第1章电路基本概念

放 大 器
扬声器
负载
直流电源
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动
电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
1. 2 电路模型
为了便于分析和用数学模型描述, 一般要将实际电路 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合 来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的 电路模型。
理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等。
●电容的功率和储能
功率：
du p ui u C dt
(1) 当电容充电， u>0，du/dt>0，则i>0， q ， p>0, 电容吸收功率。 (2) 当电容放电，u>0，du/dt<0，则i<0， q ，p<0, 电容发出功率.
电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电 场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路 ，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消 耗能量。
C i （1）i 的大小取决于 u 的变化率, 与 u 的大小无关，电容是动态元件；
＋
u
－
动态元件
dq(t ) du (t ) q(t ) C u (t ) i(t ) C dt dt
(2) 当 u 为常数(直流)时i =0。电容相当于开路， 电容 有隔断直流作用； (3) 实际电路中通过电容的 电流 i为有限值，则电容 电压u必定是时间的连续 函数.
例题 电压的方向
电压的参考方向：
复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别， 给实际电路问题的分析计算带来困难。在分析与计算电路时，要假 定一个方向-----参考方向。
●电压(降)的参考方向：假设的电压降低之方向
电压的参考方向用箭头（或+ / 号）在电路中标出。
u a + 或 a b -u b或 a uab b
用 u 或 U 表示， ab两点之间电压uab： uab va vb
Wa Wb dW q dq
电压 uab 表示单位正电荷从 a 点移动到 b点所失去的电位能，因此也常称为电压降。
实际电压方向
电位真正降低的方向
● 单位：V (伏)、kV、mV、V 1伏特 (V) = 1 焦耳 (J)/ 库仑(C)
电工电子技术基础
黄冈科技职业学院
主讲 张红旗
第一章 电路的基本概念及电路元件
本章在物理学的基础上，主要介绍 电路模型的概念、电路中的基本物理量 及其参考方向、电路的工作状态，还将 介绍无源电路元件、有源电路元件及其 特性。这些内容都是今后分析和计算电 路的基础。
主要内容
1.1 电路的作用与组成部分
1.2 电路模型
1.3 电路的基本物理量 1.4 电气设备的额定值
1.5 电路的工作状态
1.6 无源电路元件 1.7 有源电路元件
1.8 电路中电位的概念
1.1 电路的组成及其用
●电路的概念：
电路就是电流的通路，是为了某种需要由电气设备或 电路元件按一定方式组合而成。
●电路的种类（很多）：
(1) 提供能量的电路 ，如照明及动力系统的供电电路 (2) 传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路放大器 (3) 测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路 (4) 存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。
i=0
u = uOC P = 0 负载功率
开路电压
●短路工作状态 i
含源 电路 + _
u
ISC
电路外接端直接用导线连接，端口电压： u=0 （短路） 此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流， 记作： iSC 或 ISC 使用时要注意短路电流过大而损坏电路。 负载状态
●负载工作状态 i
1.4 电气设备的额定值



电气设备的额定值：电气设备的安全使用值 额定电流IN ：电气设备在长期连续运行或规定工作 制下允许通过的最大电流。 额定电压UN ： 根据电气设备所用绝缘材料的耐压 程度和容许温升等情况规定的正常工作电压。 额定功率PN ：电气设备在额定电压、额定电流下工 作时的功率。 额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量， 使用电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出 现不正常的情况和发生事故。 注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不 一定等于其额定值。
非线性电阻
O
i
当这条曲线是一条过原点的直线 时，称为线性电阻。（本课程中如
无特别声明电阻元件均指线性电阻。） R + R
电路符号
i
u
－
●线性电阻的特性u～i 关系： 满足欧姆定律
Ru i
u Ri
i u R Gu
(Ohm，欧姆)
单位： R 称为电阻，单位： (欧)
G 称为电导，单位： S(西门子) (Siemens，西门子)
电源: 电路中电能的来源，是
把非电能转化为电能的装臵。
如：蓄电池、干电池、火力电力发电机等 电灯 电动机 电炉 ...
发电机
升压 变压器
输电线
降压 变压器
中间环节：传递、分配和控制电能的作用
如：连接导线、开关、测量器件、控制器件保护器件等
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
● 能量：可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量：
WR pdξ uidξ Ri dξ 0
2 t0 t0 t0
t
t
t
二、电容元件 C (capacitor)
电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上的电荷 量 q 与两极板之间的电压 u 满足代数关系。用 q-u 平面上的一条曲线 fC(q, u)=0 描述。
“+”接线柱指向“-”接线柱
二、电压
电位：就是单位正电荷在电场(电路是电场的一种特殊形式。)中
某点所具有的电位能。
它表示外力将单位正电荷从某点移动到参考点（0电位）所作的功。
Wa 用 v 或 V 表示： a 点电位 va q
b 点电位 vb Wb
q
电压：就是电路（电场）中两点（如a与b）之间的电位差。
●负载工作状态续
+ E R0 I + U
E I R0 + R
① 电流的大小由负载决定。 负载端电压：U=RI或 U = E –
I
R IRo
当 R0<<R 时，则U E ，表 明当负载变化时，电源的端电 压变化不大，即带负载能力强。
② 在电源有内阻时，I U 。 UI = EI – I² Ro即：
（1）电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反 映了储能不能跃变；（2）电容储存的能量一定大于或等于零。
含源
u _ 电路 负载
+
电路外接一定负载，电路中有电流流 过，此时的状态称为负载状态。
对于确定的电路，电流的大小取决于负载的大小。
当电路中的i=IN，P=PN时，叫做“满载”（经济合理安全可靠）； 当电路中的i>IN，P>PN时，叫做“过载”； (设备易损坏) 当电路中的i<IN，P<PN时，叫做“欠载”。 (不经济) 一般来说电路不能工作在过载状态，但短时少量的过 载还是可以的，长时过载可能会引起事故的发生，是绝 不允许的。为保证电路安全工作，一般需在电路中接入 必要的过载保护装臵。
电荷的定向移动形成电流（用电流强度来描述）。
电流强度 单位时间内通过导体横截面的电荷量
Δq dq i (t ) lim Δt 0 Δt dt
def
dq 常数，表示直流。 dt dq i 随时间变化，表示交流 。 dt I
单位 A（安培）、kA、mA、A 1kA=103A
1 1 1 u (t ) i (t )dt i (t )dt + i (t )dt C C C0 1 u (0) + i (t )dt C0
记忆元 件
t
t
0
t
（ 1）当 u， i为非关联方向时，上述微分和积分 表达式前要冠以负号 ; （2）上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映 电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。
若U 0，则实际方向与参考方向 相同
若U 0，则实际方向与参考方向 相反
1.电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。 2.电压是一个相对量，与参考点的选取无关。 3.电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。
●电压的测量：
实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被 测支路并联。
P = PE – P
负载 取用 功率 电源 产生 功率
③ 电源输出的功率由负载决定。
内阻 负载大小的概念: 负载增加指负载取用的 消耗 功率 电流和功率增加(电压一定)。
1.6 无源电路元件
一、电阻元件R： 对电流呈现阻力的元件。（电阻元件的特性由
u
u-i 平面上的一条曲线表示，）
线性电阻元件
(1) 只适用于线性电阻，( R 为常数）
欧姆定律
(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号即：u –R i i –G u (3) 说明线性电阻是无记忆、双向性的元件
R u
● 功率
i
i
R
u
+
-
-
+
关联参考方向：p u i i2R u2 / R 上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。
iab A 参考方向 实际方向 B A iab 参考方向 实际方向 B
iab > 0，即iab为正值
iab < 0，即iab为负值
注意：在参考方向选定后,电流值才有正负之分。
电流的测量
实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。
电流表
+ _
i
被测支路 断开通路 串接电流表
电流的参考方向由电流表接线方式决定：
●实用电路举例：
(1) 实现电能的传输、分配与转换的电路
升压 变压器 输电线 降压 变压器 电灯 电动机电 炉 ...
发电机
(2)实现信号的传递与处理的电路
话筒
放 大 器
扬声器
无论电路有多复杂，它都由3部分组成： 电源（或信号源）、负载、中间环节。
●电路的组成部分：
负载:即用电设备。是将
电能转换为其他形式的能量
1安培 1库仑 / 1秒
1mA=10-3A 1 A=10-6A
方向
规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。
分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的，在分析 与计算电路时，要假定一个方向-----参考方向。
参考方向：任意假定的一个方向。分析电路时用箭头或双
下标来表示。
电流的参考方向与实际方向的关系：
+
U 关联参考方向
-
-
U 非关联参考方向
+Байду номын сангаас
i
＋
A U B
电压电流参考方向如图中所标，问：对A、 B两部分电路电压电流参考方向关联否？ 答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。
－
(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 (2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包 括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。 （3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。
+ I 开关 + U 导线 R 电珠 电池是电源元件，其参数为电动势
E 和内阻Ro；
E
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；
R0 干电 池
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。
1.3 电路的基本物理量
一.电流
电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等 。线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。
思考：有一盏白炽灯，标有220V，40W的字样，问：能否接到
380V和127V的电源上使用？若将它接到127V的电源上使用，其实 际功率是多少？
1.5 电路的工作状态
工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分为三种： 开路、短路、负载状态。
●开路工作状态
i + u 电路 =UOC_ 含源
电路外接端未接任何负载，端电流 i=0 （开路）。 此时，端口电压由电路内部电源与结构 决定，称为开路电压，记作uOC 或 UOC
+
被测 支路
电压的参考方向由电压表接线方式决定： “+”接线柱指向“”接线柱
电压表
_
●关联参考方向
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，都是人为假设出来的，两者之间没有实际联系。
为了分析方便，同一电路元件或电路部分，电压和电 流的参考方向采用一致的方向，称为关联参考方向。反之 称为非关联参考方向。 i i
+q -q
+ + + + + + + +
E
u
●电路符号
+q
-
- - - - - -
C
u
-q
当这条曲线是一条过原点的直线时， 称为线性电容。（本课程中如无特别
＋
单位
－
声明电容元件均指线性电容。）
C 称为电容器的电容, 单位：F (法) (Farad，法拉), 常用F，p F等表示。
●线性电容的电压、电流关系: