电路基础1

U = US – R0I
实际工程中，当 R0<< RL ， U US ，可近似认为是理想电压源。
23
特点：输出电压随外电路变化。
2）电流源模型
电流源是由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。
IS
I
I
I= U/R0
I
I
S
O
RL
U R0 R
0
U
+
UOC=R0IS
U
注意
(b)伏安特性
实际电流源与理想电流源的 本质区别在于其内阻R0。
RL
RL
由图a： U = E－ IR0
由图b： U = ISR0 – IR0
等效变换条件:
E = ISR0 E IS R0
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注意事项：
① 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不 等效的。 例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率，而电流源的 内阻 R0 中则损耗功率。 ② 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。
I +
注意：
I
U U +
电压、电流的参考方向可任意假定互不相关，
但为了分析电路时方便，常常采用关联参考方向。
9
☆电位：

定义：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。 通常设参考点的电位为零。
单位：V（伏） 两点间电压：等于电路中两点间的电位差 Uab＝Va－Vb
例：P10

结论：（1）参考点不同，电路中各点的电位也不同， 但任意两点间的电位差（电压值）不变。
等于各串联电压源电压的代数和 。
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2、电流源的并联
结论：当n个电流源并联时，其等效电流源的电流
等于各并联电流源电流的代数和。 3．电压源的并联和电流源的串联
原因？？
注意：电流值不相等的电流源不能串联；
电压值不相等的电压源不能并联。
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二、独立电源的等效变换
I + E – R0 电压源 + U – IS R0 U R0 I + U – 电流源
例如：一个白炽灯在有电流通过时
理想电路元件
消耗电能 （电阻性） R
忽略L
R
i
产生磁场 L 储存磁场能量 （电感性）
为了便于对实际电路进行分析，在一定条件下突出实际元 件的主要电磁性质而忽略次要因素，把它看成理想电路元件。3
三、电路模型(2)
理想电路元件的图形符号
I
K R
E
+
–
+
U
–
实际电路 电路模型
电路的基本认识
一、实际电路
电路：由若干电气设备，为了某种需要，
按一定方式连接起来，形成电流的通路。
1
二、电路的组成
组成：电源、负载和中间环节。
开关
电 源
负 载 导线
中间环节
图1-1 手电筒的实际电路
2
三、电路模型(1)
实际的电路是由一些按需要起不同作用的元器件所组成， 如发电机、变压器、电动机、电池等，其电磁性质很复杂。
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实际电源的两种电路模型
1 ）电压源模型
电压源是由电压 US和内阻 R0 串联的电源的电路模型。 I
U
US U
Us
U=R 0I
+ -
RS
O
+ U –
RL
I
IS=Us/R0
I
注意
US
+ -
(b)伏安特性 实际电压源与理想电压源的 本质区别在于其内阻R0。
R0
当 R0 0 时，实际的就成为理想电压源。 (a)电压源模型与外电路的连接
1.回路：由支路构成的闭合路径。 2.网孔：内部不含支路的回路。 3.KVL定律 : 在任意时刻，沿任一回路绕行方向，回路中各 段电压的代数和恒等于零。 即： U = 0
注意：
U1
U3 U4
U2
1. 列方程前选定并标注回路绕行方向； 2. 电压参考方向与回路方向的关系：
一致时为正，相反时为负。
U1 -U3 -U2+ U4 =0
将实际电路中的元件用理想电路元件表示、 连接，称为实际电路的电路模型。
4
电路的基本物理量
一、电流
பைடு நூலகம்1、定义：电荷的定向移动形成电流。
大小：单位时间内，通过导体横截面的电荷量
电流 电压 电功率
思考：灯泡为什么会发光呢？灯泡的亮度与哪些因素有关呢？
Q I T
1kA=103A
直流电流
单位： A（安培）,kA（千安）,mA（毫安）,μ A（微安）
（焦耳J）
1度=1kWh（1千瓦小时）=3.6 MJ
一台冰箱的压缩机功率为110W，若开停比为1:2（即 开机20分钟，停机40分钟），则一个月(以30天计)压缩机 耗电[ ]。
A.25kWh B.26.4kWh C.39.6kWh D.30kWh
12
电路元件
电容器
电池 线圈 晶体管
电阻器
运算放大器
7
实际方向与参考方向的关系:
实际方向与参考方向一致，电压值为正值； 实际方向与参考方向相反，电压值为负值。 例：
+ U –
a R b
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 。
8
3、电压与电流关联参考方向：
如果电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称之为 关联参考方向；参考方向相反，则为非关联参考方向。
1A=103mA=106μ A
5
问题：在电路中难于判断元件电流的实际方向，如何解决？
2、方向：
1）实际方向：规定为正电荷运动的方向。 2）参考方向：人为假定的电流方向。
实际方向与参考方向一致，电流值为正值； 实际方向与参考方向相反，电流值为负值。
例：
I
a R b
若 I = 5A， 则电流从 a 流向 b； 若 I = –5A， 则电流从 b 流向 a 。
电路的两个基本约束：
1、元件约束（电压、电流关系） 2、电路结构约束（KCL、KVL）
29
二、电路结构术语
1. 支路：电路中流过同一电流的每个分支称为支路。 (有源支路、无源支路) 2. 节点：三条或三条以上支路的连接点称为节点 。
节点
支路： cabd cd cefd (共3条） 节点：c、 d (共2个）
（2）在研究同一电路时，只能选取一个电位参考点。 10
三、电功率与电功
1. 电功率 单位时间 内电路吸 收或释放 的电能。 +
关联
–
非关联
U
–
I
R
U +
I
R
P UI
若 P > 0，电路实际吸收功率； 若 P < 0，电路实际发出功率。
P UI
11
2. 电功：电流所做的功。
W UIt
13
电阻器的色环表示法
四环 五环
有效
数字
倍 率 10n
误 差
有效 数字
倍 率 10n
误
差
黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银 0 1 2 误差: 1% 2 3 4 5 6 7 8 9 0.1 0.01
0.5 0.2 0.1
5 10
14
如电阻的4个色环颜色依次为： 绿、棕、金、金—— 表示5.1 5%的电阻 四环 五环
34
4、KVL推广应用
+ - + + u
us
RO
u1 -
u= us+u1
电路中任意两 点间的电压等于 这两点间沿任意 路径各段电压的 代数和。
可将该电路假想为一个回路列 KVL方程： A + + UA _ UAB _ _ UB + B C
根据 U = 0 UA UB UAB=0 UAB= UA UB
I1 I 2 I 3
或：
I 3 I1 I 2 0
31
例
如图,已知Ｉ１＝-５mA，Ｉ3＝8 mA，求电流Ｉ2 。
解: 根据标定电流的方向，应用基尔 霍夫电流定律列出电流方程：
I1 I 2 I 3
代入数据:
-5 + I2 = 8 求得 I2 = 13 mA
注意：1）电流流入还是流出节点是按电流的参考方向 来判断的。 2）电流数值本身具有正负。
35
支路电流法
支路电流法：以支路电流为变量、应用基尔霍夫定 律（KCL、KVL）列方程组求解各支路电流。 I1 a I3 R3 I2 R2 3 2
支路数 b = 3

U1
R1 1

U2
节点数 n = 2 回路数 = 3
b
网孔数 = 2 (b-n+1)
若用支路电流法求各支路电流应列出3个方程
+ E – b
a
IS R0
a
E
– + R0
a IS b
a
R0
R0
b
b
③ 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。 ④ 任何一个电动势 E 和某个电阻 R 串联的电路，都可化为一个电流 为 IS 的电流源和这个电阻并联的电路。
28
基尔霍夫定律 (Kirchhoff’s Law)
一、问题导入：
+ + --
有效 数字
倍 率 10n
误 差
有效 数字
倍 率 10n
误 差
如电阻的5个色环颜色依次为： 棕、绿、黑、金、红—— 表示 .0 2%的电阻 15
15
电阻——表征导体对电流阻碍能力的物理量。
单位：欧姆
符号：Ω，kΩ，MΩ
l R S
电阻的倒数叫做电导，用符号G表示。
单位：西门子 符号：S
1 G R
基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处 各支路电流间相互制约的关系。
32
2、基尔霍夫电流定律的扩展应用
I=? 基尔霍夫电流定律也可推广应用到广义节点，即 I=0 包含几个节点的闭合面。 R
广义节点
R
+
+ R
U1
+
R
_
_
U2
_
U3
I1 I 2 I 3
33
四、基尔霍夫电压定律（KVL)
I
+ U – R
(4)总电流等于各支路电流之和；并联电阻上电流 的分配与电阻成反比。 两电阻并联时的分流公式： R2 R1 I1 I I2 I R1 R2 R1 R2 5）电阻并联时总的功率等于各电阻吸收的功率之和。 应用：分流、调节电流等。
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理想电压源（恒压源） Us I US + U _
U
－
（a）电流源模型与外电路的连接
当 R0 时，实际的就成为理想电压源。
U I IS R0
实际工程中，当R0>> RL ， I IS ，可近似认为是理想电流源。
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特点：输出电流随外电路变化。
电压源、电流源的连接及等效变换 一、独立电源的串联和并联
1、电压源的串联
结论：当n个电压源串联时，其等效电压源的电压
+
-
或
Us
+
-
+ _
U RL
US
O 伏安特性 I
特点: (1) 内阻R0 = 0 (2) 输出电压是一定值，恒等于端电压，不随 外电路变化。对直流电压，有 U US 。 (3) 恒压源中的电流 I 由外电路决定。
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理想电流源（恒流源) I
IS + U _ IS RL O 特点: (1) 内阻R0 = ；
18
思考：家用电器，例如电灯、电视机、电冰箱等都是怎样 接在电路中的？测量电压的电压表是怎样接在电路中的?
二、电阻的并联
I
+
U –
I1
I2 R1 R2
特点: (1)各电阻首端连接在一起，尾端连接在一起；
(2)各电阻两端的电压相同；
(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；
1 1 1 R R1 R2
支路
节点
支路
支路
30
三、基尔霍夫电流定律（KCL）：
Kirchhoff’s Current Law
1、定义：集总参数电路中，在任意时刻，任意节点， 流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。 即： ∑I入=∑I出
若规定流出节点的电流为正，流入的为负，则KCL又 可表为： ∑I= 0 图中节点a的KCL方程为：
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欧姆定律
U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR
U I
R
U
– – 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。
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I
R
电阻的串、并联
思考：家用电器的开关和电器是怎样连接的?测量电流的电 流表是怎样接在电路中的?
一、电阻的串联
+ I + U1 – + U2 – R1 R2
U –
I
+ U – R
特点: 1)各电阻一个接一个地首尾依次相连； 2)各电阻中通过同一电流； 3)等效电阻等于各电阻之和； R =R1+R2 4)串联电阻上两端的电压与其阻值成正比； 两电阻串联时的分压公式： R2 R1 U2 U U1 U R1 R2 R1 R2 5）电阻串联时总的功率等于各电阻吸收消耗的功 率之和。 应用：降压、限流、调节电压等。
I
U
伏安特性
(2) 输出电流是一定值，不随外电路变化； I IS 。
(3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。
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常用实际电源
直流电源：干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳 压电源等。 交流电源: 交流发电机、电力系统提供的正弦交流 电源、交流稳压电源等。
一个实际电源可以用两种模型来表示。用电压的形 式表示称为电压源，用电流的形式表示称为电流源。
哪三个？ 36
注意：（1）必须指定电流参考方向，这样电流才有正或负之分。
（2）参考方向一经选定，分析过程中不应改变。
6
二、电压：
1、定义：电场力将单位正电荷从A点移动B点所做的功。
W U Q
直流电压
单位：V，KV，mV，μ V
2、方向：
1）实际方向：规定为从高电位指向低电位。 2）参考方向：任意假定的方向。