电路的基本概念和基本定律

Ubd=φb-φd=8-(-3)=11V
或 Ubd=φb-φd = φb -φa+φa - φd =Uba+Uad
而 Uba=φb-φa=8-10=-2V
Uad= φa -φd=10-(-3)=13V
故 Ubd =Uba+Uad=-2+13=11V
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电路基础
以上用两种思路计算所得结果完全相同， 由此可得出两 条重要结论：
电路基础
• 电压的方向
电路中，规定电位降低的方向为电压的实际方向。故电压 又称电位差或电压（位）降。与电流类似，也要给电压设参考 方向（参考极性）。
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电路基础
电压参考方向的三种表示方式：
(1) 用箭头表示
U
(2) 用正负极性表示
+
U
(3) 用双下标表示
A
UAB
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二、教学重点
1.电压、电流的参考方向 2.电阻元件和电源元件的特性 3.基尔霍夫定律
电路与磁路
三、教学内容
1.1 电路和电路模型
1.5 电压源与电流源
1.2 电流、电压及其参考方向 1.6 基尔霍夫定律
1.3 电功率与电能
1.7 用电位的概念分析电路
1.4 电阻元件
小结
电路基础
1.1 电路和电路模型
+
IS
US
–
电阻元件 只具耗能 的电特性
电感元件 只具有储 存磁能的
电特性
电容元件 只具有储 存电能的
电特性
理想电压源 输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定
理想电流源 输出电流恒定 ，两端电压由 它和负载共同 决定。
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性 单一、精确，可定量分析和计算。
何谓理想电路元件？ 其中“理想”二字在 实际电路的含义？
试述电路的功能？ 何谓“电路模 型”？
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电路基础
1.2 电流、电压及其参考方向
1.2.1 电流及其参考方向
• 电流的大小
从物理学得知，电荷的定向移动形成电流。电流既有大 小又有方向。大小用电流强度来度量，单位时间内通过导体横
1.1.1 电路的组成及其功能
• 电路的概念
由实际元器件构成的电流的通路称为电路。
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电路基础
• 电路的组成
电源
火线 零线
..
连接导线和其余 设备为中间环节
负载
电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。
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电路基础
• 电路的功能
电力系统中
电路可以实现电能的传输、分配和 转换。
c 20 a 5 d
求图示电路中 各点的电位:Va、 E1 Vb、Vc、Vd 。 140V
4A 6
6A
10A
E2
90V
解：
设 a为参考点， 即Va=0V Vb=Uba= –10×6= 60V Vc=Uca = 4×20 = 80 V Vd =Uda= 6×5 = 30 V Uab = 10×6 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V
图1.3 直流电流测试电路
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电路基础
例1.1 在图1.4中，各电流的参考方向已设定。已知I1=10A, I2=-2A, I3=8A。试确定I1、I2、I3的实际方向。
图1.4 例1.1图
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电路基础
解 ：I1>0, 故I1的实际方向与参考方向相同，I1由a点流向b点。 I2<0, 故I2的实际方向与参考方向相反，I2由b点流向c点。 I3>0, 故I3的实际方向与参考方向相同， I3由b点流向d点。
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电路基础
电路分析中常用的三种最基本的理想元件是： 表示将电能转换成热能的电阻元件； 表示电场现象的电容元件； 表示磁场现象的电感元件。 另外，还有电压源和电流源两种理想电源元件。 每一种理想元件都有各自严格的数学定义式和符号。
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电路基础
• 理想电路元件符号：
R
L
C
2.电位的表示：参考点在电路图中用符号“┷”表示。 某点的电位用φX来表示。
某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 3.电位与电压的关系：
两点间的电压就是该两点电位之差，电压的实际 方向是由高电位点指向低电位点，有时也将电压称为 电压降。
21
2020年5月24日星期日
电子技术中
电路可以实现电信号的传递、变换、 存储和处理。
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电路基础
1.1.2 理想电路元件
在一定条件下对实际电路元(器)件加以近似化，忽略其次 要性质，用一些足以表示实际电路元(器)件主要物理性质的模 型来代替实际电路元(器)件。
构成模型的元(器)件称为理想电路元件。
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电路基础
1.2.2 电压及其参考方向
• 电压的大小
从物理学中知道，电路中a、b两点的电压就是将单位正
电荷由a点移动到b点时电场力所做的功。电压用u表示， 即
u dw dq
（1-3）
在SI中，电压的单位为伏特(V)，实用中还有千伏(kV)、 毫伏(mV)和微伏(μV)等。
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电路基础
1.1.3 电路模型
开关 负 载
电 源
连接导线
实体电路
电源
中间环节
SI
R0
+
RL
_ US
电路模型
+
U
–
负载
用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际 的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。
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电路基础
电路由哪几部分 组成？各部分的 作用是什么？
I R1 A RP B
R2
– 12V
零电位参考点为+12V 电源的“–”端与–12V 电源的“+”端的联接处。
（2） VA = – IR1 +12 VB = IR2 – 12
当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电 流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。
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JJX
注意：（1）.电路中各点的电位值与参考点的选择有 关，当所选的参考点变动时，各点的电位值将随之变 动。
（2）.参考点一经选定，在电路分析和计算过程 中，不能随意更改。
（3）.在电路中不指定参考点而谈论各点的电位值是 没有意义的
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电路中电位的概念及计算
1. 电位的概念 电位：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。 某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算；
(3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。
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2. 举例
(1) 两点之间的电压等于这两点之间路径上的全部电压的 代数和；
(2) 计算两点间的电压与路径无关。
测Uab和Ubd的电压表应按图1.8(b)所示跨接在待测电压的两
端，其极性已标注在图上。
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电路基础
补充：电压、电位和电动势
电动势E只
存在电源内部 ，其数值反映 了电源力作功 的本领，方向 规定由电源负 极指向电源正 极
(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；
(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。
• 借助电位的概念可以简化电路作图
c 20 a 5
c 20 d
E1 140V
4A
6A
6 10A
b
+140V
E2 90V
5 d
+90V 6
并标明电流表极性。
(2) 求Uab和Ubd，若要测量这两个电压，问电压表如何连接?
并标明电压表极性。
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电路基础
图 1.8 例1.2图
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电路基础
解 (1) 电流表应按图1.8(b)所示串入所测支路，其极性如图中所 标注。
(2) Uab=φa-φb=10-8=2V
截面的电荷量称为电流强度， 用i表示，即
i=
dq dt
…… （1-1）
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电路基础
稳恒直流情况下
I=
Q t
…… （1-2）
国际单位制(SI)中， 电荷的单位是库仑(C)； 时间的单位 是秒(s)； 电流的单位是安培(A)， 实用中还有毫安(mA)和微
安(μA)等。
•单位换算 1A=103mA=106μA=109nA
性端和负极性端。
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电路基础
图 1.6 直流电压测试电路
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电路基础
电流的参考方向和电压的参考极性原则上可以各自独立设定。 但为了方便，通常采用关联参考方向，即电流从电压“+”极流 入，从“-”极流出（称两者参考方向一致），如图1.7(a) 所示。 图1.7(b)中两者参考方向不一致时，称为非关联参考方向。
B
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图 1.5 电压的参考方向 当电压的参考方向与实际方向相同时，电压为正；反之， 电压为负。如图1.5所示。
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电路基础
• 电压的测量
据电压的实际极性将直流电压表跨接在待测支路两端。如
图1.6所示，若Uab=10V，Ubc=-3V，测量这两个电压时应按图示
极性接入电压表。 电压表两旁标注的“+”、“-”号分别表示电压表的正极
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电路基础
• 电流的方向
实际方向：习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。 电路图上标示的电流方向为参考方向，参考方向是为列写 方程式提供依据的，实际方向根据计算结果来定。
图1.2 电流的参考方向
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电路基础
图1.2 电流的参考方向
结论：如果求出的电流值为正，说明参考方向与 实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。
b 设 b为参考点，即Vb=0V Va = Uab=10×6 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V
Vd = Udb =E2 = 90 V Uab = 10×6 = 60 V Ucb = E1 = 140 V
Udb = E2 = 90 V
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结论：
电路与磁路
第1章 电路的基本概念和基本定律
一、本章教学目的及要求
掌握电路模型，理解理想电路元件及其对实际电路理想化的 意义；掌握电流和电压的定义、单位、参考方向及其计算；掌握 关联参考方向的概念及其功率的计算；理解理想电阻元件及其欧 姆定律的应用；理解理想电压源及理想电流源的定义与性质。掌 握基尔霍夫定律的实质及KVL和KCL方程的列写方法。理解电位概 念及其计算方法；
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电路基础
注意：在今后分析计算电路时，无需考虑各电流、电压的 实际方向，只需在图中标(设)定它们的参考方向， 最终计算 结果的正、 负就反映了它们的实际方向。参考方向一经选定， 在整个分析计算过程中就必须以此为准而不能再变动。
2020/5/24
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电路基础
例1.2 在图1.8(a)中，各方框泛指元件。已知I1=3A, I2=2A, I3=-1A, φa=10V，φb=8V，φd=-3V。 (1) 欲验证I1、I3数值是否正确，问电流表在图中应如何连接?
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例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点
的电位VA
+6V
解: (1)当开Βιβλιοθήκη S断开时I1 2k电流 I1 = I2 = 0，
2k
电位 VA = 6V 。
S
I2 A
(2) 当开关闭合时,电路
(a)
如图（b）
电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。
2K
+ I1
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电路基础
电流参考方向的两种表示：
• 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。
i
A
B
• 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B。
A
iAB
B
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电路基础
• 电流的测量
在直流电路中，测量电流时，应根据电流的实际方向将电流 表串入待测支路中，如图1.3所示，电流表两旁标注的“+”、 “-”号为电流表的极性。
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电路基础
如果电压的大小和方向都不随时间变化，这样的电压叫做
直流电压，用U表示。引入电位概念以后，这样a、b两点的电
压可表示为
Uab=φa-φb
(1-4)
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2020年5月24日星期日
电位
JJX
1.电位的定义：在电路中任选一点为参考点，则某点到 参考点的电压就叫做这一点（相对与参考点）的电位。
6V –
2k
I2 A
电流在闭合
(b)
路径中流通
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例2：电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？画 电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向下滑 动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？
+12V
12V–
解：（1）电路如左图，
A R1 RP
B R2
–12V