《电工与电子技术》电路的基本概念和基本定律

第二节 电路的基本物理量
第二节 电路的基本物理量
第二节 电路的基本物理量
通常电业部门用kW·h（千瓦时）测量用户消耗的电能。1kW·h（或1度电）
是功率为1kW的元件在1h内消耗的电能，即1kW·h = 3 600 000 J。
电气设备或元件长期正常运行的电流容许值称为额定电流，其长期正常运
行的电压容许值称为额定电压，额定电压和额定电流的乘积称为额定功率。
反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电源电动势使电源两
端产生电压。电源电压在数值上与电源电动势相等。在电路中，电动势常用E
表示。单位是伏（V）。电路中，电压的实际方向定义为电场力推动正电荷移
动的方向，也就是电位降低的方向。可用极性“+”和“－”表示，其中“+”
表示高电位，“－”表示低电位。也可用一个箭头或双下标表示，如Uab表示
到另一点所做的功为1焦耳时，该两点间的电压为1伏特。常用的电压单位还有
千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。
第二节 电路的基本物理量
u ab

dw
dq
（1-4）
第二节 电路的基本物理量
电路中的电流和电压由电源电动势维持。电源电动势是指在电源内部，
非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷所做的功。电源电动势是
称模型化），即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，把
它近似地看作理想电路元件。由理想电路元件组成的与实际电路元件相对应
的电路，并用统一规定的符号表示而构成的电路，就是实际电路的电路模型，
它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。
第一节 实际电路和电路模型
理想电路元件（今后“理想”两字常略去不写）主要有理想电压源、理想
第三节 电阻元件和欧姆定律
2.电阻的选用
在生产实际中，利用导体对电流产生阻碍作用的特性而专门制造的
一些具有一定阻值的实体元件，称为电阻器。电阻器又简称电阻，这样，
电阻一词既表示元件，又表示一个物理量。
（1）电阻器的作用和分类
电阻器是一种耗能元件，在电路中用于控制电压、电流的大小，或
与电容器和电感器组成具有特殊功能的电路等。
果为负值，则电流的实际方向与参考方向相反。
图1-5 复杂电路（桥式电路）
第二节 电路的基本物理量
例如图1-6中，方框A与B均为对外引出两个端钮的所谓二端元件（电阻
元件、电感元件和电容元件均为无源二端元件）。图中用带箭头的线表
示电流的参考方向，用带箭头的虚线表示电流的实际方向。在图1-6（a）中
的参考方向下，通过元件A的电流为3A，说明实际电流的大小为3A，实际
为了适应不同电路和不同工作条件的需要，电阻器的品种规格很多，
可分为固定式和可变式两大类，图1-12（a）、（b）分别示出了固定式电阻
器和可变式电阻器的外形。固定式电阻器按其制造材料的不同，又可分为
金属绕线式和膜式两类。
第三节 电阻元件和欧姆定律
第三节 电阻元件和欧姆定律
（2）电阻器的主要参数
电阻器的参数很多，在实际应用中，一般应当考虑标称阻值、允许误差
和额定功率三项参数。
电阻器的标称阻值是指电阻器表面所标的阻值，它是按国家规定的阻值
系列标注的，因此，选用电阻器时，必须按国家对电阻器的标称阻值范围进行
选用。
电阻器的实际阻值并不完全与标称阻值相等，存在误差。实际阻值对于
标称值的最大允许偏差范围称为电阻器的允许误差。通用电阻的允许误差等级
为±5%、±10%、±20%。
二、电压
电压是电路中自由电荷定向移动形成电流的原因。在形成电流的过
程中，电场力推动电荷运动做功，电压就是用来表示电场力对电荷做功能
力的一个物理量，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从一点移动到另
一点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。
如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为恒定电压，简称为直
文字符号法是指将电阻器的主要参数用数字和文字符号直接在电
阻体表面上标注出来的方法。
色标法是用颜色表示电阻器的各种参数，并直接标示在产品上的
一种方法。它具有颜色醒目、标志清晰等特点，在国际上被广泛使用。
各种固定式电阻器色标如表1-2所示。
第三节 电阻元件和欧姆定律
表1-2 电阻值的色标符号
第三节 电阻元件和欧姆定律
3．能够掌握基尔霍夫定律、支路电流法、叠加定
理以及戴维宁定理和解题方法。
第一节 实际电路和电路模型
电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电气设备或器件按
一定方式组合起来的。实际电路是由各种作用不同的实际电路元件或
器件组成的，例如电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放
大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等。
元件名称
图形符号
元件名称
电阻
理想电压源
电感
理想电流源
电容
图形符号
第二节 电路的基本物理量
一、电流
电荷的定向移动形成电流。图1-3所示电路中，当合上开关时，在电源
电场力下就会有电荷定向移动形成电流。习惯上规定正电荷的移动方向为
电流的方向。电流的方向与带负电荷的电子运动方向相反。
流动方向不随时间变化的电流称为直流电流（DC），大小和方向随时
电位分别为Va和Vb，则Uab=Va-Vb，即两点间的电压就是这两点电位之差，所
以电压也称电位差。引入了电位的概念之后，就可以说电压的实际方向是由高
电位点指向低电位点，为此也常将电压称为电压降。
电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电压（或电位差）与
参考点的选择无关。
第二节 电路的基本物理量
一、实际电路
实际电路由电源、负载和中间环节三大部分组成。其中，电源的作用是为
电路提供能量，例如利用发电机将机械能或核能转化为电能，利用蓄电池将化
学能转化为电能等；负载的作用是将电能转化为其他形式的能量加以利用，例
如利用电动机将电能转化为机械能，利用电炉将电能转化为热能，利用电灯将
电能转化为光能等；中间环节则起连接电源和负载的作用，包括导线、开关、
电流源、电阻元件、电感元件和电容元件等。前两种元件为电路提供能量，称
为有源元件；后三种元件称为无源元件。这些元件的电磁性质分别由相应的参
数来表征。例如图1-1中，其实际电路元件有干电池、灯泡、开关和金属筒体。
其中干电池既对外提供电压，内部也有电阻消耗能量，把它近似地看作理想电
源元件，其电磁参数为理想电压源 U 和内阻 R ；灯泡看作电阻元件，其参数为
方向由a到b，与参考方向相同。在图1-8（b）中的参考方向下，元件B两端的
电压为－4V，表示元件B两端实际电压的大小为4V，方向由b到a，与参考方
向相反。
第二节 电路的基本物理量
图1-8 电压的参考方向与实际方向
在分析电路时，电路图上标出的电压方向一般都是参考方向。当电流、
电压的参考方向一致时，称为关联方向，见图1-8（a）；否则为非关联方
电阻器的色环通常有四道，其中前三道相距较近，作为电阻值标注；另一
道距前三道较远，作为误差标注，如图1-13所示。
（b）所示。
第二节 电路的基本物理量
图1-4 直流电流与交流电流
第二节 电路的基本物理量
1kA=1000A，1A=1000mA，1mA=1000μA
第二节 电路的基本物理量
第二节 电路的基本物理量
分析简单电路时，可由电源的极性判断电路中电流的实际方向。例如图13中，可以直接判断电流的方向，即在电源内部电流由负极流向正极，而在电
电路的基本概念和基本定律
第一节 实际电路和电路模型
第二节 电路的基本物理量
第三节 电阻元件和欧姆定律
第四节 电压源和电流源
第五节 电路的三种工作状态
第六节 基尔霍夫定律
第七节 复杂电路的分析与计算方法
电路的基本概念和基本定律
1．了解实际电路和电路模型、电路的基本元件。
2．掌握电路的基本物理量，欧姆定律。
流电压，用大写字母U表示。如果电压的大小及方向随时间变化，则称为交流
电压。对电路分析来说，一种最为重要的交流电压是正弦交流电压，其大小及
方向均随时间按正弦规律作周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母u或
u(t)表示。在电路中提供电压的装置是电源。
电压的单位是伏特，简称伏（V）。规定电场力把1库伦的正电荷从一点移
电阻R；金属筒体和开关是连接干电池与灯泡的中间环节，其电阻忽略不计，
看作无电阻的理想导体。据此可以画出手电筒的电路模型如图1-3所示。
S
S
图1-3 手电筒的电路模型
第一节 实际电路和电路模型
在电路图中，各种电路元件用规定的图形符号表示。表1-1所列的是常用的几
种理想电路元件及其图形符号。
表1-1 常用的几种理想电路元件及其图形符号
泡，灯泡将电能转化为光能。另一个是实现信号的传递和处理。如图1-2
所示扩音器工作示意图中，话筒将语言或音乐转换为电信号（即相应的电
压和电流），经过放大处理后，通过电路传递给扬声器，再由扬声器把电
信号还原为语言或音乐。
第一节 实际电路和电路模型
图1-2 扩音器工作示意图
二、电路模型
为了便于对实际电路进行分析和数学描述，将实际电路元件理想化（或
熔断器、继电器等器件。图1-1所示手电筒实际电路中，干电池是电源，灯泡是
负载，金属筒体（充当连接导线）和开关作为中间环节将灯泡和电池连接起来。
第一节 实际电路和电路模型
图1-1 手电筒实际电路图
实际电路的结构形式多种多样，而它的作用可以概括为两个方面，一
个是实现电能的传输和转换。如图1-1中，电池通过导线将电能传递给灯
方向与参考方向相同。在图1-6（b）中的参考方向下，通过元件B的电流为
－2A，说明实际电流的大小为2A，实际方向与参考方向相反。
图1-6 电流的实际方向和参考方向
在分析电路时，电路图中标出的电流方向一般都指参考方向。电流的方
向一般用箭头表示，也可用双下标表示，如表示电流方向由a到b。
第二节 电路的基本物理量
间作周期性变化的电流称为交流电流（AC）。但是，通常所说的直流电
流指的是大小和方向都不随时间变化的恒定电流，用大写字母I表示（注：
国家标准规定，不随时间变化的物理量用大写字母表示，随时间变化的物
理量用小写字母表示），如图1-4（a）所示；通常所说的交流电流则指的
是按正弦规律变化的正弦电流，用小写字母i或i(t)表示其瞬时值，如图1-4
源外部电流则由正极流向负极，以形成一闭合回路。但在分析复杂电路时，
往往难以直接判断出电流的实际方向（例如图1-5所示桥式电路中，电阻R5的
电流实际方向有时就难以直接判定），而是先任意假定一个方向作为电流的
参考方向（例如图1-5中用实线箭头表示的I5）。在参考方向下，通过分析和
计算电路解得的电流如果为正值，表明电流的实际方向与参考方向相同；如
电压的方向为由点a到点b。电源电动势的实际方向规定为从电源内部的“－”
极指向“+”极，即电位升高的方向。
同电流一样，分析电路时也需先假定电压的参考方向。选定电压的参考
方向后，经分析计算得到的电压值也是有正负之分的代数量。在图1-8（a）中
的参考方向下，元件A两端的电压为4V，表示元件A两端实际电压的大小为4V，
通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌上。如一白炽灯上标有
“220V40W”，表示它的额定电压为220V，额定功率为40W。如果通过实际元
件的电流过大，会导致元件温度升高使元件的绝缘材料损坏，甚至使导体熔
化；如果电压过大，会击穿绝缘体。所以，必须对电压和电流加以限制。
第三节 电阻元件和欧姆定律
一、电阻元件
电阻元件是耗能的理想元件，如电炉、白炽灯等。用来描述电阻元
件特性的基本参数称为电阻。
1.电阻
电流通过导体时要受到阻碍作用，反映这种阻碍作用的物理量称为电
阻，用R表示。在电路图中常用理想电阻元件来反映导体对电流的这种阻碍
作用。电阻元件的图形符号如图1-11所示。
图1-11 电阻元件的图形符号
第三节 电阻元件和欧姆定律
电阻器的标称功率也称为额定功率，它是指在规定的气压、温度条件下，
电阻器长期连续工作所允许消耗的最大功率。一般情况下，所选用电阻器的额
定功率应大于实际消耗功率的两倍左右，以保证电阻器的可靠工作。
第三节 电阻元件和欧姆定律
（3）电阻器的标注方法
标称阻值、允许误差、额定功率等电阻器的参数一般都标注在电
阻体的表面上。电阻器的标注方法常用文字符号法和色标法两种。
向，见图1-8（b）。
第二节 电路的基本物理量
在电路中任意选定一点作为参考点（即零电位点），则电路中某一点与参
考点之间的电压即为该点的电位，也就是该点对参考点所具有的电位能。参考
点的电位为零可用符号“⊥”表示。某点的电位用V加下标表示（例如，Va表
示a点的电位），单位与电压相同，用伏特（V）表示。如果电路中a、b两点的