第一章 电路基础

第一章 电路的基础知识

本章主要讨论电路的基本模型、电路的基本物理量、电路的基本元件。引进了电流电压的参考方向的概念。应用欧姆定律、基尔霍夫两定律等对直流电路进行分析。这些内容是学习电工技术的基础。我们在分析时先从直流电路出发，得出一般规律，以后再将这些规律和论扩展到交流。

1．1 电路及其主要物理量

一、电路的基本概念 1．电路

电路是为实现和完成人们的某种需求，由电源、导线、开关、负载等电气设备或元器件组合起来，能使电流流通的整体。简单地说，就是电流流过的路径。

电路按其功能可分为两类：一类是为了实现电能的传输、分配和转换，例如电炉在电流通过时将电能转换成热能，这类电路称为电力电路。另一类是为了实现信号的传递和处理。例如电视机可将接收到的信号经过处理，转换成图像和声音，这类电路称为信号电路。 2．电路的组成

图1-1(a)是手电筒的实际电路，它由电池、电珠、开关和金属连片组成。当我们将手电筒的开关接通时，金属片把电池和电珠连接成通路，就有电流通过电珠，使电珠发光。这时电能转化为热能和光能。其中，电池是提供电能的器件，称为电源；电珠是用电器件，称为负载；金属连片相当于导线，它和开关是连接电源和负载，起传输和控制电能作用的，称为中间环节。

3．电路模型

实际电路中电气元件的品种繁多，在电路分析中为了简化分析和计算，通常在一定条

R L

(a)

实际电路

(b)电路原理图(c)电路模型

图1-1 手电筒电路

件下，突出实际电路元件的主要电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。例如用“电阻”这个理想的电路元件来代替电阻器、电阻炉、灯泡等消耗电能的实际元件，用内电阻和理想电压源相串联的理想元件组合来代替实际的电池等等。用一个理想电路元件或几个理想电路元件的组合来代替实际电路中的具体元件，称为实际电路的模型化。

在电路分析中，常用的理想电路元件只有几个，它们可以用来表征千万种实际器件。 由理想电路元件构成的电路称为电路模型。图1-1（c ）就是手电筒的电路模型，图中的负载电阻L R 和电源内阻0R 为理想电阻元件;图中的电源S U 为理想电压源.今后我们在电路分析中讨论的电路都是电路模型.电路模型虽然与实际电路的性能不完全一致,但在一定条件下,在工程上允许的近似范围内,实际电路的分析完全可以用电路模型代替,从而使电路的分析与计算得到简化。

二、电路的主要物理量

1．电流(I 、i)

电荷有规则的定向移动形成电流。计量电流大小的物理量是电流强度，简称电流，用符号()i t 或i 来表示。电流强度的数学定义是：单位时间内通过导体横截面的电荷量，即

q t

d i d =

（1-1）

在一般情况下电流强度是随时间而变的，如果电流强度不随时间而变，即q t d d =常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流，它所通过的路径就是直流电路。在直流电路中，式（1-1）可写成

Q

I t

=

（1-2） 我国法定计量单位是以国际单位制(SI)为基础的。它规定电流的单位是安培(Ａ)。计量微小

的电流时以毫安（mA ）或微安

（A μ）做单位，其换算关系是

361A=10mA 10A μ=。

习惯上，规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实际方向，。但在分析较为复杂的直流电路时，往往难于事先判断某支路中电流的实际方向；对于交

参考方向

实际方向

I a

b

(a)I>0

参考方向

实际方向a

b (b)I<0

图1-2 电流的参考方向与实际方向

流电流，其方向还不断改变，在电路图中很难表示它的实际方向。为此，在分析与计算电路时，常任意选定某一方向作为电流的方向，称正方向或参考方向，所选的电流参考方向并不一定与电流的实际方向一致，当电流实际方向与参考方向一致时，电流为正值；如果两者相反，则电流为负值，如图1-2所示。电流的参考方向除了用箭头表示外，还可用双下标的变量来表示，如ab i 表示参考方向由a 指向b 的电流。今后在电路中所标注的电流方向都是参考方向，不一定是电流的实际方向。在未标定参考方向的情况下，电流的正负值是毫无意义的。

2．电压(U 、u)

电压是衡量电场力做功能力的物理量。电路中a 、b 两点之间的电压，在数值上等于

单位正电荷受电场力作用从电路的点

a 移到点

b 所做的功。

大小和极性都不随时间而变的电压称为恒定电压或直流电压，直流电压用大写字母Ｕ表示。大小和极性都随时间变化的电压称为交流电压，交流电压用小写字母u 表示。

在国际单位制中，电压的单位为伏特（Ｖ），也可用千伏（k Ｖ）、毫伏

（mV ）和微伏（μＶ）表示，3361kV=10V , 1V=10mV=10V μ。

习惯上把电位降低的方向规定为电压的实际方向，用＋、—号表示，也可用箭头表示或用双下标的变量表示。计算较复杂的电路时，电压与电流一样，实际方向较难确定，因此也任意选定某一方向作为电压参考方向，当电压实际方向与参考方向一致时，电压为正值；如果两者相反，则电压为负值。如图1-3所示。

参考方向可用箭头表示，也可用双下标（如AB U ）

表示，也可用极性“＋”、“－”表示。“＋”表示高电位， “－”表示低电位。本书一般情况下采用极性表示法。

电压和电流的参考方向都是任意的，彼此可互相独立假设，但为方便起见，常采用关联参考方向，关联参考方向是指假定的电压正极到负极的方向也是假定电流的流动方向，即电流与电压降参考方向一致，U RI =。如图1-4所示。如电压与电流参考方向不一致，

参考方向实际方向U a

b

(a) U>0

参考方向

实际方向U a

b

(b)U<0

图1-3 电压的参考方向与实际方向

+--

（-）-）（+）（+

图1-4 关联参考方向

与非关联参考方向

R a b

(a)关联参考方向I

U

R a b

(b)非关联参考方向

I

U