第一章第一章 直流电路直流电路11.1 电路与电路模型电路与电路模型 1.2 电路变量电路变量 1.3 电路元件电路元件1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 叠加定理叠加定理1.7 等效电源定理等效电源定理第一章第一章 直流电路直流电路21.1 电路和电路模型电路和电路模型1.1.1 电路的作用及组成部分电路的作用及组成部分 电路电路是为了某种需要，由电路元器件、电器是为了某种需要，由电路元器件、电器设备按一定方式连接（组合）起来的电流通路设备按一定方式连接（组合）起来的电流通路1.电路及电路的作用电路及电路的作用直流稳压电路直流稳压电路家用市电供电电路家用市电供电电路交流电路交流电路强电电路强电电路直流电路直流电路弱电电路弱电电路3 发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源: :提供提供电能的装置电能的装置 中间环节：中间环节：起起传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用负载负载: :转换、消耗转换、消耗电能的装置电能的装置电路的作用基本上可以分成两大类：一类是用电路的作用基本上可以分成两大类：一类是用来实现电能的转换、传输和分配；来实现电能的转换、传输和分配；4第二类是在信息网络中，用于传递、测量第二类是在信息网络中，用于传递、测量和处理各类信号和处理各类信号直流电源直流电源直流电源直流电源 提供能源提供能源放大调谐检波等放大调谐检波等中间环节中间环节负载负载 信号源信号源 提供信息提供信息信号信号信号信号传递传递话筒话筒扬声器扬声器天线天线 电源（信号源）使电路中各部分的电压与电源（信号源）使电路中各部分的电压与电流发生变化，称作电流发生变化，称作激励激励，电路中各部分的，电路中各部分的电压与电流称作电压与电流称作响应响应。信号的传递信号的传递 通信、广播、电视通信、广播、电视信号的测量信号的测量 各种电子测量仪器各种电子测量仪器信号的处理信号的处理 计算机系统、自动控制系统计算机系统、自动控制系统52.电路的组成电路的组成手电筒实际电路电池：电池：电源，提供电能电源，提供电能灯泡：灯泡：负载，电能转负载，电能转 换为光能换为光能开关：开关：控制电路的通断控制电路的通断导线：导线：筒体筒体用来连接电用来连接电 池、开关和灯泡池、开关和灯泡 电路由电路由电源（信号源）、负载、中间环节电源（信号源）、负载、中间环节（控制和传导）（控制和传导）等三部分组成。等三部分组成。6手手机机电电池池充充电电器器显显示示屏屏电源电源负负载载信号源信号源控制和传导控制和传导严格意义上讲显示屏既是负载，又是输入设备严格意义上讲显示屏既是负载，又是输入设备7手电筒实际电路手电筒实际电路手电筒实际电路手电筒实际电路手电筒电气图手电筒电气图手电筒电气图手电筒电气图 电路分析不去研究电路的电气特性，是将组成电路分析不去研究电路的电气特性，是将组成电路的器材抽象化、理想化组成电路模型，对电电路的器材抽象化、理想化组成电路模型，对电路进行分析研究路进行分析研究81.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型1.实际电路元件实际电路元件 定义：定义：用于构成实际电路的元器件和电气用于构成实际电路的元器件和电气设备，称为实际电路元件设备，称为实际电路元件 特点：特点：实际电路元件在实际电路元件在不同工作条件下其所表现不同工作条件下其所表现的电磁性能是不同的的电磁性能是不同的92 2、基本电路元件的种类：、基本电路元件的种类： 电阻电阻电容电容电感电感电压源电压源RCL susi电流源电流源电阻：电阻：消耗电能，耗能元件消耗电能，耗能元件电容：电容：储存电场能，储能元件储存电场能，储能元件电感：电感：储存磁场能，储能元件储存磁场能，储能元件电压源、电流源：电压源、电流源：提供电能，电源元件提供电能，电源元件特点：特点：只表现一种电磁特性只表现一种电磁特性 103.理想元件理想元件 对于各种实际的电路元件，对于各种实际的电路元件，在一定条件下，忽略其次要在一定条件下，忽略其次要性质，用一个表征其主要物性质，用一个表征其主要物理特性的理想化模型来表示，理特性的理想化模型来表示，即理想元件。即理想元件。 灯泡：消耗电能，灯泡：消耗电能，主要表现为电阻特性，主要表现为电阻特性，忽略电感特性忽略电感特性电气图电气图 理想电路元件主要有电理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。元件和电源元件等。11USRSRL手电筒手电筒电路模型电路模型4.电路模型电路模型 用能够反映实际电路元件电磁性用能够反映实际电路元件电磁性质的质的理想电路元件理想电路元件或其组合或其组合来模拟来模拟实际电路中的器件，实际电路中的器件，从而构成从而构成与实与实际电路相对应的际电路相对应的电路模型。电路模型。电气图电气图 灯泡在电路中将电能转换为灯泡在电路中将电能转换为光能和热能消耗电能，用电阻光能和热能消耗电能，用电阻元件模拟。元件模拟。 电池两端电压稳定，提供电电池两端电压稳定，提供电能，同时自身会发热，消耗电能，同时自身会发热，消耗电能，由电压源元件和电阻元件能，由电压源元件和电阻元件的组合模拟的组合模拟 今后的分析都是指今后的分析都是指电路模型电路模型，简称电路，在电路图中，各种简称电路，在电路图中，各种电路元件用规定的符号表示电路元件用规定的符号表示手电筒手电筒电路电路+121.1.3 集总参数电路集总参数电路1.集总参数元件集总参数元件 当实际电路的尺寸远小于其使用时最高工作当实际电路的尺寸远小于其使用时最高工作频率所对应的波长时而抽象出的理想元件频率所对应的波长时而抽象出的理想元件电力例子电力例子如电力传输如电力传输f=50Hz，波长，波长=c/=c/f=6000km=6000km家用电器在家用电器在220伏供电电路中为集中参数元件伏供电电路中为集中参数元件13 特点：特点：只反映一种电磁现象，并且可以用数只反映一种电磁现象，并且可以用数学方法精确定义学方法精确定义集总参数元件的表示：集总参数元件的表示： 具有两个端点具有两个端点A、B，可以表示一个元件，可以表示一个元件，也可以表示多个元件的组合也可以表示多个元件的组合2.集总电路模型集总电路模型 由集总参数元件组成的电路，称为实际电由集总参数元件组成的电路，称为实际电路的集中电路模型或集中电路路的集中电路模型或集中电路143.分布参数电路分布参数电路 当实际电路的尺寸大于其最高工作频率所对当实际电路的尺寸大于其最高工作频率所对应的波长或两者属于同一数量级时，电路不能应的波长或两者属于同一数量级时，电路不能再用集中参数的概念分析。再用集中参数的概念分析。 电力传输电力传输f=50Hz，波长，波长=c/=c/f=6000km=6000km 远距离电力传输线路为分布参数电路，电视远距离电力传输线路为分布参数电路，电视馈线为分布参数元件馈线为分布参数元件 今后讨论的电路，都是在集中假设的前提下今后讨论的电路，都是在集中假设的前提下进行进行15 教学要求：教学要求：理解电路、电路模型的概念，建理解电路、电路模型的概念，建立集中参数元件、集中参数电路的概念立集中参数元件、集中参数电路的概念 红箭红箭-73反坦克导弹是仿反坦克导弹是仿制前苏联制前苏联AT-3型（萨格尔）型（萨格尔）反坦克导弹的产品，反坦克导弹的产品，1978年年设计定型，是我军装备的第设计定型，是我军装备的第一代反坦克导弹。一代反坦克导弹。 制导方式为目视瞄准、跟踪、制导方式为目视瞄准、跟踪、导线传输指导线传输指令令、手控制导。、手控制导。161.2 电路变量电路变量 电路中常研究电路中常研究的的变量变量有：有：电流、电压及功率电流、电压及功率 电路分析的任务是研究所给电路的性能，用时电路分析的任务是研究所给电路的性能，用时间函数对变量进行描述，并求解这些变量。间函数对变量进行描述，并求解这些变量。1.2.1、电流和电流的参考方向、电流和电流的参考方向1.电荷的特性电荷的特性 电荷是电量的最基本单位电荷是电量的最基本单位。电量用符号。电量用符号Q（q）来表示，其单位为库仑，符号是来表示，其单位为库仑，符号是C。 电荷有正负之分，电子带负电荷，质子带正电荷有正负之分，电子带负电荷，质子带正电荷。且同性相斥，异性相吸。电荷。且同性相斥，异性相吸。17 一个电子一个电子 所带的电量为：所带的电量为：- -1.610 19 C ，6.241018个电子具有个电子具有1C的电量的电量2.电流电流USRSRL手电筒手电筒电路模型电路模型导体中存在着自由电子导体中存在着自由电子开关断开时，电路中无电流开关断开时，电路中无电流开关闭合时，电路中有电流开关闭合时，电路中有电流+ 自由电子有序自由电子有序流动形成电流流动形成电流18 在电场的作用下，带电粒子在电场的作用下，带电粒子有秩序移动有秩序移动便便形成电流形成电流 定义：单位时间内通过导体横截面的电荷定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量称为量称为电流强度电流强度（简称电流），或者说电流（简称电流），或者说电流是电荷对时间的变化率，符号为是电荷对时间的变化率，符号为i 若导体横截面若导体横截面1s内通过内通过1C的电荷，则电流的电荷，则电流为为1A。电流具有大小与方向性电流具有大小与方向性 导体横截面单位时间内通的过电荷量（数量和导体横截面单位时间内通的过电荷量（数量和方向）不发生变化时为直流，反之为交流方向）不发生变化时为直流，反之为交流电荷的数量、速度与方向电荷的数量、速度与方向 19方向：方向：正电荷正电荷流动的方向为电流的实际方向流动的方向为电流的实际方向表示：表示：双下标双下标 ,箭头加箭头加in。 直流（直流（DCDC）：）：电流的大小和方向都不随时电流的大小和方向都不随时间变化。可以用间变化。可以用“I I”表示。表示。 交流（交流（AC）：电流的大小和方向都随时电流的大小和方向都随时间作周期性变化，用间作周期性变化，用i表示。表示。 在在单电压源单电压源供电的电路中，电供电的电路中，电流的实际方向由电压源正极流出，流的实际方向由电压源正极流出，经外电路，流入电源负极经外电路，流入电源负极电流的单位：电流的单位：安培安培A，毫安，毫安mA，微安，微安uA 箭头代表电流的方向，箭头代表电流的方向，in代表电流代表电流.iAB代表方向由代表方向由A指向指向B ABi1203.电流的参考方向电流的参考方向 电流是一个既有大小又有方向的量，在分析电流是一个既有大小又有方向的量，在分析计算电路时，要知道电流的实际方向。计算电路时，要知道电流的实际方向。 复杂的直流电路中复杂的直流电路中电流的实际方向难以判电流的实际方向难以判断断 交流电路中电流的交流电路中电流的实际方向在随时间变化实际方向在随时间变化 分析计算电路时需要分析计算电路时需要人为设定电流的方向人为设定电流的方向US21 分析计算电路时，任意分析计算电路时，任意假定一个假定一个正电荷运动的方正电荷运动的方向向（电流的实际方向）即（电流的实际方向）即为电流的参考方向。这种为电流的参考方向。这种假设包括两种情况，一种假设包括两种情况，一种是知道实际方向，一种是是知道实际方向，一种是不知道实际方向不知道实际方向 参考方向确定之后，参考方向确定之后，根据已知条件或者计根据已知条件或者计算结果判断真实方向是否与参考方向一致。算结果判断真实方向是否与参考方向一致。22I1I2I 电流电流I、I1、I2的参考的参考方向如图所示，已知方向如图所示，已知I1=5mA，I2= 3mA。 根据已知条件判断，根据已知条件判断，I1的参考方向与实际方的参考方向与实际方向一致，向一致， I2的参考方向的参考方向与实际方向相反，与实际方向相反，电流电流I的参考方向与实际方向一致的参考方向与实际方向一致 小结：小结：分析电路要设定电流的参考方向，根分析电路要设定电流的参考方向，根据已知条件或者计算结果判断参考方向与实践据已知条件或者计算结果判断参考方向与实践方向是否一致方向是否一致231.2.2 电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向1.定义定义 单位正电荷在电场中由单位正电荷在电场中由a点移动到点移动到b点时所获点时所获得或失去的能量称得或失去的能量称a、b两点的电压。也称为电两点的电压。也称为电位差。位差。由由a点转移到点转移到b点的电荷量点的电荷量电荷电荷 获得或失去的能量获得或失去的能量380V220V 电压是电路中两点之间的物理量电压是电路中两点之间的物理量LN:焦耳焦耳J :库仑库仑C 相电相电零线零线24方向：方向：高电位点指向低电位点为电压的实际高电位点指向低电位点为电压的实际方方 向，也就是电压降的方向，电池正极到向，也就是电压降的方向，电池正极到 负极。负极。表示：表示：正正 “+” 负负“”号及双下标号及双下标 两种两种方法方法 直流电压直流电压DCV，大小和极性都不随时间变化，大小和极性都不随时间变化，用用U表示。表示。 交流电压交流电压ACV，大小和极性都随时间变化，大小和极性都随时间变化, ,用用u表示。表示。+u252.参考点与电位参考点与电位 参考点参考点是在电路中是在电路中任意选定的电位比较任意选定的电位比较点，设定参考点的电点，设定参考点的电位为零；位为零；电位电位是电路是电路中某点至参考点的电中某点至参考点的电压，电位用压，电位用Un表示，表示，海拔高度海拔高度 电路中，电路中，电压电压等于两点之间的电位差等于两点之间的电位差bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A dUC=140V Ud=90V 通常选择电源负极做电路的参考点，或者选择通常选择电源负极做电路的参考点，或者选择信号输入与输出端的公共边做参考点信号输入与输出端的公共边做参考点26借助电位的概念可以简化电路作图借助电位的概念可以简化电路作图bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd 电路中两点间的电压值是绝对的，不会因参考电路中两点间的电压值是绝对的，不会因参考点的不同而变，即与点的不同而变，即与参考点参考点的选取无关。的选取无关。 电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；各点的电位也将随之改变；273.电压的参考方向（参考极性）电压的参考方向（参考极性） 任意选定的电路中两点之间电压的方向为电任意选定的电路中两点之间电压的方向为电压的参考方向压的参考方向参参考考方方向向确确定定之之后后，根根据据已已知知条条件件或或计计算算结结果果确定电压的真实方向确定电压的真实方向-ab+ab+-0u实际方向实际方向28 4. 4.关联参考方向关联参考方向针对电压电流参考方向是否一致针对电压电流参考方向是否一致关联参考方向关联参考方向: :非关联参考方向非关联参考方向: : 定义：定义：电流参考方向与电压参考电流参考方向与电压参考“”极到极到“”极的方向一致，为关联参考方向。极的方向一致，为关联参考方向。电流参考方向由电流参考方向由电压正电压正“+”指向指向电压负电压负“”电流参考方向由电流参考方向由电压负电压负“”指向指向电压正电压正“+” 当电压的参考方向确定后，电流的参考方向可当电压的参考方向确定后，电流的参考方向可以以从电压参考极性从电压参考极性“+”指向参考极性指向参考极性“”；也也可可从电压参考极性从电压参考极性“”指向参考极性指向参考极性“+”。29 当当电电流流与与电电压压符符合合关关联联参参考考方方向向时时，电电阻的伏安关系表示为阻的伏安关系表示为 若电流电压为若电流电压为非关联非关联参考方向时，电阻的伏参考方向时，电阻的伏安关系表示为安关系表示为ab+u-Riab+-uRi30 分析计算电路时，首先要标注出元件的电分析计算电路时，首先要标注出元件的电流与电压的参考方向；对同一元件而言，通常流与电压的参考方向；对同一元件而言，通常选择电压与电流为关联参考方向选择电压与电流为关联参考方向注意事项：注意事项： 若在电路中只设定了某元件电流或者电压若在电路中只设定了某元件电流或者电压一个参考方向，计算另一个参数时，若没标注一个参考方向，计算另一个参数时，若没标注参考方向，默认为关联参考方向参考方向，默认为关联参考方向Riu=iR+ u 311 1.定义：定义：功率是指单位时间内元件所功率是指单位时间内元件所吸收吸收或者或者发出发出的电能量，的电能量，即即电能量对时间的变化率。电能量对时间的变化率。在在关联参考方向关联参考方向下：下：若支路为若支路为非关联非关联，则，则 通常在电器设备上会标出设备的功率，表通常在电器设备上会标出设备的功率，表示设备用电量的大小示设备用电量的大小1.2.3 电功率电功率 吸收是指消耗电能，如手电筒的灯泡；发吸收是指消耗电能，如手电筒的灯泡；发出是指输出电能，如手电筒的电池。出是指输出电能，如手电筒的电池。322 2.功率的计算步骤功率的计算步骤abi元件元件 u 首先判断出元件（电路）的电压与电流参考方首先判断出元件（电路）的电压与电流参考方向是关联还是非关联向是关联还是非关联 若电压与电流为若电压与电流为关关联参考方向联参考方向，则：，则：abi元件元件 u 若电压与电流为非若电压与电流为非关联参考方向，则：关联参考方向，则： 在电路中，有消耗电能的元件（电阻），有在电路中，有消耗电能的元件（电阻），有释放电能的元件，根据功率的正负可判断元件释放电能的元件，根据功率的正负可判断元件是消耗电能还是释放电能是消耗电能还是释放电能33 根据功率计算的结果，判断根据功率计算的结果，判断元件是吸收功率还是发出功率元件是吸收功率还是发出功率ab+-uRiab+u-Ei 0 0+u-ii3.3.吸收功率发出功率的判断吸收功率发出功率的判断 电路中功率是守恒的，即吸收的功率，等于电路中功率是守恒的，即吸收的功率，等于发出的功率发出的功率在电路中如果元件消耗（存储）在电路中如果元件消耗（存储）电能，则该元件在电路中吸收功电能，则该元件在电路中吸收功率；若元件在电路中释放电能，率；若元件在电路中释放电能，则该元件在电路中发出功率。则该元件在电路中发出功率。电池发出功率电池发出功率电阻吸收功率电阻吸收功率+u-34 例例1-2-1：图中方框表示电图中方框表示电路元件，电流与电压的参考路元件，电流与电压的参考方向如图所示，已知方向如图所示，已知I=2A，U1=28V，U2=16V，U3=12V，计算各个元件的，计算各个元件的功率功率123+U1+U3I+U2 分析：分析：图中电压、电流的方向为参考方向，图中电压、电流的方向为参考方向，回路中一个元件的电流参考方向确定后，其它回路中一个元件的电流参考方向确定后，其它元件也可确定；元件也可确定；I、U1、U2大于零，说明参考方大于零，说明参考方向与实际方向一致，向与实际方向一致，U3小于零，说明参考方向小于零，说明参考方向与实际方向相反；元件与实际方向相反；元件2为关联参考方向，元件为关联参考方向，元件1与元件与元件3为非关联参考方向为非关联参考方向II35123+U1+U3I+U2解：解：元件元件1的功率的功率P1功率小于零，功率小于零，发出功率发出功率元件元件2的功率的功率P2功率大于零，功率大于零，吸收功率吸收功率元件元件3的功率的功率P3功率大于零，功率大于零，吸收功率吸收功率 电路中吸收功电路中吸收功率等于发出功率，率等于发出功率，功率守恒功率守恒II36发出吸收（1）（2）（3）（4）37 深刻理解电压、电流、功率的概念，掌握参深刻理解电压、电流、功率的概念，掌握参考方向意义，能够准确判断元件吸收功率还是考方向意义，能够准确判断元件吸收功率还是发出功率发出功率bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d注意：注意： 今后分析问题，对电路中标注电流、电压的方今后分析问题，对电路中标注电流、电压的方向，都理解为参考方向，抛开实际方向思考问题、向，都理解为参考方向，抛开实际方向思考问题、解决问题解决问题38