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1、電路基本概念第1頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五第1 章 電路基本概念2本章要點 1.電路和電路模型。 2.電路中的基本物理量，電壓、電流、功率與電能。 3.電路中常見的負(fù)載元件，電阻、電感與電容。 4.電源元件，電壓源與電流源。本章重點難點 1.電壓、電流的實際方向與參考方向的關(guān)系。 2.基本物理量的計算。第2頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.1 電路和電路模型31.1.1 電路 電路，簡單地說就是電流流通的路徑。是由各種電器元件按照一定方式連接而成的。 實際的電路分成3部分：電源、負(fù)載（用電器）和中間環(huán)節(jié)。圖1-1 手電筒的實際電路返回第3

2、頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.1.2 電路模型4 為了便于對實際電路進(jìn)行分析和計算，需要將電路元件理想化，即在一定條件下，忽略掉電路元件次要的電磁性質(zhì)，用能代表其主要電磁特性的理想模型來描述。 電路中常見的理想元件有：理想電壓源元件、理想電阻元件、理想電容元件和理想電感元件。電阻、電容和電感均為零的理想導(dǎo)線也可以看做是一種廣義理想元件。圖 1-2 理想元件的圖形符號第4頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.1.2 電路模型5 在電路模型中，電池在對外提供電能的同時，內(nèi)部也消耗一部分電能，所以用一個理想電壓源US和一個內(nèi)電阻R0串聯(lián)來表征；電燈

3、泡用一個負(fù)載電阻RL表示；開關(guān)用S表示；把全部的元件用導(dǎo)線連接在一起。圖1-3 手電筒的電路模型第5頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.2 電路的基本物理量 6 為了定量地描述電路的性能及作用，引入一些物理量作為電路變量來描述，電路分析的任務(wù)就是求解這些變量。描述電路的變量最常用到的是電流、電壓、功率和電能。 1.2.1 電流 電路中帶電粒子在電源作用下的有規(guī)則移動形成電流。 單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量定義為電流強(qiáng)度，簡稱電流。用以衡量電流的大小，用符號i 表示，即返回第6頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.2.1 電流7 在國際單位制（SI

4、制）中，電流的單位是安培（A），常用單位還有毫安（mA）和微安（A）。單位換算關(guān)系為 如果電流的大小和方向不隨時間變化，則這種電流叫做恒定電流，簡稱直流（DC ），用符號I表示。如果電流的大小和方向都隨時間變化，則稱為交變電流，簡稱交流（AC ），用符號i表示。圖1-4 直流、交流電流波形第7頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.2.1 電流8 在分析電路時，通常不能確定實際的電流方向，但為了列寫與電流有關(guān)的表達(dá)式，必須預(yù)先任意假定電流的方向，稱為電流的參考方向。 （a）I0時 (b) I0時 （b）U0時圖1-7 電壓參考極性與實際極性關(guān)系第11頁，共55頁，2022年

5、，5月20日，7點48分，星期五1.電壓12 某一元件的電壓參考方向（由“+”指向“”）與電流的參考方向（箭頭指向）一致，稱為電壓與電流的參考方向是關(guān)聯(lián)的，此時電壓與電流的參考方向叫做取關(guān)聯(lián)參考方向； 否則，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。（a） 關(guān)聯(lián)參考方向 （b）非關(guān)聯(lián)參考方向圖1-8 電壓電流的關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向第12頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.電位13 電位也是電路分析中的一個重要概念，若在電路中任選一點作為參考點，則電路中某點的電位就是該點到參考點的電壓，規(guī)定參考點的電位為零。 電位符號V 表示。 例如，選擇o點為參考點，并令其電位為零。把a(bǔ)點、b點的電位分別記

6、作Va、Vb，顯然存在 Va=Uao=Va-Vo Vb=Ubo=Vb-Vo Uab=Va-Vb 注意：電壓等于電位差。圖1-9 電位與電壓的關(guān)系第13頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五14【例1-1】 電路如圖1-10（b）所示，已知+Us=3V，Vb=1V，計算電阻R2的電壓Uab。解：電壓等于電位差。由電路可知，Va=+Us= 3V， Uab=Va-Vb=3V-1V=2V。（a） 一般畫法 （b）簡化畫法 圖1-10 電子電路圖第14頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.2.3 電功率和電能15 1.電功率 在電路分析中，電功率是標(biāo)志電路電能轉(zhuǎn)換

7、的快慢的一個物理量。通常把單位時間內(nèi)元件吸收或發(fā)出的電能稱為電功率，簡稱功率，用p表示，即 在SI制中，單位是瓦特（W），還有千瓦（kW）、毫瓦（mW）。 單位換算關(guān)系為1kW=103W ， 1W=103mW第15頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.電功率16 在直流電路中，當(dāng)電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，功率表達(dá)式為 P=UI 當(dāng)取非關(guān)聯(lián)參考方向時， P=-UI 如果P0，表示該元件實際吸收電能； 當(dāng)P0時，表示該元件實際發(fā)出電能。計算元件功率步驟：(1)判斷元器件的參考方向是否關(guān)聯(lián)。(2)根據(jù)參考方向關(guān)聯(lián)與否選擇不同的計算公式。(3)代入公式計算功率值。(4)根據(jù)正負(fù)

8、值，判斷元件吸收電能或發(fā)出電能。第16頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五17 解：由電路可知，電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向，有 p=ui=12(-3)W= - 36W 因為p0，所以元件不是吸收電能而發(fā)出電能，相當(dāng)于電源。 【例1-2】 電路如圖1-11所示，u=12V，i= 3A，計算元件的功率。圖1-11 例1-2元件的功率第17頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.電能18 電能是表示電流做多少功的物理量，在時間t1到t2期間，元件吸收的電能為 直流時為 W= UI(t2-t1)= P(t2-t1) 電能單位為焦耳(J)，時間的單位為秒(s)。 若

9、W0，該元件為有源元件，否則為無源元件。在實際生活中，用千瓦小時(kWh)作電能的單位。 1千瓦時（俗稱1度電）是功率為1千瓦的用電設(shè)備在1小時內(nèi)所消耗的電能。 第18頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五19 【例1-3】 汽車照明用12V蓄電池為60W車燈供電，若蓄電池的額定值為100Ah (安時)，求蓄電池的放電電流及儲存的能量。解：放電電流為 100Ah (安培小時)表明提供5A可使用20h，因此儲存能量為第19頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.3 電路理想負(fù)載元件20 電工和電子電路中常見的理想的負(fù)載元件有電阻元件、電容元件和電感元件。 電

10、阻元件把電能轉(zhuǎn)化為熱能是一種耗能元件。 電容元件和電感元件分別把電能轉(zhuǎn)化為電場能和磁場能保存起來，屬于儲能元件。 本節(jié)主要研究各元件的端電壓與端電流的關(guān)系，這種關(guān)系稱為元件的伏安關(guān)系(約束條件)。是元件本身固有的特性，不隨電路結(jié)構(gòu)變化而改變。返回第20頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.3.1 電阻元件21 1.電阻元件的概念 電阻元件由對電流阻礙作用較大的材質(zhì)構(gòu)成，電阻器在電路中要消耗電能，所以也稱為耗能元件。電阻器文字符號用R表示。 在SI制中，電阻的單位為歐姆（），常用的單位還有千歐（k）、兆歐（M）。單位換算關(guān)系為 1M=103k ， 1k=103電阻的倒數(shù)稱為

11、電導(dǎo)，用G表示。電導(dǎo)的國際單位是西門子（S），簡稱西。第21頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.電阻元件的伏安關(guān)系22 若電阻元件的電壓、電流的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向電阻元件的伏安關(guān)系滿足歐姆定律，即 U=RI 若電阻元件的電壓、電流的參考方向為非關(guān)聯(lián)方向，電阻元件的伏安關(guān)系應(yīng)為 U= RI（a）關(guān)聯(lián)參考方向 （b）非關(guān)聯(lián)參考方向 （c）伏安特性曲線圖1-12 電阻的伏安關(guān)系第22頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五3.電阻元件的耗能23【例1-4】電路如圖所示，試求圖中的電流I、電壓U及電阻R消耗的功率P，其中R=5。（a）關(guān)聯(lián)參考方向 （b ）非

12、關(guān)聯(lián)參考方向圖1-13 例1-4圖第23頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五24 解：（1）在圖（a）中，電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，所以 P=UI=102=20W （2）在圖（b）中，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，所以U= RI= 55= 25V（a）關(guān)聯(lián)參考方向 （b ）非關(guān)聯(lián)參考方向第24頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五25【例1-5】照明電路如圖所示，普通白熾燈泡標(biāo)有220V/100W，用于在額定電壓下照明10小時，試計算消耗多少電能。 解：根據(jù)公式 W=Pt=100103600=3.6106J =1kWh消耗電能3.6106J（1kWh），即一

13、度電。第25頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五4.電阻元件的應(yīng)用26 電阻元件在日常生活中應(yīng)用的最多，白熾燈泡的燈絲就是一種特殊的電阻，當(dāng)電流通過燈絲時，就會把電能轉(zhuǎn)化為光能和熱能。 電磁爐中貼近面板有一個熱敏電阻，用于感知電磁爐的溫度，將溫度傳給自動處理系統(tǒng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 電阻可以分為固定電阻、可變電阻和特種電阻。 固定電阻按照材料可以分為碳膜電阻、金屬氧化膜電阻、線繞電阻等。第26頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五27（a）碳膜電阻 （b）金屬膜電阻 （c）線繞電阻圖1-15 常見的固定電阻（a）音量調(diào)節(jié)（b）圖像亮度調(diào)節(jié)（c）對比度調(diào)節(jié)圖1-1

14、6 常見的電位器第27頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五28 常見的特種電阻有:熱敏電阻器、光敏電阻器、壓敏電阻器和濕敏電阻器。 熱敏電阻可以感知環(huán)境溫度；光敏電阻可以感知環(huán)境的光線；壓敏電阻感知加載它兩端的電壓；濕敏電阻感知空氣中的濕度，通過電流的方式反饋給控制電路，從而進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。4.電阻元件的應(yīng)用（a）光敏電阻（b）熱敏電阻（c）壓敏電阻（d）濕敏電阻圖1-17 常見的特種電阻第28頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.3.2 電容元件29 1.電容元件的概念 電容元件由相互絕緣的兩個極板構(gòu)成。 當(dāng)電容兩端加有一定電壓時，在電容器的兩個極板

15、上就會聚集大量電荷，在極板間形成一個電場，從而將電能轉(zhuǎn)化為電場能存儲起來。 當(dāng)電容兩端電壓降低或撤走時，電容的電場能會轉(zhuǎn)化為電能釋放出來，因此電容元件時一個儲能元件，理想的電容元件只存儲電能，不消耗電能。 電容所帶電量q與端電壓u的比值叫做電容元件的電容值，簡稱電容，用C表示。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.電容元件的概念30 電容C是衡量電容元件儲存電荷本領(lǐng)大小的參數(shù)，其大小完全由電容器本身決定，與所帶電量的多少無關(guān)。 在SI制中，電容的基本單位為法拉(F)，簡稱法。法拉單位太大，常用單位是微法(F)和皮法(pF)。 單位換算關(guān)系為第30頁，共55頁，202

16、2年，5月20日，7點48分，星期五2.電容元件的伏安關(guān)系31 圖1-18 電容的伏安關(guān)系 （關(guān)聯(lián)參考方向） 當(dāng)電容的電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，由電容元件的端電壓與電流關(guān)系為 若選電壓、電流參考方向為非關(guān)聯(lián)時，則其伏安關(guān)系為第31頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五3.電容元件的儲能（電場能）32 在直流電路中，電容電壓保持不變，流經(jīng)電容的電流為零，因此相當(dāng)于開路。在關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的電功率為 電容元件從u(t0)=0增大到u(t)時，總共吸收的能量，即這時電容儲存的電場能量為第32頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五4.電容元件的應(yīng)用33

17、 電容器可以分為沒有極性的普通電容器和有極性的電解電容器。 普通電容器分為固定電容器、半可變電容器（微調(diào)）、可變電容器。電解電容器有極性。 作用：交流耦合、旁路、隔直流、濾波、調(diào)諧等。（a）獨石 （b）微調(diào) （c）可變 （d）電解圖1-19 常見的電容第33頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.3.3 電感元件34 1.電感元件的概念 電感元件是由無電阻的導(dǎo)線繞制而成的線圈。電感線圈是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為磁能存儲起來的電器元件。電流增大時儲能，當(dāng)電流減小時，電感元件中存儲的磁場能會轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。 理想的電感元件不消耗電能。 在SI單位制中，單位為亨(利)，符號為H。

18、亨單位太大，常用單位是毫亨（mH）和微亨（H）。 單位換算關(guān)系為 1H=103mH=106H第34頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.電感元件的伏安關(guān)系35 圖1-20 電感元件的伏安關(guān)系 當(dāng)電感元件的電壓、電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，其電壓與電流滿足非關(guān)聯(lián)參考方向時 任一瞬間，電感元件端電壓的大小與電流的變化率成正比，而與這一瞬間的電流大小無關(guān)。 在直流電路中，電感電流保持不變，其端電壓為零，相當(dāng)于短路。第35頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五3.電感元件的儲能（磁場能）36在關(guān)聯(lián)參考方向下，電感吸收的電功率。 電感從電流i(0)=0增大到i(t)時，

19、總共吸收的能量，即t時刻電感儲存的磁場能為第36頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五4.電感元件的應(yīng)用37 電感在日常應(yīng)用也很多，日光燈的鎮(zhèn)流器就是一個很大的電感線圈，利用電流通斷產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓，使得日光燈發(fā)光。 電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子也是由線圈構(gòu)成的，在實際應(yīng)用時，表現(xiàn)出電感的性質(zhì)。圖1-21 常見的電感線圈第37頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.4 電壓源和電流源38 電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，它為電路提供電能。電源模型是從實際電源抽象出來的一種理想模型。 電源模型分獨立電源和受控電源兩種類型。 獨立電源能夠獨立向外提供電能。輸出電

20、壓或電流受電路中其他參數(shù)控制的電源稱為稱為受控源。 電壓源和電流源是兩種獨立電源。返回第38頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.4.1 電壓源391.理想電壓源理想電壓源是從實際電源抽象出來的一種模型，簡稱電壓源（或恒壓源）。 兩個基本性質(zhì)： (1)端電壓與輸出的電流無關(guān)，是一個定值US。 (2)電壓源內(nèi)阻為零，電流與外電路（RL）有關(guān)。 （a）符號 （b）電路 c）外特性 圖1-22 理想電壓源圖形符號及其外特性第39頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.實際電壓源40 內(nèi)部總存在一定的內(nèi)阻。例如，電池當(dāng)接上負(fù)載有電流通過時，電池內(nèi)部就會有能量損

21、耗，電流越大，損耗越大，端電壓就越低。 用一個理想電壓源US和一個內(nèi)阻RS相串聯(lián)來表示。（a）符號 （b）電路 （c）外特性曲線圖1-23 實際電壓源及外（伏安）特性U與I的關(guān)系為 U=USIRS 第40頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五41【例1-6】 某實際電壓源的開路電壓為30V，當(dāng)外接負(fù)載電阻RL后，其端電壓降為25V，此時流經(jīng)負(fù)載的電流為5A，電路如圖所示，試求（1）負(fù)載電阻RL；（2）電壓源內(nèi)阻RS。解：根據(jù)歐姆定律 根據(jù) U=US-IRS第41頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.4.2 電流源42 1.理想電流源 如果電源輸出的電流恒

22、定不變（IS），則稱為理想電流源（或稱恒流源），簡稱電流源。兩個基本性質(zhì)： （1）它發(fā)出的電流是與端電壓（U）無關(guān)，即跟外電路無關(guān)。其內(nèi)阻為無窮大。 （2）端電壓（U）由外電路（RL）確定的。（a）圖形符號 （b）電路 （c）外特性圖1-25 電流源的圖形符號及其外（伏安）特性第42頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.實際電流源43 內(nèi)部有一定能量損耗，電流源產(chǎn)生的電流不能全部輸出，會有一部分從內(nèi)部分流掉。 可用一理想電流源IS與一個內(nèi)電阻RS并聯(lián)的模型來表示。（a）圖形符號（b）電路（c）外特性曲線 圖1-26 實際的電流源圖形符號及其外特性第43頁，共55頁，202

23、2年，5月20日，7點48分，星期五44【例1-7】 電路如圖所示，試求（1）電阻、電流源兩端的電壓；（2）各元件的功率。解：（1）電阻兩端的電壓為 UR=IS R=25=10V電流源兩端電壓為 U=UR+US=10+8=18V第44頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五45解（2）各元件的功率5電阻的功率 PR=UR IS=102=20W PR0，電阻吸收功率。8V電壓源的功率 PUs=US IS=82=16W PUs0，電壓源吸收功率。2A電流源的功率（非關(guān)聯(lián)參考方向） PIs= U IS= 182= 36W PIs0，電流源發(fā)出功率為36W。 注意：P總=PR+ PUS

24、 + PIS=20+16-36 =0W 整個電路的總功率為零（發(fā)出=吸收）。第45頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五1.4.2 受控源46 在電路中除了獨立源外，還往往含有受控源。受控源的電壓源或電流源值不是獨立的，而是受電路中某個電壓或電流控制。 受控源含有兩條支路：控制支路和受控支路。受控支路相當(dāng)于一個電壓源或一個電流源，受控支路中的電源值不同于獨立源，它是受控制支路的電壓或電流控制的。 根據(jù)控制量和受控量的關(guān)系受控源分為4種類型。第46頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五471.4.2 受控源圖1-28 受控源的符號注：為轉(zhuǎn)移電壓比，為轉(zhuǎn)移電流比

25、， r為轉(zhuǎn)移電阻，g為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。第47頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五重要知識點48 電路：電路是電流的流通路徑，他是由一些電器元器件按一定的方式連接而成的。 電路模型：由理想電路元件相互連接而成的電路。 電流：電流是由帶電粒子有規(guī)則的定向運動而形成的，在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)通過某一導(dǎo)體橫截面的電荷量。 電壓：是為了衡量電場力對電荷做功的能力而引出的物理量，電壓Uab在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從a點移動到b點所作的功。電壓也稱作電位差。 電位：電路中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓。返回第48頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五49 功率：是

26、用來表示消耗電能的快慢的物理量，電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電功率，簡稱功率。 電能：電能是表示電流做多少功的物理量，指電 以各種形式做功的能力。 電流源，即理想電流源，其特征是端鈕輸出的電流恒定不變且與兩端的電壓無關(guān)；等效內(nèi)阻為無窮大。 電壓源，即理想電壓源，其特征是兩端輸出的電壓恒定不變且與流過的電流無關(guān)；等效內(nèi)阻為零。 受控源：電壓或電流受電路中其它部分的電壓或電流控制的電壓源或電流源。重要知識點第49頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五本章小結(jié)50 1.電路和電路模型 （1）電路，最簡單的電路，是由電源、負(fù)載（用電器）、導(dǎo)線、開關(guān)等元器件組成。電路導(dǎo)通叫做通路，只有通路，電路中才有電流通過。 電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負(fù)極間沒有負(fù)載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的，因為電源的短路會導(dǎo)致電源、用電器、電流表被燒壞。 （2）電路模型，由理想元件組成的與實際電器元件相對應(yīng)的電路，并用統(tǒng)一規(guī)定的符號表示而構(gòu)成的電路，就是實際電路的模型，稱為電路模型。電路模型近似反映電路的工作狀況，分析電路時必須先假定參考方向。返回第50頁，共55頁，2022年，5月20日，7點48分，星期五2.關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)參考方向51 關(guān)聯(lián)：