wh01(完整版)电路基础

若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
A
IR
R
B
E1
E2
（1-13）
参考方向的表示方法
正负号 a
+
u _ b
电流：
电压
箭
头 a
u b
I
双下标
Uab（高电位在前，
低电位在后）
+
R
-
（1-14）
Notice 实际正方向： 物理中对电量规定的方向。 参考方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。
如：一个灯泡的额定电压是220V，功率是60W
电气设备的三种运行状态:
额定工作状态： I = IN ， P = PN 过载(超载)： I > IN ，P > PN
额定值
(经济合理安全可靠)
(设备易损坏)
欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不能充分的利用设备的能力)
（1-34）
例：一只220V,60W的白炽灯, 接在220V的电源上，求 通过电灯的电流和电灯此时的电阻。如果每晚工作 3h(小时)，问一个月消耗多少电能? 解: 通过电灯的电流为
回路：电路中任一闭合路径
（1-42）
支路、结点、回路
R1 + R3 R5 + uS2 _
uS1 _
R2
R4
支路数 b=5 结点数 n=3
回路数
l =6
（1-43）
一、基尔霍夫电流定律(KCL)
对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于 由结点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个结 点上电流的代数和为 0。 即： I =0 例
a
I
U
b
U 、 I 参考方向相反 ―――→ P = UI < 0
（1-29）
例：判断方框内电路中起什么作用（是电源还是负载）？ A、Uab = 3V，E= 5V B、Uab = 5V，E= 3V
I
A: R
a
2Ω
+
E
Uab b
I a Uab b
解： I E U ab
R
0
电源
-
电流从正端流出
（1-8）
例： 手电筒的电路模型
（1-9）
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；
+ E – Ro 电池
开关 I S + U –
灯泡 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。
电能的装置 升压 变压器 输电线 降压 变压器
负载: 取用
电能的装置 电灯 电动机 电炉 ...
发电机
中间环节：传递、分
配和控制电能的作用
（1-4）
信号源:
提供信息
信号处理：
放大、调谐、检波等
话筒 直流电源:
提供能源
放 大 器
扬声器 负载
直流电源
（1-5）
激励：电路中的电源或信号源的电压或电流
激励在电路中各部分产生的电压或电流 响应：
解： ∵ P = I2 R
∴ I = ( P / R) = ( 5 / 500 ) = 0.1A U = IR =500 x 0.1 = 50V
在实际使用中选择电阻时，不但应考虑其电阻阻值，
还应考虑其电流，电压等因素！
0.5
0.5
P18：例1.5.3
（1-36）
1.5.2 电源开路
开关断开 特征: I=0 U = U0 = E P= 0 E
B:
R E
2Ω
+
E U ab I R
电流从正端流入
0
负载
（1-30）
-
练习：已知U = 220V, I = -1A， 试问各元件为负载？还是为电源? I
电源
负载
负载
电源
P20 题 1.5.4（1-31）
例：电路如图所示，试求电源的功率， 并说明其为电源还是负载。 解： 2A：P = IU = 20W I
电流从实际的“+”端流 电流从实际的“+”端流出 入 取关联参考方向―→ P = UI P > 0 ―→ 负载
P < 0 ―→ 电源 功率：P = ︱U I︱取正值即可
（1-33）
额定值和实际值
额定值： UN、IN、PN
常标于铭牌或其它说明中，产品在给定条件下 正常运行的允许值。
实际值：使用时的具体数值
（1-38）
例：若电源的开路电压Uo =12V，短路电流Is=30A，试问 电源的电动势和内阻各为多少？
I
解：
E = Uo = 12V
R0 = E / Is
+
+ U0 -
E
R0
= 12 / 30 = 0.4Ω
此题给出了计算电动势和内阻的一种方法
P19：例1.5.4
（1-39）
练习：
1：试问可否将110Ｖ100W和110V40W的两只白 炽灯串联在220V的电源上使用？
P14 题 1.4.2 （ b ） （ 1-24 ）
1.5 电源有载工作、开路与短路
1.5.1 电源有载工作
E +
E I R0 R
I
开关闭合, 接通电源与负载
电压电流关系 负载端电压 U E
–
R0
R
U = IR 或 U = E – IR0 在电源有内阻时 I U
电源内阻越小，当电流有变动时，电源端 电压变动不大--- 带负载能力强。
（1-15）
例：试判别电流、电压的实际方向 I R a b Uab = +3V I = -1A
a
b
R
a
+
U
-
R
b
U = -3V
（1-16）
关联参考方向
某元件上电流的参考方向与电压的参考方向一致， 称为关联参考方向
i
元件 + u _
（1-19）
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时 + U、I 参考方向相反时 + U R


I
U0
Ro
R
1. 开路处的电流等于零 2. 开路处的电压 等于电源电动势 ( 开路电压或空载电压 ) 3.电源不输出功率
（1-37）
1.5.3
电源短路
E

I R
电源外部端子被短接
Ro
特征: E I IS 短路电流（很大） R0 U= 0 电源端电压 P= 0 负载功率 PE = P = I² R0 电源产生的能量全被内阻消耗掉
基尔霍夫电流定律的扩展
KCL可以扩展到电路的任意封闭面!
例 例
I1
I=?
R R
I2 I3
+
_ E1
+ R
_ E2
+ R1
_ E3
I1+ I2=I3
I=0
（1-46）
二、基尔霍夫电压定律(KVL)
对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其 电位升等于电位降。 或电压的代数和为 0。
U 0
例如： 回路 a-d-c-a
（1-48）
例：已知 UAB = 5V，UBC= -4V，UDA= -3V 试求 UCD = ？UCA = ？ 解： A+ UAB B _
第一章 电路的基本概念和 基本定律
（1-0）
第一章 电路的基本概念 和基本定律
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 电路的作用与组成部分 电路模型 电压和电流的参考方向 欧姆定律 电源有载工作、开路与短路 基尔霍夫定律 电路中电位的概念及计算
（1-1）
§1.1 电路的作用与组成部分
电路：电流的通路。它由电工设备
或元件按一定方式组合而成。
（1-2）
强电电路
电路的作用
(1) 实现电能的传输、分配与转换
发电机 升压 变压器 输电线 降压 变压器
电力电路
电灯 电动机 电炉 ...
(2)实现信号的传递与处理
话筒 放大 器 扬声器 电子电路 弱电电路
（1-3）
电路的组成部分
电源: 提供
电路分析：
在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路 的激励与响应的关系。
（1-6）
1. 2 电路模型
用理想电路元件或它们的组合来模拟实际电路
具有某种确定的电磁性质的假想元件 电阻元件 电感元件 电容元件 电源元件
实际元件理想化，是在一定条件下突出其主要的电 磁性质，忽略其次要因素。
（1-7）
常用理想元件符号
导线
手电筒的电路模型
（1-10）
§1.3 电压和电流的参考方向
物理量的实际正方向
物理量 电流 I 单位 实际正方向 A、kA、mA、 正电荷移动的方向 μA 电动势 E V、kV、mV、 电源驱动正电荷的方向 μV (低电位 高电位) 电压 U V、kV、mV、 μV
电位降落的方向 (高电位 低电位)
2：试问将40Ω10W和200Ω20W的两只电阻串联 使用，其两端最高允许电压应多大？
3：据日常观察，电灯在深夜要比黄昏时亮一些， 为什么？
（1-41）
§1.6 基尔霍夫定律
用来描述电路中各部分电压或电流间的关系，
包括电流(KCL)和电压(KVL)两个定律。
名 词
支路：电路中每一个分支 每条支路流过一个电流，称为支路电流 结点：三个或三个以上支路的联结点
U
–
I
R
I
–
U = – IR
U=IR
（1-20）
欧姆定律
U IR
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。 用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向! 电路分析中尽可能采用关联参考方向
（1-21）
例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R + + I I U U 电压与电流参 R 6V 2A R 6V 考方向相同 –2A – – (a) (b) 解: 对图(a)有, U = IR
P 60 I A 0.273A U 220
在220V电压下工作时的电阻
U 220 R 806 I 0.273
一个月用电:
W = Pt = 60W(3 30) h =5.4kW. h
P17：例1.5.2
（1-35）
例：有一额定值为5W 500Ω 的绕线电阻，其额定电流 是多少？在使用时电压不得超过多大的数值？
U 6 所以 : R 3Ω I 2
对图(b)有, U = – IR
电流的参考方向 与实际方向相反
U 6 所以 : R 3Ω I 2
（1-22）
电阻 R
线 性 电 阻 非 线 性 电 阻
（常用单位：、k、M ）
i u i u
伏安特性
i
Ru i const
电源的外特性
负载大小的概念:
0
I
负载增加指负载取用的电流和功率增加*
（1-25）
功率与功率平衡 功率的概念
P UI
R
a
b
I
U
如果U I方向不一 致结果如何？
（1-26）
功率与功率平衡
I E +
负载端电压
U = E – IRo UI = EI – I2Ro P = PE – P
负载取 用功率 电源产 生功率 内阻消 耗功率
+ 10V 2A 3A
+
+
电流由“+”流入---负
载 3A：-电
-
-
源 10V：P = IU = 10W 电流由“+”流入---负载
（1-32）
电源与负载的判别小结
负载：取用功率 U 和 I 的实际方向相同 电源：产生功率 U 和 I 的实际方向相反
–
R0
R
P16 例1.5.1
（1-27）
电源与负载的判别
电源：U 和 I 的实际方向相反，即电流从实 际的“+”端流出，发出功率。 U 、 I 参考方向一致 ―――→ P = UI < 0
I a
+
-
U b
U 、 I 参考方向相反 ―――→ P = UI > 0
（1-28）
电源与负载的判别
负载：U 和 I 的实际方向相同，即电流从实 际的“+”端流入，发出功率。 U 、 I 参考方向一致 ―――→ P = UI > 0 R
Ru i const
（1-23）
u
R
练习 I1= 2A a 5Ω 5Ω 5Ω I2= -1A I3= -3A c
Uab = ?
Ubc = ? Uca = ?
U ab I1 5 I 2 5 5V
U bc ( I 2 5) ( I 3 5)
b
20V
U ca I 3 5 (I1 5) 25V
（1-11）
参考方向--电路分析中的假设正方向
问题的提出：
在复杂电路中难于判断元件中物理量，如何求解？
电流方向 AB？ 电流方向 BA？
A
IR R
B
E1
E2
（1-12）
解决方法: (1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式； (3) 根据计算结果确定实际方向：
I 4 R4 I5 R5 E3 E4 I3 R3
电位升 或： 电位降
I 4 R4 E4 I5 R5 I3 R3 E3 0
（1-47）
基尔霍夫电压定律也适合开口电路
例
a
E + _ R I b
E Uab I R
电位升 电位降
Uab
Uab I R E 0 Uab E I R
I2
I1
I1 I 3 I 2 I 4
I3
或：
I4
I1 I3 I 2 I 4 0
基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性
（1-44）
KCL的应用—漏电保护器
Ii
~220V
S
漏电 保护器 电器
Ir
IO
S
Ii ≠IO时， 表明有漏电出现 开关S立刻打开， 起到漏电保护的作用。
（1-45）