数值来表示，必电流既然具有方向性，就不能单用数值来表示，必须同时标定其方向。但在对电路分析之前显然不能须同时标定其方向。但在对电路分析之前显然不能确定电流的真实方向。确定电流的真实方向。由于电流的方向只有两个取由于电流的方向只有两个取向，因此，我们可以先假设向，因此，我们可以先假设电流的方向，然后用电流数电流的方向，然后用电流数值的正、负表示电流真实方值的正、负表示电流真实方向与假设的方向之间的关系。向与假设的方向之间的关系。称此称此假设的方向假设的方向为电流的为电流的参参考方向考方向。电流的参考方向用箭头在电路中标出。有了参考电流的参考方向用箭头在电路中标出。有了参考方向，就把带方
9、向的电流变量转变成了代数量，方向，就把带方向的电流变量转变成了代数量，便于实施电路分析。便于实施电路分析。部分电路部分电路bai电压的概念电压的概念电路中电场强弱的是度量，它表示单位正电荷从电电路中电场强弱的是度量，它表示单位正电荷从电路中一点移动到另一点电场所作的功，即在移动过路中一点移动到另一点电场所作的功，即在移动过程中单位正电荷所失去的电位能。程中单位正电荷所失去的电位能。电压的符号与单位电压的符号与单位电场对电荷作用有方向，因此，电压也具有电场对电荷作用有方向，因此，电压也具有方向方向。电路中用电路中用 U U 或或 u u 表示表示电压电压电压电压 u u( (或或 U U)=)=
10、d dW W/d/dq q电压及其参考方向电压及其参考方向电压的单位是伏特（电压的单位是伏特（V V）1 1伏特（伏特（V V）10103 3毫伏毫伏(mV)(mV)10106 6微伏（微伏（V)V) 10103 3千伏千伏(KV)(KV)电压的方向及其表示、参考方向的概念电压的方向及其表示、参考方向的概念电压的电压的真实方向真实方向定义为电位降低的方向。定义为电位降低的方向。表示电压的方向有三种方式：正负号、箭头、双下标表示电压的方向有三种方式：正负号、箭头、双下标部分电路部分电路bau例：例：a、b之间之间的电压，的电压，可如图表示。也可用双可如图表示。也可用双下标表示成下标表示成 uab
11、电压既然具有方向性，电压既然具有方向性，也不能单用数值来表示，也不能单用数值来表示，必须同时标定其方向。必须同时标定其方向。但在对电路分析之前显但在对电路分析之前显然也不能确定电压的真然也不能确定电压的真实方向。实方向。由于两点之间电压只可能有两个方向，因此，我们由于两点之间电压只可能有两个方向，因此，我们可以先假设电压的方向，然后用电压数值的正、负可以先假设电压的方向，然后用电压数值的正、负表示电压真实方向与假设的方向之间的关系。称此表示电压真实方向与假设的方向之间的关系。称此假设的方向假设的方向为为电压的参考方向电压的参考方向。电压的参考方向用箭头在电路中标出。有了参考方电压的参考方向用箭
12、头在电路中标出。有了参考方向，就把带方向的电压变量转变成了代数量，便于向，就把带方向的电压变量转变成了代数量，便于实施电路分析。实施电路分析。部分电路部分电路bau同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。作为参考方向，都是人为假设的，两者之间没有向。作为参考方向，都是人为假设的，两者之间没有实际联系。实际联系。但是，为了分析的方便，我们在一个元件上定义但是，为了分析的方便，我们在一个元件上定义两个独立的参考方向是不合适的。因此，通常我两个独立的参考方向是不合适的。因此，通常我们在分析电路时采用所谓们在分析电路时采用所谓关联的参考方向关联的
13、参考方向：在同一电路元件或电路部分，电压和电流的参考方向在同一电路元件或电路部分，电压和电流的参考方向采用采用一致的方向一致的方向。否则，称为非关联参考方向。否则，称为非关联参考方向。电流、电压参考方向之间的关系电流、电压参考方向之间的关系部分电路部分电路b ba au u，i i电源力把单位正电荷从电源的低电源力把单位正电荷从电源的低电位端经电源内部移到高电位端电位端经电源内部移到高电位端所做的功称为电动势。所做的功称为电动势。电动势的概念电动势的概念电动势的符号与单位电动势的符号与单位电路中用电路中用 E E 表示表示电动势。电动势。其单位是伏特（其单位是伏特（V V）。）。电动势的方向电
14、动势的方向电动势的方向规定为从电源的负极指向正极。电动势的方向规定为从电源的负极指向正极。通常用电动势来衡量电源对电荷做功的能力。通常用电动势来衡量电源对电荷做功的能力。aVbUabRL电动势及其参考方向电动势及其参考方向电位的概念电位的概念电位是描述电场的一个标量物理量，是一个相对量，只电位是描述电场的一个标量物理量，是一个相对量，只有定义了参考点，电位才有意义。电位的单位是伏特。有定义了参考点，电位才有意义。电位的单位是伏特。参考点及其参考电位参考点及其参考电位为了分析方便，在电路中选取一个结点为参考点，并设为了分析方便，在电路中选取一个结点为参考点，并设参考点的电位（参考电位）为参考点的
15、电位（参考电位）为 0 0 伏特。称为伏特。称为“接地接地”并用接地符号并用接地符号“”标出。标出。电电 位位电位与电压的关系电位与电压的关系定义了参考结点后，电路中每个结点都有一个电位定义了参考结点后，电路中每个结点都有一个电位值。两个结点之间的电压实际上就是两结点电位之值。两个结点之间的电压实际上就是两结点电位之差，因此，电压也称为差，因此，电压也称为“电位差电位差”。结点电位实际上就是该结点到参考结点之间的电压。结点电位实际上就是该结点到参考结点之间的电压。电位的计算电位的计算计算电路中某点的电位，过程可分两步进行：计算电路中某点的电位，过程可分两步进行：（1）在电路中设定参考结点）在电
16、路中设定参考结点一般选择电压源的一端、连接支路最多的结点为参一般选择电压源的一端、连接支路最多的结点为参考结点。考结点。（2）计算各结点到参考结点的电压）计算各结点到参考结点的电压因为某结点的电位就是它到参考结点的电压，因此，因为某结点的电位就是它到参考结点的电压，因此，电位的计算可转化为电压的计算。电位的计算可转化为电压的计算。3 5 2 I6V4V10VABDCE1 1、以、以E E为参考点时；为参考点时；V VE E，V VD D，V VB B为多少？为多少？例：例：2 2、以、以C C为参考点时；又为多少？为参考点时；又为多少？解：解：1 1）以）以E E为参考点时为参考点时V VE
17、E = 0V= 0VV VD D = -0.8= -0.8 5 = - 4V5 = - 4VV VB B = -0.8= -0.8 (5+2) = -5.6(5+2) = -5.6V V2 2）以）以C C为参考点时为参考点时V VE E = - 6V= - 6VV VD D = -0.8= -0.8 5 - 6= - 10V5 - 6= - 10VV VB B = -6 - 0.8= -6 - 0.8 (5+2) = -11.6(5+2) = -11.6V V电功率：电功率：电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位时电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位时间内电路元件消耗的电场能量。间内电路元
18、件消耗的电场能量。电功率的符号与单位电功率的符号与单位电路中用电路中用 P P 或或 p p 表示表示电功率电功率电功率电功率 p p( (或或 P P )=)=d dW W/d/d t t在在关联参考方向时关联参考方向时 功率的单位为瓦特（功率的单位为瓦特（W W）电功：电功：正电荷从电路元件的电压正电荷从电路元件的电压“+ +”极，经元件移到极，经元件移到电压的电压的“- -”极，电场力对电荷要做功，称为电功。其极，电场力对电荷要做功，称为电功。其电位为电位为焦耳（焦耳（J J）。）。电功与电功率电功与电功率aIRUb 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U U , ,流入此
19、部分电路的电流入此部分电路的电流为流为 I I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: :功率有无正负？功率有无正负？如果如果U IU I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？ 在在 U、 I 为关联参考方向为关联参考方向的前提下，的前提下， 或或I IR RU Ua ab b“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）“发出功率发出功率”（电源）（电源）若若 P P = = UI UI 0 0若若 P = UI P = UI 0 0I IU Ua ab b+ +- -根据能量守衡关系根据能量守衡关系P P（吸收）吸收）= = P P（发出）发出）I IR RU Ub ba a当当 计
20、算的计算的 P P 0 0 时时, , 则说明则说明 U U、I I 的的实际方向实际方向一致一致，此部分电路消耗电功率，为，此部分电路消耗电功率，为负载负载。 所以，从所以，从 P P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。当计算的当计算的 P P 0 0 时时, , 则说明则说明 U U、I I 的的实际方向实际方向相反相反，此部分电路发出电功率，为，此部分电路发出电功率，为电源电源。伏伏 - 安安 特性特性iuuiRi
21、u线线性性电电阻阻电阻电阻 R R（常用单位：常用单位： 、k 、M ）非非线线性性电电阻阻iu1.4 1.4 无源电路元件无源电路元件电感电感 L L：ui（单位：（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链单位电流产生的磁链线圈线圈匝数匝数磁通磁通电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系e eui当当 (直流直流) 时时,所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.L线圈线圈面积面积线圈线圈长度长度磁导率磁导率电感和结构参数的关系电感和结构参数的关系线性电感线性电感:L=Const (如如:空心电感空心电感 不变不变)非线性电感非线性电感 : L = Const (
22、如如:铁心电感铁心电感 不为常数不为常数)ue ei电感是一种储能元件电感是一种储能元件, , 储存的磁场能量为：储存的磁场能量为：电感的储能电感的储能电容电容 C C：单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷（单位：（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号电容符号有极性有极性无极性无极性+_电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系当当 (直流直流) 时时,所以所以,在直流电路中电容相当于断路。在直流电路中电容相当于断路。uiC极板极板面积面积板间板间距离距离介电介电常数常数电容和结构参数的关系电容和结构参数的关系线性电容线性电容:C=Const ( 不变不变)非
23、线性电容非线性电容:C = Const ( 不为常数不为常数)uiC电容的储能电容的储能电容是一种储能元件电容是一种储能元件, , 储存的电场能量为：储存的电场能量为：无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 （u u 与与 i i 的关系）的关系）LCR实际元件实际元件的特性可以用若干理想元件来表示的特性可以用若干理想元件来表示例：例： 电感线圈电感线圈L ：电感量电感量R：导线电阻导线电阻C：线间分布电容线间分布电容参数的影响和电路的工作条件有关。参数的影响和电路的工作条件有关。UR1R2LCR1UR2U为直流电压时为直流电压时,以上电路等效为以上电路等效为注意注意 L L、
24、C C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型IUEUIRO+-ERo越大斜率越大主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。1.5 1.5 有源电路元件有源电路元件理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: : R RO O= 0 = 0 时的电压源时的电压源. .特点特点：( (1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势。压不变，其值恒等于电动势。 即即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE恒压源中的电流由外电路决定
25、恒压源中的电流由外电路决定当当R1 R2 同时接入时，同时接入时，R22 IE+_abUab2 R1设设: E=10V例例 当当R1接入时接入时 ，则：则：I=10AI=5A恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_UabE恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababR电流源电流源IsUI伏伏安安特特性性 RORO越大越大特性越陡特性越陡电电流流源源模模型型ISROabUI理想电流
26、源理想电流源 （恒流源（恒流源): ): R RO O= = 时的电流源时的电流源. . 特点：特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。 R=1 时，时，恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR R=10 时，时，U =设设: IS=1 A则则:例例U =10 V1V恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_I=Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab
27、的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向abIUabIsR电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例I=？E R_+abUab=?Is原则原则：I Is s不能变，不能变，E E 不能变。不能变。电压源中的电流电压源中的电流恒流源两端的电压恒流源两端的电压I= IS恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较Uab = E （常数）常数）Uab的的大小、方向均为恒定，大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无无影响。影响。
28、恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_abIUabIabUabIsI = Is （常数）常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出输出电流电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的的大小、方向大小、方向均由外电路决定均由外电路决定有载工作状态有载工作状态电源元件接有负载元件，存在电功率的传递，这种工电源元件接有负载元件，存在电功率的传递，这种工作状态称为电路的有载工作状态。作状态称为电路的有载工作状态。额定工作状态、额定值额定工作
29、状态、额定值元器件生产厂商根据产品特点，规定元器件正常运元器件生产厂商根据产品特点，规定元器件正常运行的工作条件称为额定工作状态。行的工作条件称为额定工作状态。在额定工作状态下元器件的各项指标参数称为额定在额定工作状态下元器件的各项指标参数称为额定值。由厂家的产品技术指标给出。值。由厂家的产品技术指标给出。例如：某指示灯额定工作状态为例如：某指示灯额定工作状态为12V、50Hz交流，交流，额定功率为额定功率为5W。说明：该灯正常工作应接在说明：该灯正常工作应接在12V12V、50Hz50Hz交流电源上，交流电源上，此时，该灯功率为此时，该灯功率为5W5W。1.6 1.6 电路的工作状态电路的工
30、作状态开路工作状态开路工作状态当电路中某元件与外部连接断开时，电路中将没有电当电路中某元件与外部连接断开时，电路中将没有电流流过该元件，这种工作状态称为流流过该元件，这种工作状态称为开路状态。开路状态。（Open CircuitOpen Circuit）显然，开路状态的元件电流为显然，开路状态的元件电流为0 0，这时其两端电压称为，这时其两端电压称为开路电压用下标开路电压用下标OCOC表示：表示：U UOCOC电电池池灯灯泡泡开路、短路状态的功率开路、短路状态的功率由于元件处于开路或短路状态时，电压、电流中总由于元件处于开路或短路状态时，电压、电流中总有一个为零，因此，元件的电功率为零。有一个为零，因此，元件的电功率为零。短路工作状态短路工作状态当电路中某元件的外接端用导线直接相连时，元件当电路中某元件的外接端用导线直接相连时，元件两端将成等电位，无电压，这种工作状态称为两端将成等电位，无电压，这种工作状态称为短路状态。（短路状态。（Short CircuitShort Circuit）显然，短路状态的元件电压显然，短路状态的元件电压为为0 0，这时流过它电流称为短，这时流过它电流称为短路电流用下标路电流用下标SCSC表示：表示：I ISCSC电电池池
