1、 第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律內容概述：內容概述： 本章主要介紹實際電路，電路模型，電路中的基本物理量：電流、電壓、功率和能量，電阻元件，獨立電壓源和獨立電流源，基爾霍夫電壓定律（kvl）和電流定律（kcl）。 1. 1.電流、電壓的參考方向概念及功率的計算。 2. 基爾霍夫電壓定律和電流定律實質及應用。難點：難點： 1. 功率的計算。 2. 依據基爾霍夫電壓定律和電流定律列方程求解電量。重點：重點：第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律1.3.1 實際電路和電路模型實際電路和電路模型 一、實際電路 實際

2、電路元件：實際電路元件：實際中電氣元件的物理實體。如：電燈等。 實際電路：實際電路：由實際電路元件按一定方式連接起來的物理實體。 如：日光燈等。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 電路的功能：電路的功能： （1）進行電能的產生、傳輸、分配與轉化。 （2）實現信號的產生、傳遞、變換、處理與控制。 二、理想電路元件、電路模型 理想電路元件理想電路元件：是實際電氣器件主要電磁特性的科學抽象。 電阻r：消耗電能的單一電磁特性； 電感l：建立磁場，儲存磁場能量的單一電磁特性； 電容c：建立電場，儲存電場能量的單一電磁特性；第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律電路模型電路

3、模型：由理想電路元件組成的電路。例如： 一實際線圈 三、電路圖 電路原理圖：電路原理圖：只表示元件的連接關系。電氣圖所用元件圖形符號見表1-1。 電路模型圖電路模型圖：由理想電路元件通過一定的連接構成的圖。模型圖所用元件圖形符號見表1-2。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 四、四、集總參數電路與分布參數電路 1. 集總參數電路：集總參數電路：其電路的幾何尺寸l電路的工作頻率對應的波長。 如：電力系統工頻50hz時，波長=6000km，所以大多數電路滿足l0，相同；i023

4、22kk2 2t在時， i0 相同，u0為實際吸收功率， p0為實際發出功率， p0，所以，電阻元件永遠消耗功率。 （5）吸收的電能 u、i 取關聯參考方向時，t時間內吸收的電能為：ttttrtgutrituitpw020002dddd直流時：i=i上式為：wr=p(t-0)=pt=ri2t=gu2t討論討論： （1）電阻元件為耗能元件。 （2）r=0， u=0，為短路，短路電流由外電路決定；r=， i=0，為開路，開路電壓由外電路決定。 （3）r為無源元件，電源供給u、i 時 ，wr0，但r本身不產生能量。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 例例1-2 有一個220v、40

5、w的白熾燈，在額定電壓220v下工作時電流、電阻為多少？該燈泡消耗1kwh電需要多長時間？ 解：400 18(a)220pi.u222201210()40urp1000t25(h)40rwp第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 獨立電源是指其對外特性由電源本身決定，而不受電源以外的其它電路所控制。獨立電源是實際電源的一種科學抽象，是理想電路元件。 一、獨立電壓源 1.理想電壓源 （1）定義：輸出的電壓與流過該元件 的電流無關的二端元件。 電路符號：+_usi+_usii0u直流理想電壓源的v-a特性1.3.4 電路中的獨立電源電路中的獨立電源第第1章章 電路的基本概念和定律電路

6、的基本概念和定律（3）特例情況：us=0時，v-a特性與i 軸重合。電源短路。（4）電源的功率： us與i 取非關聯非關聯參考方向時，s0p s0p s0p s0p ，實際發出；，實際吸收。 us與i 取關聯關聯參考方向時，sspu i電源發出發出功率為：sspu i電源吸收吸收功率為：，實際吸收；，實際發出。（2）特點：（a）其端電壓與外電路無關； （b）其電流可以是任意的，由外電路決定。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 2.實際電源的電壓源模型 實際電源是存在內阻的，通過測量一實際的直流電源，可得到其v-a特性曲線，如圖示：ocukiussuiru可見k為電阻量綱，令

7、k=rs,uoc=us有此式為實際電源的電路方程，由它可畫出實際電壓源的電路模型。如圖所示： rs電源內阻所以，v-a特性曲線方程：第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律特例： （1）不接負載時，a，b 端開路，此時 ，socuuuocu。ssscruiisci+_usrsiur開路電壓短路電流 i=0。 （2）a、b短路時， 當rs很小時，isc很大,此種情況不允許出現。 一般情況下，電源與負載連接處于工作狀態。如圖所示：第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 例例1-3 開路時測得某直流電源端電壓為24v，接上外電阻r后，用電壓表測得r兩端電壓為20v，用電流表

8、測得流經r的電流 i=10a，求電阻r與電源內阻rs。21020r4 . 0102024ocsiuur由題意知本題的電路模型如圖所示。解：+_第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律（3）特例：is=0時，v-a特性與u 軸重合。此時電源開路。（4）電源發出的功率計算與理想電壓源相同。即：sspuiuiis+-二、獨立電流源1 1.理想電流源（1）定義：輸出的電流與該元件的端電壓無關的二端元件。 電路符號： 直流理想電流源的v-a特性如圖示。u0i（2）特點：（a）其電流與外電路無關； （b）其端電壓可以是任意的，由外電路決定。is第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定

9、律 2.實際電源的電流源模型 可測得實際電源端口的v-a特性如圖示。其v-a特性曲線方程可表為： i=- k u+is 可見k為電導量綱令 k=gs 代入上式有 i= -gsu+is此式為實際電源的電路方程，由它可畫出實際電源的電流源電路模型。如圖示。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 （1）a、b端開路，不接負載時， 此時，i=0，socsiuug特例：= uoc=0scsiii（2）a、b端短路，即電源短路時，一般情況下，為帶負載正常工作。此時，u=0，= 0=isc=is第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律a26122ia224231iiiw242121

10、11iupw48412332iup 解： 電壓源吸收的功率為 電流源發出的功率為例例1-4 計算圖示6電阻上的電流和兩電源的功率。 6電阻上的電流：第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律小結：小結： 1. 電阻元件是電路中消耗能量的電磁現象。其u、i關系為：u=ri；吸收功率： 2. 理想電壓源和理想電流源是忽略了實際電源內阻后的理想電路元件。前者的電壓和后者的電流與負載無關，而前者的電流和后者的電壓則與負載有關。 3. 實際電壓源模型是理想電壓源與電阻串聯，輸出電壓隨端口電流增大而減小；實際電流源模型是理想電流源與電導并聯，輸出電流隨端口電壓增大而減小。22upuii rr第第

11、1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律1.3.5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1. .支路支路：電路中的每一個二端元件 稱為一條支路。 習慣上：幾個相串聯的元件分支構成一條支路。2. .節點節點：元件之間的聯接點。 習慣上：三條以及三條以上支路的聯接點。3.回路回路：電路中任意閉合路徑。 網孔網孔：把電路畫到平面上，再分不出其他回路的回路（即網孔是最小的回路）。abfgcdeh 電路中常用的幾個名稱（10條）（6條）（8個）（4個）（7個）(4個，有3個內網孔，1個外網孔）第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 i2+ i3= i1 或為： - i1+i2+ i3=0i入=

12、i出i 出=0 二、基爾霍夫電流定律 1. 內容：內容：對于集總參數電路，在任意時刻，流出電路任一節點的電流之和等于流入該節點的電流之和。 即 若規定流出節點的電流為正，流入的為負，則kcl又可表示為：流出節點的電流代數和等于零。 即例如圖中節點a的kcl為：第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律例如圖中紅色虛線包圍的封閉面有kcl： 說明：說明：（1）kcl與電路元件的性質無關；（2）kcl 對電路中任意節點的電流施加了線性約束。 -i2-i3+ i4+ i6=0上式可由節點b、d 的kcl方程相加得到：b點： d點：245+0iii5360 (iii 23460iiii 2.

13、 實質：實質：電荷守恒，電流連續。 3. .推廣：推廣：kcl可以推廣到電路中任意封閉面。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律u=0 三、基爾霍夫電壓定律 1. 內容：內容：對于集總參數電路，在任一時刻，任一回路中，沿該回路全部支路電壓的代數和等于零。 即 2.使用kvl的方法： 先選定回路，再規定各支路（或元件的）電壓參考方向，再確定回路繞行方向，最后列出kvl方程。 列寫kvl方程時，分電壓的參考方向與回路繞行方向一致的項取正號，反之取負號。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律例如圖示電路，則有：-u1+u2+ u6-u4=0 2. 實質：實質： 電位的單值

14、性，能量守恒的體現。 3. .推廣：推廣： kvl可以推廣到求電路中任意兩點之間的電壓。 由（1）式有： u1= u2+ u6-u4 （1）即：電路中兩點之間的電壓等于由正極找一條路徑繞到負極所有元件電壓代數和。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律 說明：說明： （1）kvl與電路元件的性質無關； （2）kvl 對電路中任意回路的各支路電壓施加了線性約束。 例例1-5 圖示電路，已知us=2v，is1=6a， is2=2a， r1=3 ， r2=1 ，求各支路電流i1、i2、 i3，并以d為參考點，求a、b、c三點的電位va、vb、 vc、再求三電源各自的功率。第第1章章 電路的基本概念和定律電路的基本概念和定律解：由kcl知： i1=is1=6a i2=is2=2a i3=i1-i2=4a 由電阻元件的vcr知： u3=r1i3=34=12v u4=r2i3=14=4v 以d為參考節點，有 vc=u4=4v vb=u3+vc=16v va=vb-us=14v 由kvl知